CH686438A5 - Stabilising vinyl monomers against uncontrolled polymerisation - Google Patents
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Abstract
Description
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
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40 40
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CH 686 438 A5 CH 686 438 A5
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polymerisationsinhibitor, ein Verfahren zur Stabilisierung von vinylischen Monomeren gegen unkontrollierte Polymerisation bei Herstellung, Transport und Lagerung durch Zugabe eines Polymerisationsinhibitors. Weiterhin betrifft die Erfindung Massnahmen zum Verhindern des Aufwachsens von Polymeren auf Oberflächen, insbesondere solchen, die mit Vinylverbindun-gen in Kontakt kommen. Schliesslich betrifft die Erfindung auch ein besonderes Verfahren zur Be-schichtung von Oberflächen. The present invention relates to a polymerization inhibitor, a method for stabilizing vinyl monomers against uncontrolled polymerization during production, transportation and storage by adding a polymerization inhibitor. The invention further relates to measures for preventing the growth of polymers on surfaces, in particular those which come into contact with vinyl compounds. Finally, the invention also relates to a special method for coating surfaces.
Vinylische Monomere werden weltweit zur Herstellung von Polymeren, vorzugsweise durch radikalische Polymerisation für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielhaft seien hier nur thermoplastische Werkstoffe, Dispersionen für Lacke und Beschichtungen, Waschmitteladditive und Babywindeln genannt. Vinylic monomers are used worldwide for the production of polymers, preferably by radical polymerization, for a large number of applications. Examples include only thermoplastic materials, dispersions for paints and coatings, detergent additives and baby diapers.
Da Vinyl-Monomere zur spontanen und unkontrollierten Polymerisation neigen, die bis zum explosionsartigen Reaktionsverlauf führen kann, sind Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, die unkontrollierte Polymerisationsreaktionen bei Herstellung, Lagerung und Transport von vinylischen Monomeren vermeiden. Since vinyl monomers tend to spontaneously and uncontrolled polymerization, which can lead to an explosive reaction, safety precautions must be taken to avoid uncontrolled polymerization reactions during the production, storage and transport of vinyl monomers.
Nicht nur explosionsartige Polymerisationsreaktionen sind zu vermeiden, sondern auch unerwünschte Polymerisationsreaktionen, wie sie bei der Reinigung von vinylischen Monomeren, z.B. durch destillative Aufarbeitung eintreten können. Not only explosive polymerization reactions are to be avoided, but also undesirable polymerization reactions, such as those involved in the purification of vinyl monomers, e.g. can occur by working up by distillation.
Schliesslich ist eine vorzeitige Polymerisation auch in Systemen unerwünscht, die vinylische Monomere enthalten; nur beispielhaft seien hier Druckplatten genannt. Finally, premature polymerization is also undesirable in systems which contain vinyl monomers; pressure plates are only mentioned here as examples.
Die Stabilisierung von Vinyl-Monomeren gegen die vorstehend genannten Reaktionen und Effekte durch Zugabe von sogenannten Polymerisationsinhibitoren ist an sich bekannt, bekannte Polymerisationsinhibitoren sind Kerobit und Phenothiazin, um nur zwei Beispiele zu nennen. Die Stabilisierungswirkung der bekannten Polymerisationsinhibitoren ist jedoch nicht immer in ausreichendem Masse gegeben. The stabilization of vinyl monomers against the above-mentioned reactions and effects by adding so-called polymerization inhibitors is known per se; known polymerization inhibitors are kerobite and phenothiazine, to name just two examples. However, the stabilizing effect of the known polymerization inhibitors is not always sufficient.
