CH315329A - Procédé pour la préparation de dispersions aqueuses d'acétate de polyvinyle - Google Patents

Procédé pour la préparation de dispersions aqueuses d'acétate de polyvinyle

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    • C08F18/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid or of a haloformic acid
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Description


  Procédé pour la préparation de dispersions aqueuses d'acétate de polyvinyle    Les dispersions aqueuses d'acétate de po  lyvinyle sont actuellement couramment utili  sées dans la préparation de colles, de revête  ments, de produits d'imprégnation et de  peintures. Les qualités adhésives de ces dis  persions sont excellentes, leur prix de revient  est modique et leur usage fort commode. De  plus, les films d'acétate de polyvinyle sont in  téressants par leur résistance à la lumière, à  l'oxydation et au vieillissement.  



  Il est cependant bien connu que les films  préparés à partir de dispersions aqueuses  d'acétate de polyvinyle sont peu stables en  présence d'humidité. Le film se désagrège et  tend à reformer une dispersion, ce qui le rend  peu propre à certains usages. Cet inconvénient  est attribué à la présence des colloïdes et  agents tensioactifs, utilisés lors de la prépa  ration de ces dispersions (par polymérisation  en émulsion). Il est particulièrement marqué  lorsque le colloïde utilisé est l'alcool polyviny  lique.  



  De nombreuses solutions ont été proposées  pour y remédier. Parmi les plus courantes  citons : l'action des aldéhydes ou des substan  ces susceptibles d'en libérer     (diméthylolurée,          mélamine-formaldéhyde,    etc.), celle d'un acide  fort (brevets américains No 2441470 et N   2576827), le traitement par les sels de titane  (brevet américain     N     2549940), l'addition  d'acide borique ou de borates (brevet français         N     1006358), plus récemment l'adjonction de  glycols     polyalcyléniques    (brevet américain     N      2595952), la polymérisation en présence d'al  cool polyvinylique complètement saponifié  (brevet américain     N     2614088),

   l'addition  d'amides d'acides (brevet américain     N      2595955), d'urées substituées (brevet améri  cain No 2595796), etc.  



  Ces moyens sont efficaces mais présentent  quelques désavantages. C'est ainsi que, sous       l'influence    des aldéhydes et des acides forts,  la dispersion s'épaissit et finalement coagule.  Le traitement doit donc se faire immédiate  ment avant l'emploi. Le traitement par les sels  de titane est efficace mais se limite surtout à  la préparation de colles. L'emploi de     dichro-          mates    de métaux trivalents donne des films  ternes et colorés. L'acide borique et les bora  tes provoquent une augmentation notable de  la viscosité de la dispersion et celle-ci n'a très  souvent plus la     fluidité    désirable. L'adjonction  de glycols     polyalcyléniques    nécessite un pour  centage élevé de glycols.

   L'amélioration obser  vée par l'emploi d'amides d'acides ou d'urées  substituées n'est pas toujours très apparente.  La polymérisation en présence d'alcool poly  vinylique complètement saponifié est délicate et  la concentration en polymère dans la disper  sion ne peut dépasser 40 %.  



  Nous avons trouvé qu'on peut préparer  des dispersions aqueuses d'acétate de poly-      vinyle, riches en polymère et donnant des  films stables à l'eau, en effectuant la polyméri  sation de l'acétate de vinyle monomère en  présence d'acétaldéhyde en proportions déter  minées.  



  La présente invention a pour objet un pro  cédé pour la préparation de dispersions aqueu  ses d'acétate de polyvinyle d'une concentration  en polymère d'au moins 25 0/0, de préférence       de        45    à     65        %,        par        polymérisation        d'acétate        de     vinyle en émulsion et par portions en présence  d'un catalyseur de polymérisation et d'alcool  polyvinylique, caractérisé en ce que la poly  mérisation se fait en présence, en outre, de 20  à     30        %        d'acétaldéhyde,

          compté        par        rapport    à  l'acétate de vinyle monomère se trouvant dans  le mélange au début de l'opération.  



  Précisons qu'on opère en dehors des con  ditions     d'acétalisation    et que, précisément pour  prévenir complètement une     acétalisation,    on  travaille d'ordinaire en présence d'un agent  tampon (acétate de sodium ou bicarbonate de       soude        dans        la        proportion        de    2 - 3     %        de        l'al-          cool    polyvinylique utilisé comme émulsion  nant).

   Dans les exemples, l'alcool polyvinylique  utilisé contient un faible pourcentage d'acétate  de sodium issu de     l'alcoolyse    alcaline de l'acé  tate de polyvinyle.  



