[发明专利]生产共聚物的方法

说明书

本发明涉及制备共聚物的方法、该共聚物以及该共聚物的用途。

已知分散剂形式的混合物常被加入粉状无机或有机物质(如粘土、硅酸盐粉末、白垩、炭黑、碎石和水硬性粘合剂)的含水浆体中，以改进其加工性能，例如捏和性、覆盖性、喷涂性、可泵性或流动性。所述混合物能够打碎固体附聚物，能够分散所形成的颗粒并以该方式改进加工性能。该效果还可以有目的性的方式特别用于制备建筑材料混合物，所述混合物包含水硬性粘合剂，如水泥、石灰、石膏或无水石膏。

为将这些基于所述粘合剂的建筑材料混合物转化为即用的、适于加工的形式，一般需要比接下来的水合或硬化过程所需要的混合水多得多。由于过量的、随后蒸发的水在混凝土主体中形成的空腔部分导致机械强度和稳定性显著降低。

为降低在特定的加工稠度下所述水的过量比例，和/或改进在特定的水/粘合剂比下的加工性能，使用通常被称作减水剂或超增塑剂(superplasticizer)的混合物。实际使用的此类试剂特别是通过酸单体和聚醚大分子单体的自由基共聚制备的共聚物。

实际上，共聚一般是通过半间歇式操作所实现。WO 2005/075529描述了用于制备所述共聚物的半连续方法，其中首先加入聚合大分子单体然后将酸单体随着时间的推移计量加入最初加入的混合物中。虽然所描述的方法已经是经济的并获得高性能的超增塑剂作为该方法的产物，但仍希望改进方法的成本效率并且甚至进一步改进该方法产物的品质。

因此，本发明的目的是提供一种用于制备具有作为水硬性粘合剂的分散剂——尤其是作为超增塑剂——的良好性能的共聚物的经济的方法。

本目的是通过用于在聚合设备中半连续操作制备共聚物的方法实现的，该聚合反应设备包含连接计量装置的聚合反应器，在每种情况下将酸单体首先添加到计量装置中并将聚醚大分子单体和水加入聚合反应器中，将酸单体从计量装置计量添加到聚合反应器中，在将酸单体计量加入聚合反应器之前和/或期间将自由基聚合引发剂传送到聚合反应器中以便在聚合反应器中形成水性介质，其中酸单体和聚醚大分子单体通过自由基聚合进行反应形成共聚物，将包含H₂O₂或碱金属过氧化二硫酸盐的氧化还原引发剂体系用作自由基聚合引发剂，水性介质在聚合期间的温度被调节到5至43℃，水性介质在聚合反应开始时的温度不超过28℃，使用每mol聚醚大分子单体共计1至20mol的酸单体被计量添加到聚合反应器中，所用聚醚大分子与所用水的重量比例为5∶1至1∶5，以这样的方式提供最初加入到聚合反应器中的水中的至少70重量％以使它在不超过19℃的温度时加入聚合反应容器中或者它在加入到聚合反应器之前与聚醚大分子单体结合并从而具有不超过19℃的温度。

酸单体的含义被理解为这样的单体，其能够发生自由基共聚，具有至少一个碳双键，包含至少一个酸官能并作为酸在水性介质中反应。此外，酸单体的含义也可理解为这样的单体，其能够发生自由基聚合，具有至少一个碳双键并且由于在水性介质中的水解反应，形成至少一个酸官能并且作为酸在水性介质中反应(实例：马来酸酐或可碱水解的酯，例如丙烯酸乙酯)。在本发明的上下文中，聚醚大分子单体是这样的化合物，其能够发生自由基共聚并且具有至少一个碳双键和至少两个醚氧原子，特别是条件为存在于共聚物中的聚醚大分子单体结构单元具有包含至少两个醚氧原子的侧链。

所述的聚醚大分子单体在室温下的稠度主要取决于摩尔质量。在几乎所有情况下，这些聚醚大分子单体在室温中以固体存在。由于在工业方法中计量固体一般比计量液体更加复杂，并且固体形式存在的聚醚大分子单体的溶解速率随着摩尔质量的增加而大大降低，所以大分子单体在大多数情况下以熔融物形式处理。由于聚醚大分子单体的水溶液是在聚合物合成的第一步制备的，通过将以熔融物形式存在的聚醚大分子单体和水混合而确定的溶液温度在许多情况下是非常高的并且必须通过冷却降低至起始温度。然而，使用的冷却时间增加了批处理时间(batchtime)。

由于在本发明的方法中提供相对冷的水，故起始物质不需要冷却时间或相应的冷却时间减少。从工艺过程的观点看，所谓时空产率的改善与无冷却时间或其减少有关，结果可能在单位时间内有更多的批次。这导致成本效率的大幅度改进。

在本发明的一个特别优选的实施方案中，最初被加入聚合反应器中并且提供的水中的所述至少70重量％是取自天然存在的地下水或地表水(例如河水)，优选底下水。

在通过外部冷却来冷却大分子单体溶液的过程中，还需要使用大量的能量。由于以熔融物存在的大分子单体和相对冷的水混合后导致温度较低，冷却能量可以该方式节省，结果导致成本效率更进一步改善。