PVC wordt voornamelijk vervaardigd via het proces van suspensiepolymerisatie, waar het bekend staat als suspensie-PVC. Bij dit proces worden vinylchloridemonomeren (VCM's) in water gedispergeerd en reageren met vrije radicalen initiatifnemers om kleine druppeltjes te vormen die de polymerisatiereacties bevatten. Deze druppeltjes aggregeren vervolgens voortdurend om samengesmolten agglomeraten te vormen die een PVC-harskorrel produceren. Hieronder ziet u een diagram van het mechanisme waarvan men denkt dat het plaatsvindt bij suspensie-PVC-polymerisatie.
Controle over de VCM-druppelgrootte is cruciaal voor PVC-fabrikanten, aangezien zowel de porositeit als de bulkdichtheid van de resulterende PVC-harskorrel direct gerelateerd zijn. De porositeit van PVC-harskorrels beïnvloedt het gemak van het verwijderen van niet-gereageerde VCM en de absorptie van additieven zoals weekmakers, stabilisatoren, pigmenten en impactmodificatoren. Deze eigenschappen zijn bijvoorbeeld belangrijk om PVC met een hogere zuiverheid te produceren of om te bepalen of er flexibel of stijf PVC wordt gemaakt. Aan de andere kant is de bulkdichtheid van belang bij het overwegen van materiaalopslag, -stroom en -verwerking van hars.
PVC-fabrikanten moeten vaak porositeit en bulkdichtheid in evenwicht brengen om een hars te creëren met de benodigde eigenschappen die geschikt zijn voor specifieke eindgebruikstoepassingen. Suspendeermiddelen hebben de grootste invloed op de druppelgrootte van suspensie-PVC, wat uiteindelijk van invloed is op de morfologie van PVC-deeltjes en dus op de porositeit en bulkdichtheid. Daarom is het van cruciaal belang om een geschikt suspendeermiddel te gebruiken en te begrijpen hoe de selectie van een suspendeermiddel het PVC-productieproces beïnvloedt.
METHOCEL™ Suspendeermiddelen
METHOCEL™-suspendeermiddelen zijn natuurlijk afgeleide cellulose-etherpolymeren die niet-ionisch en in water oplosbaar zijn. METHOCEL™ heeft twee functionele eigenschappen die het tot een effectief suspendeermiddel maken. Ten eerste vermindert het de grensvlakspanning (IFT) van suspensie-PVC-druppels om een betere dispersie te vergemakkelijken en kleinere druppelgroottes te creëren. Deze kleinere druppelgroottes leiden tot harsen met een hogere porositeit en een lagere bulkdichtheid. Ten tweede dient METHOCEL™ als een beschermende colloïde rond VCM-druppels terwijl het in contact blijft met de groeiende PVC-polymeerketen. De beschermende colloïde die METHOCEL™ vormt, helpt om samensmelting van de druppels te voorkomen terwijl de druppelgrootte gelijkmatiger blijft tijdens de "plakkerige" aggregatiefases van het polymerisatieproces.
METHOCEL™ is verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten met verschillende substitutieniveaus voor methyl- en hydroxypropylgroepen die aan de celluloseruggengraat zijn bevestigd. In elk product wordt een letter gebruikt om de specifieke mate van substitutie van zowel methoxy- als hydroxypropylgroepen aan te geven, zoals weergegeven in het onderstaande diagram:
Hoe kiest u het juiste METHOCEL™-suspendeermiddel?
Hier volgen enkele vragen die u kunnen helpen bij het selecteren van de juiste METHOCEL™-kwaliteit:
Is een poreuzere of minder poreuze PVC-harskorrel gewenst?
Heeft u liever een hogere of lagere bulkdichtheid van de hars?
Zijn er lagere VCM-restanten nodig?