Der vorliegenden Erfindung lag dabei die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stabilisierung von vinylischen Monomeren zur Verfügung zu stellen, durch das vinylische Monomere zuverlässig gegen vorzeitige Polymerisation geschützt werden können. The object of the present invention was to provide a process for stabilizing vinyl monomers by means of which vinyl monomers can be reliably protected against premature polymerization.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst mit einem Polymerisationsinhibitor, der ein Fulleren C60-70. Umsetzungsprodukte eines Fullerens C60-70 mit einem Dienophil, oder eine Mischung von Fulle-renen C60-70 und/oder Umsetzungsproduklen von Fullerenen C60-70 mit Dienophilen, Nucleophilen oder Halogenen enthält. This object is achieved according to the invention with a polymerization inhibitor which is a fullerene C60-70. Contains reaction products of a fullerene C60-70 with a dienophile, or a mixture of fullerenes C60-70 and / or reaction products of fullerenes C60-70 with dienophiles, nucleophiles or halogens.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Verwendung eines oder mehrerer der oben genannten Polymerisationshibitoren zur Beschichtung von insbesondere metallischen Oberflächen, sowie in einem Verfahren zur Beschichtung von insbesondere metallischen Oberflächen durch Abscheiden von Dampf eines oder mehrerer der oben genannten Polymerisationsinhibitoren auf der betreffenden Oberfläche, wie diese Gegenstände in den Ansprüchen definiert sind. Another object of the invention is the use of one or more of the above-mentioned polymerization inhibitors for coating in particular metallic surfaces, and in a method for coating in particular metallic surfaces by vapor deposition of one or more of the above-mentioned polymerization inhibitors on the surface in question, such as these subjects are defined in the claims.
Schliesslich ist Gegenstand der Erfindung eine Gefäss- bzw. Rohranordnung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist. Finally, the subject of the invention is a vessel or tube arrangement as defined in the claims.
Fulleren C60-70 als solches und Verfahren zu dessen Herstellung sind an sich bekannt und z.B. von Krätschmer et al. in Nature, Vol. 347, S. 357 (1990) bzw. von Huffmann und Krätschmer im WO 92/04279 beschrieben. Fullerene C60-70 as such and processes for its production are known per se and e.g. by Krätschmer et al. in Nature, Vol. 347, p. 357 (1990) or by Huffmann and Krätschmer in WO 92/04279.
Als vinylische Monomere sind prinzipiell alle Verbindungen zu nennen, die im Molekül eine vinylische Doppelbindung der allgemeinen Formel In principle, all compounds which have a vinyl double bond of the general formula in the molecule are to be mentioned as vinyl monomers
CH2 = CH-R CH2 = CH-R
aufweisen, wobei R für Halogen oder einen organischen Rest stehen kann. have, where R can be halogen or an organic radical.
Beispielhaft seien hier nur Styrol, Acrylsäure und Methacrylsäure sowie deren Ester, Vinylester von Alkancarbonsäuren wie Vinylacetat, Vinylpropionat etc., Vinylhalogenide wie Vinylchlorid und Vinyl-bromid, und Vinylessigsäurenitril als die technisch bedeutsamsten genannt, die zu Polystyrol, Po-lyvinylacetat oder Polyvinylchlorid bzw. allgemeinen Poly(metb)acrylaten umgesetzt werden. Darüber hinaus sind auch N-Vinylformamid und N-Vinylpyrrolidon technisch verbreitete Produkte. Examples include only styrene, acrylic acid and methacrylic acid and their esters, vinyl esters of alkane carboxylic acids such as vinyl acetate, vinyl propionate etc., vinyl halides such as vinyl chloride and vinyl bromide, and vinyl acetic acid nitrile as the technically most important ones, which relate to polystyrene, polyvinyl acetate or polyvinyl chloride or general poly (metb) acrylates are implemented. In addition, N-vinylformamide and N-vinylpyrrolidone are technically widespread products.
