Desmembramento do Processo de Fabricação de Pó Polimérico Redispersível

O pó polimérico redispersível (também chamado de RDP) é uma resina em pó que pode ser redispersa em água. Geralmente é produzido por secagem por aspersão de emulsão de resina sintética. Portanto, também é chamado de pó de emulsão ou pó de látex .

Uma das características do pó polimérico redispersível é que ele pode ser redisperso pela adição de água, e o desempenho da solução redispersa é basicamente o mesmo da emulsão inicial.

Atualmente, os principais fornecedores mundiais de pó de polímero redispersível incluem: Wacker e BASF, da Alemanha; Celanese e Dow, dos Estados Unidos; e WOTAIchem, da China.

O processo de fabricação de pó de polímero redispersível geralmente envolve três etapas:

① Polimerização em emulsão

② Modificação da emulsão

③ Secagem por pulverização

Dentre elas, a modificação da emulsão pode ser realizada durante o processo de polimerização em emulsão ou após ele. Você pode consultar todo o processo na figura a seguir.

1. Polimerização em Emulsão

1.1 Sistemas para Pó de Polímero Redispersível

Os principais usos do pó polimérico redispersível são adesivos para construção e argamassas secas . Entre os diversos sistemas poliméricos, os polímeros à base de acetato de vinila sempre ocuparam posição dominante e constituem o sistema de formulação mais clássico.

Isso se deve principalmente às suas vantagens abrangentes: baixo custo, alta resistência de adesão e respeito ao meio ambiente (não tóxico e inofensivo). Seja no processo de produção ou na construção em campo, ele combina segurança e praticidade.

1.2 Monômeros para Polimerização

Os monômeros utilizados na polimerização em emulsão determinam o tipo de pó polimérico redispersível. Os monômeros poliméricos usados ​​para pó polimérico redispersível incluem principalmente alcenos insaturados , como vários ésteres vinílicos e ésteres acrílicos .

Os monômeros específicos incluem principalmente: vários monômeros de acrilato, como acrilato de metila (MA), metacrilato de metila (MMA), acrilato de n-butila (n-BA), acrilato de etila (EA); maleatos, fumaratos; e monômeros vinílicos aromáticos, como o estireno.

1) Ao selecionar o monômero, dois fatores importantes devem ser levados em consideração: a temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura mínima de formação de filme (MFT).

2) Como o teor de umidade do pó de polímero redispersível preparado por secagem por pulverização deve ser inferior a 5%, a temperatura do pó deve ser ajustada acima de 45 ℃.

3) Quando a Tg é muito baixa (por exemplo, < 30 ℃), o pó seco tende a amolecer e a formar grumos. Geralmente, se a temperatura de saída for mais de 30 ℃ superior à Tg, o pó de polímero irá aglomerar-se, e se for mais de 40 ℃ superior à Tg, o pó de polímero irá formar uma espécie de solda.

4) Portanto, uma Tg apropriada deve ser selecionada para evitar que o polímero amoleça e forme grumos, e para garantir a pulverização. No entanto, geralmente, polímeros com Tg alta também apresentam MFT alta.

5) Portanto, também é necessário considerar uma MFT adequada para garantir que a dispersão possa formar um filme a uma temperatura mais baixa. Idealmente, uma emulsão polimérica com núcleo macio e casca rígida deve ser sintetizada. A tabela a seguir mostra a fórmula de polimerização da emulsão base de EVA.

* Fórmula para polimerização de emulsão base de EVA

5) Além disso, ao escolher monômeros, o custo do produto também precisa ser considerado. Atualmente, os produtos comercializados são principalmente da série acetato de vinila-etileno, e isso se deve em grande parte ao seu menor custo.

1.3 Método de Polimerização

De modo geral, o processo de fabricação de polímeros em pó redispersíveis não possui restrições específicas quanto ao método de polimerização em emulsão. Qualquer processo de polimerização em emulsão que utilize água como meio de dispersão pode ser empregado.

A WOTAIchem recomenda o uso de métodos de polimerização em emulsão contínua ou semicontínua, ou métodos de polimerização em emulsão com sementes.

A empresa chinesa WOTAIchem desenvolveu com sucesso um pó de resina sintética redispersível de alto desempenho. Este produto aprimora seu desempenho pela adsorção de uma resina especial de álcool polivinílico na superfície das partículas de polímero. Este álcool polivinílico contém grupos funcionais acetilamino ou mercapto, e seu valor característico de bloco varia de 0,3 a 0,6. Essa tecnologia melhora significativamente a redispersibilidade, a capacidade de formação de filme, a resistência à água e as propriedades antiaderentes do pó.

A WOTAIchem alcançou a produção industrial em larga escala de pó polimérico redispersível. A equipe de engenharia liderada por Gao Guoli, da WOTAIchem, projetou um sistema com “núcleo macio e revestimento rígido”. O núcleo utiliza éster acrílico butílico, que apresenta boa flexibilidade e resistência a baixas temperaturas. Já o revestimento utiliza metacrilato de metila, que possui alta dureza e forte estabilidade.

Essa estrutura especial permite que a emulsão seja submetida à secagem por aspersão em temperaturas mais elevadas. O resultado final é um látex em pó dispersível com melhor dispersão e maior resistência à água. Isso melhora significativamente a qualidade do nosso produto e a eficiência da produção.

