"Latex de polymère et procédé de préparation".
La présente invention est relative à des latex amé- liorés de matières polymères de monomères aromatiques monovinyli'lues, d'esters allâtes, de diènes aliphatiques et de leurs mélanges. Ella est relative en particulier à l'inclusion de certains additifs qui impartissent des propriétés et des caractéristiques améliorés aux latex. En outre, l'invention concerne le procédé de préparation de tels latex améliores.
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priétés favorisant leur utilisation pour de nombreuses applications de revêtements, par exemple des peintures de latex pour l'extérieur des bâtiments, englobe les copolymères et autres
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n'ont jamais montré les propriétés et caractéristiques avantageuses requises pour une peinture de latex satisfaisant?.
Suivant la présente invention, des latex aqueux amé-
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aromatiques monovinyliques, de diènes conjugués aliphatiques à chaîne ouverte et/ou d'acrylates et méthacrylates d'alcoyle, ou de leurs mélanges, sont préparés par polymérisation en présence d'une combinaison d'un émulsionnant anionique et de méthyl cel-
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atomes de carbone dans le groupe d'alcoyle. L'éther de cellulose utile dans la présente invention est en outre caractérisé en ce qu'il comporte une température de gélification, en solution aqueuse, qui est intérieure à la température de polymérisation utilisée.
matières
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liorés de la présente invention sont les butadiènes, un monomère aromatique monovinylique et/ou un ester acrylate. Par "monomère aromatique monovinylique",, on entend des monomères dans lesquels un groupe de vinyle est attaché directement à un noyau aromatique contenant de 6 à 10 atomes de carbone. Ces monomères
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Des exemples de tels monomères sont le para-méthyl styrène, le méta-éthyl styrène, l'ortho-para-diméthyl styrène, l'ortho-para-diéthyl styrène, le para-chlorostyrène, l'i�opropyl styrène,
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ou l'un des monomères précités. Du fait de leur disponibilité
et de leur aptitude à produire des polymères avantageux, ainsi que pour d'autres raisons, on préfère utiliser le styrène et le vinyl toluène, comme monomère aromatique monovinylique. Par l'ex-
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dans le cadre de la formule générale
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dans laquelle R est de l'hydrogène, du méthyle ou de l'éthyle
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hexyle ou un aryle. Des combinaisons typiques de matières monomères utiles dans la présente invention sont formées par toutes
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de vinyle; acrylate de butyle/méthacrylate de méthyle; acrylate d'éthyle/acrylate de cyclohexyle; et les homopolymères d'acryla- te de 2-éthylhexyle, d'acrylate de butyle, d'acrylate d'éthyle
et de styrène.
Par l'expression "diène conjugué aliphatique à chaîne ouverte", on englobe notamment : le butadiène-1,3; le 2méthyl butadiène-1,3; le 2,3-diméthyl butadiène-1,3; le pipérylène; le 2-néopentyl butadiène-1,3; d'autres homologues hydrocarburés de butadiène-1,3; et, en outre, les diènes substitués,
tels que le 2-chlorobutadiène-l,3; le 2-cyano butadiène-1,3, les pentadiènes conjugués à chaîne droite substitués; les hexadiènes à chaîne droite et à chaîne ramifiée, et d'autres. Les homologues hydrocarbures de butadiène-1,3- et le butadiène-1,3 en particulier, à cause de leur aptitude à produire des matières polymères spécialement avantageuses, sont les co-monomères proférés pour l'utilisation avec le monomère aromatique monovinylique.
Bien que la présente inventio��isse être mise en oeuvre avec tous les rapports possibles des matières monomères mentionnées, ce sont les latex formateurs de pellicule et pouvant sécher à l'air de ces monomères, qui sont du plus grand intérêt du point de vue des compositions de revêtement. Ces latex sont ceux qui forment des pellicules à la température ambiante, lorsqu'ils sont déposés sur une surface non imprenable et séchés à l'air. Les rapports particuliers de matières, qui permettront la formation de pellicules, varieront suivant les monomères particuliers employés et, de ce fait, seront connus des spécialistes.
La présente invention est applicable à tous les procédés et techniques connus pour la polymérisation en émulsion par voie continue ou discontinue.
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pour former la dispersion au départ et entretenir cette diseprsion durant toute la polymérisation. Le degré d'agitation à utiliser dans chaque cas particulier dépendra principalement de la conception d'ensemble de l'installation de polymérisation. La somme minimum d'agitation nécessaire pour former et entretenir la dispersion doit habituellement être envisagée.