Nach den erfindungsgemässen Verfahren wird das Fulleren C60-70 bzw. dessen Umsetzungsprodukte mit Dienophilen, Nucleophilen oder Halogenen (im folgenden als Fulleren-Inhibitor bezeichnet) dem zu stabilisierenden Monomer zugegeben, bevor eine unkontrollierte Polymerisation eintritt. Dies kann bereits während der Herstellung des Monomeren selbst oder aber unmittelbar vor einer evtl. Lagerung oder Transport erfolgen. According to the method according to the invention, the fullerene C60-70 or its reaction products with dienophiles, nucleophiles or halogens (hereinafter referred to as fullerene inhibitor) is added to the monomer to be stabilized before uncontrolled polymerization occurs. This can take place during the production of the monomer itself or immediately before storage or transport.
Neben Fulleren selbst können auch Mischungen verschiedener Fullerene und/oder Umsetzungsprodukte von Fullerenen mit Dienophilen wie sie auch in Diels-Alder-Reaktionen Verwendung finden, oder Umsetzungsprodukte mit Nucleophilen oder Halogenen eingesetzt werden. In addition to fullerenes themselves, mixtures of various fullerenes and / or reaction products of fullerenes with dienophiles, as are also used in Diels-Alder reactions, or reaction products with nucleophiles or halogens can be used.
Entsprechende Verbindungen sind dem Fachmann an sich bekannt, hier seien als Dienophil nur beispielhaft Maleinsäureanhydrid, als Nucleophile Thiole und Amine, z.B. Morpholin und 1,4-Phenylendia-min und als Halogen Brom oder Chlor genannt, wobei Brom bevorzugt wird. Corresponding compounds are known per se to the person skilled in the art, maleic anhydride being only an example as dienophile, thiols and amines, e.g. Morpholine and 1,4-phenylenediamine and bromine or chlorine is mentioned as halogen, bromine being preferred.
2 2nd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
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60 60
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CH 686 438 A5 CH 686 438 A5
Die Umsetzung von Fulleren mit diesen Verbindungen erfolgt im allgemeinen im Molverhältnis 1:1 bis 1:50, vorzugsweise 1:1,5 bis 1:10 und kann in Lösung (z.B. in Benzol) oder in Masse durchgeführt werden. Die Temperaturen, die hierbei angewandt werden, liegen im allgemeinen im Bereich von 20"C bis 200°C und die Reaktionszeiten im Bereich von 0,2 bis 100 Std., bevorzugt 2 bis 30 Std. The reaction of fullerene with these compounds is generally carried out in a molar ratio of 1: 1 to 1:50, preferably 1: 1.5 to 1:10 and can be carried out in solution (for example in benzene) or in bulk. The temperatures used here are generally in the range from 20 ° C. to 200 ° C. and the reaction times in the range from 0.2 to 100 hours, preferably 2 to 30 hours.
Im allgemeinen wird mit Zugabemengen von 0,1 bis 5000 ppm, bezogen auf das vinylische Monomer, eine ausreichende stabilisierende Wirkung erzielt; die benötigte Zugabemenge im Einzelfall hängt natürlich von dem zu stabilisierenden Monomeren ab. In general, a sufficient stabilizing effect is achieved with additions of 0.1 to 5000 ppm, based on the vinyl monomer; the amount of addition required in individual cases depends, of course, on the monomers to be stabilized.
Vorzugsweise wird der Fullereninhibitor in Mengen von 2 bis 200 ppm eingesetzt. The fullerene inhibitor is preferably used in amounts of 2 to 200 ppm.
In den nachfolgenden Beispielen wurde die stabilisierende Wirkung verschiedener Polymerisationsinhibitoren nach dem Verfahren der sogenannten isoperibolen Kalorimetrie bestimmt, welches dem Fachmann im Prinzip bekannt ist. In the following examples, the stabilizing effect of various polymerization inhibitors was determined by the so-called isoperibolic calorimetry method, which is known in principle to the person skilled in the art.
Das interessierende Vinyl-Monomer wird zusammen mit den übrigen Rezepturbestandteilen (Initiatoren, Lösemittel und evt. Hilfsstoffen) und dem Inhibitor (Kerobit, Phenothiazin oder Fulleren C60-70) in ein Kalorimeter eingebracht und auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt. The vinyl monomer of interest is placed in a calorimeter together with the other recipe components (initiators, solvents and possibly auxiliary substances) and the inhibitor (kerobite, phenothiazine or fullerene C60-70) and heated to a certain temperature.
