DE1570809A1 - Process for the production of alkali-soluble resins - Google Patents
Process for the production of alkali-soluble resinsInfo
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Description
S.C» Johnson & Son, Inc, Racine, Wisconsin, V0St0A0 SC »Johnson & Son, Inc, Racine, Wisconsin, V 0 St 0 A 0
Verfahren zur Herstellung alkalilöslicher HarzeProcess for the preparation of alkali-soluble resins
Me vorliegende Erfindung betrifft alkalilösliche Harze* Insbesondere betrifft sie niedermolekulare alkalilösliche Harze, Harzlösungen (cuts), und Verfahren zu deren Herstellung und ReinigungοThe present invention relates to alkali-soluble resins. More particularly, it relates to low-molecular-weight alkali-soluble ones Resins, resin solutions (cuts), and processes for their production and cleaning ο
Die erfindungsgemäßen alkalilösliohen Harze sind allgemein niedermolekulare Substanzen mit hoher Säurezahl, die in Alkalien gelöst insbesondere als Emulgiermittel, Verlaufmittel und Filmbildner geeignet sind» Im einzelnen haben diese alkaliiöslichen Harze ein mittleres Molekulargewicht von etwa 700 bis 5000 und eine Säurezahl von etwa 140 bis 300 und enthalten mindestens zwei Monomere, z,B*ein Carboxylgruppen enthaltendes Monomer und ein carboxylgruppenfreies Monomer. Wahrscheinlich beeinflußt die Verteilung dieser. Monomeren im Harzmolekül die Wirksamkeit der Harzlösung als EmulgiermittelThe alkali-soluble resins of the present invention are general Low molecular weight substances with a high acid number, dissolved in alkalis, especially as emulsifiers, leveling agents and film formers are suitable »In detail, these alkali-soluble resins have an average molecular weight of about 700 to 5000 and an acid number of about 140 to 300 and contain at least two monomers, for example a carboxyl group-containing monomer and a carboxyl group-free monomer. Probably affects the distribution of this. Monomers in the resin molecule reduce the effectiveness of the resin solution as an emulsifier
SADSAD
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und bzw. oder als Verlaufmittel. Daher können nur jene Monomerenpaare, d„he Carboxylgruppen enthaltendes Monomer und carboxylgruppenfreies Monomer, die bei 80° ein kleineres relatives Reaktionsfähigkeitsverhältnis als 1,0 haben, zur Herstellung der erfindungsgemäßen Harze verwendet werden.and / or as a leveling agent. Therefore, only those monomer pairs, d "h e carboxyl group-containing monomer and monomer free from carboxyl groups, which have a smaller relative reactivity ratio than 1.0 at 80 °, can be used to prepare the resins of the invention.
In vorliegender Erfindung wird ein Harz als alkalilöslich angesehen, wenn es nicht weniger als etwa 0,0025 Äquivalente Carboxylgruppen je g Harz enthält und praktisch vollständig aufgelöst wird, wenn mindestens etwa 80 bis 90 $> dieser Carboxylgruppen durch eine wäßrige alkalische Lösung von Substanzen wie Borax, Aminen, Ammoniumhydroxyd, Natriumhydroxyd und bzw« oder Kaliumhydroxyd neutralisiert worden sindβ Ein erfindungsgemäß geeignetes Styrol-Acrylsäureharz mit der ungefähren Säurezahl 190 enthält z.B. etwa 0,0034 Äquivalente Carboxylgruppen je g Harz,In the present invention, a resin is considered to be alkali-soluble if it contains no less than about 0.0025 equivalents of carboxyl groups per g of resin and is practically completely dissolved if at least about 80 to 90 % of these carboxyl groups by an aqueous alkaline solution of substances such as borax , Amines, ammonium hydroxide, sodium hydroxide and or «or potassium hydroxide have been neutralized.
Als Harzauflösung (resin cut) wird in der Erfindung eine wäßrig-alkalische Lösung bezeichnet, die durch Auflösen eines erfindungsgemäßen Harzes mittels einer wäßrigen Base, z.B. Ammoniumhydroxyd, erhalten wird.In the invention, an aqueous alkaline solution is referred to as resin dissolution (resin cut), which is produced by dissolving of a resin according to the invention is obtained by means of an aqueous base such as ammonium hydroxide.
Die erfindungsgemäßen Harze können beschrieben werden als alkalilösliche Substanzen, dieThe resins of the present invention can be described as alkali-soluble substances which
(a) eine Säurezahl von etwa 140-300,(a) an acid number of about 140-300,
(b) ein mittleres Molekulargewicht von etwa 700-5000,(b) an average molecular weight of about 700-5000,
(c) mindestens zwei Monomere mit einem Reaktionsfähigkeiteverhältnis bei 800V von weniger als etwa 1,0 einschließlich mindestens eines carboxylgruppenfreien,(c) at least two monomers with a reactivity ratio at 80 0 V of less than about 1.0 including at least one carboxyl group-free,
ORIGiNALOriginal
polymerisierbaren, äthylenisch ungesättigten Monomeren
(im Folgenden.als carboxylgruppenfreies Monomer bezeichnet)
und mindestens eines Carboxylgruppen enthaltenden, polymerisierbaren, äthylenisch ungesättigten
Monomeren (im Folgenden als Carboxylgruppen enthaltendes Monomer bezeichnet)
undpolymerizable, ethylenically unsaturated monomers (hereinafter referred to as carboxyl group-free monomer) and at least one carboxyl group-containing, polymerizable, ethylenically unsaturated monomer (hereinafter referred to as carboxyl group-containing monomer)
and
(d) ein Molverhältnis von carboxylgruppenfreiem polymerisierbarem, äthylenisch ungesättigtem Monomer zu Carboxylgruppen enthaltendem polymerisierbarem, äthylenisch ungesättigtem Monomer von etwa 3:1 bis 1:1 haben.(d) a molar ratio of carboxyl group-free polymerizable, ethylenically unsaturated monomer to carboxyl group-containing polymerizable, ethylenically unsaturated monomer from about 3: 1 to Have 1: 1.
Erfindungsgemäß ist das carboxylgruppenfreie Monomer des Harzes bevorzugt ein Monomer, wie ötyrol, Vinyltoluol und bzw. oder ein Gemisch von beiden Verbindungen der StrukturformelAccording to the invention, the carboxyl group-free monomer of the resin is preferably a monomer such as ötyrol, vinyltoluene and / or a mixture of both compounds of the structural formula
Ar - CH = CH2 (I) ,Ar - CH = CH 2 (I),
,worin Ar einen Aryl- und bzw, oder Alkarylrest, z.F. eine Phenyl~ und bzw« oder Tolylgruppe darstellt» Diese Strukturformel -wird im folgenden-als Formel I "bezeichnet., wherein Ar is an aryl and or, or alkaryl radical, e.g. one Phenyl ~ and or «or tolyl group» This structural formula - is hereinafter referred to as formula I ".
• Krfindungsgemäß ist das Carboxylgruppen enthaltende Monomer des Harzes bevorzugt ein Monomer, wie Acrylsäure, Methacrylsäure und bzw. oder ein Gemisch derselben, und kann durch die Strukturformel• According to the invention, the one containing carboxyl groups Monomer of the resin preferably a monomer such as acrylic acid, methacrylic acid and / or a mixture thereof, and can by the structural formula
■ €»09811/1399 bad original■ € »09811/1399 bad original
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R
CH2 m C - COOH (II)R.
CH 2 m C - COOH (II)
dargestellt v/erden, worin R Wasserstoff oder ein Methylrest. sein kann. Diese Formel wird im Folgenden als Formtl II bezeichnet·represented v / ground, in which R is hydrogen or a methyl radical. can be. This formula is hereinafter referred to as Formtl II designated·
Pie alkalilöslichen Harze werden durch Lösungspolymerisation erhalten, die darin besteht, daß manPie alkali-soluble resins are made by solution polymerization which consists in that one
(1) die Monomeren der Formel I und II in Gegenwart eines Kettenübertragungsmediums, z.B. eines Ketten übertragenden Lösungsmittels polymerisiert,(1) the monomers of formula I and II in the presence of a chain transfer medium such as a chain transfer medium Solvent polymerized,
(2) ein Kettenübertragungsmedium verwendet, das eine wesentliche Menge der Monomeren und des Hartes auflöst, und(2) uses a chain transfer medium that dissolves a substantial amount of the monomers and hardness, and
(3) die Monomeren, einen Teil des Kettenübertragungsmediums und einen Polymerisationsinitiator zu dem Rest des Kettenübertragungsmediums, das sich unter Reaktionsbedingungen befindet, mit ausreichender Geschwindigkeit gibt, daß ein Überschuß an uaurngesetztem Monomeren in dem Kettenübertragungsmedium während der Polymerisation vermieden wird.(3) the monomers, part of the chain transfer medium and a polymerization initiator to the Remainder of the chain transfer medium, which is under reaction conditions, with sufficient Speed indicates that there is an excess of waste Monomers in the chain transfer medium is avoided during the polymerization.
Die oben erwähnte Harzauflösung kann beschrieben werden als eine praktisch klare Lösung, die ein erflßdungsgemäßes niedermolekulares alkalilösliches Harz und eine wäßrige Base enthält· Die Harzauflösung hatThe above-mentioned resin dissolution can be described as a practically clear solution which is according to the invention contains low molecular weight alkali-soluble resin and an aqueous base · The resin dissolution has
(a) einen größeren pH-Wert als etwa 7, ist ;,(a) is a pH greater than about 7;,
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1 57080^1 57080 ^
(b) befähigt,die Oberflächenspannung des Wassers um mindestens etwa 20 dyn/cm bei 250C in einer Konzentration von etwa 20 Gew„~$ herabzusetzen und hat(b) is capable of reducing the surface tension of the water by at least about 20 dynes / cm at 25 ° C. in a concentration of about 20% by weight and has
(c) eine Farbe auf der Gardner'sehen Farbskala 1953 unterhalb etwa 4 und ist(c) a color on the 1953 Gardner's color scale below about 4 and is
(d) ein Verlaufmittel»(d) a leveling agent »
Die glättenden Eigenschaften dieser Substanzen kann man erkennen, wenn man sie Überzugsmassen zusetzt, die anschließend auf einen Träger aufgebracht werden« Unter diesen Bedingungen wurde gefunden, daß die Harze die Bildung von gleichmäßigen, zusammenhängenden, gut zusammenlaufenden Filmen, die gewöhnlich einen hohen Glanz besitzen, fördern«. Ein erfindungsgemäßes Verlaufmittel ist eine Harzauflösung, die beim Zusatz zu einer ÜberzugsmasseThe smoothing properties of these substances can be seen when you add them to coating compounds, which then can be applied to a support «Under these conditions it was found that the resins promote the formation of promote uniform, cohesive, well-converging films which usually have a high gloss «. A leveling agent according to the invention is a resin solution, that when added to a coating compound
(1) ein gleichmäßiges Ausfließen der Masse beim Aufbringen auf·eine Unterlage bewirkt und(1) causes the mass to flow evenly when it is applied to a base and
(2) nach dem Trocknen der Überzugsmasse einen Teil des entstehenden Films bildet und dadurch die Bildung eines glatten, zusammenhängenden Films bewirkt, der keine Merkmale des Aufbringens mehr erkennen läßt·(2) after the coating composition has dried, it forms part of the resulting film and thereby the formation of a smooth, coherent film that no longer shows any features of the application.