Met deze in gedachten, zoals eerder vermeld, zal een lagere IFT bijdragen aan een betere dispersie en een kleinere VCM-druppelgrootte, wat poreuzere, kleinere korrel PVC-harsen zal vormen. Daarom zullen METHOCEL™-kwaliteiten die een lagere IFT bieden ook een lagere bulkdichtheid, lagere VCM-resten en een gelijkmatigere PVC-korrelgrootteverdeling hebben. Over het algemeen neemt de IFT toe naarmate de substitutiegraad van METHOCEL™ toeneemt. Daarom kan IFT in de volgende volgorde worden gerangschikt op basis van de letter die de substitutiegraad aangeeft: J < E < F < A < K.
Andere factoren, zoals gelsterkte en organooplosbaarheid van individuele METHOCEL™-kwaliteiten, kunnen ook een rol spelen bij het beheersen van de druppelgrootte, maar hebben niet zo'n significante impact als IFT. Met al het bovenstaande in overweging kunnen specifieke METHOCEL™-kwaliteiten worden geselecteerd, afhankelijk van de gewenste porositeit en bulkdichtheid die nodig zijn voor elke eindtoepassing.
Hoewel er tientallen producten in het METHOCEL™-portfolio zitten, zijn de moleculen met een lagere weerstand het meest geschikt voor suspensie-PVC-polymerisatie. De bovenstaande kwaliteiten bieden PVC-fabrikanten de beste conventionele opties.
Hoe METHOCEL™ te gebruiken voor suspensie-PVC-polymerisatie
Normaal gesproken wordt voor grootschalige productie van suspensie-PVC METHOCEL™ toegevoegd in een bereik van 0,05–0,30% van het VCM-gewicht. De meeste variabiliteit binnen dit bereik is afhankelijk van de gebruikte reactorgrootte, waarbij kleinere reactoren een hogere concentratie METHOCEL™ nodig hebben voor een betere werkzaamheid. Hieronder vindt u een grafiek die kan worden gebruikt als startrichtlijn voor het vereiste percentage METHOCEL™, op basis van de reactorgrootte.
Grootte van de reactor
Snelheid van het roerwerk
% METHOCEL™
(gebaseerd op monomeergewicht)
0.5-gallonreactor
150–170 rpm
0.2–0.3
1-2-gallonreactor
150–170 rpm
0.2–0.3
20-gallonreactor
150–170 rpm
0.15–0.18
50-gallonreactor
150 rpm
0.08
500-gallonreactor
120 rpm
0.06
3,000-gallonreactor
120 rpm
0.05
Het is de moeite waard om op te merken dat is aangetoond dat bij elke reactorgrootte het verhogen van de concentratie METHOCEL™ ook de PVC-korrelgrootte verder verkleint. Dit komt omdat hogere concentraties METHOCEL™ resulteren in een betere filmvorming en oppervlaktebedekking van monomeerdruppels, waardoor de neiging tot druppelaggregatie wordt verminderd.
Procedureel wordt aanbevolen om de reactor te vullen met water en een oplossing van METHOCEL™ voordat de VCM's worden toegevoegd om de vorming van grove harsdeeltjes en ophoping van hars op de reactorwanden te voorkomen. METHOCEL™ kan ook worden gebruikt met andere suspendeermiddelen zoals hydroxypropylcellulose en polyvinylalcohol om de korrelgrootte verder te regelen over een breder bereik van schuifprofielen.
Samenvatting
Fabrikanten van PVC-suspensie vereisen een strikte controle op de harseigenschappen zoals korrelgrootte, porositeit en bulkdichtheid om de specifieke soorten PVC-hars te creëren die nodig zijn voor elke eindtoepassing. METHOCEL™ is een natuurlijk afgeleid suspendeermiddel dat verkrijgbaar is in verschillende kwaliteiten om deze harseigenschappen aan te passen. Neem hieronder contact met ons op om een monster van METHOCEL™ aan te vragen voor gebruik in uw PVC-suspensieproductieproces.