Mit beginnendem Initiatorzerfall versuchen die gebildeten Radikale, die Polymerisation zu starten. As the initiator decays, the radicals formed attempt to start the polymerization.
Mit Polymerisationsbeginn heizt die freiwerdende Reaktionswärme den Ansatz auf. When the polymerization begins, the heat of reaction released heats up the batch.
Aus der Zeitspanne zwischen Aufheizung des Ansatzes und Beginn der Polymerisation (= Inhibitionszeit) lässt sich die Menge und, bei bekannter eingesetzter Menge, die Wirksamkeit der Polymerisationsinhibitoren bestimmen. The amount and, if the amount used is known, the effectiveness of the polymerization inhibitors can be determined from the time between heating the batch and the start of the polymerization (= inhibition time).
Nach dem erfindungsgemäss bevorzugten Verfahren werden Fullerenprodukte auf insbesondere metallische Oberflächen aufgedampft. Wenn diese in die entsprechenden Anlagen eingebracht werden, so stellt dies eine Massnahme dar, mit der Vinyl-Monomere in Chemieanlagen und Lagerbehältern zuverlässig gegen vorzeitige Polymerisation geschützt werden. According to the preferred method according to the invention, fullerene products are vapor-deposited on, in particular, metallic surfaces. If these are introduced into the corresponding plants, this represents a measure with which vinyl monomers in chemical plants and storage containers are reliably protected against premature polymerization.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Schichten ist das thermische Verdampfen der Fullerene besonders geeignet. Dabei wird vorzugsweise das in fester Form vorliegende Ausgangsmaterial in ein Verdampferschiffchen eingebracht und in einem Druckbereich zwischen 10~6 bar und 10 mbar und einem Temperaturbereich zwischen 200°C und 500"C auf die zu überziehende Metalloberfläche aufgebracht. Die Dicke der aufgebrachten Schicht liegt insbesondere im Bereich zwischen 1 nm und 100 um. Es ist erfindungsgemäss möglich, zur Verbesserung der Haftfähigkeit der aufgebrachten Schicht die Metalloberfläche einer Vorbehandlung zu unterziehen. Die Vorbehandlung kann aus einer nasschemischen Behandlung, einer Plasmabehandlung, einer UV-Behandlung, einer lonenbeschussbehandlung oder einer Kombination dieser Methoden bestehen. Die Temperatur des Substrats während der Behandlung kann zwischen Zimmertemperatur und 400°C gehalten werden. Thermal evaporation of the fullerenes is particularly suitable for producing the layers according to the invention. The starting material, which is in solid form, is preferably introduced into an evaporator boat and applied to the metal surface to be coated in a pressure range between 10 ~ 6 bar and 10 mbar and a temperature range between 200 ° C. and 500 ° C. The thickness of the applied layer is in particular in the range between 1 nm and 100 μm It is possible according to the invention to subject the metal surface to a pretreatment in order to improve the adhesiveness of the applied layer The pretreatment can consist of a wet chemical treatment, a plasma treatment, a UV treatment, an ion bombardment treatment or a combination thereof Methods exist: The temperature of the substrate during treatment can be maintained between room temperature and 400 ° C.
Beispiel 1 example 1
Acrylsäure wurde in einer Menge von 10 g mit der vierfachen Menge des inerten Lösemittels Toluol, in der als Radikalbildner 2,2'-Azobis-2,4-valeronitril und der jeweilige Inhibitor gelöst wurden, vermischt und in ein Kalorimeter-Reaktionsgefäss aus Kunststoff übergeführt und der Ansatz auf 60°C aufgeheizt. Acrylic acid was mixed in an amount of 10 g with four times the amount of the inert solvent toluene, in which 2,2'-azobis-2,4-valeronitrile and the respective inhibitor were dissolved as radical formers, and transferred to a plastic calorimeter reaction vessel and the batch heated to 60 ° C.
