Polymerní disperze s obsahem plniva, způsob její výroby a použití
Oblast techniky
Vynález se týká polymerní disperze s obsahem plniva, která obsahuje organické nebo anorganické částice plniva a částice alespoň jednoho syntetického organického polymeru, přičemž poměr velikosti částic plniva k velikosti polymemích částic činí 1,1:1 až 20:1.
io
Dosavadní stav techniky
Polymerní částice s průměrem asi 0,01 až 30 pm hrají velkou roli v mnoha oblastech techniky plastických hmot. Zvláště v oblasti lepení předmětů nebo nanášení se často používají lepidla nebo prostředky pro povrchovou ochranu, které obsahují polymerní částice této velikosti. Příkladem oblasti použití jsou dekorativní povrchové úpravy ve formě lakování nebo ostatních povlaků a lepení dvou povrchů se stejnými nebo odlišnými vlastnostmi pomocí lepidla, které se ve spojovací technice často používají.
Uvedené polymerní částice se zpravidla vyrábějí polymerizací olefínických nenasycených monomerů, jejichž vlastnosti se mohou polymerizací směsi různých monomerů, například při kopolymerizaci nebo terpolymerizaci, změnit. Změněné vlastnosti jednotlivé polymerní částice se přenášejí zpravidla jako kolektivní vlastnost na povrchovou úpravu nebo na lepidlo, vyrobených pomocí takových polymemích částic. Kolektivní vlastnosti, které se často podrobují modifikaci podle použití, jako například tvrdost, elasticita a lepicí síla, zejména v oblasti použití lepidel, volná doba lepení nebo počátek přilnutí.
Velký význam mají rovněž určité vlastnosti prostředku, který se používá pro výrobu povlaku nebo lepidla, například povrchové ochrany nebo lepidla. V této souvislosti se často v závislosti na žádaném použití modifikuje viskozita, tekutost nebo zbytkový obsah monomeru.
Často se pro modifikaci uvedených vlastností povrchové ochrany nebo lepidla přidávají k prostředku pro povrchovou vrstvu, který obsahuje polymerní Částice, nebo k lepidlu, anorganická nebo organická plniva, které v případě anorganického plniva redukují podíl organického poly35 memího materiálu ve vrstvě a tím přispívají na základě malého obsahu organického polymeru k větší tvrdosti vrstvy a šetří životní prostředí a suroviny. Organická plniva mohou například polymerní disperzi propůjčovat určité kombinované vlastnosti, které mají částice plniva a polymeru. ' 40 Zatímco směsi polymemích částic a plniv vedou v oblasti povrchové ochrany k matnému a drsnému povrchu, projevují se však u lepidel často takovým způsobem, že se lepicí síla a elasticita lepených spojů silně redukuje. Z toho důvodu přináší přítomnost plniv v polymemích disperzích často snížení počáteční lepicí síly.
Zejména v oblasti hodnotných použití povrchových úprav a lepidel, jako je lakování s vysokým leskem nebo lepení v oblasti papíru a nábytku, se takové efekty velmi zřetelně projevují. Často se například zjistí signifikantní snížení konečné lepicí síly u dřeva, kterou doprovází redukované počáteční přilnavost.
EP-A 0 392 065 se týká částic plniva obalených polymerem, u kterých se jádro plniva potáhne obalem hydrofobního polymeru. Pro výrobu takových částic obalených polymerem se polymerizuje monomer za přítomnosti částic plniva a amfifilního polymeru ve vodné disperzi. Dokument obsahuje šablonu pro výrobu polymemích disperzí obsahujících plnivo, ve kterých existují Částice plniva a polymeru v podstatě vedle sebe.
-1 CZ 300360 B6
DE-OS 22 43 687 se týká lepidla, zejména pro výrobu vlnité lepenky. Dokument popisuje sice polymerní disperzi, ve které jsou společně částice polymeru a minerální částice, a udávají se oblasti velikosti částic. Šablona týkající se poměru velikostí částic ve smyslu předkládaného textu se však v tomto dokumentu nenachází.
Podstata vynálezu
Úkolem předkládaného vynálezu bylo odstranit výše uvedené nevýhody směsí z částic polymeru io a plniva, které jsou známé ze stavu techniky. Zejména bylo úkolem vynálezu poskytnout polymemí disperzi s obsahem plniva, která má výhody směsí částic polymeru a plniva známých ze stavu techniky při odstranění nevýhod známých ze stavu techniky.
Zvláštním úkolem předkládaného vynálezu bylo poskytnout polymerní disperzi, která obsahuje 15 plnivo, a která se může použít pro výrobu hodnotných povrchových úprav nebo lepidel.
Dále bylo úkolem předkládaného vynálezu poskytnout polymerní disperzi s obsahem plniva, kteráje použitelná jako lepidlo s vysokou lepicí silou, zejména na dřevo.
Dalším úkolem vynálezu bylo poskytnout polymerní disperzi s obsahem plniva, která má malý zbytkový obsah monomeru.
Dále bylo úkolem vynálezu poskytnout lepidlo, které má dostatečnou volnou dobu lepení a disponuje vysokou počáteční přilnavostí a nízkou viskozitou při výtečné tekutosti.
Dalším úkolem vynálezu bylo poskytnout způsob výroby takové polymerní disperze s obsahem plniva.
Výše uvedené úkoly se vyřešily polymerní disperzí s obsahem plniva, která obsahuje organické a 30 anorganické částice plniva a částice alespoň jednoho syntetického organického polymeru, který se polymerizoval za přítomnosti částic plniva, přičemž poměr průměru částic plniva k průměru části polymeru činí 1,1:1 až 20:1,
Předmětem vynálezu je proto polymerní disperze s obsahem plniva, která obsahuje vodu, částice 35 minimálně jednoho organického nebo minimálně jednoho anorganického plniva nebo jejich směs (částic plniva) a částice minimálně jednoho syntetického organického polymeru, který se za přítomnosti jednoho druhu částic plniva polymerizoval (polymerní částice), vyznačující se tím, že poměr velikosti částic plniva k velikosti částic polymeru činí 1,1:1 až 20:1:
Zjistilo se, že se pomocí takových polymemích disperzí mohou získat prostředky pro povrchovou úpravu a povrchové úpravy, lepidla a lepené spoje, které jsou s ohledem na dobu lepení, lepicí sílu a počáteční přilnavost minimálně srovnatelné s povlaky bez obsahu plniva, ale předčí systémy s obsahem plniva, které jsou známé ze stavu techniky. Polymerní disperze s obsahem plniva podle vynálezu mají zpravidla nižší viskozitu a lepší tekutost než ty, které jsou známé ze stavu techniky, se zřetelem na obsah polymeru a plniva srovnatelných systémů.