(a). Säurezahl(a). Acid number
Die Säurezahl der erfindungsgemäßen niedermolekularen Harze beeinflußt direkt die Löslichkeit dieser Harze in wäßrig-alkalischen Mischungen und die Wirkung dieser HarzeThe acid number of the low molecular weight according to the invention Resins directly influences the solubility of these resins in aqueous-alkaline mixtures and the effect of these resins
BADBATH
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als Emulgatoren und bzw. Verlaufmittel. Es wurde gefunden, daß das Harz nicht alkalilöslich ist, wenn die Säurezahl bestimmter erfindungsgemäßer Harze wesentlich unterhalb etwa 140 liegt« So ist z.B. ein Styrol-Acrylsäureharz mit der Säurezahl 110 nicht alkalilöslich in dem hier angegebenen Sinne. Das bedeutet, daß eine wesentliche Menge des Harzes nicht löslich gemacht wird. Wenn ferner die Säurezahl erheblich größer als etwa 300, d.h. etwa 350 ist, sind bestimmte Harzauflösungen nicht mehr befriedigend als Verlaufmittel, Emulgiermittel und bzw. oder Filmbildner in bestimmten wasserbeständigen Überzugsmassen, da sie den gebildeten Filmen eine zu große Wasserempfindlichkeit verleihen. Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform der Erfindung haben die Harze eine Säurezahl von etwa 180-250. Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäße Harze mit einer Säurezahl von etwa 190-230.as emulsifiers and / or leveling agents. It has been found that the resin is not soluble in alkali if the acid number of certain resins according to the invention is substantially below about 140. For example, a styrene-acrylic acid resin with an acid number of 110 is not soluble in alkali in the sense given here. This means that a substantial amount of the resin will not be solubilized. Furthermore, if the acid number is considerably greater than about 300, ie about 350, certain resin resolutions are no longer satisfactory as leveling agents, emulsifiers and / or film formers in certain water-resistant coating compositions, since they give the films formed too great a water sensitivity. According to a preferred embodiment of the invention, the resins have an acid number of about 180-250. Resins according to the invention having an acid number of about 190-230 are particularly preferred.
Die Säurezahl der erfindungsgemäßen Harze ist der aktuelle oder gemessene V/ert im Gegensatz zu dem theoretischen Wert und kann bestimmt werden, indem das Harz in einer Lösung von 66 Gewe-^ Äthanol und 34 Gew.-^ Benzol gelöst und das Gemisch mit 0,1 η wäßriger NaOH gegen Phenolphthalein titriert wird. Dieses allgemeine Verfahren ist in "Practical Course of Polymer Chemistry" von S»Η. Pinner, Pergamon Press, New York, (1961), S. 113, beschrieben.The acid number of the resins of the invention, the current or measured V / ert in contrast to the theoretical value and can be determined by placing the resin in a solution of 66 wt e - dissolved ^ ethanol and 34 wt .- ^ benzene and the mixture with 0 , 1 η aqueous NaOH is titrated against phenolphthalein. This general procedure is in "Practical Course of Polymer Chemistry" by S »Η. Pinner, Pergamon Press, New York, (1961) p. 113.
Es ist beobachtet worden, daß die Säurezahl bestimmter Methacrylsäure enthaltender erfindungsgemäßer Harze leichter bestimmt werden kann, wenn das Harz in Aceton gelöst und dieIt has been observed that the acid number of certain methacrylic acid-containing resins of the present invention is lighter can be determined when the resin is dissolved in acetone and the
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Lösung mit 0,1 η wäßriger NaOH gegen Phenolphthalein über den Umschlagspunkt hinaus titriert wird. Das titrierte Harz-Aceton-Gemisch wird dann etwa 1 Stunde bei Räumtemperatür stehen gelassen und dann mit 0,1 η HGl gegen Phenophthalein zurücktitriert. Das Lösungsmittel muß zum Vergleich unter den gleichen Bedingungen titriert werden und die erhaltene Säurezahl durch den Blindwert korrigiert werden. Es wurde gefunden, daß die Reproduzierbarkeit besser ist, wenn die Titrationen bei Raumtemperatur durchgeführt werden· Die Bezeichnungen Säurezahl und Säurewert werden hier in gleichem Sinne gebraucht«Solution with 0.1 η aqueous NaOH against phenolphthalein over is titrated beyond the transition point. That titrated Resin-acetone mixture is then about 1 hour at room temperature left to stand and then back-titrated with 0.1 η HGl against phenophthalein. The solvent must be used for comparison titrated under the same conditions and the acid number obtained corrected by the blank value. It it has been found that the reproducibility is better when the titrations are carried out at room temperature The terms acid number and acid value are used here in the same sense «
(b) Mittleres Molekulargewicht(b) Average molecular weight
ie oben erwähnt, kann das mittlere Molekulargewicht der erfindungsgeinäßen Harze zwischen etwa 700 und 5000 liegen. Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform liegt das mittlere Molekulargewicht zwischen etwa 1000 und 4000. .Besonders bevorzugt werden Molekulargewichte von etwa 1200-3600. Alle hier angegebenen Molekulargewichte sind mittlere Molekular-"gewichte, die mit einem Dampfdruck-Osmometer Modell 301A der Firma Mechrolab, Mountain View, California, bestimmt wurden. Kit der Bezeichnung Molekulargewicht sind also stets mittlere Molekulargewichte gemeint.As mentioned above, the average molecular weight of the resins according to the invention can be between about 700 and 5000. According to a preferred embodiment, the average molecular weight is between approximately 1000 and 4000. Particularly molecular weights of about 1200-3600 are preferred. All molecular weights given here are mean molecular weights, those with a vapor pressure osmometer model 301A of the Mechrolab, Mountain View, California. Kit with the designation molecular weight always means mean molecular weights.
Das Molekulargewicht der erfindungsgemäßen alkalilöslichen Harze ist insofern wesentlich, als außerhalb des mittleren Bereichs von etwa 700 bis 5000 liegende Harzauflösungen nicht mehr befriedigend als Glättungsmittel oder Emul-The molecular weight of the alkali-soluble resins of the present invention is essential in that it is outside of the Resin resolutions in the middle range from about 700 to 5000 no longer satisfactory as a smoothing agent or emulsifier
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gatoren sind.gators are.
Wenn bestimmte erfiddungsgemäße Harzauflösungen als Emulgiermittel für die Herstellung von Emulsionspolymerisaten, wie Polymethylmethacrylat, durch radikalische Emulsionspolymerisation verwendet werden, wie sie in "Fundamental Principles of Polymerization" von G.F. D'Alelio, J*Wiley & Sons, New York, (1952), S. 201 ff. beschrieben ist, wurde ferner gefunden, daß das Molekulargewicht des Harzes in der Harzauflösung etwa 1000 bis etwa 2000, bevorzugt etwa 1000 bis 1500, betragen sollte. Zum Beispiel wurde festgestellt: Wenn derartige Harzauflösungen als Emulgiermittel verwendet werden, sind die erhaltenen Emulsionspolymerisate beständig und enthalten praktisch kein Koagulat, während bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Harzes mit größerem Molekulargewicht, z.B. wesentlich oberhalb 2000, als Enulgiermittel verwendet wird, hat das erhaltene Emulsionspolymerisat eine geringere Eeständigkeit und einen unerwünschten Gehalt an Koagulat. Obgleich also nur bestimmte Harzauflösungen als Emulgiermittel bei bestimmten Emulsionspolymerisationen brauchbar sind, können selbstverständlich andere erfindungsgemäße alkalilösliche Harze mit Molekulargewichten, bis zu. etwa 5000 erfolgreich für Harzauflösungen zum Emulgieren verschiedener Überzugsmassen verwendet werden.If certain resin solutions according to the invention are used as emulsifiers for the production of emulsion polymers, such as polymethyl methacrylate, can be used by free radical emulsion polymerization as described in "Fundamental Principles of Polymerization "by G.F. D'Alelio, J * Wiley & Sons, New York, (1952), pp. 201 ff., It was also found that the molecular weight of the resin in the Resin dissolution should be about 1000 to about 2000, preferably about 1000 to 1500. For example, it was found: If such resin dissolutions are used as emulsifiers, the emulsion polymers obtained are stable and contain practically no coagulate, while when using a resin according to the invention with a larger molecular weight, E.g., significantly above 2000, is used as an emulsifying agent, the emulsion polymer obtained has a lower resistance and an undesirable content of coagulate. Although only certain resin resolutions as Emulsifiers in certain emulsion polymerizations Of course, other alkali-soluble resins of the present invention having molecular weights up to. about 5000 successful for resin dissolutions for emulsification different coating compounds can be used.
Es wurde beobachtet, daß bestimmte erfindungsgeniäße Harzauflösungen besonders wirksam als Glättungsmittel nnä Filmbildner in verschiedenen Metall enthaltendenIt has been observed that certain resin solutions according to the invention are particularly effective as smoothing agents containing film formers in various metals
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lischen Überzugsmassen sind«, Wenn ζβΒβ bestimmte erfindungsgemäße Harzauflösungen, in denen das Harz ein Molekulargewicht von etwa 2100 bis etwa 3600 hat, zu diesen Überzugsmassen gegeben werden, bewirken sie eine unerwartete Verbesserung der glättenden und filmbildenden Eigenschaften dieser Überzugsmassen„ Wenn, sie Überzugsmassen zugesetzt werden, die eine größere Menge eines Emulsionspolymerisats enthalten, bewirken bestimmte erfindungsgemäße Harzauflösungen, nämlich solche, die Harze mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 3500 enthalten, eine überraschende Verbesserung des Glanzes, der Glättung und der Wasserbeständigkeit der aus diesen Massen hergestellten Filmeömetallic coating compositions are "If ζ β Β β specific resin resolutions according to the invention, in which the resin has a molecular weight of about 2100 to about 3600, are added to these coating compositions, they bring about an unexpected improvement of the smoothing and film-forming properties of these coating compositions" If they Coating compositions are added which contain a larger amount of an emulsion polymer, cause certain resin solutions according to the invention, namely those which contain resins with a molecular weight of about 1000 3500, a surprising improvement in the gloss, the smoothness and the water resistance of the films produced from these compositions
(c) Relative Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnisse(c) Relative rate of reaction ratios
Das relative Verhältnis der Reaktionsgeschwindigkeiten (vglο Journ«, Polymer Science, 54» 411-455 (1961)) der Monomeren von Formel I und II beeinflußt■die Zusammensetzung des Harzes. Wenn z«>Bo das relative Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnis der Monomeren kleiner als etwa 1,0, bevorzugt kleiner als etwa 0,45y bei 800C ist und wenn die Polymerisation in Lösung wie im Folgenden beschrieben durchgeführt wird, werden Harze mit einer befriedigenden Zusammensetzung erhaltene Das bedeutet, daß die Monomeren der Formel I und II in dem Harz eine angenähert regellose Verreilung erreichen gegenüber einem Harz, in dem diese Monomeren nicht regellos verteilt sind, deho in dem sich wiederholende Einheiten des einen Monomeren mit sich wiederholenden Einheiten des anderenThe relative ratio of the reaction rates (cf. Journ ", Polymer Science, 54" 411-455 (1961)) of the monomers of formula I and II influences the composition of the resin. If z «> B o the relative reaction rate ratio of the monomers is less than about 1.0, preferably less than about 0.45 y at 80 ° C. and if the polymerization is carried out in solution as described below, resins with a satisfactory composition are obtained This means that the monomers of the formula I and II in the resin achieve an approximately random distribution compared to a resin in which these monomers are not randomly distributed, i.e. in the repeating units of one monomer with repeating units of the other
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Monomeren verbunden sind. Die günstigste Verteilung wird erreicht, wenn das Harz abwechselnd aus carboxylgruppenfreien und Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren besteht. Wenn das relative Reaktionsfähigkeitsverhältnis der Monomeren 0,0 erreicht, nähert sich die Verteilung der Monomeren im Polymerisat der abwechselnden Verteilung· Wenn dagegen das relative Reaktionsfähigkeitsverhältnis der Monomeren I und II wesentlich größer als etwa 1,0 ist,können Harze mit unbefriedigender Verteilung der Monomeren entstehen. So wären ζ.Β, physikalische Gemische von zwei Homopolymerisaten unbefriedigend» Eine befriedigende Verteilung ist erreicht, wenn Harze, die als Harzauflösungen klare Lösungen bilden, mit einem Molekulargewicht von etwa 700-5000 und einer Säurezahl von etwa 140-300 unter den gewählten Polymerisationsbedingungen erhalten werden.Monomers are connected. The cheapest distribution will be achieved when the resin consists alternately of carboxyl group-free and carboxyl group-containing monomers. When the relative reactivity ratio of the monomers reaches 0.0, the distribution of the monomers in the Polymer of the alternating distribution · If, on the other hand, the relative reactivity ratio of the monomers I and II is significantly greater than about 1.0, resins with unsatisfactory Distribution of the monomers arise. So ζ.Β, physical mixtures of two homopolymers would be unsatisfactory » A satisfactory distribution is achieved when resins, which form clear solutions as resin dissolutions, with a molecular weight of about 700-5000 and an acid number of about 140-300 under the selected polymerization conditions can be obtained.
