Reaktionstechnische Untersuchungen zur schnellen kontinuierlichen Emulsionspolymerisation im multiskaligen Milli-Reaktor

Radikalische Polymerisationen, im Speziellen Emulsionspolymerisationen, werden im industriellen Maßstab in satzweisen (Batch) oder auch halbkontinuierlichen (Semi-Batch) Verfahren durchgeführt. Die Kenntnisse aus Forschung und Entwicklung der letzten Jahrzehnte stecken in diesen Prozessen und führen weitestgehend zu immer wiederkehrenden, einheitlichen Produkten. Aus Sicht ökonomischer, reaktions-technischer und sicherheitsrelevanter Aspekte liegt ein Entwicklungsschwerpunkt gängiger Polymerisations- und Heterophasenreaktionen seit geraumer Zeit in der Übertragung in kontinuierliche Verfahren. Der erste Aspekt für das Umdenken ist eine Limitierung rein satzweiser Betriebsarten in Bezug auf vielfältige Reaktionen. Kontinuierliche Verfahren bieten demnach den Vorteil einer durchgehenden Produktion bei ebenfalls gleichbleibenden Produktqualitäten. Zudem verringert diese Betriebsart die Kosten aus ökologischen Gesichtspunkten. Weiterhin erhält man einen Zugewinn an Produktionszeit durch den Wegfall normalerweise anfallender Stand- und Füllzeiten im Satzbetrieb.
Der zweite Aspekt für ein Umdenken hin zu kontinuierlichen Verfahren bietet das mittlerweile gut verfügbare Angebot an sogenannten Mikro- und Millireaktor-komponenten. Der Einsatz dieser kleindimensionierten Einheiten ermöglicht einen neuen Weg zu selektiv konstruierten Produkten. Aufgrund der Abmaße dieser Kompo-nenten bis hin zu einigen 100 µm im Kanaldurchmesser, verringern sich Transportwege der Reaktionskomponenten auf einen minimalen Betrag. Hierdurch wird ein Optimum an Reaktionskontrolle in Bezug auf Wärmeeintrag, Durchmischung und Reaktion mit signifikanter Verringerung an Nebenreaktionen erreicht. Themengegen-stand dieser Arbeit ist die reaktionstechnische Untersuchung, der Vergleich und Erkenntnisgewinn des Einsatzes multiskaliger Komponenten in Kom-bination mit einem Milli-Reaktor. Der Schwerpunkt wurde hierbei auf die Verwendung eines PTFE-Rohrreaktors, der Festlegung spezifischer Verfahrensgrenzen, Einsatz unter-schiedlich skalierter Mischmethoden, sowie die Durchführungen wasserbasierter Emulsionscopolymeri-sationen im Milli-Reaktor gelegt. Bei den durchgeführten Untersuchungen sollte das Verfahren des multiskaligen Reaktorkonzeptes verfolgt werden. Hierbei sollen sich die Dimensionen des eigentlichen Milli-Reaktors und der eingesetzten Peripherie-geräte, wie Mischer, nicht auf eine festgelegte Größendimension beschränken. Vielmehr sollte ein Konzept entwickelt und diskutiert werden, den Reaktor um mikroskalige und makroskalige Komponenten zu erweitern.