Způsob výroby podle vynálezu takové polymerní disperze s obsahem plniva se vyznačuje oproti způsobu polymerizace známé ze stavu techniky tím, že se čas polymerizace oproti srovnatelným systémům zkracuje, dále umožňuje kontrolu teploty a vede kpolymemím disperzím, které mají so oproti polymerním disperzím, které se vyráběly způsoby polymerizace známých ze stavu techniky, redukovaný obsah zbytkových monomerů.
Předmětem vynálezu je proto polymerní disperze s obsahem plniva, která obsahuje vodu, částice organického nebo anorganického plniva (částice plniva) nebo směs ze dvou nebo více organic55 kých nebo anorganických plniv nebo směs ze dvou nebo více z nich a částice minimálně jednoho
-2CZ 300360 B6 syntetického organického polymeru, který se polymerizoval za přítomnosti plniva nebo plniv (polymerní částice), přičemž poměr velikosti částic plniva k velikosti polymerních částic činí 1,1:1 až 20:1.
Polymerní disperze podle vynálezu obsahuje tedy buď jeden druh částic anorganického plniva, nebo jeden druh částic organického plniva nebo dva nebo více různých druhů Částic anorganického plniva nebo dva nebo více různých druhů částic organického plniva nebo jeden druh částic anorganického plniva a dva nebo více různých druhů částic organického plniva nebo jeden druh částic organického plniva a dva nebo více různých druhů částic anorganického plniva nebo dva io nebo více různých druhů částic anorganického plniva a dva nebo více různých druhů částic organického plniva.
S ohledem na organické polymerní částice se v disperzích podle vynálezu rozlišují částice organického plniva a polymerní částice (rovněž organické) tak, že organické polymerní částice vzni15 kají za přítomnosti Částic plniva, polymerizace polymerních částic probíhá za přítomnosti částic plniva. Efekt podle vynálezu se přitom docílí tak, když částice organického plniva a polymerní částice mají v podstatě stejné složení monomeru. Ve výhodné formě provedení vynálezu mají však organické částice plniva a polymerní částice rozdílné složení monomeru.
Pod pojmy „velikost dílků“ nebo „velikost částic“, které jsou v rámci předkládaného textu synonymem, se v rámci předkládaného vynálezu rozumí hodnota, která se obvykle označuje jako „d50“, tzn. hodnota, při které asi 50 % částic má menší průměr a asi 50 % částice má větší průměr. Pro stanovení této hodnoty jsou vhodné v zásadě všechny způsoby měření částic, například způsoby měření, které spočívají na principu ohybu světla. Údaje o velikosti částic, uvedené v rámci předkládaného vynálezu se vztahují k měření přístrojem MASTERSIZER X firmy Malvem Instruments, Herrsching, Deutschland, (Version 1.2b). Funkce tohoto přístroje spočívá na ohybu paprsku světla, kde se velikost částic porovnává s úhlem ohybu.
Dalšími způsoby stanovení velikosti částic je například granulometrie, při které se ve vhodném disperzním prostředku rovnoměrně rozplaví malé množství zkoumaného prášku a podrobí se sedimentaci. Ze závislosti mezi velikostí a hustotou Částic za předpokladu, že jsou kulové, a jejich rychlosti usazování, která je patrná ze zákona podle Stokese, se může z časového průběhu sedimentace získat procentuální rozdělení zrnitosti. Další metody stanovení velikosti částic jsou mikroskopie, elektronová mikroskopie, sítová analýza, sedimentační analýza, stanovení hustoty povrchu a podobně.
Pod pojmem „polymerní částice“ se v rámci předkládaného vynálezu rozumí dispergované částice v podstatě ve vodě nerozpustného syntetického organického polymeru, který se polymerizoval za přítomnosti částice anorganického nebo organického plniva nebo směsi ze dvou nebo více takových částic plniva, jak je uvedeno výše.
Jako částice plniva jsou v rámci předkládaného vynálezu vhodné všechny organické a anorga> nické částice, které mají velikost částic (podle výše uvedené definice) přibližně 0,033 až 10 pm, například přibližně 0,05 až 5 pm, nebo přibližně 0,1 až 4 pm, nebo 0,2 až přibližně 3 pm, nebo přibližně 0,5 až 1,0 pm. Pro klasifikaci velikosti částic se v rámci předkládaného vynálezu upouští od velikosti primárních částic.
Pod „primární částicí“ se v rámci předkládaného vynálezu rozumí částice, která na základě primárních iontových nebo kovalentních sil, například ve formě krystalové mřížky, drží pohro50 madě. Na rozdíl od primárních částic se jako „sekundární částice“ rozumí aglomeráty dvou nebo více primárních částic, které na základě slabých iontových nebo jiných sil založených na polaritě ulpívají na vnější ploše nebo na hranici zrn primárních Částic na sobě a vynaložením malé energie, například jednoduchou mechanickou disperzí a/nebo přídavkem disperzního prostředku, způsobí rozštěpení částic odstraněním nebo snížením slabých vazebných sil existujících mezi primárními částicemi.