(d) Molverhältnis der Monomeren von Formel I zu denen der Formel II(d) Molar ratio of the monomers of formula I to those of formula II
Es wurde gefunden, daß das Molverhältnis des carboxylgruppenfreien Monomeren (Formel I) zu dem Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren (Formel II) in dem Harz das Gleichgewicht der hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften beeinflußt. Das Carboxylgruppen enthaltende Monomer (Formel ΐΊ) verleiht dem Harz die erforderlichen funktionellen Eigenschaften, um die oben beschriebene Säurezahl und Alkalilöslichkeit zu erreichen. In der Harzauflösung bilden die Carboxylgruppen des Carboxylgruppen enthaltenden MonomerenIt has been found that the molar ratio of the carboxyl group-free monomer (Formula I) to the carboxyl group-containing monomer (Formula II) in the resin affects the balance of the hydrophilic and hydrophobic properties. The monomer containing carboxyl groups (formula ΐΊ ) gives the resin the necessary functional properties in order to achieve the acid number and alkali solubility described above. In the resin dissolution, the carboxyl groups of the carboxyl group-containing monomer form
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die Zentren der hydrophilen Eigenschaften imd das carboxyigruppenfreie Monomere (Formel I) die hydrophoben Eigenschaften, wobei ein Gleichgewicht zwischen hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften erhalten wird, das zu einem praktisch wasserunlöslichen, alkalilösliohen pojrmeren Netzmittel (polysurfactant) führt. Die erfindungsgemäßen Harze haben ein Molverhältnis von carboxylgruppenfreiea. Monomerem zu Carboxylgruppen enthaltendem Monomeren von etwa 3:1 bis 1:1, und bilden dann in alkalischer Lösung brauchbare polymere oberflächenaktive Mittel. Wenn jedoch das Molverhältnis von carboxylgruppenfreieni Monomerem zu dem Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren außerhalb dieses Bereichs liegt, wird kein befriedigendes Gleichgewicht zwischen hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften erreicht. Wenn z.B. das Molverhältnis von carboxyl/Z/igruppenfreiem Monomerem zu dem Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren wesentlich größer als etwa 3:1 ist, ist das Harz mindestens teilweise in wäßrigalkalischen Medien unlöslich und kann daher nicht befriedigend als polymeres oberflächenaktives Mittel in einer Öl-in-Wasser-Emulsion wirken. Selbstverständlich wäre das wäßrige alkalische Semisch, das dieses Harz enthält, keine Harzauflösung in dem hier angegebenen Sinne. \'ienn andererseits das Molverhältnis wesentlich kleiner als etwa 1:1 ist, verliert das Harz allmählich seine Eigenschaften als alkalilösliches polymeres oberflächenaktives Mittel, weil sich das Gleichgewicht zwischen hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften zu stark zur hydrophilen Seite verschoben hat undthe centers of the hydrophilic properties and the carboxy group-free monomer (formula I) the hydrophobic properties, a balance between hydrophilic and hydrophobic properties being obtained which leads to a practically water-insoluble, alkali-soluble polymeric wetting agent (polysurfactant). The resins of the invention have a molar ratio of carboxyl group-free a. Monomer to carboxyl group-containing monomer from about 3: 1 to 1: 1, and then form useful polymeric surfactants in alkaline solution. However, if the molar ratio of the carboxyl group-free monomer to the carboxyl group-containing monomer is outside this range, a satisfactory balance between hydrophobic and hydrophilic properties will not be achieved. For example, if the molar ratio of carboxyl / Z / igruppe-free monomer to the carboxyl group-containing monomer is substantially greater than about 3: 1, the resin is at least partially insoluble in aqueous alkaline media and can therefore not be satisfactory as a polymeric surfactant in an oil-in-water -Emulsion work. It goes without saying that the aqueous alkaline compound which contains this resin would not be resin dissolution in the sense given here. On the other hand, if the molar ratio is substantially less than about 1: 1, the resin gradually loses its properties as an alkali-soluble polymeric surfactant because the balance between hydrophobic and hydrophilic properties has shifted too much to the hydrophilic side and
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die Harzauflösung sich dem Verhalten einer wasserlöslichen Polycarbonsäure nähert.the resin dissolution approaches the behavior of a water-soluble polycarboxylic acid.
Erfindungsgemäß wird ein Molverhältnis von carboxylgruppenfreiem Monomeren zu Carboxylgruppen enthaltendem Monomeren von etwa 2:1 bis 1,2:1 bevorzugt· Selbstverständlich hängt auch die Säurezahl des Harzes von dem Verhältnis des carboxylgruppenfreien Monomeren zu dem Carboxylgruppen^ enthaltenden Monomeren ab.According to the invention, a molar ratio of carboxyl group-free Monomers to monomers containing carboxyl groups from about 2: 1 to 1.2: 1 are preferred. Of course The acid number of the resin also depends on the ratio of the carboxyl group-free monomer to that containing carboxyl groups From monomers.
Die erfindungsgemäßen Harze werden durch Additionspolymerisation in Lösung erhalten, weil die Monomeren äthylenisch ungesättigt sind. Das Verfahren der Polymerisation, einschließlich Kettenübertragungsmedium, Zugabeverfahren und Löslichmachung von Monomerem und Harz wird im Folgenden beschrieben. The resins according to the invention are obtained by addition polymerization in solution because the monomers are ethylenic are unsaturated. The method of polymerization, including chain transfer medium, addition method and Solubilization of monomer and resin is described below.
Da die erfindungsgemäßen Harze ein verhältnismäßig niedriges Molekulargewicht haben, d.he ein mittleres Molekulargewicht von etwa 700 bis 5000, kann angenommen werden, daß die Endgruppen des Harzmoleküls einen wesentlichen Teil des Moleküls darstellen und entsprechend zu den Eigenschaften des Harzes beitragen. In dieser Hinsicht hat sich der Einfluß des kettenübertragenden Reaktionsmediums, das bei der Polymerisation verwendet wird, als wesentlich erwiesen. Das bedeutet, daß erfindungsgemäße Harze, die nach den gleichen Verfahren, aber in verschiedenen Reaktionsmedien hergestelltAs resins of the invention have a relatively low molecular weight, ie, e has an average molecular weight of about 700 to 5,000 can be assumed that the terminal groups of the resin molecule constitute a substantial portion of the molecule and contribute according to the properties of the resin. In this regard, the influence of the chain transfer reaction medium used in the polymerization has proven to be essential. This means that resins according to the invention which are produced by the same process but in different reaction media
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worden sind, unterschiedliche Eigenschaften als Emulgiermittel, Verlaufmittel und dgl, haben« Weil das Reaktionsmedium, -ZoB, ein kettenübertragendes Lösungsmittel in großem Überschuß zugegen ist, wird angenommen, daß allgemein eine Radikalkettenübertragung mit dem Lösungsmittel eintritt» Unter den Bedingungen der Lösungspolymerisation bildet das kettenübertragende Lösungsmittel über einen Kettenübertragungsmechanismus Radikale, die die Polymerisation einzuleiten vermögen« Eine wesentliche Konzentration dieser Lösungsmittelradikale sind daher die Endgruppen der Harzmoleküleβ Es wurde beobachtet, daßhave different properties as emulsifiers, leveling agents and the like solvents are connected via a chain transfer mechanism radicals which are capable of initiating the polymerization of "a significant concentration of these radicals solvent therefore, the terminal groups of the resin molecules β It was observed that
(1) bei Verwendung eines kettenübertragenden Reaktionsmediums, Z0Bc eines kettenübertragenden Lösungsmittels, das ein gutes Lösungsmittel für die zu polymerisierenden Monomeren und das entstehende Harz ist, und(1) when using a chain transfer reaction medium, Z 0 Bc a chain transfer solvent which is a good solvent for the monomers to be polymerized and the resulting resin, and
(2) bei Verwendung eines kettenübertragenden Reaktionsmediums, das eine geeignete Kettenübertragungskonstante hat (geeignete Lösungsmittel sind im Folgenden beschrieben) , (2) when using a chain transfer reaction medium that has an appropriate chain transfer constant (suitable solvents are described below),
brauchbare alkalilösliche erfindungsgemäße Harze, erhalten werden, die ein geeignetes Molekulargewicht haben und praktisch keine unerwünschten Nebenprodukte enthalten, Ferner haben die unter diesen Bedingungen erhaltenen Harze vorteilhafte Eigenschaften, die mindestens zum Teil auf die Anwesen« heit der kettenübertragenden Lösungsmittelendgruppen zurückzuführen sind οuseful alkali-soluble resins of the invention are obtained which have a suitable molecular weight and are practical contain no undesirable by-products, furthermore, the resins obtained under these conditions have advantageous Properties that are at least partly due to the property " unit of the chain-transferring solvent end groups are ο
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Kettenübertragungskonstanten sind ausführlich im NRL Report 519Q mit dem Titel nTelomerizationM vom 19· November 1958 aus dem U.S. Naval Research Laboratory, Washington, D.O., angegeben« Die Wirkung des kettenübertragenden Lösungsmittels auf die Harzeigenschaften ist in den folgenden Beispielen 2, 19a, 19b, 25a, 25b, 25c und 25d beschrieben. Beispiele für bevorzugte kettenübertragende Lösungsmittel sind: Methylisobutylketon (etwa 6,0), Toluol (etwa 0,4), Xylol/p-Cymol-Gemische (etwa 0,5), 3-Heptanon (etwa 6,0), Isoamylacetat (etwa 6,0) , Methylisobutylcarbinol (etwa 1,0), Butylcellosolve (etwa 1,0) , Cyclohexanon (etwa < 8,0) und Gemische derselben. Alle Kettenübertragungskonstanten gelten im Vorstehenden für Radikale aus Styrol und haben den in Klammern angegebenen Wert χ 10 bei etwa 800C.Chain transfer constants are given in detail in the NRL Report 519Q entitled n Telomerization M dated November 19, 1958 from the US Naval Research Laboratory, Washington, DO. 25a, 25b, 25c and 25d. Examples of preferred chain transfer solvents are: methyl isobutyl ketone (about 6.0), toluene (about 0.4), xylene / p-cymene mixtures (about 0.5), 3-heptanone (about 6.0), isoamyl acetate (about 6.0), methyl isobutyl carbinol (about 1.0), butyl cellosolve (about 1.0), cyclohexanone (about <8.0), and mixtures thereof. All chain transfer constants above apply to radicals from styrene and have the value χ 10 at about 80 ° C. given in brackets.
Es ist wesentlich, daß die erfindungsgemäßen Harze durch Lösungspolymerisation erhalten werden. Das Solvatisierungsvermögen des kettenübertragenden Reaktionsmediums 1st daher entscheidend, weil nur dann die günstigste Polymerisation und Monomerenverteilung erreicht werden, wenn Monomere und Harz in dem Medium im wesentlichen löslich sind. Das Ausmaß der Polymerisation und in gerissem Maße auch die Monomerenverteilung in dem Harz werden also lösungsmittelabhängige Das Molekulargewicht des erhaltenen Harzes kann also auch das Lösungspolymerisationsverfahren beeinflussen. Ein Harz mit einem erheblich größeren Molekulargewicht als 5000 würde z.B. dem Reaktionsmedium eine größere Viskosität verleihen.It is essential that the resins of the invention can be obtained by solution polymerization. The solvation capacity the chain-transferring reaction medium is therefore decisive, because only then the most favorable polymerization and monomer distribution can be achieved when monomers and resin are substantially soluble in the medium. The extent of the polymerization, and to some extent also that Monomer distributions in the resin are thus solvent-dependent The molecular weight of the resin obtained can thus also influence the solution polymerization process. For example, a resin with a molecular weight significantly greater than 5000 would give the reaction medium a greater viscosity to lend.