Les catalyseurs qui sont couramment et traditionnellement employés dans une polymérisation en émulsion sont les
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solubles dans l'eau et solubles dans les monomères, et d'autres composés ayant un mécanisme de décomposition similaire. Comme exemples de catalyseurs solubles dans l'eau intéressants, on peut citer l'eau oxygénée, le persulfate de potassium, etc. On a également utiliser, conjointement avec le catalyseur soluble dans l'eau, de petites quantités de matières solubles dans les mono-mères, par exemple les peroxydes organiques, notamment les peroxydes de benzoyle et de lauroyle. On a trouvé que, pour une
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de benzoyle par rapport au poids des monomères donne un système catalytique particulièrement efficace, cette combinaison était de ce fait préférée dans le cas de l'invention. Si on le désire, cependant, on peut utiliser aussi les autres catalyseurs connus, notamment les catalyseurs ccmplexes, tels que les systèmes catalytiques dits redox, consistant en une combinaison d'un agent oxydant et d'un a�ent réducteur.
L'émulsionnant faisant partie du système dispersant utilisé dans la préparation des présents latex d'interpolymères de monomères aromatiques monovinyliques devrait être choisi dans la classe anionique de ces matières. Cette classe est bien connue et englobe en particulier les alcoyl aryl sulfonates, les alcoyl sulfates de métaux alcalins, les savons, et d'autres composés. Comme produit représentatif de la classe des composés utiles,
on peut citer un alcoyl naphtalène sulfonate vendu sur le marché sous le nom de Morcowet 469. D'autres agents émulsionnants intéressants sont un sulfosuccinamate de N-octadécyldisodique vendu sous le nom d'Aerosol 18 par la société American Cyanamid Company, et un alcoyl aryl sulfonate vendu sous le nom de G-3300 par la société Atlas Powder Company. D'autres espèces d'agents
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d'émulsionnants anioniques et d'émulsionnants non ioniques peuvent également être utilisés dans la prépar '-on du latex ou dans le traitement de post-stabilisation de celui-ci. Des exemples d'agents tensio-actifs non ioniques intéressants, que
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du sur le marché sous le nom de Triton N-100 par la société Rohm et Haas Company, et divers polyglycols substitués, tels que ceux qui sont préparés en utilisant une^mole d'alcool une
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mole d'oxyde de styrène et seize moles d'oxyde d'éthylène. D'au- tres agents mouillants non ioniques utiles sont bien connus. A
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l'utilisation d'agents stabilisants de post-polymérisation non ioniques peut contribuer à la stabilité du latex par rapport
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On utilise couramment l'émulsionnant en une quantité.!
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Lorsqu'on prévoie moins de 1%, la stbilité du latex, son utilité comme matière de revêtement et d'autres propriétés de ce latex en souffriront. Lorsqu'on prévoit plus de 5% environ d'émulsion- nant, il n'y a habituellement pas d'augmentation proportionnlle
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propension à la formation de mousse que son utilité comme compo- sé de revêtement en est amoindrie. La quantité optimum d'émul-
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liminaires simples.
Le point essentiel de la présente invention consis- te en l'utilisation d'une combinaison d'un éther de cellulose
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tion en émulsion des matières monomères mentionnées précédemment. On a trouvé que, lorsque des quantités importantes de plus d'environ 40% en poids de l'ester acrylate ou de plus d'environ 15% en poids du diène conjugué aliphatique à chaîne ouverte sont présentes dans la composition de polymérisation, notamment les compositions ne contenant que des esters acrylates, l'utilisation d'un agent de transfert de chaîne dans la composition conjointement avec l'émulsionnant et l'étber de cellulose complétant le système dispersant est d'un grand secours pour l'obtention d'un latex intéressant. Des exemples de tels agents de trans-
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le tétrachlorure de carbone et le diisopropyl dixanthogène. D'au-tres agents de transfert de chaîne utiles sont bien connus. Des
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Comme mentionné, avec les compositions de polymérisation contenant des quantités importantes d'esters acrylates, il est très avantageux en vue de l'obtention d'un latex intéressant que l'agent de transfert de chaîne soit présent. Lorsque cet agent est omis des compositions, la polymérisation en émulsion montre fréquemment une précoagulation excessive, parfois même au point d'en arriver à une coagulation totale dans le récipient de polymérisation. La concentration nécessaire d'agent de transfert de chaîne variera avec l'efficacité de l'agent particulier employé et avec la quantité et la nature de l'ester acrylate utilisé . La quantité optimum est en tous cas le minimum nécessaire pour obtenir le produit de latex intéressant désiré. Cette concentration optimum est facilement déterminée par une expérience préliminaire simple.
Dans la préparation de latex de l'invention, on a trouvé que la température de polymérisation doit être supé-
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L'utilisation de températures inférieures donne lieu à une polymérisation incomplète ou à une précoagulation excessive ou aux deux. Des températures supérieures à environ 80[deg.]C soulèvent des difficultés au cours de la polymérisation, du fait de la pression accrue des ingrédients volatils.