-3CZ 300360 B6
Jako částice plniva jsou v rámci předkládaného vynálezu vhodné například anorganické látky, které jsou oproti minimálně jednomu organickému polymeru a během výrobního procesu polymerní disperze s obsahem plniva za existujících reakčních podmínek inertní. Příklady pro vhodné anorganické materiály jsou křemičitany hlinité, např. andalusit, sillimanit, kyanit, tnul lit, pyrofil ít nebo imogolit. Dále jsou vhodné sloučeniny na bázi křemičitanu sůdnohlinitého nebo vápenatého. Rovněž jsou vhodné minerály jako křemen, křemenná mouka, křemičitý gel, síran bamatý, oxidy kovů jako oxid zinečnatý, titaničitý, zeolit, kaofilit, leucit, draselný živec, bíotit, silikáty skupin soro, cyklo, ino, tylo a tekto, skupina rozpustných nebo těžko rozpustných sulfátů, jako sádra, anhydrit nebo baryt (těživec) a minerály vápníku jako mastek nebo křída (CaCO3). Uvedené anorganické materiály se mohou v rámci předkládaného vynálezu používat jako jediný druh částic plniva. Je zrovna tak dobře možné používat směs ze dvou nebo více uvedených částic plniva.
Dále jsou jako částice plniva v rámci předkládaného vynálezu vhodné částice organického plniva, za jejichž přítomnosti může probíhat polymerizace polymerních Částic. Vhodné částice organického plniva jsou například polyvinylacetát a kopolymery póly viny lacetátu s jedním nebo více polymerizovatelných sloučenin, polystyren, polyethylen, polypropylen, vosky jako polyethylenový vosk, polybutylen, polybutadien, kopolymery butadienu a styrol, polyakrylnitril, pryskyřice jako kalafunová pryskyřice nebo uhlovodíkové pryskyřice, ester polyakrylátu nebo ester poly20 metakrylátu s lineárními nebo rozvětvenými alifatickými, aromatickými nebo cykloalifatickými alkoholy jako methanol, ethanol, propanol, isopropanol, s izomemími butanoly a vyššími homology uvedených alkoholů s až přibližně 22 atomy C, cyklohexanol, benzylalkohol a podobně, polydialkylmaleináty, jako dibutyl-maleinát a jejich kopolymery nebo polymery obsahující skupiny silyl jako polyvinylsilany nebo kopolymery vinylsilanu s jedním nebo více uvedených
25. monomerů.
Ve výhodné formě provedení vynálezu obsahují částice organické plniva jako organické plnivo polyvinylacetát nebo kopolymery polyvinylacetátu s jedním nebo více polymerizovatelných sloučenin, polystyren, polyethylen, polypropylen, vosky, polybutylen, polybutadien, kopolymery butadienu a styrenu, polyakrylnitril, pryskyřice, ester polyakrylátu nebo ester polymetakrylátu nebo polymery obsahující skupiny silyl. V další výhodné formě se skládají částice plniva z výše uvedených polymerů.
V rámci výhodné formy provedení vynálezu obsahuje polymerní disperze s obsahem plniva méně než pět různých druhů částic plniva, například Čtyři, tři nebo dva různé druhy. V další formě provedení předkládaného vynálezu obsahuje polymerní disperze podle vynálezu pouze jeden druh částic plniva.
Částice plniva použitelné v rámci předkládaného vynálezu mohou mít hladký, drsný nebo porézní povrch. V rámci výhodné formy provedení mají částice plniva drsný nebo porézní povrch.
V rámci výhodné formy provedení vynálezu obsahuje polymerní disperze s obsahem plniva podle vynálezu jako plnivo Částice křídy (CaCO3), sádry (CaSO4) jako anhydridu, hemihydrátu nebo dihydrátu, křemenné moučky, silikagelu, oxidu titaničitého, mastku nebo vrstveného silikátu.
V další výhodné formě provedení vynálezu obsahuje disperze s obsahem plniva podle vynálezu jako částice plniva křídu (CaCO3) nebo sádru (CaSO4) nebo směs Částic plniva obsahující křídu a sádru. Zvláště výhodná forma provedení obsahuje jako částice plniva částice křídy.
Polymerní disperze s obsahem plniva obsahuje polymerní částice, které se skládají z jednoho organického polymeru nebo směsi ze dvou nebo více organických polymerů.
Jako organické polymery jsou vhodné všechny organické polymery, které se získají radikálovou polymerizací olefinických nenasycených a radikálově polymerizovatelných monomerů.
-4CZ 300360 B6
Pro výrobu polymerních částic jsou vhodné zejména oleflnické nenasycené monomery, které jsou přístupné emulzní polymerizaci. Vhodné polymery jsou například polymery vinylesteru, jejichž monomemí stavební jednotku tvoří vinylester lineární nebo rozvětvené karboxylové kyseliny s asi 2 až asi 10 atomy C.
Polymery vinylesteru se používají nejen jako homopolymery nebo kopolymery monomerů vinylesteru, v další výhodné formě provedení vynálezu se používá jako organický polymer kopolymer vinylacetátu a ethylenu (kopolymer EVA),
Další vhodné organické polymery pocházejí ze skupiny styren-butad Senových kaučuků (SBR). Takové kaučuky se vyrábějí kopolymerizací styrenu a butadienu a obsahují oba monomery zpravidla v hmotnostním poměru přibližně 23,5 ku 76,5 nebo přibližně 40 ku 60. SBR se obvykle vyrábějí emulzní polymerizaci ve vodě.
Další vhodnou skupinou polymerů jsou polyvinylacetáty (PVAC). Polyvinylacetáty představují termoplastické polymery vinylacetátu. Polymerizace probíhá zpravidla suspenzní nebo emulzní polymerizaci.
Další vhodnou skupinu polymerů představují polyethylenhomomery a kopolymery. Radikálová polymerizace ethylenu se například provádí v rámci vysokotlaké polymerizace na LDPE při tlacích asi 1400 až 3500 bar při teplotě 150 až 350 °C. Reakce se přitom zahájí kyslíkem nebo peroxidem. Jako komonomery jsou vhodné lineární nebo rozvětvené nenasycené α,β-olefiny.
Další skupinu vhodných polymerů představují estery kyseliny polyakrylové nebo estery kyseliny polymetakrylové nebo kopolymery z esterů kyseliny akiylové a metakrylové, Případně mohou uvedené polymery obsahovat volnou kyselinu, jejíž obsah odpovídá až 20 až 25 ml 0,1 N roztoku KOH.
Dalším vhodným polymerem je polyvinylidenchlorid. Polymer se získá výhodně emulzní poly30 merizací 1,1-dichlorethylenu. Zvláště vhodné jsou kopolymery 1,1-dichlorethylenu s akrylátem, metakrylátem, vinylchloridem nebo akrylnitrilem.
