PVC wird überwiegend durch das Verfahren der Suspensionspolymerisation hergestellt, wo es als Suspensions-PVC bekannt ist. Bei diesem Verfahren werden Vinylchloridmonomere (VCMs) in Wasser dispergiert und reagieren mit Radikalstarter um kleine Tröpfchen zu bilden, die die Polymerisationsreaktionen enthalten. Diese Tröpfchen aggregieren dann kontinuierlich zu verschmolzenen Agglomeraten, die ein PVC-Harzkorn erzeugen. Unten sehen Sie ein Diagramm des Mechanismus, der vermutlich bei der Suspensions-PVC-Polymerisation abläuft.
Die Kontrolle über die VCM-Tröpfchengröße ist für PVC-Hersteller von entscheidender Bedeutung, da Porosität und Schüttdichte des resultierenden PVC-Harzkorns direkt miteinander zusammenhängen. Die Porosität der PVC-Harzkörner beeinflusst, wie leicht sich nicht umgesetztes VCM entfernen lässt und wie gut Zusatzstoffe wie Weichmacher, Stabilisatoren, Pigmente und Schlagzähmodifikatoren absorbiert werden können. Diese Eigenschaften sind beispielsweise wichtig, um PVC mit höherer Reinheit herzustellen oder um zu bestimmen, ob flexibles oder starres PVC hergestellt wird. Andererseits ist die Schüttdichte von Belang, wenn es um die Lagerung, den Fluss und die Handhabung des Harzes geht.
PVC-Hersteller müssen häufig Porosität und Schüttdichte ausbalancieren, um ein Harz mit den notwendigen Eigenschaften für bestimmte Endanwendungen herzustellen. Suspensionsmittel haben den größten Einfluss auf die Tröpfchengröße der PVC-Suspension und wirken sich letztendlich auf die Morphologie der PVC-Partikel und damit auf die Porosität und Schüttdichte aus. Daher ist es wichtig, ein geeignetes Suspensionsmittel zu verwenden und zu verstehen, wie sich die Auswahl eines Suspensionsmittels auf den PVC-Herstellungsprozess auswirkt.
METHOCEL™ Suspendiermittel
METHOCEL™-Suspensionsmittel sind natürlich gewonnene Celluloseetherpolymere, die nichtionisch und wasserlöslich sind. METHOCEL™ hat zwei funktionelle Eigenschaften, die es zu einem wirksamen Suspensionsmittel machen. Erstens reduziert es die Grenzflächenspannung (IFT) von PVC-Suspensionströpfchen, um eine bessere Dispersion zu ermöglichen und kleinere Tröpfchengrößen zu erzeugen. Diese kleineren Tröpfchengrößen führen zu Harzen mit höherer Porosität und geringerer Schüttdichte. Zweitens dient METHOCEL™ als Schutzkolloid um VCM-Tröpfchen und hält diese in Kontakt mit der wachsenden PVC-Polymerkette. Das von METHOCEL™ gebildete Schutzkolloid hilft, die Koaleszenz der Tröpfchen zu verhindern und gleichzeitig die Tröpfchengröße während der „klebrigen“ Aggregatphasen des Polymerisationsprozesses gleichmäßiger zu halten.
METHOCEL™ ist in verschiedenen Qualitäten mit unterschiedlichen Substitutionsgraden für Methyl- und Hydroxypropylgruppen am Celluloserückgrat erhältlich. In jedem Produkt wird ein Buchstabe verwendet, um den spezifischen Substitutionsgrad der Methoxy- und Hydroxypropylgruppen zu kennzeichnen, wie im folgenden Diagramm dargestellt:
So wählen Sie das richtige METHOCEL™-Suspendiermittel aus
Hier sind einige Fragen, die Ihnen bei der Auswahl der METHOCEL™-Sorte helfen können:
Ist ein poröseres oder weniger poröses PVC-Harzkorn erwünscht?
Ist eine höhere oder niedrigere Schüttdichte des Harzes wünschenswert?
Sind geringere VCM-Rückstände erforderlich?