Les éthers de cellulose utilisables dans la présente invention sont les éthers de cellulose r. polaires, solubles
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pératures de gélification qui sont inférieures à la température employée dans la polymérisation. Ces éthers intéressants sont les éthers de méthyl cellulose, et les éthers d'hydroxyalcoyl alcoyl cellulose ayant 1 ou 2 atomes de carbone dans'le �roupe d'alcoyle et 2 ou 3 atomes de carbone dans le groupe d'hydroxyalcoyle. Comme exemples de ces éthers de cellulose solubles
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la méthyl cellulose car elle est aisément disponible et du
fait de la gamme exceptionnellement bonne de ses propriétés pour les besoins de l'invention. Comme on le sait dans la technique des éthers de cellulose, la température de- gélification et la solubilité dans l'eau dépendent de la nature du substituant éthérifié, du degré de substitution et du type de substitution. La longueur de chaîne de la cellulose qui est éthérifiée est également en rapport avec ces propriétés. Toutes ces propriétés et caractéristiques sont bien connues et seront évidentes pour les spécialistes de la technique des éthers de cellulose.
La quantité d'éther de cellulose qu'on peut employer dans le�résents latex peut varier dans des limites raisonnable�ment larges. La quantité effective utilisée dépendra jusqu'à
un certain point du degré de viscosité de l'éther de cellulose, de la nature de 3!éther de cellulose, du choix particulier de monomères, des conditions de polymérisation utilisées, et du résultat désiré. La concentration optimum dans chaque cas peut être déterminée par des expériences préliminaires simples. A titre d'indication générale, on a trouvé qu'on obtient des résultats satisfaisants lorsqu'on utilise l'éther de cellulose dans
le système dispersant revendiqué ici, en une quantité d'environ 0,5 à environ 5% en poids par rapport au poids total d'ingrédients polymérisables chargés dans le récipient de polymérisation. Il sera entendu qu'une quantité supérieure ou inférieure
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conditions particulièrement sévères ou pour arriver à un résultat final spécial.
Les éthers de cellulose solubles dans l'eau sont vendus suivant leur degré de viscosité. Par "degré de viscosité", on entend la viscosité en centipoises d'une solution aqueuse à
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lement employer des mélanges et des combinaisons d'éthers de cellulose et de degrés de viscosité.
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lulose devrait être ajoutée à la dispersion formée au ..départ, avant que toute somme importante de polymérisation ait pu se produire. Lorsqu'il est ajouté dansée procédé de polymérisation après qu'environ 25% de conversion de monomère en polymère se soient produits, l'éther de cellulose peut agir comme épaississant de latex et certains avantages peuvent en dériver. Cependant, une addition retardée ne permet pas d'atteindre les objectifs
de la présente invention.
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ble de disposer de latex comportant enviion 20 à 55% en poids
de solides de polymère. Lorsqu'il y a nettement moins d'environ
20% de solides, il est difficile d'obtenir des pellicules collé-
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tex ayant nettement moins d'environ 20% de solides ne sont pas économiques à préparer. Des latex contenant Battement plus de
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anormalement sensibles aux forces de cisaillement mécanique. Toutefois, la présente invention n'est pas limitée à une teneur donnée quelconque de solides.
On sait également que l'aptitude des latex à former des pellicules ou films est une fonction des dimensions des par-�
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sente invention sont cependant , pour la plupart, utilisables avec une égale efficacité quelles que soient les dimensions des particules du latex.
Les propriétés idéologiques d'un latex sont fréquemment d'importance primordiale pour le rendement du latex
lors d'une utilisation donnée. Par exemple, dans la composition de peintures de latex, il est connu que la rhéologie du véhicule de latex détermine dans une mesure importante de nombreuses propriétés des peintures, notamment la résistance à la brosse,
le nivellement, etc. Avec les latex connus antérieurs d'inter-
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faisant pour être utilisé dans la composition de peintures. Les propriétés rhéologiques et autres caractéristiques des latex
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la réalisation de composés de revêtement, tels que des peintures de latex. Il est important de noter également que ces propriétés et Caractéristiques restent stables et constantes sur des pério- des prolongées de temps. De ce fait, les compositions de peintu- '
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revendiqués ici montrent une faible résistance à la brosse, des caractéristiques de nivellement à bonnes à excellentes, une
bonne opacité et une durée à l'air bonne à excellente. En outre, la stabilité du latex et sa viscosité parasitent une réalisation rapide et efficace du composé de revêtement.
Les latex de la présente invention peuvent être com- binés avec les additifs courants, tels que pigmenta, colorants,
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<EMI ID=43.1> connus.
Les avantages des latex améliores et de leur procédé de préparation apparaîtront mieux des exemples illustratifs suivants, dans lesquels les parties et pourcentages sont donnés en poids.