Durch die Temperaturerhöhung wurde der Radikalstarter aktiviert und bildete Radikale, die die Acryl-säure-Polymerisation starteten. The radical starter was activated by the temperature increase and formed radicals that started the acrylic acid polymerization.
Dabei wurde Polymerisationswärme frei, die das Reaktionsgefäss aufheizte. This released heat of polymerization, which heated the reaction vessel.
Die zeitliche Temperaturänderung ist in Fig. 1 aufgetragen für einen Versuch ohne Inhibitorzusatz, einen Versuch mit Zusatz des bisher eingesetzten Inhibitors Phenothiazin sowie einen Versuch mit Zusatz von C60-70-Fulleren. An der längeren Inhibitionszeit ist die bei gleicher Massekonzentration deutlich höhere Effektivität des C6o-Fullerens zu erkennen. Während ein Molekül Phenothiazin in der Lage ist, 0,25 Radikale abzufangen, kann ein Molekül C6o-Fulleren 3,5 Radikale abfangen. The temperature change over time is plotted in FIG. 1 for a test without the addition of an inhibitor, a test with the addition of the inhibitor phenothiazine used hitherto and a test with the addition of C60-70 fullerene. The longer inhibition time shows the significantly higher effectiveness of the C6o fullerene at the same mass concentration. While one molecule of phenothiazine is able to trap 0.25 radicals, one molecule of C6o fullerene can trap 3.5 radicals.
Beispiel 2 Example 2
Mit der in Beispiel 1 beschriebenen Methode wurde 1 Teil 2-Hydroxyethylacrylat, versetzt mit 0,5 Mol-% (bezogen auf das Monomer) des Radikalbildners 2,2'-Azobis-2,4-valeronitril, mit 4 Teilen einer toluolischen Lösung des zu untersuchenden Inhibitors versetzt und polymerisiert. With the method described in Example 1, 1 part of 2-hydroxyethyl acrylate, mixed with 0.5 mol% (based on the monomer) of the radical generator 2,2'-azobis-2,4-valeronitrile, with 4 parts of a toluene solution of inhibitor to be examined and polymerized.
In Fig. 2 sind die gemessenen Temperaturverläufe mit dem gängigen Inhibitor Phenothiazin sowie mit C6o-7o-Fullleren verglichen mit einem Versuch ohne Inhibitorzusatz. Während der Zusatz von Phenothiazin nahezu keine Inhibitionswirkung zeigte, ist C60-70-Fulleren als Inhibitor sehr wirksam: Aus der gemessenen Inhibitionsdauer lässt sich berechnen, dass ein Molekül C60-70 etwa 5,3 Radikale abfing. 2 shows the measured temperature profiles with the common inhibitor phenothiazine and with C6o-7o fulllerene compared to a test without the addition of an inhibitor. While the addition of phenothiazine showed almost no inhibitory effect, C60-70 fullerene is very effective as an inhibitor: From the measured duration of inhibition, it can be calculated that one molecule of C60-70 captured about 5.3 radicals.
Beispiel 3 Example 3
Untersucht wurde die Polymerisation von fünf sehr reaktiven Monomeren in Gegenwart der bisher eingesetzten Inhibitoren Phenothiazin (PTZ, Thiodiphenylamin, C12H9NS) und Kerobit sowie in Gegenwart von C60-70 mit der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in der Tabelle zusammengefasst (einschliesslich der Ergebnisse der Beispiele 1 und 2). The polymerization of five very reactive monomers was investigated in the presence of the inhibitors phenothiazine (PTZ, thiodiphenylamine, C12H9NS) and kerobite used to date, and in the presence of C60-70 using the method described in Example 1. The results of the investigation are summarized in the table (including the results of Examples 1 and 2).
