CH380954A - Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesättigter Verbindungen - Google Patents

Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesättigter Verbindungen

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CH380954A
CH380954A CH4233957A CH4233957A CH380954A CH 380954 A CH380954 A CH 380954A CH 4233957 A CH4233957 A CH 4233957A CH 4233957 A CH4233957 A CH 4233957A CH 380954 A CH380954 A CH 380954A
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Messwarb Guenter
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Hoechst Ag
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16Aqueous medium
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    • C08F2/24Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents

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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description


  



  Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesättigter Verbindungen
Aus polymerisierbaren olefinisch ungesättigten Verbindungen können Emulsions-oder Suspensionspolymerisate hergestellt werden, indem man das Monomere oder   Monomeren-Gemisch    in Wasser emulgiert oder Lösungen des Monomeren in nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln (wie Kohlenwasserstoffen) emulgiert und dann unter Mitverwendung von Katalysatoren in bekannter Weise polymerisiert.



   Viele bisher bekannte Emulsionspolymerisationsverfahnen sind in einer Hinsicht mangelhaft ; die zum Emulgieren des Monomeren und gegebenenfalls auch des aus ihm hervorgehenden Polymeren bisher mitverwendeten oberflächenaktiven Verbindungen (Emulgatoren oder   Suspendatoren)    lassen sich auch durch intensives Waschen nur unvollständig aus dem Polymerisat entfernen. Die dem Polymerisat anhaftenden Emulgatorreste beeinträchtigen in vielem die Poly  merisatqualität    erheblich.



   Es ist bekannt, die für Polymerisationsreaktionen erforderlichen Hilfsstoffe, insbesondere Suspensionsvermittler für textile Dispersionen, wie hochmolekulare Suspensionsvermittler, dadurch unwirksam zu machen, dass Verbindungen gewählt werden, die umsetzungsfähige Gruppen enthalten wie OH-Gruppen im Polyvinylalkohol, oder solche Polymerisate, Polyaddukte oder Polykondensate, die mindestens eine Amino-oder Iminogruppe im Molekül enthalten oder die durch Selbstzersetzung in der Hitze oder durch eine Behandlung mit polyfunktionellen Verbindungen hydrophoben Charakter erhalten. Das bekannte Verfahren   ist-jedoch nur    in beschränktem Rahmen verwendbar, da   hochmolekulare Suspensionsvermittler    auch nach chemischer Umwandlung aus Polymerisaten schlecht entfernbar sind und durch ihren Gehalt z.

   B. an stickstoffhaltigen Gruppierungen die Eigenschaften der Produkte verschlechtern. Ferner ist das bekan, nte Verfahren zur Zerstörung von stickstoffhaltigen Emulgatoren durch thermische Behandlung, z.   B. für    chlorhaltige Polymerisate, wegen eintretender Verfärbungen und Abnahme der   Thermo-    stabilität der Polymerisate nicht verwendbar.



   Es ist bekannt,   Phthalsäurediester,    die ebenfalls   bei Polymerisationen    als Emulgatoren wirken, zu verwenden. Sie lassen sich nach beendeter Polymerisation durch Verseifung spalten, wobei die Emulga  torwirkung aufgehoben,    wird. Bei Verwendung der bekannten Phthalsäurediester ist eine Verseifung aber erst bei Temperaturen oberhalb 60    C    in technisch vernünftigem Ausmass möglich.



   Um eine schonende Behandlung der Polymerisate zu gewährleisten (die für die Güte der Produkte aus  schlaggebend    ist), ist es aber von der Praxis aus wünschenswert, nach Möglichkeit bei Temperaturen unterhalb 60  C, vorzugsweise zwischen 5 und 50  C zu arbeiten.



   Gegenstand des vorliegenden Patentes ist nun ein Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesättigter Verbindungen in wässriger Phase mit Emulgatoren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Emulgatoren verwendet, bei denen eine Estergruppe der Formel
EMI1.1     
 in der R einen einwertigen hydrophoben aliphatischen Rest mit 4-20 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit einem hydrophilen   Mole, külteil    verbunden ist, und bei denen die genannte Estergruppe im alkalischen Bereich bei Temperaturen unterhalb 60  C leicht verseifbar ist, die Polymerisation in saurem Bereich durchführt und anschliessend den Zerfall der in der  Reaktionsmischung befindlichen Emulgatoren in nicht oberflächenaktive Bruchstücke durch Verschiebung des pH-Wertes der Reaktionsmischung ins alkalische Gebiet bewirkt.