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On réalisait un :latex de styrène et d'acrylate d' éthyle en suivant le procédé décrit ci-après. On préparait une
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parties de styrène, 5 parties de tétrachlorure de carbone, 2 parties d'isooctyl phényl polyéthoxyéthanol vendu sur le marché
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partie de peroxyde de benzoyle. On préparait une phase aqueuse en utilisant 98,5 parties d'eau, 1,5 partie d'une méthyl cellulose, soluble dans l'eau, d'un degré de viscosité de 15 oentipoises, 2,1 parties de Morcowet 469, à savoir un alcoyl naphtalène sulfonate; 0,3 partie de persulfate de potassium et 0,3 partie de bicarbonate de sodium. Les deux phases étaient émulsionnées en une émulsion huile dans eau. On amenait la polymérisa-
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poursuite pendant 24 heures à cette température tout en entretenant l'agitation. A. la fin de la polymérisation, le latex résultant était filtré et on trouvait qu'il contenait environ
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On préparait une composition de peinture de latex
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8,5 parties d'un sel sodique d'un polyélectrolyte vendu sur le marché sous le nom de Daxad 30, 230,1 parties de bioxyde de ti- tane, 115,4 parties de carbonate de calcium finement divisé,
68,4 parties de terre, 11,5 parties de diéthylène glycol, et 6,9 parties d'un agent anti-écume. Une quantité donnée de la peinture était répandue à la brosse sur une surface donnée �
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vert. Les caractéristiques de nivellement, l'opacité et la durée à l'air étaient déterminées et comparées à une composition standard comportant un latex commercial de styrène-butadiène. Le nivellement et la durée à l'air étaient cotés comme étant moyens, bons ou très bons, comparativement à la composition standard. L'opacité était cotée suivant une échelle arbitraire de 1 à 10, dans laquelle la composition standard était cotée à 5 et dans laquelle les compositions ayant les opacités les plus élevées recevaient les chiffres supérieurs et les compositions ayant les opacités les plus basses étaient coté% en dessus de 5. Dans cette comparaison, la composition de peinture réalisée avec un la-
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en 67 parties d'acrylate de butyle et en 33 parties de métha- crylate de méthyle. Le latex résultant de ce traitement avait
une teneur en solides de 48,4%. Lorsqu'une composition de peintu- re était préparée avec ce latex et soumise à essai, on trouvait qu'elle avait un bon nivellement et une bonne durée à l'air. ,
D'une manière semblable, on préparait des latex de polystyrène et d'autres esters acryliques et on trouvait qu'ils montraient des avantages similaires. C'est ainsi que lorsqu'on
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thyle, d'acrylate de butyle, d'acrylate de 2-éthylhexyle, et des copolymères de tous les rapports de styrène, et d'acrylates d'alcoyle, et de vinyle toluène et d'acrylates d'alcoyle, les produits de latex résultants avaient des propriétés intéressantes pour la formation de composés de revêtement. De plus, les latex des interpolymères de styrène et d'acryl�te de phényle, et d'a- crylate de butyle et d'éthacrylate d'éthyle tirent avantage de la présente invention.
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On préparait un latex de styrène et de butadiène en utilisant le procéd- suivant. Dans 67 parties de styrène, on dissolvait 6,4 parties de tétrachlorure de carbone comme agent de transfert de chaîne, et 0,6 partie de peroxyde de benzoyle
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sulfonate vendu sur le marché sous le nom de G-3300 par la Atlas Powder Company, 0,3 partie de persulfate de potassium et des quantités variables de divers tampons. Un troisième mélange consistait uniquement en 33 parties de butadiène. Le procédé consis- tait à mélanger la solution de styrène avec la solution aqueuse
à la température ambiante avec agitation. Le butadiène était ensuite ajouté et la dispersion était amenée à polymériser pendant
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teurs de pellicules satisfaisants. Au tableau I, on énumère les tampons utilisés, le pH et les pourcentages de solides des latex résultants.
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Les résultats précédents montrent l'utilité du concept inventif sur une large gamme d'acidités.
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On préparait des latex en utilisant le procédé de l'exemple 4, sauf qu'on employait divers rapports différents
de styrène et de butadiène. Le pourcentage de styrène dans chaque
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chaque cas, il en résultait un latex satisfaisant.
De manière similaire, du vinyl toluène était substi-
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tadièhe. Il en résultait des latex qui étaient satisfaisants
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EXEMPLE 6
De manière similaire à l'exemple 4, on préparait des latex avec du styrène et du butadiène en utilisant diverses concentrations de l�éther de cellulose identifié dans cet exemple.
<EMI ID=68.1> mérisation coagulait totalement dans le récipient de polymérisation ou produisait un latex instable. On obtenait des latex satisfaisants pour l'utilisation dans des composés de revêtement lorsque la quantité de méthyl cellulose était de 1 à 2% du poids
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lymérisation était incomplète et des pression excessives se manifestaient.
D'une manière similaire, le degré de viscosité de
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tration à environ 1%. Avec des degrés de viscosité de 1' ordre de 10 à 100 centipoises, on ohtenait des latex satisfaisants.
