Acryl- en alkydharsen

Wat acryl- en alkydharsen zijn, hoe ze worden ingedeeld en wat de productie ervan vraagt van een reactor.

Acrylverbindingen (kunststoffen, harsen en oliën verkregen door synthese) zijn opgebouwd uit acrylzuur (CH₂=CHCOOH) en de esters daarvan. Verf op acrylbasis droogt snel, is met water te reinigen en bestand tegen weersinvloeden en UV, waardoor ze de architecturale coatings domineren, en waarom acrylemulsies ook voorkomen in kleefstoffen, textielappretuur en afdichtingsmiddelen.

Alkydharsen zijn een andere chemie voor dezelfde eindmarkt. Ze worden sinds 1927 gebruikt als bindmiddel in coatings en verf, en worden gemaakt door een polyol, een polybasisch zuur (doorgaans ftaalzuuranhydride) en een drogende olie of vetzuur te laten reageren. Ze worden ingedeeld naar oliegehalte: kort (35–45% olie), middel (46–55%), lang (56–70%) en zeer lang (meer dan 70%). Het oliegehalte is geen cosmetisch onderscheid: het bepaalt de droogsnelheid, de filmflexibiliteit, het glansbehoud en welke oplosmiddelen de hars zal verdragen, en is daarom een van de eerste specificaties die een formuleerder vastlegt nog voordat een batch wordt ingepland.

Waarom het reactorontwerp ertoe doet

Beide harsfamilies worden gekookt, niet alleen gemengd. Alkydproductie verloopt bij 180–260 °C onder een gecontroleerde atmosfeer, vaak met een fusie- of vetzuurproces dat water en bijproductalcohol via een reflux- of fractioneerkolom afvoert, terwijl acryl-emulsie- en oplossingspolymerisatie bij lagere temperatuur verloopt maar sterk exotherm wordt zodra de monomeeromzetting begint. In beide gevallen stelt dit dezelfde drie eisen aan het vat:

• Een warmteoverdrachtsoppervlak dat is gedimensioneerd op de exotherme reactie, niet alleen op de voelbare warmtebelasting: een te klein bemeten mantel laat een batch midden in de monomeertoevoeging op hol slaan.
• Een roerwerk afgestemd op de viscositeitstoename: de viscositeit van de hars kan tijdens een batch met een orde van grootte toenemen, en een roerwerk dat is gedimensioneerd voor het begin van het kookproces kan aan het einde flink te klein blijken.
• Een reflux- of fractioneerkolom om water en vluchtige bijproducten te beheersen zonder rendementsverlies.

Procesbeheersing en veiligheid

Omdat acrylmonomeren brandbaar zijn en de polymerisatie-exotherme reactie, eenmaal gestart, snel verloopt, wordt het monomeer normaliter geleidelijk gedoseerd in plaats van in één keer toegevoegd, waarbij de toevoersnelheid wordt geregeld op basis van de reactie van de manteltemperatuur. Stikstofafdekking is standaardpraktijk om de dampruimte buiten het brandbare bereik te houden en oxidatie tijdens alkyd-kookprocessen bij hoge temperatuur te beperken. Batchregistraties (temperatuurprofiel, toevoersnelheid, viscositeitscontroles) zijn meestal het belangrijkste kwaliteitsdocument dat aan de klant wordt overhandigd, aangezien de harseigenschappen worden bepaald door hoe de batch is uitgevoerd, niet alleen door het recept.

Makfen ontwerpt en vervaardigt harsreactoren in roestvast en koolstofstaal, gedimensioneerd op deze taken, waarbij manteloppervlak, roerwerkkoppel en kolomdimensionering worden berekend op basis van de procesgegevens van de klant in plaats van op basis van een standaard catalogusvat.