Styrol-Butylacrylat-Emulsion : Aspekte der Hochtemperatur-Copolymerisation und neue Anwendungsgebiete

Abstract

Die Emulsionscopolymerisation ist einer der wichtigsten und vielseitigsten Prozesse für die Herstellung von Polymeren. In Hinblick auf ständig wachsende Märkte, entsprechendes Konsumwachstum und steigende Anforderungen an die Eigenschaftsprofile der Produktlatices ist die verfahrenstechnische Optimierung dieses Prozesses von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Eine Möglichkeit zur Prozessintensivierung der Emulsionscopolymerisation liegt in der Reaktionsführung bei höheren Temperaturen. Die Emulsionscopolymerisation von Styrol und Butylacrylat wird typischerweise im Temperaturbereich von 60 bis 90 °C durchgeführt, so dass die Reaktion bei Umgebungsdruck oder nur geringfügig erhöhtem Druck gefahren werden kann. Für höhere insbesondere über dem Siedepunkt liegende Reaktionstemperaturen liegen bisher in der Literatur kaum Daten vor. Dies erklärt sich aus dem bei höheren Temperaturen zu erwartenden erhöhten Druck, einer entsprechend erhöhten MTSR (maximale Temperatur der Synthesereaktion) sowie weiterer sicherheitstechnisch relevanter Kenngrößen, dem zunehmenden Auftreten unerwünschter Neben- und Folgereaktionen und der folglich höheren Komplexität des Prozesses. In der vorliegenden Arbeit wurden die Reaktionsverläufe und Latexeigenschaften einer Emulsionscopolymerisation von Styrol und Butylacrylat in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur im Bereich von 70 °C bis 180 °C untersucht. Durch die Variation der Comonomeren-Zusammensetzung von Styrol/Butylacrylat mit den Molanteilen von 80/20, 50/50 oder 20/80 und der Temperatur wurde deren Einfluss auf die Copolymerzusammensetzung und den Reaktionsverlauf ermittelt. Das weitere Ziel der vorliegenden Dissertation bestand in der Untersuchung neuer Anwendungsgebiete des Styrol-Butylacrylat-Copolymers in den Erdölförderungsprozessen.

Emulsion co-polymerisation is one of the most important and versatile processes for polymer synthesis. In the light of constantly growing markets, concomitant growth in consumption, and increasing demands on the property profiles of the product latexes, the optimisation of this process is of great economic importance. One possibility for the process intensification of emulsion co-polymerisation lies in the control of reactions at higher temperatures. Emulsion co-polymerisation of styrene and butyl acrylate (BA) is typically performed in the temperature range of 60 to 90 °C, so that the reaction can be performed at ambient or only slightly elevated pressures. So far there is scarce data in the literature for higher reaction temperatures, particularly those that lie above the boiling point. This can be explained by the higher pressures which would be expected at higher temperatures, a correspondingly increased MTSR (Maximum Temperature of the Synthesis Reaction), as well as other safety-related parameters, the increasing occurrence of undesirable side reactions and secondary reactions, and the consequent higher complexity of the process. In the present work, the reaction process and latex properties of an emulsion co-polymerisation of styrene and butyl acrylate are studied as a function of temperature between 70 and 180 °C. By varying the styrene / butylacrylate co-monomer composition (molar ratios of 80/20, 50/50 or 20/80) and the temperature, the influence of these two parameters on the co-polymer composition and the reaction process was determined. The other aim of the present dissertation was to investigate new areas of application of styrene–butyl acrylate copolymers in oil production processes.