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excessive se manifestait également lorsqu'une carboxy méthyl cellulose était substituée en une concentration identique à la
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faisants, lorsque la méthyl cellulose était remplacée par une hydroxy propyl méthyl cellulose ayant 19 à 24% de substitution
ox
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L'effet de l'agent de transfert de chaîne était montré en répétant le processus de l'exemple 4 et en utilisant des quantités ce variables de divers agents de transfert de chaîne, '
t' au lieu des 6,4 parties de tétrachlorure de carbone. Les résul- tats sont donnés au tableau suivant. Dans . _ résultats, un latex qui satisfaisait à des standards minima pour l'utilisation dans des composés de revêtement est signalé comme bon. Les latex qui ne satisfaisaient pas à de tels standards sont cirés avec la propriété du fait de laquelle ils étaient identifiés comme inférieurs aux standards.
TABLEAU II
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de styrène et de 33% de butadiène suivant les combinaisons ciaprès.
TABLEAU III
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Le procédé utilisé était celui de l'exemple 4.Après
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quantité de solides du latex était déterminée par évappration,
le pH du latex était mesuré,et sa viscosité était obtenue avec un viscosimèt�e Stormer. La stabilité à la congélation -décongélation du latex était déterminée par exposition à des températu-res inférieures à celle de congélation, puis décongélation. Les
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re.
On préparait des compositions de peintures en mélangeant un engobe de pigment avec le latex formé. L'engobe de pig- ment comprenait essentiellement 190 parties d'eau, 8 parties de Tamol 731 (agent mouillant vendu sur le marcha par ':Roba and Haas Company), 190 parties de bioxyde de titane rutile et 250 parties de carbonate de calcium. La composition de latex comprenait 300 parties du latex (40% ,de solides), 200 parties d'une solution
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de substitution d'hydroxypropoxyle et 27 à 29% de substitution de méthoxyle, et 40 parties d'eau. La peinture résultante avait
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de solides.
Une quantité donnée de chaque peinture était étendue à la brosse sur une surface donnée à une certaine allure d' étendage, sur un panneau Upson apprêté au vert. Les caractéristiques de nivellement, l'opacité et la durée à l'air étaient déterminées et comparées avec celles d'une composition standard comportant un latex de styrène-butadiène industriel. Le nivellement et la durée à l'air étaient cotés comme moyens, bons et très bons, comparativement à la composition standard. L'opacité était cotée suivant une échelle arbitraire de 1 à 10, dans laquelle la composition standard était cotée à 5 et dans laquelle les compositions ayant les opacités les plus élevées étaient cotées aux chiffres supérieurs, tandis que les compositions ayant les opacités les plus faibles étaient cotées aux chiffres inférieurs à 5.
Des revêtements étaient également déposés sur une surface de base, puis lavés manuellement à la brosse, le résultat était comparé à celui obtenu avec une peinture commerciale
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"Polymer Latex and Method of Preparation".
The present invention relates to improved latexes of polymeric materials of monovinylated aromatic monomers, allate esters, aliphatic dienes and mixtures thereof. This relates in particular to the inclusion of certain additives which impart improved properties and characteristics to the latex. Further, the invention relates to the process for preparing such improved latexes.
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properties favoring their use for many coating applications, for example latex paints for the exterior of buildings, includes copolymers and the like
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have never shown the advantageous properties and characteristics required for a satisfactory latex paint ?.
According to the present invention, aqueous latex containing
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monovinyl aromatics, open chain aliphatic conjugated dienes and / or alkyl acrylates and methacrylates, or mixtures thereof, are prepared by polymerization in the presence of a combination of an anionic emulsifier and methyl cell.
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carbon atoms in the alkyl group. The cellulose ether useful in the present invention is further characterized in that it comprises a gelation temperature, in aqueous solution, which is inside the polymerization temperature used.
materials
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Improvements of the present invention are butadienes, a monovinyl aromatic monomer and / or an acrylate ester. By "monovinyl aromatic monomer" is meant monomers in which a vinyl group is attached directly to an aromatic ring containing 6 to 10 carbon atoms. These monomers
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Examples of such monomers are para-methyl styrene, meta-ethyl styrene, ortho-para-dimethyl styrene, ortho-para-diethyl styrene, para-chlorostyrene, i � opropyl styrene,
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or one of the aforementioned monomers. Due to their availability
and their ability to produce advantageous polymers, as well as for other reasons, it is preferred to use styrene and vinyl toluene, as the monovinyl aromatic monomer. By the ex-
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as part of the general formula
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where R is hydrogen, methyl or ethyl
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hexyl or aryl. Typical combinations of monomeric materials useful in the present invention are formed by any
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vinyl; butyl acrylate / methyl methacrylate; ethyl acrylate / cyclohexyl acrylate; and homopolymers of 2-ethylhexyl acrylate, butyl acrylate, ethyl acrylate
and styrene.