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Wenn ein kettenübertragendes lösungsmittel, wie Xylol oder Toluol, zur Herstellung eines bestimmten erfindungsgemäßen Styrol-Acrylsäureharzes verwendet wurde, wurde beobachtet, daß das Harz nur teilweise in dem Lösungsmittel löslich war. Das Harz fiel während der Herstellung aus und war teilweise löslich in wäßrigem Ammoniak«, Es wird angenommen, daß die Fraktionierung durch Ausfällung während der Umsetzung erfolgte, wobei das Harz mit dem größten Säuregehalt ausfällte Die unerwünschte Monomerenverteilung zeigt sich durch die geringe Alkalilöslichkeit an. ■If a chain transfer solvent, such as xylene or toluene, is used to make a particular invention Styrene-acrylic acid resin was used observed that the resin was only partially soluble in the solvent. The resin precipitated out during manufacture and was partially soluble in aqueous ammonia «, It is believed that fractionation was caused by precipitation during the Reaction took place, with the resin with the greatest acid content precipitating. The undesired monomer distribution shows due to the low alkali solubility. ■
Die üblichen Polymerisationsverfahren in der Masse, in Emulsion, in Ansatzlösung und bzw. oder als Tröpfchen sind im allgemeinen zur Herstellung der erfindungsgemäSen niedermolekularen Harze nicht geeignet. Es hat sich jedenfalls als s?ehv.jerig erwiesen, nach diesen Verfahren erfinduniT?gemäüe Harze herzustellen, die eine brauchbare Monomerenverteilun - haben (vgl, Beispiel 26). "ine gute zweckmäßige I*!onon:e:> avert eilung ist daran zu er^nnen, daß die erhaltenen Harze Klare Harzlösungen in wäßrigem Alkali bilden.The usual polymerization processes in bulk, in emulsion, in batch solution and / or as droplets are generally not suitable for the production of the low molecular weight resins according to the invention. At least it has proved to be s? ehv.jerig inventions according to this process To prepare resins that have a useful monomer distribution - have (see example 26). "ine good functional I *! onon: e:> avert eilung is to be noted from the fact that the received Resins Form clear resin solutions in aqueous alkali.
Polymerisationsinitiatoren, wie Benzoylperoxyd und Azo-bis-isobuttersäurenitril, können zur Hinleitung der Polymerisation verwendet werden. Die Konzentration des Initiators trä~t zur Regelung des Molekulargewichts des alkalisehen Hi-^es bei. Je höher iir allgemeinen die Initiatcrkcnzentration ist, desto niedriger ist im allgemeinen das Molekulargewicht des alkalilöslichen Harzes. Es wurde gefun-Polymerization initiators, such as benzoyl peroxide and azo-bis-isobutyric acid nitrile, can be used to feed the Polymerization can be used. The concentration of the Initiator helps regulate the molecular weight of the alkali see it at. In general, the higher the initiator concentration is, in general, the lower the molecular weight of the alkali-soluble resin. It was found
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den, daß die erfindungsgemäßen Harze hergestellt werden können, indem man etwa 0,5 bis e;twa 6,0 Mol-$ Initiator, auf den Gesamtgehalt an Monomeren bezogen, unter den hier angegebenen Polymerisationsbedingungen verwendet.that the resins of the invention are made can by adding about 0.5 to e; about 6.0 mol $ initiator, based on the total content of monomers, used under the polymerization conditions specified here.
Außer durch das vorstehend beschriebene Verfahren der Lösungspolymerisation wird - wie gefunden wurde eine genauere Regelung der Zusammensetzung des Harzes durch portionsweisen Zusatz von Monomeren, Polymerisationsinitiator, und kettenübertragendem Lösungsmittel zu dem Polymerisationsgemisch erzielt, D.he, wenn die Zugabegeschwindigkeit der Ausgangslösung so geregelt wird, daß ein Überschuß an unumgesetzten Monomeren in dem Reaktionsmedium vermieden wird, wird eine wesentliche Verbesserung der Monomerenverteilung erzielt (vgl. Beispiele 20a, 20b und 20c).That e, when the addition rate of the starting solution is regulated so as found a more accurate control of the composition of the resin by the portionwise addition of monomer, polymerization initiator, and scored kettenübertragendem solvent to the polymerization mixture, in that a - is not only by the above-described processes of solution If an excess of unreacted monomers is avoided in the reaction medium, a substantial improvement in the monomer distribution is achieved (cf. Examples 20a, 20b and 20c).
Harzauflösung (resin cut)Resin cut
V/ie oben erwähnt, ist die Harzauflösung eine praktisch klare Lösung mit einem pH-Wert oberhalb etwa 7» Bei einem wesentlich unterhalb etwa 7 liegenden pH-vert, ζβΒβ etwa 5, ist die Harzauflösung keine homogene Lösung mehr, die in Alkali iösiichgemachtes Harz enthält,, D.h., bei einem wesentlich kleineren pH-Wert als 7 fallen also die erfindungsgemäßen Harze aus der Lösung aus. Bevorzugt liegt der pH-Wert einer Harzauflcsung von 20 Gew.-^ Feststoffen zwischen etwa 7,6 und 11,0. Venn das alkalilösliche Harz bei 20 Gewe-$ Feststoffen in überschüssigem konzentriertem Ammoniumhydroxyd (28 Ge*.-y£ ΝΗ·ζ) gelöst wird, wird eine Harzauflösung vonV / ie mentioned above, the resin dissolution is pH ert a practically clear solution having a above about 7 »In a substantially lying below about 7 pH v, ζ β Β β about 5, the resin resolution is not a homogeneous solution more; contains resin which has been made soluble in alkali, ie, at a pH value significantly lower than 7, the resins according to the invention therefore precipitate out of the solution. The pH of a resin solution of 20% by weight solids is preferably between about 7.6 and 11.0. Venn the alkali-soluble resin at 20 percent by e - $ solids in excess of concentrated ammonium hydroxide (28 * .- Ge y £ ΝΗ · ζ) is dissolved, a resin dissolution of
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pH ungefähr 12 erhalten.Maintained pH around 12.
Selbstverständlich können die meisten handelsüblichen wäßrigen Basen zur Herstellung der Harzauflösung verwendet werden«, S,o können z0B„ wäßrige Lösungen von Ammonium« hydroxyd, Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Borax und wasserlöslichen organischen Aminen, zÄBo Alkylaminen, verwendet werden«, Beispiele für.geeignete Amine sind Methylamin, ithylamin, Dimethylamin, Diäthylamin, Isobutylamin, Propylamin, Isopropylamin und andere niedermolekulare Alkylamine USw0 und deren Gemische., Bevorzugt besteht die alkalische Lösung aus einer größeren Gewichtsmenge einer basischen Substanz, die ein flüchtiges Kation, ζβΒ· NIL· , enthält. Wenn eine Harzauflösung, die eine flüchtige alkalische Substanz enthält, als Emulgiermittel und bzw» oder Verlaufmittel in einer Überzugsmasse verwendet wird, kann das flüchtige Kation, d„ho HH4 + , während der ^Umbildung in das flüchtige Gas NH-* übergehen»Of course most commercial aqueous bases can be used for producing the resin resolution ", S, o can z 0 B" aqueous solutions of ammonium 'hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, borax and water-soluble organic amines, such Ä B o alkylamines, used, " Examples für.geeignete amines are methylamine, ithylamin, dimethylamine, diethylamine, isobutylamine, propylamine, isopropylamine and other low molecular weight alkylamines, etc 0 and mixtures thereof., preferably, the alkaline solution of a major amount by weight of a basic substance, the ζ a volatile cation, β Β · NIL ·, contains. When a resin resolution that contains a volatile alkaline substance, or as an emulsifying agent and 'or leveling agent is used in a coating composition, the volatile cation, d "h o HH 4 +, while the ^ transformation in the volatile gas NH- * ignore"
Die stöchiometrische Menge der Base, zoB, NH4OH, die zur Neutralisation aller Carboxylgruppen des Harzes erforderlich ist, führt zu einer Harzauflösung mit dem ungefähren pH-Wert 8, In einer erfindungsgemäßen ammoniakalischen Harzauflösung mit einem pH-Wert oberhalb 8 sind also die Carboxylgruppen des Harzes zu praktisch 100 fo neutralisiert.The stoichiometric amount of the base, z o B, NH 4 OH, which is required to neutralize all the carboxyl groups of the resin, leads to a resin dissolution with an approximate pH value of 8 the carboxyl groups of the resin are neutralized to practically 100 fo.
Die Wirkung dieser Harze auf die Oberflächenspannung des Wassers ist ein Anaeichen für ihre Brauchbarkeit als oberflächenaktive Mittel« Bei einer Konzentration von etwa 20 Grew„-$£ Pestsubstanz setzen diese Harzauflösiangeii die Ober-The effect of these resins on surface tension of water is an acronym for its usefulness as a surfactants «At a concentration of about 20 Grew "- $ £ powder substance set these resin dissolving elements the upper
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f lach ens pannung des V/assers um mindestens etwa 20 dyn/cm bei 250C herab. Auflösungen besonders bevorzugter erfindungsgemäßer Harze setzen die Oberflächenspannung des Wassers bei 250G um etwa 25 bis 30 dyn/cm herab. Diese Substanzen sind also wirksame polymere oberflächenaktive Mittel in verschiedenen wäßrigen Basenlösungen.f laughing ens oltage of V / ater at least about 20 dynes / cm at 25 0 C lower. Resolutions particularly preferred inventive resins the surface tension of the water at 25 0 G by about 25 to 30 dynes / cm down. Thus, these substances are effective polymeric surface active agents in various aqueous base solutions.
Die Farbe der Harzauflösung ist besonders wichtig, wenn die Auflösung für bestimmte Überzugsmassen verwendet wird, wo der fertige Film eine helle Färbung haben soll· Farben auf der Gardner-Farbskala 1953 von mehr als etwa sind unerwünscht und werden oftmals durch Nebenprodukte und bzw. oder Harzabbau hervorgerufen. Wenn die Farbe für den Verwendungszweck der Harzauflösung nicht wesentlich ist, können selbstverständlich auch Harzauflösungen mit einer wesentlich größeren Farbzahl als 4 auf der Gardner-Farbskala 1953 verwendet werden.The color of the resin dissolution is especially important when the dissolution is used for certain coating compositions where the finished film should be light in color · Colors on the 1953 Gardner color scale greater than about are undesirable and are often caused by by-products and or or resin degradation caused. If the color is for the Purpose of the resin dissolution is not essential, resin dissolutions with a color numbers much higher than 4 on the 1953 Gardner color scale can be used.
Es ist wesentlich, daß die erfindungsgemäßen Harze praktisch kein Reaktionslösungsmittel mehr enthalten. Wenn z.B. wesentliche Mengen an Reaktionslösungsmittel in dem Harz enthalten sind, können keine homogenen Harzauflösungen erhalten werden, es wird vielmehr eine milchige Harzauflösung gebildet. Solche Lösungsmittelreste sind in der Harzauflösung unerwünscht, wenn diese für bestimmte Mischungen als Emulgiermittel oder Verlaufmittel in verschiedenen wäßrig-alkalischen Gemischen verwendet wird. Zum Beispiel verleihen schon winzige Mengen eines solchen Lösungsmittels in einer Harzauflösung dem Produkt häufig einen unerwünschten Geruch.It is essential that the resins of the invention practically no longer contain any reaction solvent. For example, if there are significant amounts of reaction solvent in the Resin are contained, no homogeneous resin dissolutions can be obtained, it rather becomes a milky resin dissolution educated. Such solvent residues are in the resin dissolution undesirable when these are used as emulsifiers or leveling agents in various aqueous-alkaline mixtures for certain mixtures Mixtures is used. For example, minute amounts of such a solvent add to a resin solution the product often has an undesirable odor.