Dalším vhodným polymerem je polyvinylidenfluorid. Polymer se získá polymerizaci vinylidenfluoridu a může se upravit kopolymerizací s vhodným monomerem jako ethylen, akryInitril, esterem akrylátu, esterem metakrylátu a podobně se zřetelem na chemické a mechanické vlastnosti.
Rovněž jsou vhodné polyvinylchlóridy, které se získají v rámci suspenzní polymerizace (S-PVC), mikrosuspenzní polymerizace nebo emulzní polymerizace (E-PVC).
Uvedené polymery mohou v rámci předkládaného vynálezu existovat v polymerní disperzi s obsahem plniva podle vynálezu jak jednotlivě, tak také ve směsi ze dvou nebo více z nich.
V další výhodné formě provedení vynálezu obsahuje polymerní disperze s obsahem plniva jako polymerní částice polyvinylacetát nebo polyakrylát, zejména polybutylakrylát nebo směs z poly45 vinylacetátu a polyakrylátu.
Podle požadovaných vlastností polymerních částic a způsobu výroby může podíl plniva na celkové polymerní disperzi činit v rozmezí přibližně 5 až 55 % hmotnostních. Ve výhodné formě provedení vynálezu leží podíl mezi přibližně 5 a 50 % hmotnostních, například mezi přibližně 10 a 35 % hmotnostních. V další výhodné formě provedení může obsah Částic plniva být asi 14, 20, 25 nebo 30 % hmotnostních nebo mezi těmito hodnotami.
Případně může polymerní disperze s obsahem plniva podle vynálezu ještě obsahovat m inimálně jeden ve vodě rozpustný organický polymer o molekulární hmotnosti více než 600 a hodnotě
-5 CZ 300360 B6
HLB minimálně 15, například více než asi 16 nebo více než asi 17 nebo více než asi 18. To je zejména výhodné tehdy, když v polymerní disperzi podle vynálezu existují jako částice plniva přinejmenším částečné částice anorganického plniva,
Vhodnou sloučeninou, jako je ve vodě rozpustný organický polymer, je například polyvinylalkohol, který se může hydrolyzovat až na 99 %, například na 70 až 95 % nebo na 80 až 88 %, přičemž se nahradí acetátové skupiny řetězce skupinami OH, které se výhodně rozdělují na celé polymerní řetězce.
io Polyvinylalkohol má výhodně polymerizační stupeň větší než 100, zejména větší než 2000. Zvláště dobrých výsledků lze dosáhnout například polyvinylalkoholem s polymerizačním stupněm asi 1000 až 2000.
Polyvinylalkohol má výhodně hodnotu HLB minimálně 19 nebo minimálně 20, například 21 až
26, například 22 až 24.
Vhodné polyvinylalkoholy jsou dostupné například pod označením Mowiwol 40/88, Mowiwol 26/88, Mowiwol 8/88 nebo Mowiwol 4/88 firmy Clariant.
Další ve vodě rozpustné organické polymery existující v rámci předkládaného vynálezu se skládají například z etherů celulózy, karboxymethylcelulózy, hydroxyethylcelulózy, kaseinu, alginátu sodného a draselného, polyuretanu.
V další výhodné formě provedení vynálezu činí poměr středního specifického povrchu organic25 kého polymeru k částicím organického a anorganického plniva asi 5:1. Celkový specifický povrch, který odpovídá anorganickým plnivům, činí (vztaženo na organické ve vodě rozpustné polymery) u disperze podle vynálezu asi 5 až asi 35 % celkového povrchu disperze.
V další formě provedení vynálezu zvyšují plniva střední specifický celkový povrch disperze.
V další výhodné formě provedení vynálezu obsahuje polymerní disperze s obsahem plniva minimálně jeden iontový tenzid s hodnotou HLB 1 až 10. Ve výhodné formě provedení vynálezu má iontový tenzid molekulární hmotnost menší než 600.
Mohou přitom obsahovat anionické, kationické nebo amfolytické tenzidy nebo směsi ze dvou nebo více z nich. Příklady pro vhodné anionické tenzidy jsou alkyIsulfáty, zejména takové o délce řetězce asi 8 až 18 atomů C, alkyl a aralkylethersulfáty sasi 8 až 18 atomy C v hydrofobním zbytku a 1 až 10 jednotek ethylenoxidu (EO) nebo propylenoxidu (PO) nebo jejich směsi, v hydrofilní části molekuly, sulfonáty, zejména alkylsulfonáty sasi 8 až 18atomy C, alkylaryl40 sulfonáty sasí 8 až 18 atomy C, tauridy, estery a hemiestery kyseliny sulfojantarové sjednosytným alkoholem nebo alkylfenoly se 4 až 15 atomy C, které se případně mohou ethoxylovat s 1 až 20 jednotkami EO, alkalické a amoniové soli karboxylových kyselin, například mastných kyselin nebo pryskyřičných kyselin sasi 8 až 32 atomy C nebo jejich směsi, parciální estery kyseliny fosforečné ajejich alkalické a amoniové soli.
Ve výhodné formě provedení vynálezu se jako anionické tenzidy používají alkylfosfáty nebo alkarylfosfáty nebo alkylfsulfáty nebo alkarylsulfáty s asi 8 až 22 atomy C v organickém zbytku, alkyletherfosfáty nebo alkaryetherfosfáty nebo alkyethersulfáty nebo alkarylethersulfáty s asi 8 až 22 atomy C v alkylovém popř. alkarylovém zbytku a s 1 až asi 10 jednotkami EO, nebo směs ze dvou nebo více z nich.
V rámci další výhodné formy provedení vynálezu se jako anionický tenzid použije alkylsulfát nebo alkarylsulfát s asi 8 až 22 atomy C v organickém zbytku nebo alkylethersulfát nebo alkarylethersulfát s asi 8 až 22 atomy C v alkylovém popř. alkarylovém zbytku a s 1 až asi 10 jednot55 kami EO, nebo směs ze dvou nebo více z nich.