By the expression “open-chain aliphatic conjugated diene” is meant in particular: 1,3-butadiene; 2-methyl butadiene-1,3; 2,3-dimethyl butadiene-1,3; piperylene; 2-neopentyl butadiene-1,3; other hydrocarbon homologues of 1,3-butadiene; and, in addition, the substituted dienes,
such as 2-chlorobutadiene-1,3; 2-cyano butadiene-1,3, conjugated straight chain substituted pentadienes; straight chain and branched chain hexadienes, and others. The hydrocarbon homologues of 1,3-butadiene and particularly 1,3-butadiene, because of their ability to produce especially desirable polymeric materials, are the comonomers provided for use with the aromatic monovinyl monomer.
Although the present invention is to be carried out with all possible ratios of the monomeric materials mentioned, it is the film-forming and air-dryable latexes of these monomers which are of the greatest importance. interest from the point of view of coating compositions. These latexes are those which form films at room temperature, when they are deposited on a non-impregnable surface and dried in the air. The particular ratios of materials which will allow the formation of films will vary with the particular monomers employed and, therefore, will be known to those skilled in the art.
The present invention is applicable to all known processes and techniques for continuous or batch emulsion polymerization.
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to form the dispersion at the start and to maintain this dispersion throughout the polymerization. The degree of agitation to be used in each particular case will depend primarily on the overall design of the polymerization plant. The minimum amount of agitation necessary to form and maintain the dispersion should usually be considered.
The catalysts which are commonly and traditionally employed in emulsion polymerization are
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soluble in water and soluble in monomers, and other compounds having a similar decomposition mechanism. As examples of useful water-soluble catalysts, there may be mentioned hydrogen peroxide, potassium persulfate, etc. Also used, together with the water-soluble catalyst, small amounts of soluble materials in the monomers, for example organic peroxides, especially benzoyl and lauroyl peroxides. We found that for a
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of benzoyl relative to the weight of the monomers gives a particularly effective catalytic system, this combination was therefore preferred in the case of the invention. If desired, however, the other known catalysts can also be used, in particular complex catalysts, such as the so-called redox catalyst systems, consisting of a combination of an oxidizing agent and a reducing agent.
The emulsifier forming part of the dispersant system used in the preparation of the present latexes of interpolymers of monovinyl aromatic monomers should be selected from the anionic class of these materials. This class is well known and particularly encompasses alkyl aryl sulfonates, alkali metal alkyl sulfates, soaps, and other compounds. As a representative product of the class of useful compounds,
there may be mentioned an alkyl naphthalene sulfonate sold on the market under the name Morcowet 469. Other interesting emulsifying agents are an N-octadecyldisodium sulfosuccinamate sold under the name Aerosol 18 by the American Cyanamid Company, and an alkyl aryl sulfonate sold under the name G-3300 by the Atlas Powder Company. Other species of agents
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Anionic emulsifiers and nonionic emulsifiers can also be used in the preparation of the latex or in the post-stabilization treatment thereof. Examples of interesting nonionic surfactants, which
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du on the market as Triton N-100 by the Rohm and Haas Company, and various substituted polyglycols, such as those prepared using one mole of alcohol.
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mole of styrene oxide and sixteen moles of ethylene oxide. Other useful nonionic wetting agents are well known. AT
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the use of non-ionic post-polymerization stabilizers may contribute to the stability of the latex compared to
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The emulsifier is commonly used in an amount.
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When less than 1% is provided, the stability of the latex, its usefulness as a coating material and other properties of that latex will suffer. When more than about 5% emulsifier is provided, there is usually no proportional increase.
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propensity to foaming and its usefulness as a coating compound is reduced. The optimum amount of emul-
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simple introductions.
The essential point of the present invention is the use of a combination of a cellulose ether
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emulsion of the monomeric materials mentioned above. It has been found that when significant amounts of greater than about 40% by weight of the acrylate ester or greater than about 15% by weight of the open chain aliphatic conjugated diene are present in the polymerization composition, especially compositions containing only acrylate esters, the use of a chain transfer agent in the composition together with the emulsifier and cellulose ether supplementing the dispersant system is of great help in obtaining a interesting latex. Examples of such trans-
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carbon tetrachloride and diisopropyl dixanthogen. Other useful chain transfer agents are well known. Of
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As mentioned, with the polymerization compositions containing large amounts of acrylate esters, it is very advantageous with a view to obtaining a valuable latex that the chain transfer agent is present. When this agent is omitted from the compositions, the emulsion polymerization frequently shows excessive precoagulation, sometimes even to the point of complete coagulation in the polymerization vessel. The concentration of chain transfer agent required will vary with the effectiveness of the particular agent employed and with the amount and nature of the acrylate ester used. The optimum amount is in any case the minimum necessary to obtain the desired interesting latex product. This optimum concentration is easily determined by simple preliminary experiment.