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Bisher wurden ähnliche Harze durch Erwärmen auf verschiedene Weise gereinigt, z.B. durch Konzentrieren, Destillieren, Pulverisieren und Auflösen, Das Trocknen besteht darin, daß man das konzentrierte Harz erhöhten Temperaturen aussetzt. Das flüchtige Lösungsmittel wird durch Destillieren im Vakuum auf verschiedenartige V/eise abgetrieben. Dieses Trockenverfahren ist zeitraubend Und hat den weiteren Nachteil, daß das Harz durch das längere Erwärmen auf höhere Temperaturen abgebaut wirde Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäß en Harze unter einem Mindestmaß an Abbau von dem Lösungsmittel praktisch befreit werden können, indem das Gemisch von Reaktionslösungsmittel und Harz, das bei der Polymerisation erhalten wird, bis zu einem hohen Feststoffgehalt, d„he etwa 80 bis 90 5&, konzentriert wird. Das konzentrierte Tiemisc}· von Reaktionslösungsmittel und Harz wird dann mit einer wäßrigen alkalischen Base, z«B. Ammoniumhydroxyd, aufgelöst. Das Gemisch von Reaktionslösungsmittel, Harzauf lösung ■<:,! wäßriger Base wird dann destilliert, und ein aseotrope? Jemisch von Wasser und Reaktionslösungsmittel wird aus der Harzauflösung abdestilliert, bis das Destillat praktisch frei von Lösungsmittel ist. Wenn die alkalische Lösung ein flüchtiges Kation> dehe NH.+ , enthält, kann ein Teil dieses Kations in KH-, übergeführt werden, das verdampft und sich im Destillat sammelt. In diesem Falle kann der Ammoniakwasser;}:.teil des Destillats von dem Lösungsmittel abgetrennt und in die lösungsmittelfreie Harzauflösung zurückgeführt werden, die aus der Destillationszone abgenommenHeretofore, similar resins have been purified by heating in various ways such as concentrating, distilling, pulverizing and dissolving. Drying consists of exposing the concentrated resin to elevated temperatures. The volatile solvent is driven off by distilling in vacuo in various ways. This dry process is time consuming and has the further disadvantage that the resin is degraded by the prolonged heating at higher temperatures e It has been found that the inventive en resins can be practically removed under a minimum of degradation of the solvent by subjecting the mixture of the reaction solvent and resin obtained in the polymerization to a high solids content, i.e., "h e is about 80 to 90 5, concentrated. The concentrated mixture of reaction solvent and resin is then treated with an aqueous alkaline base, e.g. Ammonium hydroxide, dissolved. The mixture of reaction solvent, resin dissolution ■ <:,! aqueous base is then distilled, and an aseotropic? A mixture of water and reaction solvent is distilled off from the resin solution until the distillate is practically free of solvent. When the alkaline solution is a volatile cation> d e h e NH. + , a part of this cation can be converted into KH-, which evaporates and collects in the distillate. In this case, the ammonia water;} :. part of the distillate can be separated from the solvent and returned to the solvent-free resin solution, which is removed from the distillation zone
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■wird, oder direkt in die Destillationszone zurückgeführt werden. Selbstverständlich können die Polymerisation und azeotrope Destillation (Auflösung) kontinuierlich durchgeführt werden«■ is, or returned directly to the distillation zone will. The polymerization and azeotropic distillation (dissolution) can of course be carried out continuously will"
Außer den oben genannten Monomeren der Formeln I undIn addition to the abovementioned monomers of the formulas I and
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II kann das Harz mindestens ein weiteres Monomer, wie N-Vinylpyrrolidon, Diäthylaminoäthylmethacrylat, 2-*Iethyl-5-vinylpyridin,
Acrylsäurenitril, Methylacrylat, Ä'thylacrylat,
Propylacrylat, Isopropylacrylat, Butylacrylat, Ißobutylacrylat,
2-Äthylhexylacrylat, Laurylacry_lat, Methylmethacrylat,
Äthylmethacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat,
Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, 2-Ä'thylhexyl—
methacrylat, Fumarsäureester, wie Diäthyl- und Dimethylfumarat, und Itaconsäureester, wie Dimethylitaconat, und
Gemische dieser Monomeren enthalten.t
II, the resin can contain at least one further monomer, such as N-vinylpyrrolidone, diethylaminoethyl methacrylate, 2- * ethyl-5-vinylpyridine, acrylonitrile, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, butyl acrylate, isobutyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate , Propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, fumaric acid esters such as diethyl and dimethyl fumarate, and itaconic acid esters such as dimethyl itaconate, and mixtures of these monomers.
Wenn die erfindungsgemäßen Harze eines oder mehrere der genannten zusätzlishen Monomeren enthalten, kann selbstverständlich das Verhältlich der Monomeren von Formel I zu denen von Formel II von dem oben angegebenen Wert abweichen, d.h. von etwa 3:1 bis 1:1. JM die Säurezahl des erhaltenen Harzes (das nun mindestens ein weiteres Monomer enthält) zwischen etwa 140 und 300 zu halten, muß selbstverständlich das Verhältnis der Monomeren von Formel I und Formel II ein anderes sein als bei einem Harz, das nur Monomere der Formeln I und II enthält. So hat z.B. ein Styrol-Acrylsäure- If the resins according to the invention contain one or more of the additional monomers mentioned, the ratio of the monomers of formula I to those of formula II can of course deviate from the value given above, ie from about 3: 1 to 1: 1. JM to keep the acid number of the resin obtained (which now contains at least one further monomer) between about 140 and 300, the ratio of the monomers of formula I and formula II must of course be different from that of a resin that only contains monomers of formulas I and II contains. For example, a styrene-acrylic acid
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harz mit einem Molverhältnis von Styrol zu Acrylsäure von etwa 1:1 eine Säurezahl von etwa 298 (vgl· Beispiel 24, • Tabelle III), während ein Styrol-Acrylsäure-Butylacrylatharz mit einer Säurezahl von etwa 285 ein Molverhältnis von Styrol zu Acrylsäure von etwa 0,18:1 hat (vgl«, Beispiel. 16, Tabelle I).resin with a molar ratio of styrene to acrylic acid of about 1: 1 an acid number of about 298 (see example 24, • Table III), while a styrene-acrylic acid-butyl acrylate resin with an acid number of about 285 has a molar ratio of styrene to acrylic acid of about 0.18: 1 (cf. «, Example. 16, Table I).
Wenn die erfindungsgemäßen Harze eines oder mehrere der angegebenen zusätzlichen Monomeren enthalten, bleibt das relative Reaktionsfähigkeitsverhältnis der Monomeren von Formel I und II unverändert« Jedoch entstehen durch die Gegenwart eines dritten Monomeren, z«B· Äthylacrylat, weitere relative ReaktionsfähigkeitsVerhältnisseo In einem Harz, z.B· das aus Styrol (29Mol-$), Äthylacrylat (29 Mol-$) und Acrylsäure (42 Mol-$) besteht, ist das Reaktionsfähigkeitsverhältnis der Monomerenpaare wie folgt; Äthylacryat : Acrylsäure =2,1 : 0,37 Styrol : Acrylsäure = etwa 0,22 : 0,35 Äthylacrylat : Styrol = etwa 0,48 : 0,80If resins of the invention contain one or more of the additional monomers shown, the relative reactivity ratio of monomers of formula I and II unchanged "However, there remains caused by the presence of a third monomer, z" B · ethyl acrylate, further relative reactivity ratios o In a resin, for example, · Which consists of styrene (29 mol $), ethyl acrylate (29 mol $) and acrylic acid (42 mol $), the reactivity ratio of the pairs of monomers is as follows; Ethyl acrylate: acrylic acid = 2.1: 0.37 styrene: acrylic acid = about 0.22: 0.35 ethyl acrylate: styrene = about 0.48: 0.80
(Vgl, die Firmenschrift "Glacial Methacrylic Acid Glacial Acrylic Acid" der Rohm & Haas Company SP-88)(See the company publication "Glacial Methacrylic Acid Glacial Acrylic Acid "from Rohm & Haas Company SP-88)
Die Harzauflösungen dieser Substanzen, die mindestens ein weiteres Monomeres enthalten, sind insofern ähnlich wie die Harzauflösungen, die nur Monomere.der Formel I und II enthalten, als sie praktisch klare Lösungen sind, die niedermolekulare alkalilösliche erfindungsgemäße (Der- oder Quaterpolymerisate und eine wäßrige Base enthalten* Diese Auflösungen sind auch den übrigen erfindungsgemäßen Mischpolyme-The resin dissolutions of these substances, which contain at least one further monomer, are in this respect similar to the resin dissolutions, which only monomers of formula I and II contain, as they are practically clear solutions, the low molecular weight alkali-soluble (der- or quaterpolymers) according to the invention and an aqueous base contain * These resolutions are also the other copolymers according to the invention
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risatauflösungen sehr ähnlich, im Hinblick auf Farbe, Verlaufeigenschaften und die Fähigkeit, die Oberflächenspannung des Wassers herabzusetzen. Diese Auflösungen können aber einen pH-Wert unterhalb etwa 7 haben. Das bedeutet, daß bei einem pH-Wert unterhalb 7, z.B. etwa 6,2 , bestimmte derartige Harzauflösungen in Lösung bleiben und praktisch keinen Niederschlag bilden. So bildet z.B. eine Harzauflösung, die ein Terpolymerisat aus 50 Mol-$ Acrylsäure, 25 Mol-$ Styrol und 25 Mol-$ Äthylacrylat und Ammoniumhydroxyd enthält, bei pH 6,2 und Uingebungstemperatur eine praktisch klare lösung.Risate resolutions very similar, in terms of color, Leveling properties and the ability to reduce surface tension of the water. These resolutions but can have a pH below about 7. This means that at a pH value below 7, e.g. about 6.2, certain such resin dissolutions remain in solution and form virtually no precipitate. For example, a Resin dissolution, which is a terpolymer of 50 mol $ acrylic acid, 25 moles of styrene and 25 moles of ethyl acrylate and ammonium hydroxide contains, at pH 6.2 and ambient temperature one practically clear solution.
Die folgenden Beispiele beschreiben bevorzugte Durchführungsformen der Erfindung. Alle Mengenangaben sind Gewichtsmengen, wenn es nicht anders angegeben ist.The following examples describe preferred implementation forms the invention. All quantities are by weight, unless otherwise stated.