O pó polimérico redispersível produzido por este método possui excelente dispersibilidade e resistência à água.

2. Modificação de emulsão

O processo de desidratação e secagem da emulsão polimérica para formar um filme é irreversível. Essa é a base para a melhoria do desempenho da argamassa de cimento. Portanto, ao preparar o pó polimérico dispersível após a secagem da emulsão polimérica, a chave é manter a reversibilidade da secagem por aspersão do polímero e da subsequente dispersão. A solução é:

Adicione coloides protetores hidrofílicos à emulsão antes da secagem por pulverização;

Ou

Adicione o agente antiaglomerante durante ou após o processo de secagem para evitar a aglomeração irreversível das partículas de polímero.

2.1 Coloides Protetores

Os coloides protetores são geralmente substâncias macromoleculares solúveis em água, como o álcool polivinílico (PVA) e derivados de celulose. Alguns componentes são adsorvidos ou ligados à superfície das partículas da emulsão, formando uma camada protetora (camada de hidratação) com efeito de impedimento estérico. Essa camada desempenha um papel fundamental na estabilização do sistema, enquanto outros permanecem na fase aquosa.

Atualmente, o coloide protetor mais utilizado é o álcool polivinílico. O PVA pode aumentar o efeito antiaglomerante e dissolver-se rapidamente.

No entanto, a quantidade de PVA adicionada é limitada pela viscosidade do sistema. Quando a dosagem é muito alta, a emulsão precisa ser diluída para um baixo teor de sólidos. Isso resultará em um aumento na quantidade de água que precisa ser evaporada diretamente, reduzindo, assim, a produção de pó seco.

Para solucionar esse problema, a WOTAIchem™ tentou misturar a seco uma parte do PVA com o pó de polímero obtido. Essa abordagem não só garantiu a eficiência da produção, como também o desempenho do produto.

2.2 Agentes Antibloqueio

A emulsão é propensa à aglomeração durante a secagem por aspersão ou após a formação do pó. Para reduzir a aglomeração entre os pós de polímero, a WOTAIchem™ recomenda a adição de agentes antiaglomerantes minerais inertes, como caulim, diatomita e talco. No entanto, se o agente antiaglomerante for adicionado antes da secagem, ele pode ser encapsulado em microcápsulas e perder sua eficácia.

Na maioria dos casos, eles são pulverizados separadamente com a emulsão no topo do secador. Mas isso também está sujeito a perdas no fluxo de ar ou à formação de crostas no secador e na tubulação de transporte.

Um método de adição mais eficiente consiste em adicioná-lo em duas partes: uma parte é pulverizada com ar comprimido na parte superior do secador; e a outra parte é misturada com ar frio na parte inferior. Para evitar a aglomeração, também é possível realizar a saponificação da parte restante quando a polimerização do polímero atingir 80% a 90%. Ou ainda, adicionar condensado de melamina-formaldeído durante a polimerização em emulsão.

3. Secagem por Aspersão

O método de secagem mais comum para preparar pó de polímero redispersível é a secagem por aspersão. Outros métodos, como a secagem a vácuo e a liofilização, também podem ser utilizados.

A secagem por aspersão é um processo no qual um líquido é disperso em gotículas finas por um bico de pulverização, e o solvente é evaporado rapidamente em um meio de secagem quente para formar um produto em pó seco. Geralmente, a secagem por aspersão consiste em quatro etapas:

① Atomização do líquido;
② Contato e mistura das gotículas com o meio de secagem quente;
③ Evaporação e secagem das gotículas;
④ Separação do produto seco do meio de secagem.

O processo de secagem por pulverização e redispersão do pó é mostrado na figura a seguir:

Existem dois tipos de métodos de secagem por aspersão: fluxo paralelo e fluxo contracorrente. Na maioria dos casos, utiliza-se a secagem por aspersão em fluxo paralelo. Ao usar esse método, é necessário controlar os seguintes fatores: temperatura de transição vítrea da emulsão, teor de sólidos (a WOTAIchem sugere diluir a dispersão para 40% de sólidos antes da secagem por aspersão), pressão de pulverização, tamanho das gotas, temperatura do ar quente na entrada e na saída, velocidade do vento, etc.

A escolha da temperatura de secagem é crucial.

▪️Se a temperatura de entrada for muito alta, o material no bocal se acumulará devido à rápida perda de água, resultando em alimentação inadequada do material.

▪️Se a temperatura de entrada for muito baixa, a temperatura de saída diminuirá, causando um teor excessivo de umidade no pó.

Geralmente, a temperatura do ar quente na entrada é preferencialmente de 120-170 ℃ e a temperatura na saída é de 80-120 ℃. O pó seco de polímero é separado utilizando um separador ciclônico ou um filtro de mangas.

Resumo

A WOTAIchem dedica-se há quase 20 anos à pesquisa no desenvolvimento de processos de fabricação de pós poliméricos redispersíveis, incluindo novas estruturas moleculares, modificação da resistência à água, tecnologia de secagem por pulverização, mecanismo de ação e redução de custos.

Inauguramos um novo conceito para a polimerização em emulsão utilizando polímeros hidrossolúveis como principal estabilizador da emulsão. Isso supera as limitações das emulsões tradicionais e amplia o escopo de aplicação dos polímeros em emulsão.

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