In preparing the latex of the invention, it has been found that the polymerization temperature should be above
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Use of lower temperatures will result in incomplete polymerization or excessive precoagulation or both. Temperatures above about 80 [deg.] C present difficulties during polymerization, due to the increased pressure of the volatile ingredients.
The cellulose ethers which can be used in the present invention are cellulose ethers. polar, soluble
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gelation peratures which are lower than the temperature employed in the polymerization. Such ethers of interest are methyl cellulose ethers, and hydroxyalkyl alkyl cellulose ethers having 1 or 2 carbon atoms in the alkyl group and 2 or 3 carbon atoms in the hydroxyalkyl group. As examples of such soluble cellulose ethers
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methyl cellulose because it is readily available and
makes the exceptionally good range of its properties for the purposes of the invention. As is known in the art of cellulose ethers, the gelation temperature and the water solubility depend on the nature of the etherified substituent, the degree of substitution and the type of substitution. The chain length of cellulose which is etherified is also related to these properties. All of these properties and characteristics are well known and will be obvious to those skilled in the art of cellulose ethers.
The amount of cellulose ether which can be employed in the latex resins can vary within reasonably wide limits. The actual amount used will depend up to
a certain point of the degree of viscosity of the cellulose ether, the nature of the cellulose ether, the particular choice of monomers, the polymerization conditions employed, and the desired result. The optimum concentration in each case can be determined by simple preliminary experiments. As a general guideline, it has been found that satisfactory results are obtained when cellulose ether is used in
the dispersant system claimed herein, in an amount of from about 0.5 to about 5% by weight based on the total weight of polymerizable ingredients loaded into the polymerization vessel. It will be understood that a greater or lesser quantity
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particularly severe conditions or to achieve a special end result.
Water soluble cellulose ethers are sold according to their degree of viscosity. By "degree of viscosity" is meant the viscosity in centipoise of an aqueous solution to
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Alternatively, use mixtures and combinations of cellulose ethers and viscosity grades.
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The pulp should be added to the dispersion formed initially, before any substantial amount of polymerization can occur. When added in the polymerization process after about 25% conversion of monomer to polymer has occurred, cellulose ether can act as a latex thickener and certain benefits can be derived therefrom. However, a delayed addition does not achieve the objectives.
of the present invention.
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ble to have latex comprising approx. 20 to 55% by weight
polymer solids. When there is significantly less than approximately
20% solids, it is difficult to get sticky films
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tex having significantly less than about 20% solids are not economical to prepare. Latex containing Beating more than
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abnormally sensitive to mechanical shear forces. However, the present invention is not limited to any given content of solids.
It is also known that the ability of latexes to form films or films is a function of the dimensions of the par - �
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However, most of the invention can be used with equal effectiveness regardless of the particle sizes of the latex.
The ideological properties of a latex are frequently of prime importance for the performance of the latex
during a given use. For example, in the composition of latex paints, it is known that the rheology of the latex vehicle determines to a significant extent numerous properties of paints, in particular the resistance to the brush,
leveling, etc. With the prior known inter-
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making to be used in the composition of paints. Rheological properties and other characteristics of latex
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the production of coating compounds, such as latex paints. It is important to also note that these properties and characteristics remain stable and constant over extended periods of time. As a result, the painting compositions
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claimed herein show low brush resistance, good to excellent leveling characteristics,
good opacity and good to excellent air life. In addition, the stability of the latex and its viscosity interfere with rapid and efficient production of the coating compound.
The latexes of the present invention can be combined with common additives, such as pigmenta, colorants,
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Known <EMI ID = 43.1>.
The advantages of the improved latexes and of their preparation process will become more apparent from the following illustrative examples, in which the parts and percentages are given by weight.