3 3rd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
CH 686 438 A5 CH 686 438 A5
Tabelle 1 Table 1
Wirksamkeit der Inhibitoren bei schnellen Monomeren Effectiveness of inhibitors with fast monomers
Inhibitionszeit1) Inhibition time1)
Wirksamkeit2) Effectiveness2)
Monomer Monomer
PTZ PTZ
Kerobit Kerobite
C60-70 C60-70
PTZ PTZ
Kerobit Kerobite
060-70 060-70
Acrylsäure3) Acrylic acid3)
16 16
0 0
53 53
0,25 0.25
0 0
3,5 3.5
Hydroxyethylacrylat3> Hydroxyethyl acrylate3>
6 6
0 0
145 145
0,06 0.06
0 0
5,3 5.3
N-Vinylformamid4) N-vinylformamide4)
18 18th
37 37
116 116
0,29 0.29
0,7 0.7
6,8 6.8
N-Vinylpyrrolidon5) N-vinylpyrrolidone5)
0 0
0 0
17 17th
0 0
0 0
2,5 2.5
n-Butylacrylat6) n-butyl acrylate6)
6 6
6 6
95 95
0,11 0.11
0,12 0.12
4,1 4.1
1) Zeitintervall zwischen Aufheizen des Ansatzes und Polymerisationsbeginn in s 1) Time interval between heating the batch and the start of polymerization in s
2) Anzahl abgefangener Radikale je eingesetztem Inhibitormolekül (Radikalausbeutefaktor des Initiatorzerfalls f = 0,5) 2) Number of radicals trapped per inhibitor molecule used (radical yield factor of initiator decay f = 0.5)
3) 20%ig in Toluol mit 0,5 Mol-% V-65, 50 ppm Inhibitor/Monomer und 60°C 3) 20% in toluene with 0.5 mol% V-65, 50 ppm inhibitor / monomer and 60 ° C
4) 25%ig in Toluol mit 0,2 Mol-% V-65, 50 ppm Inhibitor/Monomer und 60°C 4) 25% in toluene with 0.2 mol% V-65, 50 ppm inhibitor / monomer and 60 ° C
5) 70%ig in Toluol mit 0,5 Mol-% V-65, 50 ppm Inhibitor/Monomer und 70°C 5) 70% in toluene with 0.5 mol% V-65, 50 ppm inhibitor / monomer and 70 ° C
6) 50%ig in Toluol mit 1,0 Mol-% V-65, 50 ppm Inhibitor/Monomer und 60°C (V-65 = 2,2'-Azobis-2,4-valeronitril) 6) 50% in toluene with 1.0 mol% V-65, 50 ppm inhibitor / monomer and 60 ° C (V-65 = 2,2'-azobis-2,4-valeronitrile)
Die Tabelle 1 zeigt, dass C60-70 für alle Monomere ein wirksamerer Inhibitor als die bisher eingesetzten Inhibitoren Phenothiazin bzw. Kerobit BPD ist. Table 1 shows that C60-70 is a more effective inhibitor for all monomers than the previously used inhibitors phenothiazine or kerobite BPD.
Beispiel 4 Example 4
Untersucht wurde die Polymerisation von Acrylsäure in Masse in Gegenwart des bisher eingesetzten Inhibitors sowie in Gegenwart von Fulleren C60-70-Derivaten mit der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. The polymerization of acrylic acid in bulk was investigated in the presence of the inhibitor used hitherto and in the presence of fullerene C60-70 derivatives using the method described in Example 1.