Ein Reaktionskolben, der mit mechanischem Rührer, Thermometer, Tropftriehter, Stickstoffeinleitungsrohr und Rückflußkühler versehen war, wurde durch Hindurchleiten von Stickstoff von Luft befreit. 500 Teile Methylisobutylketon als Reaktionslösungsmittel wurden in den Kolben gegeben und zum Rückfluß auf 1160C unter positivem Stickstoffdruck erwärmt, der während der gesamten Ifasetzung aufrechterhalten wurde. Methylisobutylketon hat eine Kettenübertragungskonstante von etwa 6,0 χ 10 bei etwa 800C. iA reaction flask equipped with a mechanical stirrer, thermometer, dropper, nitrogen inlet tube and reflux condenser was de-aired by passing nitrogen through it. 500 parts of methyl isobutyl ketone as reaction solvent were placed in the flask and heated to reflux at 116 0 C under positive nitrogen pressure was maintained throughout the Ifasetzung. Methyl isobutyl ketone has a chain transfer constant of about 6.0 χ 10 at about 80 ° C. i
Eine Ausgangslösung wurde aus 208 Teilen Styrol-Monomer, 76 Teilen Aoryleäure-Monoeer, 21,8 Teilen Benzoyl-A starting solution was made from 208 parts of styrene monomer, 76 parts of aoryleic acid monoeaer, 21.8 parts of benzoyl
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peroxyd und 300 Teilen Methylisobutylketon hergestellt. Das Reaktionsfähigkeitsverhältnis ist für Styrol 0,25 und für Acrylsäure 0,45 bei 800C. (Vgl· "Copolymerization Parameters" von L· Young in Journal of Polymer Science, Vol. 54, 411-455 (Oktober 1961)). Das Molverhältnis von Styrol zu Acrylsäure in der Ausgangslösung beträgt etwa 2,0 : 1,1. Die Menge des Benzoylperoxyds beträgt etwa 3,0 Mol-$, bezogen auf den Gesamtmonomerengehalt. Die Ausgangs lösung wird in den Reaktionskolben, der das siedende Methylisobutylketon enthält, im Laufe von 2 Stunden mit ausreichender Geschwindigkeit gegeben, daß ein Überschuß an-Styrol und bzw. oder Acrylsäure in dem Reaktionskolben vermieden wird. Nach Beendigung des Zusatzes wird noch eine Stunde am Rückfluß erwärmt. Dann werden weitere 3,63 Teile Benzoylperoxyd und 16,4 Teile Methylisobutylketon zugesetzt und das Gemisch weitere 2 Stunden am Rückfluß erwärmt, um eine vollständige Umsetzung der Monomeren zu gewährleisten. Das Polymerisat und die Monomeren waren in dem Lösungsmittel vollständig löslich. Das Methylisobutylketon wird dann bei Normaldruck aus dem Reaktionskolben abdestilliert, bis etwa 91 Gew.-^b der ursprünglichen Lösungsmittelmenge übergegangen sind. Das restliche Lösungsmittel wird durch Destillieren des Rückstandes im Vakuum gewonnen. Nach dem Abkühlen werden 294,5 Teile Harz aus dem Kolben erhalten. Das Harz hatte eine Säurezahl von etwa 182 und ein mittlerea Molekulargewicht von etwa 1820. Wenn 250 Teile des erhaltenen Harzes zu 42 Teilen konzentriertem Ammoniumhydroxyd und 970 Teilen entsalztenperoxide and 300 parts of methyl isobutyl ketone. The reactivity ratio is 0.25 for styrene and 0.45 for acrylic acid at 80 ° C. (cf. "Copolymerization Parameters" by L. Young in Journal of Polymer Science, Vol. 54, 411-455 (October 1961)). The molar ratio of styrene to acrylic acid in the starting solution is about 2.0: 1.1. The amount of benzoyl peroxide is about 3.0 moles based on the total monomer content. The starting solution is added to the reaction flask, which contains the boiling methyl isobutyl ketone, over the course of 2 hours at a rate sufficient to avoid an excess of styrene and / or acrylic acid in the reaction flask. After the addition has ended, the mixture is refluxed for a further hour. A further 3.63 parts of benzoyl peroxide and 16.4 parts of methyl isobutyl ketone are then added and the mixture is refluxed for a further 2 hours in order to ensure complete conversion of the monomers. The polymer and the monomers were completely soluble in the solvent. The methyl isobutyl ketone is then distilled off from the reaction flask at normal pressure until about 91% by weight of the original amount of solvent has passed over. The remaining solvent is recovered by distilling the residue in vacuo. After cooling, 294.5 parts of resin are obtained from the flask. The resin had an acid number of about 182 and an average molecular weight of about 1820. When 250 parts of the resulting resin desalted to 42 parts of concentrated ammonium hydroxide and 970 parts
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Wassers gegeben werden,wird eine klare Lösung mit der Farbe 1,0 (auf der Gardner-Farbskala 1953), dem pH-Wert 8,1 und einem Gehalt an nichtfluchtigen Bestandteilen von 20,7 Gew.-# erhalten.Water will be a clear solution with the color 1.0 (on the Gardner color scale 1953), the pH value 8.1 and a content of non-volatile components of 20.7 wt .- # obtain.
Selbstverständlich kann auch eine andere wäßrige Base als Ammoniumhydroxyd zum Auflösen des Harzes von Beispiel 1, oben, verwendet werdenl So können z.B. Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Borax, organische Amine und Gemische dieser " Stoffe an Stelle von Ammoniumhydroxyd verwendet werden.Of course, an aqueous base other than ammonium hydroxide can also be used to dissolve the resin from Example 1, above, can be used, for example, sodium hydroxide, Potassium hydroxide, borax, organic amines and mixtures of these "substances can be used in place of ammonium hydroxide.
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, nur wird Butylcellosolve, das eine Kettenübertragungskonstante von etwa 1,0 χ 10"^ bei 800C hat, an Stelle von Methylisobutylketon als Kettentibertragungs-Reaktionslösungsmittel verwendet. Die Ausgangslösung besteht aus 208 Teilen Styrol, 88,6 Teilen Acrylsäure (Molverhältnis Styrol: Acrylsäure ungefähr 2,0 : 1,2), 23,45 Teilen Benzoylperoxyd (3»0 Mo 1-06, bezogen auf den Gesamtmonomerengehalt) und 320 Teilen Butylcellosolve. Der fieaktionskolben enthält 518 Teile Butylcellosolve bei etwa 1500C. 1 Stunde, nachdem der Zusatz der Ausgangslösung beendet ist, werden weitere 3,91 Teile Benzoylperoxyd, gelöst in 20 Teilen Butylcellosolve, zu dem Reaktionskolben gegeben und das Reaktionsgemisch 2 Stunden bei 1500C gehalten. 329,5 Teile Harz werden erhalten, das eine Säurezahl von etwa 143 und ein mittleres Molekulargewicht von etwa 2060 hat. Der Einfluß des Lösungsmittels,The procedure of Example 1 is repeated, except that butylcellosolve, which has a chain transfer constant of about 1.0 χ 10 "^ at 80 0 C, is used as the chain transfer reaction solvent in place of methyl isobutyl ketone. The starting solution consists of 208 parts of styrene, 88, 6 parts of acrylic acid (molar ratio of styrene: acrylic acid approximately 2.0: 1.2), 23.45 parts of benzoyl peroxide (3 »0 Mo 1-06, based on the total monomer content) and 320 parts of butyl cellosolve. The reaction flask contains 518 parts of butyl cellosolve at approx 150 0 C. 1 hour after the addition of the starting solution is finished are further 3.91 parts benzoyl peroxide dissolved in 20 parts of butyl cellosolve was added to the reaction flask and the reaction mixture held for 2 hours at 150 0 C. 329.5 parts resin obtained which has an acid number of about 143 and an average molecular weight of about 2060. The influence of the solvent,
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157080a157080a
Butylcellosolve, auf die Eigenschaften des Harzes ist zu " beachten· So "wäre Z0B0 eine theoretische Säurezahl von etwa ' 200 zu erwarten gegenüber der beobachteten Säurezahl 143«.Butyl cellosolve, the properties of the resin should be "observed. So", Z 0 B 0 would have a theoretical acid number of about 200 compared to the observed acid number 143 ".
Wenn 275 Teile des erhaltenen Harzes mit 40,2 Teilen konzentriertem Ammoniumhydroxyd und 1060 Teilen entsalztem ' Wasser vermischt werden, wird eine klare Auflösung vom pH-Wert 8,3 und der Gardner-Farbe 2,0 erhalten. Das Harz kann als Ersatz für Schellack in bestimmten Überzugsmassen verwerndet werden«,When 275 parts of the resin obtained are desalted with 40.2 parts of concentrated ammonium hydroxide and 1,060 parts 'Water are mixed, a clear solution of pH 8.3 and Gardner color 2.0 is obtained. The resin can used as a substitute for shellac in certain coating compounds will",
Das folgende Beispiel zeigt das bevorzugte Verfahren zur Abtrennung des Reaktionslösungsmittels von den erfindungsgemäßen alkalilöslichen Harzen«,The following example shows the preferred method for separating the reaction solvent from those of the present invention alkali-soluble resins ",
Ein 1500 Liter fassender, mit Glas ausgekleideter Ausgangstank wird mit 11,3 kg erfindungsgemäßem Styrol-Acrylsäureharz (100 $ Festsubstanz), denen 11,3 kg Methylisobutylketon als künstliche Verunreinigung zugesetzt wurden, 34,3 kg Wasser und 2,9 kg 28 tigern NHiOH beschickt« Der Restgehalt an Styrolmonomer der Beschickung betrug 1,2 ^, auf 100 °/o Fest substanz bezogen. Das NH*0H und Wasser in.dem Gemisch reichen aus, um das gesamte Harz zu einer 20 folgen Lösung aufzulösen«, Das Gemisch wird in dem Ausgangstank aufgelöst und etwa bei dem 16. Boden in einen Destillierturm mit 23 Siebboden gepumpt. Die Destillierkolonne ist an ihrem unteren Ende mit einer Heizvorrichtung mit Wasserdampf unter 1,4 kg/cm versehen. Ein Destillat aus Wasser, Methyliso-A 1500 liter, glass-lined output tank is filled with 11.3 kg of inventive styrene-acrylic acid resin ($ 100 solid), to which 11.3 kg of methyl isobutyl ketone have been added as an artificial impurity, 34.3 kg of water and 2.9 kg of 28 tiger NHiOH charged "the residual styrene monomer of the charge was 1.2 ^, to 100 ° / o hard substance-related. The NH * 0H and water in.dem mixture sufficient to all the resin in a 20 solution followed dissolve "The mixture is dissolved in the starting tank, and pumped at about the 16th floor in a distillation tower having 23 sieve bottom. The distillation column is provided at its lower end with a heater with water vapor below 1.4 kg / cm. A distillate of water, methyl iso-
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butylketon und Ammoniak wird aus der Ausgangslösung mit einer Rückflußgeschwindigkeit von 11,3 kg je Stunde abdestilliert. Wasser und Methylisobutylketon bilden ein azeotropes Gemisch, es wird daher so lange am Rückfluß erwärmt, bis das Destillat praktisch kein Methylisobutylketon mehr enthält» Das Destillat wird kondensiert. Das Methylisobutylketon wird zurückgewonnen. Die Wasser-Ammoniakschicht des Destillats wird abgenommen und in die gereinigte Harzauflösung zurückgeführt, die dann vom Boden der Destillierkolonne abgenommen wird. Die gereinigte Harzauflösungj die in einem 1125 Liter fassenden Tank aufbewahrt wird, wird durch einen Kühler geschickt. Wenn der pH-Wert kleiner als etwa 7 ist, wird eine milchige Lösung erhalten. Dann wird weiteres NH.OH zugesetzt, um den pH-Wert der Harzauflösung auf etwa 9,4 zu bringen, so daß eine klare Lösung erhalten wird.butyl ketone and ammonia are used from the starting solution distilled off at a reflux rate of 11.3 kg per hour. Water and methyl isobutyl ketone form an azeotropic mixture, so it is refluxed for as long as until the distillate contains practically no more methyl isobutyl ketone »The distillate is condensed. The methyl isobutyl ketone will be recovered. The water-ammonia layer of the distillate is removed and placed in the purified one Resin dissolution is recycled, which is then from the bottom of the distillation column is removed. The purified resin solution, which is stored in a 1125 liter tank, is used sent through a cooler. If the pH is less than about 7, a milky solution is obtained. Then it will be additional NH.OH added to bring the pH of the resin dissolution to about 9.4, so that a clear solution is obtained will.