-6CZ 300360 B6
Příklady pro kationické tenzidy jsou soli primárních, sekundárních nebo terciárních tukových aminů s asi 8 až 24 atomy C s kyselinou octovou, kyselinou sírovou, kyselinou chlorovodíkovou nebo kyselinou fosforečnou, kvartémími alkylovýmí a alkylbenzenamoniovými soli, zejména takové, jejichž alkylové skupiny mají 6 až 24 atomů C, zejména halogenidy, sulfáty, fosfáty nebo acetáty nebo směsi ze dvou nebo více z nich, alkylpyridiniové, alkylimidazoliniové nebo alkyloxazolidiniové soli, zejména takové, jejichž alkylové řetězce mají až asi 18.atomů C, například halogenidy, sulfáty, fosfáty nebo acetáty nebo směsi ze dvou nebo více z nich.
io Příklady pro amfolytické tenzidy jsou substituované aminokyseliny s dlouhým řetězcem jako N-alkyl-di(aminoethyl)glycin nebo soli kyseliny N-alkyl-2-aminopropionové, betaíny, jako N-(3-acylamidopropyl)-N,N-dimethyíamoniové soli sjedním Cs_ig-acy lovým zbytkem nebo alkylímidazoliumbetainy.
Ve výhodné formě provedení předkládaného vynálezu se používají následující anionické tenzidy: Alkalické soli, zejména sodné soli ethersulfátů mastných alkoholů Ci2/m, alkylfenoethersulfátů, zejména jejich alkalické nebo amonné solí, Na-n-dodecylsulfát, di-K-sulfonát kyseliny olejové (Cis), Na-n-alkyl-(CioCi3)-benzensulfonát, Na-2-ethylhexylsulfát, NH4-laurylsulfát (Cg/u), Na-laurylsulfát (C]2/i4), Ňa-lauralsulfát (C12/10), Na-laurylsulfát (Ci2/ib)> Na-cetylstearylsulfát (Cié/ig), Na-oleylcetylsulfát (Cie/ig), di-sodná sůl monoesteru kyseliny sulfojantarové, di-sodná sůl sulfosuccinátu mastných alkoholů, sodná sůl díalkylsulfosuccinátu nebo sulfosuccinamát disodný nebo směsi ze dvou nebo více z nich.
Pokud polymemí disperze podle vynálezu obsahuje iontové tenzidy, jsou ve výhodné formě provedení vynálezu obsaženy v množství až asi 1 % hmotn. nebo méně, například až asi 0,8 nebo asi 0,5 % hmotn. nebo méně, vztaženo na celkovou disperzi. Případně mohou také obsahovat menší množství iontových tenzidů, například až asi 0,2 % hmotn. nebo méně, například asi 0,1, 0,05 nebo 0,02 % hmotn.
V další výhodné formě provedení činí poměr ionického tenzidu k organickému ve vodě rozpustnému polymeru asi 0,1 až asi 3,0 %.
V další výhodné formě provedení obsahuje polymemí disperze s obsahem plniva minimálně jeden neionický tenzid s hodnotou HLB 13 až 20. Ve výhodné formě provedení vynálezu má neionický tenzid molekulární hmotnost menší než asi 600.
Příklady pro neionické tenzidy jsou alkylpolyethery, výhodně takové s asi 8 až 20 jednotkami EO a alkylovými zbytky s asi 8 až 20 atomy C, alkylarylpolyglykolethery, výhodně takové s asi 8 až asi 40 jednotkami EO a asi 8 až asi 20 atomy C valkylovém nebo arylovém zbytku, ethylen40 oxid/propylenoxid (EO/PO)-blokové kopolymery, výhodně takové s asi 8 až asi 40 jednotkami EO popř. PO, adiční produkty alkylaminů s alkylovým zbytkem s asi 8 až asi 22 atomy C s ethylenoxidem nebo propylenoxidem, mastné a pryskyřičné kyseliny s asi 6 až asi 32 atomy C, alkylpolyglykosidy s lineárními nebo rozvětvenými, nasycenými nebo nenasycenými alkylovými zbytky v průměru s asi 8 až 24 atomy C a jedním oligoglykosidovým zbytkem s asi 1 až asi
10 jednotkami hexozy nebo pentozy v průměru nebo směsi ze dvou nebo více z nich, přírodní látky a jejich deriváty jako lecitin, lanolin nebo sarkosin, lineární organo(poly)siloxany obsahující polární skupiny, zejména takové s alkoxyskupinami s až asi 10 atomy C a až asi 20 jednotkami EO nebo PO.
Ve výhodné formě provedení vynálezu obsahuje polymemí disperze podle vynálezu jako neionický tenzid například nonylfenolethoxyláty, oktylfenolethoxyláty, C,2/i4 -ethoxyláty mastných alkoholů, oleylcetylethoxyláty, ethoxyláty mastných alkoholů C]6/i8, cetylstearylethoxyláty, ethoxylované triglyceridy, sorbitanmonolaurát, sorbitanmonooleát, sorbitan-20EO-monooleát, sorbitan-20EO-monostearát nebo směs ze dvou nebo více z nich.
-7CZ 300360 B6
Pokud polymemí disperze podle vynálezu obsahují neionické tenzidy, jsou ve výhodné formě provedení vynálezu obsaženy v množství až asi 1 % hmotn. nebo méně, například až asi 0,8 nebo asi 0,5 % hmotn. nebo méně, vztaženo na celkovou disperzi. Případně mohou obsahovat také malé množství neionických tenzidu, například až asi 0,2 % hmotn. nebo méně, například asi 0,1,
0,05 nebo 0,02 % hmotn. V další výhodné formě provedení činí poměr neionického tenzidu nebo neionických tenzidů k organickému ve vodě rozpustnému polymeru (vztaženo na hmotnost) asi 0,01 až asi 1,0 %. Poměr neionického tenzidu nebo neionických tenzidů kanionickému tenzidu nebo k anionickým tenzidům (vztaženo na hmotnost) činí ve výhodné formě provedení vynálezu asi 5:1 až asi 1:5, například asi 3:1 až asi 1:3 nebo asi 2:1 až asi 1:2. Ve výhodné formě proio vedení vynálezu leží hmotnostní poměr neionického tenzidu kanionickému tenzidu asi 1,2:1 až asi 1:1,2 nebo asi 1:1:
V další formě provedení vynálezu obsahuje disperze až asi 30 % hmotn. přísad (vztaženo na celkovou disperzi). K přísadám patří například stabilizátory, odpěňovače, antioxidanty, fotostabi15 lizátory, pigmentové rozdělovače, plniva, regulátory pH, zmékčovadla a podobně.
