Heterophasen- polymerisation

Heterophasenpolymerisationen - Polymerisationsverfahren, deren Ergebnis Polymerdispersionen sind - gestatten in unkomplizierter Weise die Erzeugung hochmolekularer Polymere in Systemen mit geringer Viskosität und gleichzeitig relativ hohem Polymeranteil. Die Nutzung von Wasser, das für viele Polymerdispersionen als Reaktions- bzw. Trägermedium dient, ist sowohl unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten als auch bezüglich anderer Aspekte wie Toxizität, Brennbarkeit oder Geruch vorteilhaft.

Emulsionspolymerisation

Mehr als 90% aller Polymerdispersionen werden durch radikalische Emulsionspolymerisationen hergestellt, die aufgrund ihres Multiphasencharakters die Erzeugung einer breiten Vielfalt an Produkteigenschaften gestatten. Diese Vielfalt betrifft sowohl die Ebene des Polymers – etwa die Wahl eines oder mehrerer Monomerbausteine, die Länge der Polymerketten, den Verzweigungs- bzw. Vernetzungsgrad – als auch die partikuläre Ebene mit der Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung, der Morphologie der Partikel und ihren Oberflächenfunktionalitäten. Beispielsweise werden durch einen geeigneten Kern-Schale-Aufbau der Polymerpartikel harte Beschichtungen trotz niedriger Filmbildungstemperatur erhalten, lassen sich mit der Einstellung von definierten bi- oder multimodalen Teilchengrößenverteilungen Dispersionen mit extrem hohen Feststoffgehalten erzeugen oder führt der Einbau geeigneter funktioneller Comonomere zu einer Reaktivausrüstung der Partikel, die für spätere Reaktionen wie Vernetzung oder Anbindung an eine Matrix genutzt werden kann.

Polymerdispersionen finden sich in Fassadenfarben, Lacken, Klebern oder dienen der Veredlung von Papier, Textilien und Leder.

Heterophasenpolymerisation wasserlöslicher Monomere

Polyelektrolyte und andere wasserlösliche Polymere können durch inverse Heterophasenpolymerisationstechniken in organischen Medien synthetisiert werden. Hierbei ermöglicht die sorgfältige Optimierung der Verfahren hinsichtlich Zusammensetzung der Reaktionsmischung, Stabilisierung und Initiierungsmechanismus, zu Produkten mit sonst nicht zugänglichen Eigenschaften – v.a. Molmassen - zu gelangen und damit neue Anwendungsfelder für die Produkte zu erschließen. Die Polymerisation wasserlöslicher Monomere in wässrigem Medium als Heterophasenpolymerisation ist durch den Einsatz niedermolekularer oder polymerer Fällsalze unter Verwendung geeigneter Stabilisatoren möglich.
So erzeugte Polyelektrolyte finden - neben dem Einsatz als Flockungshilfsmittel - Anwendung in der Papierindustrie, zur Veredelung von Oberflächen, in Haarkosmetika oder als Verdickungsmittel.

Sekundär- und Hybriddispersionen

Für eine Reihe von Anwendungen vor allem im Außenbereich sind auf Primärdispersionen basierende Beschichtungen ungeeignet, da sie aufgrund des Gehaltes an Emulgator eine hohe Wasseraufnahme zeigen. Sekundärdispersionen, die durch die Dispergierung eines durch Lösungspolymerisation in geringen Mengen eines organischen Lösungsmittels hergestellten Polymers („Harzes“) ohne zusätzlichen Emulgator entstehen, bilden hier besonders bezüglich des VOC eine Alternative zu lösungsbasierten Beschichtungsmaterialien. Eine Herausforderung ist hier, über die optimierte Einstellung der Harz-Zusammensetzung zu stabilen Dispersionen mit hohen Wirkstoffgehalten zu kommen. Hybriddispersionen werden durch die Emulsionspolymerisation einer zweiten Komponente in einer Sekundärdispersion erzeugt. Der Vorteil von Hybriddispersionen ist die oft auftretende synergistische Verstärkung der positiven Eigenschaften beider Komponenten, was bei einfachen Mischungen zweier Dispersionen nicht der Fall ist.

Unser Angebot

Wir bieten Prozessentwicklungen vom Labor- bis in den Technikumsmaßstab unter Umsetzung moderner Technologien für Polymerisationen in Heterophasen. Für die Prozessentwicklung stehen ein modernes Reaktionskalorimeter, ein automatischer Laborreaktor sowie diverse Möglichkeiten der Partikel- und Dispersionscharakterisierung (online und offline) zur Verfügung. Damit ist eine kontinuierliche Verfolgung des Polymerisationsverlaufes möglich.

• Emulsionspolymerisationen batch, semi-batch, Saatpolymerisationen etc.
• Herstellung definierter Partikelarchitekturen und –morphologien bzw. Untersuchung der Möglichkeiten, auf diesem Weg neue Eigenschaften zu erzielen
• Herstellung reaktiver Polymerdispersionen für Folgereaktionen wie Matrixankopplung oder Vernetzung
• Miniemulsionspolymerisationen, u.a. zur Herstellung von Kompositmaterialien
• Suspensionspolymerisationen
• Inverse Emulsions,- Miniemulsions-, Mikroemulsionspolymerisationen
• Dispersionspolymerisationen wasserlöslicher Monomere in wässrigen Medien
• Dispersionspolymerisationen in organischen Medien
• Sekundär- und Hybriddispersionen

Ausgewählte Patente

J. Bohrisch, M. Hahn, A. Mädler, M. Stoll
„Gelpartikel und Verfahren zu deren Herstellung“
DE 102004002206A1 (2005)

M. Hahn, B. R. Paulke, W. Jaeger:
„Verfahren zur Polymerisation wasserlöslicher Vinylmonomerer in wässrigen höherkonzentrierten Dispersionen“
DE 100 55 470 A1, WO 02/38 639 A1 (2002)

W. Jaeger, M. Hahn, D. Ruppelt, O. Struck, C. Przybyla:
„Herstellung hochmolekularer kationischer Polyelektrolyte in niedrigviskoser salzfreier Dispersion“
AZ 102 21 585.5 (2002)

Laschewsky, A.; Hahn, M.; Paulke, B.-R.; Jaeger, W.; Przybyla, C.; Sieger, A.:
„Polymer dispersion and process for preparing a polymer dispersion“
AZ: 04107023.6 (2005)

Jaeger, W.; Hahn, M.; Lieske, A.; Korth, H.; Staeck, R.; Scordialo, A.
„ Water-soluble branched block cationic copolymers“
WO 2003082938 (2003)

Hahn, M.; Lieske, A.; Hampel, C.; Gai, S.:
Verfahren zur Herstellung von Polymeren
AZ: 10 2005 027 757.8-44 (2005)

Paulke, B.-R., Lieske, A., Lochhaas, H., Thünemann, A.F.,:
„Wässrige kolloidale Dispersionen, enthaltend Komplexe von Polyelektrolyten und ionischen fluorierten Tensiden, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung“
EP 000001124906, DE000019852584 (1999)