162060. lajstromszámú szabadalom • Polimerizációs eljárás naszcens poliolefin szálak előállítására
162060 9 10 Megjegyezzük azonban azt, hogy más típusú koordinációs katalizátorok is a kívánt célra megfelelhetnek. Ezekre példaképpen a Phillipskatalizátorokat és a Standard Oil Company of Indiana katalizátorait említjük. A Phillipsféle oldatos módszer a 2 825721 számú USA, a Phillips-féle szuszpenziós módszer a 853 414 számú angol szabadalomban van ismertetve. A Standard Oil eljárása a következő USA szabadalmi leírásokban van részletesen ismertetve: 2 691647, 2 726 231, 2 726 234, 2 728 758, 2 773 053, 2 791 575, 2 795 574 és 2 834 769. A polimerizációs reaktorban alkalmazott nyomás értékét a polimerizálandó olefin típusától és a felhasznált koordinációs katalizátornak megfelelően szokásos módon állítjuk be. Előnyösnek bizonyult azonban, hogyha a szokásosnál valamivel nagyobb nyomásokat alkalmazunk abból a célból, hogy a reakcióképességet növeljük. így pl. ha Ziegler-típusú kordinációs katalizátort alkalmazunk és az olefin etilén vagy propilén, akkor a szokásos nyomás általában 1—2 atmoszféra. A találmány szerinti eljárásban az előbbi nyomásértékek ugyan felhasználhatók, de a reakcióképesség növelése szempontjából az olvadék cseppfolyósodási hőmérséklete a meghatározó. Polietilén esetében dekalinos közegben összetapadás mutatkozik kb. 105 °C és ennél magasabb hőmérsékleten. A polietilén rostok előállítása esetén a kb. 4 °C-os alsó hőmérséklethatár is alkalmazható. Az optimális hőmérséklet könnyen meghatározható minden egyes olefinre, oldószerre és egyéb reakciófeltétel esetében. A tapasztalatok szerint a polimerizációs hőmérséklet befolyásolja a képződött rostok szerkezetét. Alacsonyabb hőmérsékleten (vagyis 30 °C alatt) rövidebb, kevésbé agglomerálódott rostok állíthatók elő, míg magasabb hőmérsékleten (vagyis 60—80 °C között) hosszabb rostok képezhetők. A poliolefin rostok képződésének egyik alapvető előfeltétele az alkalmazott nyíróigénybevétel, amelynek a reakciómasszát kitesszük polimerizáció közben. A nyíróigénybevétel lényeges tényező a sikeres rostképzés szempontjából. A rostképződés mechanizmusa és a nyíróigénybevétel közötti összefüggés pontos elméleti alapjai nem váltak ugyan ismeretessé, feltételezhető azonban, hogy ha a reakciómasszát megfelelő nyíróigénybevételnek vetjük alá, akkor a nászcens poliolefin mikrofibrillák nem tudnak egymásra visszahajolva gömbszerű polimer részecskéket képezni, mint ez a jelenség megfigyelhető és fennáll a szokásos olefinpolimerizációnál. Ehelyett a nyíró igénybevétel hatására a képződött mikrofibrillák hosszú láncalakú fibrillákká nyújthatók és rostokká állnak össze. A rostképződés szempontjából szükséges minimális nyíróerő igénybevétel bizonyos mértékben függ a polimerizálandó olefin és a Zieglerkatalizátor típusától. A szálképződéshez szükséges minimális nyíróerő könnyen meghatározható a találmány szerinti eljárás és berendezés felhasználásával tetszés szeriiniti olefin, katali-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 zátor, nyomás és hőmérséklet alkalmazása esetem növekvő keverőlapát sebességeknél, míg a rostképződés a keverőlapátokom már megfigyelhető (a legnagyobb nyíróerő zónája). A leírt berendezésben alkalmazandó minimális nyíróerő meghatározására a beépített keverőlapátoknak minél laposabb lemez alakúnak kell lenni a folyadék-áramhoz képest zéró beesési szög alatt elhelyezve és így a rostképződéshez szükséges minimális nyíróerő kiszámítható az alábbi egyenlőség alapján: áv2 1 T = C/-2 g ahol T V d C/ fő nyíróerő a lapos keverőlapát felületén, a folyadék főtömegének közepes sebessége, folyadéksűrűség, közepes közegellenállási koefficiens a keverőlapát összes dimenzióira számítva az áramlás irányában, gravitációs állandó. A rostképződéshez szükséges minimális nyíróigénybevétel más reakciófeltétalefctől is függ, ezért abszolút számot a minimális nyíróigénybevétel szempontjából nem lehet megadni. Kb. 3 mmnnél hosszabb rostok előállítása szempontjából is javasolt reakciófeltételek és olefin kiindulóanyagok esetében a minimális nyíróerő értéke, illetve értékhatára 0,1—1,5 pound (erő)/ /négyzetláb között van. Pollietilén esetében a rostképződés tekintetében szükséges minimális nyíróerő a 16. példa szerinti reakciókörülmények mellett kb. 1,5 pound :(erő)/négyzetláb. Ha a nyíróerőt a rostképződéshez szükséges minimális nyíróerő mértéke fölé növeljük, akkor a képződött rostok hosszabbak lesznek. A nyíróerő felső határértéke a rostképződés esetében nem került meghatározásra, azonban gyakorlati megfontolások alapján feltételezhető, hogy ilyen felső határ létezik, mivel a nyíróerő felső határát a készülékből adódó korlátok és a rost kívánt mérete befolyásolja, illetve korlátozza. Igen nagy nyíróerő igénybevétel esetén a képződött rostok szétszakadhatnak és ez a jelenség mindenképpen kerülendő. Ha a rendszerben lamináris áramlást alkalmazunk, akkor a Reynolds-szám (Re) értéke kisebb, mint kb. 4X105 , míg turbulens áramlás esetén a iReynolds-szám értéke meghaladja a 4Xil05 értéket. Az il. ábrán vázolt rendszer Reymolds-számát az alábbi egyenlet alapján határozhatjuk meg: Rc W • V0 • <P ,fi. ahol W =• átlagos keverőlapát szélesség (láb), 65 V0 = keverőlapát átlagos sebessége, S