   Die erfindungsgemäss   erforderlichen Emulgatoren-    Eigenschaften weisen z. B. quaternäre Ammoniumverbindungen des Betainfettalkoholesterchlorid-Types auf, das heisst, Emulgatoren, die   in ss-Stellunlg    zur   Estercarbonylgruppe    eine induktiv wirkende polare Gruppe besitzen, ferner Fettalkoholhalbester-Salze der Oxalsäure oder   Fettalkoholhalbester-Salze    des Umsetzungsproduktes aus Oxalsäure und Taurin, das heisst Emulgatoren, bei denen in   a-Stellung    zur   Estercarbonylgruppe    z. B. eine Carbonylgruppe steht.



   Bei Verwendung der erfindungsgemässen Emulgatoren lässt sich die Zerstörung der Emulgatoren nach beendeter Reaktion in dem technisch vorteilhaften Temperaturbereich von 5 bis 550 C, vorzugsweise 10 bis   45     C, durchführen.



   Das neuartige Verfahren unterscheidet sich von den bisher üblichen Verfahren dadurch, dass man nach beendeter Polymerisation den pH-Wert der Polyme  risat-Emulsion    oder-Dispersion auf einen Wert  >  7,   vorzugsweise  >  8, erhöht,    so dass der oder die Emulgatoren zerstört und unwirksam werden. Die Emulgatoren können dabei so ausgewählt werden, dass keine Beeinträchtigung der Eigenschaften bzw. der Qualität des Polymerisats durch die   nicht ober-    flächenaktiven Spaltprodukte erfolgt, oder dass Spaltprodukte entstehen, die leicht auswaschbar sind. Als pH-empfindliche, jedoch in einem bestimmten sauren   pH-Bereich    zur Durchführung der Polymerisation genügend beständige Emulgiermittel können z.

   B. vorteilhaft Produkte vom Typus der Betainesterhalogenide der allgemeinen Formel
EMI2.1     
 verwendet werden, worin Y einen aliphatischen hydrophoben Alkoholrest mit 4-20, vorzugsweise 8-14   C-Atomen,    dessen C-Kette durch Heteroatome, wie z. B.   Sauerstoff-Atome,    unterbrochen sein kann, und   R',      R",      R"'Alkylreste    mit 1-12, vorzugsweise 1-10   Kohlenstoffatomen darstellen. Hal    in der obigen Formel soll ein Atom der Elemente Fluor, Chlor, Brom, Jod, darstellen. Andere geeignete   oberflächen-    aktive, bei geeignetem alkalischem pH-Wert spaltbare Verbindungen sind z. B.

   Substanzen des Typs II und III
EMI2.2     
 worin   Ri    Alkylreste mit   8-20    C-Atomen, R2 ein H oder einen Alkylrest mit 1-12, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Z ein H oder ein Metallion, wie Na, K oder mit einem weiteren Anion ver  knüpftes    Mg oder Ca bedeutet.



     Erfindun, gsgemäss    sind besonders geeignet Betainesterhalogenide der allgemeinen Formel
Hal [N (RI)   3-CH2-COORll],    wobei   RI    und   RI,    Alkylreste darstellen. So ergaben z. B. diese kationischen Emulgatoren gute Ergebnisse bei Versuchen zur   Homo-und    Mischpolymerisation des Vinylchlorids, wenn man   RI    = CH3 und   RI,    = Lauryl oder   Octyl, wählt. Hal    stellt eines der weiter oben angegebenen Halogene dar.



   Das Betaindodecylesterchlorid z. B. spaltet sich in wässriger Lösung bei pH-Werten über 7 glatt unter Abscheidung der Alkoholkomponente, wobei sich die Oberflächenspannung in folgendem Masse ändert :
Tabelle 1   
Losung pH-Wert Tropfenzahl  (Oberflachenspannungs      1      0/cige    Lösung   Betaindodecylesterchlorid + Säure    1-2 88 1%ige L¯sung Betaindodecylesterchlorid unter Zugabe von Na8CO8 bis 9-10 51-52   l"/eige Lösung    Betaindodecylesterchlorid unter Zugabe von   NaOH    bis 12 48-49 Reines Wasser zum Vergleich 7 47-48
Als weitere Komponenten, die erfindungsgemäss als Emulgatoren zu verwenden sind, seien genannt :