Tabelle 2 Table 2
Wirksamkeit der Inhibitoren bei der Aclylsäurepolymerisation Efficacy of inhibitors in aclylic acid polymerization
Derivat von 1 Mol Fulleren C60-70 mit Derivative of 1 mole fullerene C60-70 with
Inhibitionszeit in s Inhibition time in s
Wirksamkeit: Radikale abgefangen je Inhibitormolekül Efficacy: radicals trapped per inhibitor molecule
2,5 Mol Morpholin 2.5 moles of morpholine
24 24th
0,10 0.10
3-4 Mol 1,4-Phenylendiamin 3-4 moles of 1,4-phenylenediamine
24 24th
0,10 0.10
8-10 Mol Brom 8-10 moles of bromine
24 24th
0,10 0.10
zum Vergleich: Phenothiazin for comparison: phenothiazine
14 14
0,02 0.02
Wie die Tabelle 2 zeigt, sind die Fulleren-Derivate bei der Acrylsäurepolymerisation wirksamere Inhibitoren als das bisher eingesetzte Phenothiazin. As Table 2 shows, the fullerene derivatives are more effective inhibitors than the previously used phenothiazine in acrylic acid polymerization.
Zum Nachweis der inhibierenden Wirkung der Fullerenbeschichtung wird im nächsten Beispiel das interessierende Vinyl-Monomere zusammen mit den übrigen Rezepturbestandteilen (Initiatoren, Lösemittel, etc.) und der mit dem Fulleren beschichteten Oberfläche in das Reaktionsgefäss des Kalorimeters eingebracht. In die Öffnung des Reaktionsgefässes wird eine mehrfach durchbohrte Führung gesteckt. Durch das mittlere Loch wird ein Thermoelement in die Mitte des Reaktionsansatzes geführt. Durch ein seitliches Loch wird ein Schlauch bis an den Gefässboden geführt, durch den der Reaktionsansatz zur Entfernung des Sauerstoffs mit Stickstoff begast wird. Ist genügend Stickstoff durch den Ansatz geleitet worden, wird der Schlauch aus dem Ansatz herausgezogen und der Gasraum des Reaktionsgefässes schutzbegast. To demonstrate the inhibiting effect of the fullerene coating, in the next example the vinyl monomer of interest is introduced into the reaction vessel of the calorimeter together with the other formulation components (initiators, solvents, etc.) and the surface coated with the fullerene. A guide with multiple holes is inserted into the opening of the reaction vessel. A thermocouple is guided through the middle hole into the middle of the reaction mixture. A hose is led through a hole on the side to the bottom of the vessel, through which the reaction mixture is gassed with nitrogen to remove the oxygen. If sufficient nitrogen has been passed through the batch, the tube is pulled out of the batch and the gas space of the reaction vessel is gassed with protective gas.
Zur Polymerisation wird das vorbereitete Reaktionsgefäss so in die Thermostatenflüssigkeit eingetaucht, dass sich die Öffnung des Reaktionsgefässes über und der Flüssigkeitsspiegel des Ansatzes unter dem Flüssigkeitsniveau der Thermostatenflüssigkeit befindet. Da der Thermostat auf die gewünschte Reaktionstemperatur vorgeheizt ist, heizt sich der Ansatz auf, der Initiatorzerfall setzt ein, oder bei genügend hohen Temperaturen werden aus den Monomeren selbst Radikale gebildet, und die gebildeten Radikale versuchen die Polymerisation zu starten. For the polymerization, the prepared reaction vessel is immersed in the thermostat liquid so that the opening of the reaction vessel is above and the liquid level of the batch is below the liquid level of the thermostat liquid. Since the thermostat is preheated to the desired reaction temperature, the batch heats up, initiator decay begins, or at sufficiently high temperatures, the monomers themselves form radicals and the radicals formed attempt to start the polymerization.
Mit Polymerisationsbeginn heizt die freiwerdende Reaktionswärme den Ansatz auf. Der Temperaturanstieg wird vom Thermoelement im Reaktionsgefäss registriert. Da die umgebende Thermostatentemperatur konstant gehalten wird, fliesst Wärme aus dem Gefäss ab. Die Temperaturdifferenz steigt so When the polymerization begins, the heat of reaction released heats up the batch. The temperature rise is registered by the thermocouple in the reaction vessel. Since the surrounding thermostat temperature is kept constant, heat flows out of the vessel. The temperature difference increases
4 4th
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
CH 686 438 A5 CH 686 438 A5
lange weiter an, d.h. die Temperatur im Reaktionsgefäss steigt (ggf. bis zur und über die Siedetemperatur von Monomeren und/oder Lösemittel), wie die Wärmeerzeugung durch die Reaktion grösser ist als die Wärmeabfuhr. Sinkt die Wärmeproduktionsrate gegen Reaktionsende, sinkt auch die Temperatur im Reaktionsgefäss. long on, i.e. the temperature in the reaction vessel rises (possibly up to and above the boiling point of monomers and / or solvents), as the heat generated by the reaction is greater than the heat removal. If the heat production rate drops towards the end of the reaction, the temperature in the reaction vessel also drops.