Jako zmékčovadla jsou vhodné například estery jako ester kyseliny abietové, ester kyseliny adipové, ester kyseliny azeleinové, ester kyseliny benzoové, ester kyseliny máselné, ethylacetát, ester vyšších mastných kyselin s asi 8 až asi 44 atomy C, ester nesoucí OH skupinu nebo epoxidové mastné kyseliny, ester mastných kyselin a tuky, ester kyseliny glykolové, ester kyseliny fosforečné, ester kyseliny fialové, lineární nebo rozvětvené alkoholy obsahující 1 až 12 atomů C, ester kyseliny propionové, ester kyseliny sebakové, ester kyseliny sulfonové, ester kyseliny thiomáselné, ester kyseliny trimellithové, ester kyseliny citrónové a směsi ze dvou nebo více žních. Zvláště vhodné jsou asymetrické estery difunkčních, alifatických dikarboxylových kyselin, například produkt esterifikace monooktylesteru kyseliny adipové s 2-ethylhexanolem (Edenol DOA, firma Henkel, Dusseldorf).
Rovněž jsou jako zmékčovadla vhodné čisté nebo směsné ethery monofunkčních, lineárních nebo rozvětvených alkoholů C4.i6 nebo směsí ze dvou nebo více různých etherů takových alkoholů, například dioktylether (dostupný jako Cetiol OE, firma Henkel, Dusseldorf).
V další výhodné formě provedení se jako změkčovadlo používají polyethylenglykoly s uzavřenými koncovými skupinami. Například polyethylenglykol-CM -alkylether nebo polyprópylenglykol-CM -alkylether, zejména dimethylether nebo diethylether diethylenglykolu nebo dipro35 pylenglykolu a směsi ze dvou nebo více z nich.
Disperze podle vynálezu, pokud se předpokládá použití jako lepidlo, může obsahovat až asi 10 % hmotn. obvyklého tackfieru. Jako tackfier jsou vhodné například pryskyřice, terpenové oligomery, kumarové a indenové pryskyřice, alifatické, petrochemické pryskyřice a modifikované fenolové pryskyřice.
Disperze podle vynálezu může obsahovat až asi 2, výhodně asi 1 % hmotn. stabilizátorů UV. Jako UV-stabilizátory jsou obzvlášť vhodné takzvané hindered amine light stabilisators (HALS).
V další výhodné formě provedení vynálezu obsahují polymerní disperze s obsahem plniva:
až 70 % hmotn. organického polymeru ve formě polymemích částic;
až 55 % hmotn, částic plniva;
0,05 až 0,5 % hmotn. neionického tenzidu s hodnotou HLB 13 až 20;
0,01 až 0,1 % hmotn. ionického tenzidu s hodnotou HLB 1 až 10;
0,05 až 10 % hmotn. ve vodě rozpustného organického polymeru s molekulární hmotností větší než 600 a hodnotou HLB větší než 15, pokud jsou v polymerní disperzi částice anorganického plniva;
-8CZ 300360 B6
24,89 až 84,89 % hmotn. vody; a 0 až 30 % hmotn. dalších přísad.
Pokud polymemí disperze podle vynálezu obsahuje výlučně částice organického plniva, může přesto existovat v disperzi ve vodě rozpustný organický polymer s molekulární hmotností větší než 600 a hodnotou HLB větší než 15 společně s odpovídajícími dalšími sloučeninami. Není však bezpodmínečně nutné pro dosažení efektu podle vynálezu u výlučně organických plniv používat ve vodě rozpustný organický polymer. Pokud se má ve vodě rozpustný organický polymer s molekulární hmotností větší než 600 a hodnotou HLB větší než 15 použít společně s organicio . kým plnivem nebo směsí ze dvou nebo více organických plniv, může být použité množství ve vodě rozpustných polymerů s molekulární hmotností větší než 600 a hodnotou HLB větší než 15 zpravidla menší než □ srovnatelného množství anorganického plniva.
Ve výhodné formě provedení předkládaného vynálezu se polymemí disperze s obsahem plniva vyrábí emulzní polymerizací. Pod „emulzní polymerizací“ se v rámci předkládaného vynálezu rozumí způsob polymerizace, při které ve vodě nerozpustné a špatně rozpustné monomery emulgují pomocí emulgátorů ve vodě a polymerizují se za použití ve vodě rozpustných iniciátorů. Vhodné způsoby emulzní polymerizace se například uvádějí v „Comprehensiv Polymer Chemistry“, 4, 171 až 218, Elias (5. vydání), 2, 93ff. Encyclopedia of Polymer Science and Engi20 neering, 12, 5l2ff. nebo Encyclopaedia of Polymer Science and Technology, 5, 801ff. Další vhodné reference jsou z odborníkům známé lexikální Ullmann's Enzyklopádie der technischen Chemie, Houben-Weyl (E20, 218-268) nebo Kirk-Othmer. Na uvedenou literaturu se tímto autor výslovně odvolává a zveřejnění uvedených míst se považuje za součást zveřejnění předkládaného textu.
Zatímco polymemí disperze s obsahem plniva známých ze stavu techniky zpravidla zahrnují přídavek plniva v již hotové polymemí disperzi, jsou částice plniva u způsobu podle vynálezu již od začátku polymerizace monomerů v disperzi ve formě primárních částic.
Ve výhodné formě provedení předkládaného vynálezu se disperze částic plniva provede tak, že se případně existující aglomeráty částic plniva z velké části, tzn. alespoň asi 80 nebo 90 % hmotn. rozdělí na své primární částice. Zpravidla se toto štěpení na primární částice podpoří emulgátory popř. dispergátory, které se používají v emulzní a disperzní polymerizací: Existuje však také jiná forma rozkladu eventuálních aglomerátů částic plniva na primární Částice v rámci způsobu podle vynálezu. Patří sem například rozdělení aglomerátů pomocí ultrazvuku, flotačním způsobem nebo elektrokinetickými procesy.