Die Kolonne wird zu Beginn mit etwa 45,3 kg V/asser beschickt, das natürlich die Ausgangslösung verdünnt. Daher ist der Peststoffgehalt des Ausgangsproduktes klein. Der Peststoffgehalt des später erhaltenen Produktes nimmt aber zu, sobald der Betrieb einen Gleichgewichtszustand erreicht hat. Das Endprodukt enthält etwa 9,6 Gew.-# Peststoffe, ) hat einen pH-Wert von etwa 9,4, eine Viskosität von etwa 3,8 Gentipoise bei 25°C, einen restlichen Styrolgehalt von etwa 0,06 #, auf 100 io Pestsubstanz bezogen, und einen Restgehalt an Methylisobutylketon von etwa 0,5 bis 0,75 $>· The column is initially charged with about 45.3 kg v / water, which of course dilutes the starting solution. Therefore the pesticide content of the starting product is small. However, the pesticide content of the product received later increases as soon as the company has reached a state of equilibrium. The final product contains about 9.6% by weight of pesticides, ) has a pH of about 9.4, a viscosity of about 3.8 gentipoise at 25 ° C, a residual styrene content of about 0.06 #, per 100 io pest substance related, and a residual content of methyl isobutyl ketone of about $ 0.5 to $ 0.75> ·
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Ein ähnliches Verfahren wurde im Laboratoriumsmaßstab mittels eines 3 Liter fassenden Kolbens durchgeführt, der mit Rückflußkühler und Destilliervorlage versehen war. Der Kolben wurde mit 766,8 Teilen entsalztem Wasser und 33»2 Teilen 28 tigern ΪΙΗ,ΟΗ beschickt. Anschließend wurden 7»O Teile 28 #iges NH4OH zugesetzt* 200 Teile gepulvertes Styrol-Acrylsäureharz, das 5-6 Gew.-# Methylisobutylketon als Verunreinigung enthielt, wurden zugesetzt, wobei das Gemisch auf 700C erwärmt wurde. Als die Temperatur der Lösung 970C erreicht hatte, begann ein azeotropes Gemisch.von Wasser und Methylisobutylketon abzudeetillieren. Es wurden etwa 12,9 Teile' feuchtes Methylisobutylketon erhalten. Die erhaltene Harzauflösung war eine klare Lösung mit etwa 20 Gew.-<$> Pestsubstanz bei einem pH-Wert von etwa 8,7·A similar procedure was carried out on a laboratory scale using a 3 liter flask fitted with a reflux condenser and a still. The flask was charged with 766.8 parts of deionized water and 33 »2 parts of 28, ΟΗ. Then 7 »O parts of 28 # NH 4 OH were added * 200 parts of powdered styrene-acrylic acid resin, which contained 5-6 wt .-% methyl isobutyl ketone as an impurity, were added, the mixture being heated to 70 ° C. As the solution temperature 97 0 C had reached an azeotropic Gemisch.von water and methyl isobutyl ketone began abzudeetillieren. About 12.9 parts of moist methyl isobutyl ketone were obtained. The resin solution obtained was a clear solution with about 20 wt. - <$> powder substance at a pH of about 8.7
Beispiele 4-17Examples 4-17
Verschiedene Ter- und Quaterpolymerisate, die Monomere der Formeln I und II enthielten, wurden nach dem in Beispiel 1 \ angegebenen allgemeinen Verfahren hergestellt. Die Ausgangs-Various ter- and quaternary polymers containing monomers of the formulas I and II were prepared according to the general procedure given in Example 1 \. The initial
• ·• ·
lösung und Beschickung, die nachher zugefügte Initiatormenge, Ausbeute, Säurezahl und das Molekulargewicht der Harze sind in der. folgenden Tabelle I angegeben.solution and charge, the amount of initiator added afterwards, Yield, acid number and molecular weight of the resins are in the. Table I below.
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Tabelle ITable I.
lösung
Gewichts-
teileStarting
solution
Weight
share
Gewichts
teilefeed
Weight
share
Zugesetzter
Initiator
Gewichts
teilelater
Added
initiator
Weight
share
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 1250Molecular
weight 1250
methacrylatDiethylaminoethyl
methacrylate
ketronMethyl isobutyl
ketron
gewicht -molecular
weight -
009811/1399009811/1399
lösung
Gewichtδ
ι eileStarting
solution
Weight δ
ι hurry
Geviichts-
teilefeed
Facial
share
zugesetzter
Initiator
Gev/ichts-
teilelater
added
initiator
Face
share
.vinylpyridin2-methyl-5-
vinyl pyridine
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 2220Molecular
weight 2220
ketonMethyl isobutyl
ketone
4!.kohlenstoff)CCl, (tetrachlor
4 ! .Carbon)
gewicht 1622Molecular
weight 1622
009811/1399009811/1399
lösung
Gewichts
teileStarting
solution
Weight
share
Gewichts
teilefeed
Weight
share
gesetzter
Initiator
Gewichts
teileLater too
set
initiator
Weight
share
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 2240Molecular
weight 2240
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 2050Molecular
weight 2050
009811/1399009811/1399
lösung
Gewichts
teileStarting
solution
Weight
share
Gewichts-
teilefeed
Weight
share
gesetzter
Initiator
Gewichts
teileLater, too
set
initiator
Weight
share
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht , 2070Molecular
weight , 2070
ketonM ethyl isobutyl
ketone
gewicht 2120Molecular
weight 2120
00981 1/139900981 1/1399
lösung
Gewichts-
teileStarting
solution
Weight
share
Gewichts
teilefeed
Weight
share
gesetzter ,
Initiator
Gewichts
teileLater too
set,
initiator
Weight
share
ketonM ethy11s ο butyl-
ketone
gewicht 2950Molecular
weight 2950
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 1450Molecular
weight 1450
00 98 11/139900 98 11/1399
Styrol Vinyltoluol Acrylsäure Methacrylsäure BenzoylperoxydStyrene vinyl toluene acrylic acid methacrylic acid benzoyl peroxide
Methylisobutylketon Methyl isobutyl ketone
Ausbeute( SäurezahlYield (acid number
Molekulargewicht Molecular weight
345,0 291345.0 291
13501350
lösungStarting
solution
teileWeight
share
gesetzter
InitiatorLater too
set
initiator
teileWeight
share
teileWeight
share
313,2313.2
626,4626.4
40,040.0
Styrol Vinyltolüol Butylacrylat Acrylsäure BenzoylperoxydStyrene vinyl toluene butyl acrylate acrylic acid benzoyl peroxide
Methylisobutylketon Methyl isobutyl ketone
Ausbeute Säurezahlyield Acid number
Molekulargewicht Molecular weight
309 279309 279
1600 49,9 56,7 61,5 126,8 38,701600 49.9 56.7 61.5 126.8 38.70
294,9294.9
589,8589.8
. 6,48 40,0. 6.48 40.0
009Ö 11/1339009Ö 11/1339
lösungStarting
solution
teileBy weight
share
gesetzter/
InitiatorLater too
set /
initiator
teileWeight
share
teileWeight
share
(Styrol/Acrylsäure-Molverhältnis etwa 0,18 : 1 )(Styrene / acrylic acid molar ratio about 0.18: 1)
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 1500Molecular
weight 1500
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 1750Molecular
weight 1750
607,2607.2
3,873.87
30,030.0
3,863.86
494,6494.6
Fußnoten (a), (b), (c) und (d) siehe Tabelle II,For footnotes (a), (b), (c) and (d) see Table II,
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In den Beispielen 18, 19a und 19b wurden ein Vinyltoluol-Aorylsäure-Harz und zwei Styrol-ilethacrylsäure-Harze nach dem allgemeinen Verfahren Ton Beispiel 1 hergestellt« Die Ausgangslösung, die Beschickung, der später zugesetzte Initiator, die Ausbeute, Säurezahl und das Molekulargewicht der Harze sind in Tabelle II angegeben:In Examples 18, 19a and 19b, a vinyl toluene-aoryl acid resin was used and two styrene-methacrylic acid resins Prepared according to the general procedure Clay Example 1. The starting solution, the feed, the one added later Initiator, yield, acid number and molecular weight of the resins are given in Table II:
Tabelle IITable II
Ausgangs lösungInitial solution
Gewichts teileWeight parts
Beschickungfeed
Gewichtsteile Parts by weight
Später zu gesetzter InitiatorLater appointed initiator
Gewichtsteile Parts by weight
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht 2086Molecular
weight 2086
546,0546.0
3,63
16,4 3.63
16.4
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BAD ORSGJNALBAD ORSGJNAL
lösung
Gewichts
teileStarting
solution
Weight
share
Spater zii~
gesetzter
Beschickung Initiator
Gewichts- Gewichts- '
teile teile 15 70809
Later zii ~
set
Charging initiator
Weight- weight- '
share parts
gewicht 1700Molecular
weight 1700
ketonMethyl isobutyl
ketone
gewicht -Molecular
weight -
(a) Gewichtsteile(a) parts by weight
(b) Aktuelle (gemessene) Säurezahl, nicht theoretische Säurezahl(b) Current (measured) acid number, not theoretical acid number
(c) Reaktionstemperatur 160-20C(c) reaction temperature 160-2 0 C
(d) Azo-bis-isobuttersäurenitril von der E.I, duPont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware.(d) Azo-bis-isobutyric acid nitrile from E.I, duPont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware.
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Ein Harz aus 69 Mol-% Styrol und 31 MoI-^ Acrylsäure wurde nach Beispiel 1 hergestellte.Das Harz hatte die Säurezahl 174 und das ungefähre Molekulargewicht 1900 und war löslich in einer wäßrigen Lösung, die die für den Säuregehalt des Harzes äquivalente Menge ΝΗ,ΟΗ enthielteA resin made from 69 mol% styrene and 31 mol- ^ acrylic acid was prepared according to Example 1. The resin had an acid number of 174 and an approximate molecular weight of 1900 and was soluble in an aqueous solution containing the equivalent amount of ΝΗ, ΟΗ for the acid content of the resin
Zwei weitere Harze wurden hergestellt, wobei bestimmte in Beispiel 1 beschriebene Bedingungen modifiziert wurden und wobei die theoretische molare Säuremenge in dem Harz kleiner als bei dem oben beschriebenen Harz war«,Two other resins were made, with certain being The conditions described in Example 1 were modified and the theoretical molar amount of acid in the resin was smaller than with the resin described above «,
Ein Harz aus 80 Mol-$ Styrol und 20 Mo1-$ Acrylsäure wurde hergestellt, indem die Ausgangslösung der Monomeren innerhalb einer Stunde (gegenüber 2 Stunden in Beispiel 1) in den Reaktionskolben gegeben wurde, der das am Rückfluß siedende Methylisobutylketon enthielte Ferner wurde das Reaktionsprodukt nicht wie in Beispiel 1 eingedampft und isoliert, sondern mit Heptan ausgefällt. Das erhaltene Harz hatte eine Säurezahl von etwa 108 und ein Molekulargewicht von etwa 2240 und war nur teilweise löslich in einer wäßrigen Lösung, die die dem Säuregehalt des Harzes äquivalente Menge enthielteA resin made from 80 mol $ styrene and 20 mol $ acrylic acid was prepared by the starting solution of the monomers within one hour (compared to 2 hours in Example 1) was added to the reaction flask containing the refluxing methyl isobutyl ketone Reaction product not evaporated and isolated as in Example 1, but precipitated with heptane. The resin obtained had an acid number of about 108 and a molecular weight of about 2240 and was only partially soluble in an aqueous Solution containing the amount equivalent to the acid content of the resin
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Beispiel 20οExample 20ο
Ein weiteres Harz aus 71,5 Mol-# Styrol und 28,5 Acrylsäure wurde gemäß Beispiel 20b hergestellt, nur wurde der Ausgangslösung an Stelle von ca· 3 Mol-$ nur ca. 1 Mol-$ Benzoylperoxyd zugesetzt· Das erhaltene Harz hatte eine Säurezahl von etwa 151 und ein Molekulargewicht von etwa 3100 und war in einer wäßrigen Lösung, die die dem Säuregehalt des Harzes äquivalente Menge NH.OH enthielt, nur teilweise löslich.Another resin made from 71.5 mole # styrene and 28.5 Acrylic acid was prepared according to Example 20b, except that the starting solution was only about 1 mol $ instead of about 3 mols Benzoyl peroxide added · The resin obtained had an acid number of about 151 and a molecular weight of about 3100 and was only partially soluble in an aqueous solution which contained the amount of NH.OH equivalent to the acid content of the resin.