Unter Berücksichtigung dieser Aspekte trägt, wie bereits erwähnt, eine niedrigere IFT zu einer besseren Dispersion und einer kleineren VCM-Tröpfchengröße bei, wodurch porösere PVC-Harze mit feinerer Körnung entstehen. Daher haben METHOCEL™-Typen mit niedrigerer IFT auch eine geringere Schüttdichte, geringere VCM-Rückstände und eine gleichmäßigere PVC-Korngrößenverteilung. Im Allgemeinen steigt die IFT mit zunehmendem Substitutionsgrad von METHOCEL™. Daher kann die IFT nach dem Buchstaben, der den Substitutionsgrad angibt, in folgender Reihenfolge eingestuft werden: J < E < F < A < K.
Andere Faktoren wie Gelstärke und Organolöslichkeit einzelner METHOCEL™-Typen können ebenfalls eine Rolle bei der Steuerung der Tröpfchengröße spielen, haben aber keinen so bedeutenden Einfluss wie die IFT. Unter Berücksichtigung all dieser Aspekte können je nach gewünschter Porosität und Schüttdichte für die jeweilige Endanwendung bestimmte METHOCEL™-Typen ausgewählt werden.
Flexibles PVC, hohe Porosität, geringe VCM-Rückstände
Obwohl das METHOCEL™-Portfolio Dutzende von Produkten umfasst, eignen sich Sorten mit niedrigerer Viskosität am besten für die Suspensionspolymerisation von PVC. Die oben genannten Sorten bieten PVC-Herstellern die leistungsstärksten Optionen.
So verwenden Sie METHOCEL™ für die Suspensions-PVC-Polymerisation
Bei der Herstellung von Suspensions-PVC im großen Maßstab wird METHOCEL™ normalerweise in einer Menge von 0,05 bis 0,30 % des VCM-Gewichts hinzugefügt. Die Variabilität innerhalb dieses Bereichs hängt größtenteils von der verwendeten Reaktorgröße ab. Kleinere Reaktoren erfordern für eine bessere Wirksamkeit eine höhere Konzentration an METHOCEL™. Die folgende Tabelle kann als Richtlinie für den erforderlichen Prozentsatz an METHOCEL™ je nach Reaktorgröße verwendet werden.
Größe des Reaktors
Rührgeschwindigkeit
% METHOCEL™
(basierend auf dem Monomergewicht)
0.5-Gallonenreaktor
150–170 rpm
0.2–0.3
1-2-Gallonenreaktor
150–170 rpm
0.2–0.3
20-Gallonenreaktor
150–170 rpm
0.15–0.18
50-Gallonenreaktor
150 rpm
0.08
500-Gallonenreaktor
120 rpm
0.06
3,000-Gallonenreaktor
120 rpm
0.05
Es ist erwähnenswert, dass sich mit jeder Reaktorgröße eine Erhöhung der METHOCEL™-Konzentration auch als eine weitere Reduzierung der PVC-Korngröße erwiesen hat. Dies liegt daran, dass höhere METHOCEL™-Konzentrationen zu einer besseren Filmbildung und Oberflächenbedeckung der Monomertröpfchen führen und so die Tendenz zur Tröpfchenaggregation verringern.
Verfahrenstechnisch wird empfohlen, den Reaktor vor Zugabe der VCMs mit Wasser und einer METHOCEL™-Lösung zu befüllen, um die Bildung grober Harzpartikel und Harzablagerungen an den Reaktorwänden zu vermeiden. METHOCEL™ kann auch mit anderen Suspensionsmitteln wie Hydroxypropylcellulose und Polyvinylalkohol verwendet werden, um die Korngrößenkontrolle über einen größeren Bereich von Scherprofilen weiter zu optimieren.
Zusammenfassung
Hersteller von Suspensions-PVC müssen die Harzeigenschaften wie Korngröße, Porosität und Schüttdichte streng kontrollieren, um die spezifischen PVC-Harzarten herzustellen, die für die jeweilige Endanwendung benötigt werden. METHOCEL™ ist ein natürlich gewonnenes Suspensionsmittel, das in mehreren unterschiedlichen Qualitäten erhältlich ist, um die Harzeigenschaften individuell anzupassen. Kontaktieren Sie uns unten, um eine Probe von METHOCEL™ für Ihren Herstellungsprozess von Suspensions-PVC anzufordern.