  Il est préférable<B>dé</B> travailler en récipient  fermé en évitant autant que possible le reflux.  La chaleur de réaction est alors éliminée par  les parois du récipient.  



  Les dispersions obtenues présentent sur  des compositions similaires de notables avan  tages. Elles ne nécessitent aucun traitement  subséquent pour augmenter la résistance à  l'eau des films. Elles sont stables et ne mani  festent aucune tendance à la coagulation ou à  la sédimentation. Les améliorations de stabi  lité à l'eau des films persistent en présence des  plastifiants et sont plus ou moins marquées  suivant le choix du plastifiant. Enfin, les films  obtenus à partir de ces dispersions sont re  marquablement lisses et transparents.  



  L'alcool polyvinylique utilisé comme col  loïde protecteur est de préférence un alcool  polyvinylique obtenu par     alcoolyse    partielle  d'un acétate de polyvinyle dont le poids molé-         culaire    est de 30 000 et dont les caractéristi  ques sont les suivantes    Groupements     vinylacétiques          (P.        M.        86)    . . . . .     22,8%     Viscosité d'une solution       aqueuse        de    5     %    à     20     . .

       17        cp       D'une façon générale, on peut utiliser tout  alcool polyvinylique obtenu par saponification  partielle d'un acétate de polyvinyle dont le  poids moléculaire est supérieur à 20 000 et  dont le pourcentage en groupements     vinylacéti-          ques    atteint 20 - 40 0/0. La concentration effi  cace dans le sérum varie de 4 - 8 0/0.

   Précisons  également que les améliorations de stabilité à  l'eau des films, obtenues par polymérisation en  présence d'acétaldéhyde, sont le plus marquées  lorsque l'alcool polyvinylique utilisé comme  colloïde protecteur contient un pourcentage  élevé de groupements     vinylacétiques    (25     -          40()/o).     



  Comme catalyseur de polymérisation, on  utilise d'ordinaire l'eau oxygénée. La polyméri  sation en présence d'eau oxygénée est souvent  délicate parce que très sensible aux facteurs  d'empoisonnement et il est parfois favorable  d'utiliser des agents activant la polymérisation  de l'acétate de vinyle. Ces activants sont des  réducteurs dont les plus efficaces sont les sels  ferreux, le glucose et le     formaldéhyde-sulfoxy-          late    de sodium     (rongalite).    Ils sont dissous dans  l'eau et ajoutés au sérum au début de la ré  action ou au besoin pendant la réaction si  celle-ci est trop lente.  



  L'appareillage consiste de préférence en  un récipient fermé et étanche, en acier inoxy  dable ou émaillé muni d'un agitateur, d'un  thermomètre, d'un manomètre, d'un réservoir  intermédiaire pour l'adjonction du monomère  et d'un manteau de circulation pour l'eau  chaude ou froide.  



  Pour ' évaluer la quantité de monomère  dans la masse réactionnelle et suivre de cette  manière la marche de la réaction, différentes  méthodes peuvent être utilisées. On peut, par  exemple, déterminer à intervalles adéquats, le  point d'ébullition d'un échantillon et     connai-          tre,    à partir d'essais témoins effectués dans ce      but, la quantité de monomère présent, ou bien  soumettre un tel échantillon à la distillation à  la vapeur d'eau et doser le monomère dans le  distillat par saponification. Lorsqu'on travaille  en récipient fermé, en l'absence de     reflux,    il  est beaucoup plus simple et immédiat d'utili  ser les indications fournies par le manomètre  et le thermomètre dont est muni le récipient  de réaction.  



  Lorsqu'on place une certaine quantité de  monomère dans le récipient de réaction, la  pression s'élève plus ou moins suivant la tem  pérature du milieu. Dès que la polymérisation  commence, la température monte de quelques  degrés. Simultanément la pression baisse. La  réaction est terminée dès que la pression s'est  abaissée à une valeur constante et que la tem  pérature de la masse est redevenue normale.  



  La température de polymérisation peut  s'échelonner de 50  à 900. Cependant, une  température voisine de 700 est indiquée. Elle  est en effet proche du point d'ébullition de  l'acétate de vinyle monomère (P.     d'ébul.        ;,          7P    -     7211).    A cette température, les fluctua  tions de pression provoquées par la polyméri  sation ou l'adjonction de monomère sont aisé  ment observables au moyen d'un dispositif  simple (manomètre à spirale ou à mercure).  D'autre part, au voisinage de     70o,    les cataly  seurs de polymérisation sont très efficaces tout  en conservant leur activité durant une période  suffisamment longue.