     Phosphonoalkylcarbonsäureestersalze,    wie Salze von   Phosphonoessigsäure-Fettalkoholestern   
EMI2.3     
 oder Sulfoalkylcarbonsäureestersalze wie Salze von Sulfoessigsäure-Fettalkoholestern oder von Fett  alkoholestern    der Formel
EMI2.4     

Auch diese Komponenten enthalten eine mit der Estergruppe 
EMI3.1     
 verbundene hydrophil wirkende Gruppe.



   Als Beispiel für das beanspruchte Polymerisa  tionsverfahren    sei die Mischpolymerisation von Vinyl  chlorid/Vinylacetat    angeführt. Wenn man z. B. ein Mischpolymerisat im Verhältnis   Vinylchlorid/Vinyl-    acetat 87/13 (K-Wert 50, gemessen in Cyclohexanon) mit dem erwähnten Betaindodecylesterchlorid als Emulgator herstellt, erhält man Produkte, die gegen über den mit üblichen Emulgatoren hergestellten Polymerisaten eine erhebliche Verbesserung der Eigenschaften zeigen, und die sogar einem Vergleich mit den nach   Lösungsmittelverfahren    dargestellten Produkten standhalten.

   Die folgenden Tabellen beweisen die Ausschaltung störender Emulgatorreste nach dem erfindungsgemässen Verfahren :
Tabelle 2
Haftfestigkeit von Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymerisat-Lacken an Metallfolie   
K-Wert
Polymerisat-Typ, der besonders als Lack geeignet ist (gemessen in Farbe Trennfestigkeit?  (Essigester als Losungsmittel) Cyclohexanon)    1. Emulsionspolymerisat aus Vinylchlorid/51 sehr gut 1, 8-2, 6
Vinylacetat 87/13  (Emulgator : Betaindodecylesterchlorid, wobei nach der Polymerisation der Emulgator erfindungs    gem ! äss zerstört    wird) do., jedoch mit unzerstörtem Emulgator 51 neigt zum 0, 2-0, 8    Verfärben    2.

   Emulsionspolymerisat aus Vinylchlorid/50 leicht verfärbt 0, 2-0, 4
Vinylacetat 87/13  (Emulgator :   Alkylsul. fonat   Mersolato)    3.   Lösungsmittelpolymerisat    Vinylchlorid/50 sehr gut 1, 8-2, 6
Vinylacetat 87/13    'Trennfestigkeit    in Abmischung mit 20%   Vinylchlorid/Vinylacetat/Maleinsäure-Mischpolymerisat 86/13/1    auf
Aluminiumfolie (kg/5 cm).



   Tabelle 3 Wärmestabilität der Mischpolymerisate aus   Vinylchlorid/Vinylacetat    87/13 beim Verwalzen bei 140¯ C unter Zusatz von 0,5% Bleistearat   
WÏrmestabilitÏt
Polymerisat-Typ K-Wert @@@@@@@@@@@@@@@     (Zeit bis
1. Emulsionspolymerisat aus   Vinylchlorid/Vinylacetat    87/13 51 mehr als 30'  (Emulgator Betaindodecylesterchlorid, wobei nach der Polymeri sation der Emulgator erfindungsgemäss zerstört wird) do., jedoch mit unzerstortem Emulgator 51 weniger als. 5' 2. Emulsionspolymerisat aus   Vinylchlorid/Vinylacetat    87/13 50 weniger als 10'  (Emulgator   Alkylsulfonat   Mersolat  )   
3.

   Lösungsmittelpolymerisat aus Vinylchlond/Vinylacetat 87/13 50 mehr als   30'   
Als besonders geeignet für das neue Verfahren kommen solche olefinisch ungesättigten   Verbindun-    gen in Frage, die üblicherweise nach   einem Polyme-    risationsverfahren in Emulsion umgesetzt werden. Genannt seien hier vor allem neben halogenhaltigen Monomeren, Styrol, Vinylester wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Acrylverbindungen und deren Mischpolymerisate sowie Vinylphosphonsäure, MaleinsÏure, Butadien und dessen Mischungen, z.   B,    mit Styrol.