Polymemí disperze s obsahem plniva se v rámci předkládaného vynálezu vyrábí emulzní polymerizací. K tomu účelu se nejprve výhodně vyrobí disperze částic plniva ve vodě.
Přitom se například nejprve vyrobí vodný roztok ionického tenzidu, přičemž se jako ionícký tenzid použije ten tenzid, který také návazně najde použití při emulzní polymerizací.
V další výhodné formě provedení vynálezu se nejprve vyrobí vodný roztok organického ve vodě rozpustného polymeru s molekulární hmotností minimálně asi 600 a hodnotou HLB minimálně asi 15.
V další výhodné formě provedení vynálezu se také může nejprve vyrobit vodný roztok, který obsahuje jak ionický tenzid tak také ve vodě rozpustný polymer s molekulární hmotností mini50 málně asi 600 a hodnotou HLB minimálně asi 15.
V návaznosti na výrobu uvedených roztoků se v rámci výhodné formy provedení předkládaného vynálezu vyrobí disperze částic plniva. Ktomu se částice plniva dispergují v jednom zvýše uvedených roztoků, přičemž se disperze provádí tak dlouho, dokud se nedosáhne co možná
-9CZ 300360 B6 největšího rozdělení případně existujících aglomerátu plniva. V případě pochybností, například při použití nového plniva, u kterého ještě neexistuje žádná experimentální zkušenost, se může disperze částic plniva a rozdělování eventuálně existujících aglomerátů jednoduše sledovat pomocí několika po sobě následných měření rozdělení velikosti částic během disperze. Rozdě5 lování na primární částice nastane tehdy, když se rozdělení velikosti částic po dvou po sobě následujících měření už nemění nebo mění jen nepatrně. Případně může být rozdělování aglomerátů ovlivněno teplotou, rychlostí míchání nebo použitým emulgátorem nebo směsí ze dvou nebo více emulgátorů. Efekty navržených opatření se mohou nejjednodušeji kontrolovat a pro jednotlivé případy optimalizovat měřením rozdělení velikostí částic.
io
Pokud existuje vhodná disperze částic plniva, pokračuje se následně emulzní polymerizací. K tomu se například v disperzi rozpustí iniciátor polymerizace, disperze se přivede na vhodnou teplotu a přidáváním kapek monomeru se polymerizace rozběhne. Místo tohoto postupu je však vhodný každý jiný postup, s jehož pomocí se může provést emulzní polymerizace v disperzi is částic plniva.
V další výhodné formě provedení vynálezu se může také podle výše popsaného způsobu vyrobit předeinulže, která obsahuje monomery nebo směs monomerů a disperzi částic plniva. Tato předemulze, která případně obsahuje polytnerizační iniciátor, se může po kapkách nebo po částech přidávat při teplotě vhodné pro polymerizacní reakci,
Předmětem předkládaného vynálezu je také způsob výroby polymerní disperze s obsahem plniva, při které se minimálně jeden radikálový polymerizovatelný monomer podrobí za použití polymerizačního iniciátoru emulzní polymerizací ve vodné fázi, přičemž vodná fáze obsahuje částice plniva minimálně jednoho dispergovaného plniva s velikostí částic (d50) 0,01 až 0,5 pm, minimálně jeden ve vodě rozpustný organický polymer s molekulární hmotností větší než 600 a hodnotou HLB větší než 15 a minimálně jeden ionický tenzid. Vhodné ionické tenzidy jsou ty, které již byly v rámci předkládaného textu uvedeny.
Ve výhodné formě provedení vynálezu obsahuje vodná fáze navíc neionický tenzid, přičemž vhodný neionický tenzid byl v rámci předkládaného textu popsán.
V další výhodné formě provedení vynálezu se v rámci způsobu výroby polymerní disperze používá ve vodě rozpustný polymerizační iniciátor, zejména peroxosloučeniny organických nebo anorganických kyselin.
Jako polymerizační iniciátory jsou vhodné ve vodě rozpustné iniciátory jako terc.-butylhydroperoxid, natřiumperoxodisulfat, kyselina peřoxodisířová; kůmolhydroperoxid, peroxid vodíku, uhličitan sodný nebo draselný, azosloučeníny jako dinitril kyseliny diazoisomáselné nebo benzoylperoxid. Rovněž jsou vhodné redox iniciátory, t.zn. systémy, které se skládají z oxidačních a redukčních činidel. Ve vodě rozpustné redox iniciátory obsahují v mnoha případech přechodné kovy, např. Fe/OH (1), mohou však obsahovat také jiné základní složky, např. systémy peroxisulfát/metabisulfát, peroxisulfát/thiosulfát nebo peroxid/thiosulfát.
V rámci výhodné formy provedení vynálezu se jako polymerizační iniciátory používají persíran sodný, persíran draselný nebo persíran amonný.
Množství používaného polymerizačního iniciátoru je v rámci předkládaného vynálezu zpravidla asi 0,01 až 0,5 % hmotn. vztaženo na celkovou disperzi. Ve výhodné formě provedení vynálezu je celkové používané množství polymerizačního iniciátoru asi 0,03 až asi 0,2 % hmotn., například asi 0,05 až asi 0,15 % hmotn.
Celkové množství polymerizačního iniciátoru může v rámci předkládaného vynálezu být již na začátku polymerizace v disperzi částic plniva. Ve výhodné formě provedení vynálezu se však polymerizační iniciátor přidává v minimálně dvou šaržích v různých časech do polymerizační
-10CZ 300360 B6 reakce. Tak může např. přídavek jednoho dílu celkového množství polymerizačního činidla probíhat před přídavkem monomeru, zatímco přídavek zbývajícího množství po částech nebo kontinuálně během přídavku monomeru nebo po ukončení přídavku monomeru.