Aus der Zeitspanne zwischen Aufheizung des Ansatzes und Beginn der Polymerisation (= Inhibitionszeit) lässt sich die polymerisationsverhindernde Wirkung der beschichteten Oberfläche bestimmen. The polymerization-preventing effect of the coated surface can be determined from the time period between heating of the batch and the start of the polymerization (= inhibition time).
Beispiel 5 Example 5
In das Reaktionsgefäss des isoperibolen Kalorimeters wird ein Edelstahl-Plättchen eingebracht, das Gefäss mit Monomeren gefüllt (Acrylsäure oder 2-Hydroxyethylacrylat), bis das Plättchen mit Monomeren bedeckt ist und in den Thermostaten getaucht. Der Thermostat ist auf eine Temperatur vorgeheizt, die eine thermische Polymerisation des jeweiligen Monomeren hervorruft (Acrylsäure 120°C, 2-Hy-droxyethylacrylat 140°C). Festgestellt wird, wie sich der Polymerisationsbeginn verzögert, wenn ein mit Fulleren C6o beschichtetes Edelstahl-Plättchen eingebracht wird. Zum Vergleich ist die Zeit des Polymerisationsbeginns mit unbeschichtetem Edelstahl-Plättchen aufgetragen. A stainless steel plate is placed in the reaction vessel of the isoperibolic calorimeter, the vessel is filled with monomers (acrylic acid or 2-hydroxyethyl acrylate) until the plate is covered with monomers and immersed in the thermostat. The thermostat is preheated to a temperature that causes thermal polymerization of the respective monomer (acrylic acid 120 ° C, 2-hydroxyethyl acrylate 140 ° C). It is determined how the start of polymerization is delayed when a stainless steel plate coated with fullerene C6o is introduced. For comparison, the time of the start of polymerization with uncoated stainless steel plate is plotted.
Tabelle 3 Table 3
Verzögerung der thermischen Polymerisation durch eine Fulleren-C6o-Beschichtung Thermal polymerization delayed by a fullerene C6o coating
Monomer Monomer
Beschichtung Coating
Inhibitionszeit/min. Inhibition time / min.
Acrylsäure ohne Acrylic acid without
20 20th
mit C6o keine Polymerisation in 120 min. with C6o no polymerization in 120 min.
Hydroxyethylacrylat ohne Hydroxyethyl acrylate without
10 10th
mit C60, 1 - Versuch with C60, 1 attempt
20 20th
mit Cöo, 2. Versuch with Cöo, 2nd attempt
20 20th
mit C60, 3. Versuch with C60, 3rd attempt
30 30th
Die Tabelle 3 zeigt, dass durch die Fulleren-C6o-Beschichtung die thermische Polymerisation entweder ganz unterbunden wird (Acrylsäure) oder mindestens stark verzögert einsetzt (2-Hy-droxyethylacrylat). Eine Beschichtung von produktbenetzten Teilen in der Kolonne mit Fulleren-C6o ist deshalb geeignet, die durchschnittliche Betriebszeit von Destillationskolonnen für Monomere zu verlängern. Table 3 shows that the fullerene C6o coating either completely suppressed the thermal polymerization (acrylic acid) or started at least with a considerable delay (2-hydroxyethyl acrylate). A coating of product wetted parts in the column with fullerene C6o is therefore suitable to extend the average operating time of distillation columns for monomers.
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