   Au-dessous de cette tem  pérature, la durée de réaction augmente et de  vient moins intéressante vers 500. Au-dessus  de 70 , le catalyseur a tendance à se détério  rer rapidement et la polymérisation s'arrête  parfois.  



  Il est encore bien précisé que le pourcen  tage d'acétaldéhyde présent (20 - 30 0/0) se  rapporte à l'acétate de vinyle monomère pré  sent au départ de la réaction. Un tel pourcen  tage peut sembler très élevé. Toutefois, comme  la polymérisation s'effectue par portions, et  comme l'acétaldéhyde est ajouté au     sérum    en  majorité, une fois pour toutes, au début de la  réaction,

   le pourcentage d'aldéhyde présent       dans        la        dispersion        finale        n'excède        pas    2 - 3     %          du        contenu        solide        et    1 -     1,5        %        du        contenu    to-         tal,    ce qui ne serait pas le cas si l'on poly  mérisait en un seul jet.  



  L'élimination de la chaleur de polymérisa  tion, qui est très élevée (21,3     Kcal/Mol.),    se  fait par les parois du récipient de réaction. Il  faut par conséquent éviter une trop grande  élévation de la température de réaction, par  polymérisation d'une forte quantité de mono  mère, et la polymérisation par portions offre  des sécurités à ce point de vue.  



  La polymérisation se fait de préférence en  l'absence d'air atmosphérique, soit en faisant  le vide dans le récipient au début de la ré  action,- soit en purgeant le récipient avec un  gaz inerte (azote ou hydrogène, par exemple).  



  Le procédé selon l'invention est décrit  dans l'exemple 2 suivant ; les exemples 1, 3  et 4, non conformes à l'invention, sont donnés  à titre de comparaison.    <I>Exemple 1</I>  On utilise les substances suivantes  Eau . . . . . . . . 290 g  Alcool polyvinylique (solu  tion aqueuse 10%) . . 360 g       Formaldéhyde    -     sulfoxylate     de sodium (dissous dans  50     ccm    d'eau) . . . . 0,2 g  Acétate de vinyle mono  mère . . . . . . . 650 g  Eau oxygénée 30 0/0, 2     ccm     dilués dans le monomère  total     +    0,5     ccm    dans la  première portion . . .

   2,5     ccm       Après avoir placé dans le récipient de ré  action l'eau et la solution d'alcool polyvinyli  que, on purge à l'hydrogène et chauffe à  65-70 en agitant. Lorsque la température du  milieu atteint la valeur désirée, on procède à  la mise à l'échappement du gaz résiduel. On  place alors dans le récipient de réaction, par  le réservoir intermédiaire réservé à cet effet,  la solution de     formaldéhyde-sulfoxylate    de  sodium et 60     ccm    d'acétate de vinyle mono  mère préparé comme nous l'avons indiqué et  auquel on ajoute, pour la première portion  seulement 0,5     ccm    d'eau oxygénée à 30 0/0.

   On  continue à chauffer en agitant à     68     -     70 .    Au      bout de 30-40 minutes, la pression ayant at  teint 0,8 - 1 atm, la réaction s'amorce et on  en suit la marche par les indications du mano  mètre et du thermomètre, comme nous l'avons  déjà dit. Lorsque la pression s'est stabilisée à  0,5 atm, la réaction est terminée et on ajoute  une nouvelle fois 60     ccm    de monomère en  observant la réaction comme précédemment.

    On laisse réagir de cette manière 650 g d'acé  tate de vinyle monomère, agite encore pen  dant deux heures à la même température, puis  refroidit et recueille une dispersion dont les  caractéristiques sont les suivantes         Contenu        solide    .     55        0/0        (52        %        PVA)     Viscosité . . 90 poises  Diamètre moyen  des particules .     1,5-2p     pH . . . . .

   4,3  Durée de réaction 6 heures    La suspension, étalée sur une plaque de  verre, laisse, après 12 heures de séchage à la  température ambiante, un film lisse et trans  parent, qui se désagrège par frottement avec  une brosse humide ou par immersion prolon  gée dans l'eau.    <I>Exemple 2</I>  On utilise les substances suivantes  Eau . . . . . . . . 290 g  Alcool polyvinylique (solu  tion aqueuse 10 0/0) . . 360 g  Acétaldéhyde (dilué par  20     ccm    eau) . . . . 16 g       Formaldéhyde    -     sulfoxylate     de sodium (dissous dans  50     ccm    d'eau) . . . .     0,2-          Acétate    de vinyle mono  mère . . . . . . .