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A latex of styrene and ethyl acrylate was produced by following the process described below. We were preparing a
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parts of styrene, 5 parts of carbon tetrachloride, 2 parts of isooctyl phenyl polyethoxyethanol sold on the market
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part of benzoyl peroxide. An aqueous phase was prepared using 98.5 parts of water, 1.5 parts of a water soluble methyl cellulose with a viscosity grade of 15 oentipoises, 2.1 parts of Morcowet 469, to namely an alkyl naphthalene sulfonate; 0.3 part of potassium persulfate and 0.3 part of sodium bicarbonate. The two phases were emulsified to an oil-in-water emulsion. Polymerization was brought
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continue for 24 hours at this temperature while maintaining agitation. At the end of the polymerization, the resulting latex was filtered and found to contain about
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We were preparing a latex paint composition
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8.5 parts of a sodium salt of a polyelectrolyte sold commercially under the name Daxad 30, 230.1 parts of titanium dioxide, 115.4 parts of finely divided calcium carbonate,
68.4 parts of soil, 11.5 parts of diethylene glycol, and 6.9 parts of an anti-scum agent. A given amount of paint was spread with a brush over a given area �
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green. Leveling characteristics, opacity and air life were determined and compared to a standard composition comprising a commercial styrene-butadiene latex. Leveling and air time were rated as fair, good or very good compared to the standard composition. Opacity was rated on an arbitrary scale of 1 to 10, in which the standard composition was rated 5 and in which the compositions with the highest opacities received the highest numbers and the compositions with the lowest opacities were rated% above 5. In this comparison, the paint composition made with a la-
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in 67 parts of butyl acrylate and in 33 parts of methyl methacrylate. The latex resulting from this treatment had
a solids content of 48.4%. When a paint composition was prepared with this latex and tested, it was found to have good leveling and good air life. ,
In a similar manner, latexes of polystyrene and other acrylic esters were prepared and were found to show similar advantages. This is how when
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thyl, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, and copolymers of all ratios of styrene, and alkyl acrylates, and vinyl toluene and alkyl acrylates, latex products results had valuable properties for the formation of coating compounds. In addition, the latexes of the interpolymers of styrene and phenyl acrylate, and butyl acrylate and ethyl ethacrylate benefit from the present invention.
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A latex of styrene butadiene was prepared using the following procedure. In 67 parts of styrene, 6.4 parts of carbon tetrachloride were dissolved as a chain transfer agent, and 0.6 part of benzoyl peroxide.
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sulfonate sold commercially as G-3300 by the Atlas Powder Company, 0.3 part of potassium persulfate and varying amounts of various buffers. A third mixture consisted of only 33 parts of butadiene. The process consisted of mixing the styrene solution with the aqueous solution.
at room temperature with stirring. Butadiene was then added and the dispersion was allowed to polymerize for
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satisfactory dandruff levels. In Table I, the buffers used, the pH and the percent solids of the resulting latexes are listed.
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The foregoing results show the utility of the inventive concept over a wide range of acidities.
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Latexes were prepared using the process of Example 4, except that various different ratios were employed.
of styrene and butadiene. The percentage of styrene in each
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in each case a satisfactory latex resulted.
Similarly, vinyl toluene was substituted.
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tadièhe. This resulted in latexes which were satisfactory
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EXAMPLE 6
Similar to Example 4, latexes were prepared with styrene and butadiene using various concentrations of the cellulose ether identified in this example.
<EMI ID = 68.1> merization coagulated completely in the polymerization vessel or produced an unstable latex. Latexes satisfactory for use in coating compounds were obtained when the amount of methyl cellulose was 1 to 2% by weight.
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The polymerization was incomplete and excessive pressure was manifested.
Similarly, the degree of viscosity of
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about 1% tration. With viscosity degrees of the order of 10 to 100 centipoise, satisfactory latexes were obtained.
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excessive was also manifested when a carboxy methyl cellulose was substituted in a concentration identical to the
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doing, when the methyl cellulose was replaced by a hydroxy propyl methyl cellulose having 19 to 24% substitution
ox
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The effect of the chain transfer agent was shown by repeating the procedure of Example 4 and using varying amounts of various chain transfer agents.
t 'instead of 6.4 parts of carbon tetrachloride. The results are given in the following table. In . As a result, a latex which met minimum standards for use in coating compounds is reported to be good. Latexes which did not meet such standards are waxed with the property whereby they were identified as substandard.
TABLE II
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of styrene and 33% of butadiene according to the combinations below.
TABLE III
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The method used was that of Example 4.
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amount of latex solids was determined by evaporation,
the pH of the latex was measured, and its viscosity was obtained with a Stormer viscometer. The freeze-thaw stability of the latex was determined by exposure to temperatures below freezing, followed by thawing. The
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re.
Paint compositions were prepared by mixing a pigment slip with the latex formed. The pigment slip consisted essentially of 190 parts of water, 8 parts of Tamol 731 (wetting agent sold commercially by: Roba and Haas Company), 190 parts of rutile titanium dioxide and 250 parts of calcium carbonate. . The latex composition included 300 parts of the latex (40%, solids), 200 parts of a solution
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of hydroxypropoxyl substitution and 27 to 29% of methoxyl substitution, and 40 parts of water. The resulting paint had
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solids.
A given amount of each paint was brushed over a given area at a certain spreading rate on a Upson green-primed panel. The leveling characteristics, opacity and air life were determined and compared with those of a standard composition comprising an industrial styrene-butadiene latex. Leveling and air time were rated as medium, good, and very good compared to the standard composition. Opacity was rated on an arbitrary scale of 1 to 10, in which the standard composition was rated 5 and in which the compositions with the highest opacities were rated at the highest numbers, while the compositions with the lowest opacities were listed with numbers below 5.
Coatings were also deposited on a base surface, then washed manually with a brush, the result was compared to that obtained with a commercial paint
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