Ein Beispiel für eine Pußbogenüberzugsmasse, die ein erfindungsgemäßes Harz als Verlaufmittel, Emulgiermittel und Filmbildner enthielt, enthielt die folgenden Bestandteile: 12,5 Teile einer Harzauflösung eines Styrol-Acrylsäure-Harzes nach Beispiel 1; 65 Teile Polystyrolemulsion mit 14 i» Feststoff gehalt (Ubatol UL-2001 von der UBS Chemical Co., Cambridge, Mass.)j 10 Teile Polyäthylenwachsemulsion A-C Polyäthylen 629 mit 14 % Festsubstanz, hergestellt nach dem in A-C Polyethylene, überarbeitete Auflage, Allied Chemical Co,, Semet Solvay Division, New York, beschriebenen Verfahren; 1,0 Teil Tributoxyäthylphosphat und 0,9 Teile Benzoflex P-600 (Polyäthylenglykol 600 - Dibenzoat von der Tennessee Products & Chemical Corj/·, Nashville, Tenn.).An example of a butt sheet coating composition which contained a resin according to the invention as a leveling agent, emulsifier and film former contained the following components: 12.5 parts of a resin solution of a styrene-acrylic acid resin according to Example 1; 65 parts of polystyrene emulsion with 14 i 'solids content (Ubatol UL-2001 of the UBS Chemical Co., Cambridge, Mass.) J 10 parts Polyäthylenwachsemulsion AC Polyethylene 629 with 14% solids, prepared by the in AC polyethylenes, revised edition, Allied Chemical Co., Semet Solvay Division, New York; 1.0 part tributoxyethyl phosphate and 0.9 part Benzoflex P-600 (polyethylene glycol 600 - dibenzoate from Tennessee Products & Chemical Corporation, Nashville, Tenn.).
Wenn ähnliche Harze Metall enthaltenden,· wäßrigalkalischen Überzugsmassen zugesetzt werden, verbessern sie die Verlaufseigenschaften und das Filmbildungsvermögen derartiger Massen. : If similar resins are added to metal-containing, aqueous alkaline coating compositions, they improve the leveling properties and the film-forming properties of such compositions. :
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Ein Styrol-Acrylsäureharz gemäß Beispiel 1 mit einer Säurezahl von etwa 169, einem Molekulargewicht von etwa 2100 wurde in wäßrigem Ammoniak zu einer 20,8 $igen Lösung von etwa pH 9»0 aufgelöst. 96fO Teile dieser Auflösung wurden als Emulgiermittel für eine Emulsionspolymerisation verwendet· Die anderen Bestandteile waren 80 Teile Methylmethacrylat, 0,9 Teile (NH,)2S2OQ und 224,0 Teile entsalztes Wasser·A styrene-acrylic acid resin according to Example 1 with an acid number of about 169, a molecular weight of about 2100 was dissolved in aqueous ammonia to give a 20.8% solution of about pH 9-0. 96 parts of this resolution f O have been used as emulsifiers for an emulsion · The other ingredients were 80 parts of methyl methacrylate, 0.9 parts of (NH,) 2 S 2 O Q and 224.0 parts of deionized water ·
Es folgt nun ein Beispiel für die oben beschriebene f Aasführungsform. Die Harzauflösung und das entsalzte Wasser (weniger als 10 Teile entsalztes Wasser sind zur Auflösung des Initiators erforderlich) wurden in einen 1 Liter fassenden mit Stickstoff gefüllten Kolben gegeben, der mit mechanischem Rührer, Thermometer, Tropftrichter. Kühler und Stickstoffeinleitungsrohr versehen war. Während der Umsetzung wird ein positiver Stickstoffdruck aufrechterhalten· Das Gemisch wird unter Rühren auf etwa 500C erwärmt, und das Methylmethacrylat wird zugesetzt. Es wird weiter gerührt und auf etwa 750C erwärmt und die Initiatorlösung zugesetzt. Eine exotherme Reaktion setzt ein. Die Umse.tZungstemperatur wird etwa 2 Stunden zwischen etwa 75° und 850C gehalten und das Reaktionsgemisch dann abgekühlt· Die erhaltene feinteilige Emulsion wird dann mit Ammoniumhydroxyd auf etwa pH 9»O gebracht, und die kleine Menge Koagulat abfiltriert·An example of the form of implementation described above now follows. The resin dissolution and deionized water (less than 10 parts of deionized water are required to dissolve the initiator) were placed in a 1 liter nitrogen-filled flask fitted with a mechanical stirrer, thermometer, dropping funnel. Cooler and nitrogen inlet pipe was provided. A positive nitrogen pressure is maintained during the reaction. The mixture is heated to about 50 ° C. with stirring, and the methyl methacrylate is added. The stirring is continued and the temperature is raised to about 75 ° C. and the initiator solution is added. An exothermic reaction sets in. The Umse.tZungstemperatur is held for about 2 hours between about 75 ° and 85 0 C and then the reaction mixture cooled · The fine emulsion obtained is then reacted with ammonium hydroxide to about pH 9 »O, and filtered off the small amount of coagulum ·
Ein ähnliches Verfahren wird angewendet, um mit einem ähnlichen in Butylcellosolve hergestellten Harz eine Polystyrol emulsion herzustellen. Nach dem Filtrieren hat die erhal-A similar process is used to make a polystyrene with a similar resin made in butyl cellosolve to produce emulsion. After filtering, the
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tene Polystyrol emulsion einen pH-Wert von etwa 8,75 und wird # mit Ammoniumhydroxyd auf etwa pH 9,0 gebracht. Die optische Dichte des Emulsionspolymerisats bei einer Verdünnung von 1: 100 ist etwa 0,402. Die optische Dichte wird mit einem Spektrokolorimeter der Firma Bausch and Lomb Optical Co., Rochester, New York gemessen· Die Wellenlänge der Lichtquelle beträgt 500 mü.f tene polystyrene emulsion has a pH of about 8.75 and # is reacted with ammonium hydroxide to about pH 9.0. The optical density of the emulsion polymer at a dilution of 1: 100 is about 0.402. The optical density is measured with a spectrocolorimeter from Bausch and Lomb Optical Co., Rochester, New York. The wavelength of the light source is 500 mu. f
Der Einfluß des Molekulargewichts des Harzes auf die Teilchengröße eines Emulsionspolymerisats wurde beobachtet, indem verschiedene erfindungsgemäße Harze als Emulgiermittel bei der Emulsionspolymerisation von Methylmethacrylat verwendet wurden· Das Polymerisat wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 22 hergestellt. Erfindungsgemäße Styrol-Acrylsäureharze, die nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt worden waren, wurden als Emulgiermittel verwendet» Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:The influence of the molecular weight of the resin on the particle size of an emulsion polymer was observed, by using various resins of the present invention as emulsifying agents in the emulsion polymerization of methyl methacrylate The polymer was prepared by a similar procedure to Example 22. According to the invention Styrene-acrylic acid resins prepared by the procedure of Example 1 were used as emulsifiers » The following results were obtained:
Styrol-Acrylsäure-
harzesMolecular weight of the
Styrene acrylic acid
resin
der Polymerisat
emulsionOptical density v & /
the polymer
emulsion
±n gCoagulate
± n g
(a) Verfahren und Kolorimeter wie in Beispiel 22; die Verdünnung betrug aber 1:25·(a) Procedure and colorimeter as in Example 22; the dilution but was 1:25
(b) Eine Emulsion mit grober Teilchengröße enthielt ungefähr 5 # des Monomeren als Eoagulat·(b) A coarse particle size emulsion contained approximately 5 # of the monomer as eoagulate
640 009811/1399 640 009811/1399
Eine Reihe von Styrol-Acrylsäureharzen mit einem Molverhältnis von Styrol zu Acrylsäure von etwa 1:1 bis 2,3:1 wurde nach Beispiel 1 hergestellt« jedes Harz wurde mit etwa der stöchiometrischen Menge an wäßrigem Ammoniumhydroxyd aufgelöst und die Harzauflösung auf etwa pH 8,0 gebracht» Das mittlere Molekulargewicht und die Säurezahl dieser Harze und die Oberflächenspannung dieser Harzlösungen sind in Tabelle III angegebene Die Oberflächenspannung der Harzauflösungen wurde bei 20 io Fest stoff gehalt und 250C gemessene Da die Oberflächenspannung von Wasser bei 25 0 72,8 dyn/cm beträgt, ist die Wirkung der Harze auf die Oberflächenspannung des Wassers leicht zu erkennen«.A series of styrene-acrylic acid resins with a molar ratio of styrene to acrylic acid of about 1: 1 to 2.3: 1 were prepared according to Example 1. Each resin was dissolved with about the stoichiometric amount of aqueous ammonium hydroxide and the resin solution to about pH 8, "brought 0 the average molecular weight and the acid number of these resins and the surface tension of these resin solutions are shown in Table III indicated, the surface tension of the resin resolutions was content at 20 io solid and 25 0 C measured, since the surface tension of water at 25 0 72.8 dyn / cm, the effect of the resins on the surface tension of the water is easy to see «.
Mittleres Molverhältnis Molekular- . Styrol/Acrylgewicht säureAverage Molecular Ratio. Styrene / acrylic weight acid
Oberflächenspannung einer Säure- 20 folgen Harzauflösung zahl bei 25 0 in- dyn/cmSurface tension of an acid followed by resin dissolution number at 25 0 indynes / cm
0 09811/13990 09811/1399
Vier Harze aus 62 Mol-$ Styrol und 38 Μοί-^έ Acrylsäure
wurden mit verschiedenen ReaktionslöBungsmittelii und fcfi verschiedenen
Reaktionstemperaturen hergestellt, Der.lilifluS des
Reaktionslösungsmitteis, der Temperatur und eines Kettenüber»
tragungsmitteis, wie Laurylmercaptan auf das Molekulargewicht,
geht aus den in Tabelle IY zusammengestellten Ergebnissen
hervor,Four resins made from 62 mole styrene and 38 mole acrylic acid were prepared with different reaction solvents and different reaction temperatures IY compiled results
forth,
T a b e 1 1 e IVT a b e 1 1 e IV
lösungStarting
solution
gesetzter
InitiatorLater too
set
initiator
teileWeight—
share
teileWeight
share
teileWeight
share
gewicht 1000Molecular
weight 1000
Säurezahl^ 207Yield ^ 318.0
Acid number ^ 207
lösung
Gewichtε
ι eileStarting
solution
Weight ε
ι hurry
Grewichts-
teilefeed
Weight
share
gesetzter
Initiator
Gewichts
teileLater too
set
initiator
Weight
share
gewicht 700Molecular
weight 700
ketonM ethyl isobutyl
ketone
gewicht 1620Molecular
weight 1620
Polymerisation "bei etwa 115 CPolymerization "at about 115 ° C
(a) Gewichtsteile(a) parts by weight
(b) Gemessene Säurezahl(b) Measured acid number
(c) Kettenübertragungsmittel(c) chain transfer agent
00981 1 /139900981 1/1399
• BAD ORIGINAL• ORIGINAL BATHROOM
Das folgende Beispiel beschreibt die Herstellung eines Styrol-Methacrylsäure-Harzes durch ansatzweise lösungspolymerisation. Die Ausgangslösung, Beschickung, Ausbeute und Säurezahl des Harzes sind angegeben.The following example describes the preparation of a styrene-methacrylic acid resin by batch solution polymerization. The starting solution, charge, yield and acid number of the resin are given.
Der Ansatz wurde unter Stickstoff auf 90 C erwärmt. Dann wurde die gesamte Ausgangslösung zugesetzt. Das Gemisch wurde dann bei 1080G 3 Stunden reagieren gelassen. Danach wurde der größte Teil des Lösungsmittels abdestilliert und das Harz ausgefällt. Das Harz wurde mit Heptan gewaschen und anschließend im Vakuum getrocknet. 50 Teile des erhaltenen Harzes wurden bei 5O0C etwa 1 Stunde mit 10,4 Teilen konzentriertem NH4OH und 190 Teilen entsalztem Wasser gerührt. Eine milchig aussehende Dispersion wurde erhalten, die sich auch mit Filtrierhilfsmitteln nicht klar filtrieren ließ.The batch was heated to 90 ° C. under nitrogen. Then all of the starting solution was added. The mixture was then allowed to react at 108 ° G for 3 hours. Most of the solvent was then distilled off and the resin was precipitated. The resin was washed with heptane and then dried in vacuo. 50 parts of the resin obtained were stirred for 4 OH and 190 parts of deionized water at 5O 0 C for about 1 hour with 10.4 parts of concentrated NH. A milky-looking dispersion was obtained which could not be filtered until clear, even with filter aids.
• *• *
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Durchfüh*-The invention is not limited to the described implementation.
0098 11/13990098 11/1399
rungsformen beschränkt. ^ ^ limited forms. ^^
- Patentansprüche -- patent claims -
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