   650 g         Eau        oxygénée        30%,    2     ccm     dilués dans le monomère  total     -i-    0,5     ccm    dans la  première portion . . . 2,5     ccm     On procède exactement comme dans  l'exemple 1, sauf qu'avant de laisser réagir la  première portion de monomère, on ajoute au  sérum, en plus de la solution de     formaldéhyde-          sulfoxylate    de sodium, 16 g d'acétaldéhyde pur  dilués dans 20     ccm    d'eau.

      La réaction est un peu plus lente et les  caractéristiques de la dispersion sont les sui  vantes       Contenu        solide    .     54        0/0        (51        %        PVA)     Viscosité . . . 60 poises  Diamètre moyen  des particules . 1,8 - 2     @@     pH . . . . . 4,2  Durée de réaction 7 heures    La suspension, étalée sur une plaque de  verre, laisse, après 12 heures de séchage à la  température ambiante, un film lisse et trans  parent, qui ne se désagrège pas avec une  brosse humide. Par immersion prolongée dans  l'eau, le film se détache de son support mais  garde son homogénéité.

      <I>Exemple 3</I>    On procède comme pour l'exemple 2 mais  en ajoutant 24 g d'acétaldéhyde dilués par  20     ccm    d'eau.    Caractéristiques de la suspension  Contenu solide. . . . 53,5 0/0  Viscosité . . . . . 50 poises  Diamètre moyen des par  ticules . . . . . 2     p     pH . . . . . . . 4,2  Durée de réaction . . . 7     I/.    heures    Le film se désagrège légèrement par frot  tement avec une brosse humide ou par im  mersion dans l'eau.    <I>Exemple 4</I>    On procède comme pour l'exemple 3 mais  en ajoutant 32 g d'acétaldéhyde dilués par  20     ccm    d'eau.

      Caractéristiques de la suspension    Contenu solide. . . . 53 0/0  Viscosité . . . . . 8 poises  Diamètre moyen des par  ticules . . . . . 2  pH . . . . . . . 4,2  Durée de réaction . . . 8 heures    Le film préparé à partir de cette disper  sion se désagrège complètement dans l'eau ou  par frottement avec une brosse humide.      <I>Stabilité en présence des plastifiants</I>  A) Dans un récipient de réaction fermé,  analogue à celui que nous avons décrit précé  demment, on place 300 g de la dispersion ob  tenue selon l'exemple 1.

   On fait le vide et  chauffe en agitant à     6811-        70,).    On ajoute     en-          suite        39        g        de        phtalate        de        dibutyle        (25        %        de          l'acétate        de        polyvinyle)

          et        24        g        d'eau        (8        %        de     la dispersion). On agite à     70     durant 15-20  minutes, refroidit et recueille une dispersion  qui donne un film lisse, transparent, qui se  désagrège rapidement avec une brosse humide  ou par immersion dans l'eau.  



  B) On procède comme pour A, mais en  utilisant la dispersion obtenue selon l'exemple  2. On obtient une belle composition, donnant  des films lisses, absolument transparents, ne se  désagrégeant presque pas par frottement avec  une brosse humide. Par immersion dans l'eau,  le film se détache de son support, mais garde  son homogénéité.  



  Des essais identiques à ceux que nous ve  nons de décrire ont été faits en présence d'un  alcool polyvinylique dont les caractéristiques  sont les suivantes    Groupements     vinylacétiques     (P. M. 86) . . . . . 38 0/0  Viscosité (solution aqueuse  de 5 0/0à     20@,)    . . . . 25     cp.     



  Les améliorations de stabilité, spéciale  ment en présence des plastifiants, sont encore    plus marquées que précédemment, le pourcen  tage de groupements     vinylacétiques    présents  dans le colloïde étant plus élevé.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Procédé pour la préparation de disper sions aqueuses d'acétate de polyvinyle d'une concentration en polymère d'au moins 25 6/o par polymérisation d'acétate de vinyle en émulsion et par portions en présence d'un ca talyseur de polymérisation et d'alcool poly vinylique, caractérisé en ce que la polymérisa tion se fait en présence, en outre, de 20 à 30 0/0 d'acétaldéhyde compté par rapport à l'acétate de vinyle monomère se trouvant dans le mélange au début de l'opération. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'alcool polyvinylique utilisé comme colloïde protecteur résulte d'une sapo nification partielle d'acétate polyvinylique et contient au maximum 40% de groupements vinylacétiques. 2.
    Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que la réaction se fait à une tem pérature voisine de 70,, C. 3. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que la réaction se fait en présence d'agents activant la polymérisation de l'acétate de vinyle.
CH315329D 1953-06-23 1953-06-23 Procédé pour la préparation de dispersions aqueuses d'acétate de polyvinyle CH315329A (fr)

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