   Die Polymerisationsreaktion kann mit den gebräuchlichen Aktivatoren angeregt werden. Als Radikalspender sind Redoxsysteme, Peroxyde usw. verwendbar. Der Fachmann wird in der Lage sein, für den einzelnen Fall das geeignete System auszuwählen.



   Beispiel   1   
In einem   40-Liter-Autoklaven wird ein    Mono  merengemisch    aus 6, 8 kg Vinylchlorid und 1, 2 kg  Vinylacetat in wässriger Emulsion mit 15 Liter Wasser und 48 g Betaindodecylesterchlorid bei   50  C    nach einem üblichen   Redoxverfahren    im sauren Bereich umgesetzt. Nach dem Druckabfall wird die polymerisathaltige Dispersion mit Soda alkalisch gemacht, wobei der Latex sofort koaguliert. Nach dem Ansäuern mit Salzsäure wird abgenutscht, das fertige Mischpolymerisat gut mit Wasser ausgewaschen und getrocknet. Das Produkt zeigt die in den Tabellen 2 und 3 unter   1    beschriebenen Eigenschaften.



   Beispiel 2
In einem   40-Liter-Autoklaven    wird die Mono  merenmischung    aus 7, 55 kg Vinylchlorid, 1, 2 kg Vinylacetat und 80 g Maleinsäure in einer wässrigen Emulsion mit 15 Liter Wasser und 64 g Betaindodecylesterchlorid bei 50  C nach einem üblichen   Redoxverfahren    im sauren Bereich polymerisiert.



  Nach beendeter Reaktion wird der Emulgator erfindungsgemäss zerstört, und es wird wie üblich   aufge-    arbeitet. Das Produkt zeigt den K-Wert 48, 0 in Cyclohexanon und besitzt gute lacktechnische Eigenschaften.



   Beispiel 3
In einem   40-Liter-Autoklaven    wird die Monomerenmischung aus 7, 55 kg Vinylchlorid, 1, 2 kg Vinylacetat und 60 g Vinylphosphonsäure in einer wässrigen Emulsion mit 15 Liter Wasser und 80 g Betaindodecylesterchlorid bei   509 C n. ach üblichem      Redoxverfahren    im sauren Bereich polymerisiert.



  Nach Reaktionsende wird der Emulgatoranteil erfindungsgemäss zerstört und das Produkt aufgearbeitet.



  Das Polymerisat hat einen K-Wert 48, 1 und zeigt hervorragende lacktechnische Eigenschaften.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Polymerisation olefinisch unge sättigter Verbindungen in wässriger Phase mit Emulgatoren, dadurch gekennzeichnet, dal3 man Emulgatoren verwendet, bei denen eine Estergruppe der Formel EMI4.1 in der R einen einwertigen hydrophoben aliphatischen Rest mit 4-20 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit einem hydrophilen Molekülteil verbunden ist, und bei denen die genannte Estergruppe im alkalischen Bereich bei Temperaturen unterhalb 605C leicht verseifbar ist, die Polymerisation in saurem Bereich durchführt und anschliessend den Zerfall der in der Reaktionsmischung befindlichen Emulgatoren in nicht oberflächenaktive Bruchstücke durch Verschie- bung des pH-Wertes der Reaktionsmischung ins alkalische Gebiet bewirkt.
    UNTERANSPRUCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R 8 bis 14 C-Atome enthält.
    2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation und der Zerfall der Emulgatoren in dem Temperaturbereich von 5 bis 55"C durchgeführt wird.
    3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Emulgatoren der genannten Art quaternäre Ammoniumchloride der Formel EMI4.2 in der R die im Patentanspruch an, gegebene Bedeutung hat und R', R"und R"'Alkylgruppen darstellen, verwendet werden.
    4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Emulgatoren der genannten Art Fettalkoholhalbestersalze der Oxalsäure oder Salze von Sulfonsäuren der Formel EMI4.3 in der R die im Patentanspruch angegebene Be deutung hat, verwendet werden.
    5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Emulgatoren der genannten Art Phosphonoalkylcarbonsäureestersalze verwendet werden.
    6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Emulgatoren der genannten Art Sulfoalkylcarbonsäureestersalze verwendet werden.
CH4233957A 1956-02-08 1957-02-05 Verfahren zur Polymerisation olefinisch ungesättigter Verbindungen CH380954A (de)

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