Způsob podle vynálezu se ve výhodné formě provedení vynálezu provádí v minimálně dvou po sobě následujících stupních, přičemž se v prvním stupni vyrobí disperze, která obsahuje
a) minimálně jeden ionický tenzid s hodnotou HLB 1 až 10, nebo jeden neionický tenzid s hodnotou HLB 13 až 20, nebo směs ze dvou nebo více z nich;
b) minimálně jedno anorganické plnivo o velikosti částic (d50) 0,01 až 0,5 pm;
io c) minimálně jeden polymerizační iniciátor; a
d) minimálně jeden ve vodě rozpustný organický polymer o molekulární hmotnosti větší než 200 a hodnotě HLB větší než 15, disperze se zahřeje na teplotu 70 až 90 °C a následně se ve druhém stupni přidá
e) minimálně jeden radikálový polymerizovatelný monomer 15 a polymerizuje se.
V další výhodné formě provedení vynálezu probíhá přídavek částic organického nebo anorganického plniva nebo jejich směsi před přídavkem polymerizačního iniciátoru.
V další výhodné formě provedení způsobu podle vynálezu existuje* organické nebo anorganické plnivo nebo jejich směs před polymerizací v podstatě ve formě svých primárních částic.
Polymerizační teplota, která se používá v rámci způsobu podle vynálezu, závisí na volbě použitých monomerů a použitého způsobu polymerizace. Pro monomery ze skupiny akrylátu a vinylacetátů, které se používají v rámci předkládaného vynálezu, činí polymerizační teplota ve výhodné formě provedení vynálezu asi 80 až 90 °C.
Dalším předmětem vynálezu je použití polymerní disperze s obsahem plniva podle vynálezu pro laky, disperzní barvy, klihy, lepidla, prostředky povrchových úprav nebo ostatní povrchové úpravy.
Předmětem vynálezu je podle toho také lepidlo nebo prostředek povrchové úpravy, které obsahují polymerní disperzi s obsahem plniva podle vynálezu nebo polymemí disperzi vyrobenou podle způsobu podle vynálezu.
Vynález se blíže objasní následujícími příklady:
Příklady provedení vynálezu
Příkladné výroby polyvinylacetátové disperze s obsahem plniva:
1.1 Nádoba pro monomer se naplnila 200 g monomeru vinylacetátů.
1.2 Výroba roztoku katalyzátoru
V čisté nádobě z plastické hmoty se rozpustil 1,0 g persíranu amonného ve 3,0g vody.
1.3 Výroba předsměsi
Čistá nádoba se naplnila 592,3 g vody a 32,7 g Vinolu V-205 (výrobce: Air Products, Kentucky). Směs se míchala a následně se zahřála na asi 85 až 90 °C. Směs se míchala do úplného rozpuštění složek asi 2 hodiny. Následně se směs ochladila.
-11 CZ 300360 B6
1.4 Přidalo se 0,37 g laurylethersulfátu sodného a 0,12 g Tergotolu 15S9 (výrobce: Union Carbide Chemicals a Elastics (Europe). S.A.). Směs se homogenizovala několik minut a následně se smíchala se 100 g křídy. Přitom se směs míchala asi 30 minut, aby se dosáhlo štěpení křídy na primární částice.
1.5 K této disperzi se přidalo 0,09 g odpěňovače.
1.6. Polymerizace:
Předsměs se zahřála na 80 °C a přidalo se 90 % roztoku katalyzátoru. Směs se 5 minut homogenizovala mícháním.
1.7 Následně se přidal monomer vinylacetátu a začal způsob polymerizace, který trval asi 3,5 až io 4,0 hodiny,
1.8 Po dosažení konečného produktu se prověřovaly fyzikálně-chemické parametry a konečné použití.
2, Obsah zbytkového monomeru:
is Disperze podle vynálezu se porovnala s disperzí, která se získala pouze smícháním disperze polyvinylacetátu s křídou. Obě disperze jinak ve svém složení identické. Obě disperze se podrobily plynové chromatografii na monomer vinylacetátu. Zkoušky se provedly jak extrakcí, tak také podle způsobu „head - space“. Výsledky zobrazuje tabulka 1,
Tabulka 1: Obsah vinylacetátu__
Vzorek |
Headspace |
Extrakce |
Srovnávací příklad |
551 ppm |
872 |
Podle vynálezu |
28 |
27 |
3. Příkladné receptury
V následující tabulce se uvádí několik příkladných receptur. Uvedená množství se vztahují na hmotnostní jednotky.
Tabulka 2
Složka |
Přikladl |
Příklad 2 |
Příklad 3 |
Voda |
450 |
450 |
582 |
SKI |
- |
- |
14 |
SK2 |
23,5 |
23,5 |
36 |
SK3 |
.23,5 = |
23,5 ; |
— |
Neionický tenzid |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
Anionický tenzid |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
OdpěňovaČ |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
Oxid titaničitý |
- |
- |
90 |
Křída |
110 |
165 |
- |
Viny lacetát |
390 |
335 |
260 |
Persíran amonný |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
Celkem |
999,3 |
999,3 |
984,3 |
Obsah pevných látek |
55,33% |
55,84% |
41,32% |
Hodnota pH |
6,5 |
6,65 |
- |
Viskozita (5/2/20) cps (mPa.s) |
38.000 |
38.000 |
83.000 |
SKI = Polyvinylalkohol, částečně zmýdelněný, stupeň hydrolýzy 87,2 až 88,8 %, obsah acetylu 10 až 11,4 %, stupeň polymerizace 900, viskozita 3,5 až 4,5 mPa.s (4% roztok ve vodě)
SK2 = Polyvinylalkohol, částečně zmýdelněný, stupeň hydrolýzy 86,7 až 88,7 %, obsah acetylu
10 až 11,4 %, esterové číslo 130 až 150, hodnota pH = 4,4 až 7 (4% roztok ve vodě), viskozita
24,5 až 27,5 mPa.s (4% roztok ve vodě)
- 12CZ 300360 B6
SK.3 = Polyvinylalkohol, částečně zmýdelněný, stupeň hydrolýzy 87,2 až 88,8 %, obsah acetylu 10 až I1,4%. stupeň polymerizace 900, viskozita 3,5 až 4,5 mPa.s (4% roztok ve vodě)
Neionický tenzid = Cn_i5 alkohol + 9 EO
Anionický tenzid = C|2^i4 mastný alkohol + 2 EO-síran sodný 5 Odpěňovač = směs z uhlovodíků a neionických tenzidů