DE1694461C2 - Verfahren zur herstellung von stabilen dispersionen - Google Patents
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Description
30
Anspruch 2 der deutschen Patentschrift 15 95 826 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion von Teilchen aus einem synthetischen Polymer,
das sich von ein oder mehreren äthylenisch ungesättigten Monomeren ableitet, in einer inerten organischen
Flüssigkeit, in welcher das Polymer unlöslich ist, durch
Polymerisation des in der organischen Flüssigkeit gelösten Monomers in Gegenwart eines in der organischen
Flüssigkeit gelösten polymeren Stabilisators, wobei das Kennzeichen darin liegt, daß der Stabilisator eine polymere Kette, die durch die organische Flüssigkeit solvatisiert wird, aufweist, und die polymere Kette oder mehrere saure oder basische Gruppen trägt, und daß minde-
stens ein Teil des Monomers basische bzw, saure Gruppen trägt, die mit den Gruppen am Stabilisator unter
den Polymerisationbedingungen in Wechselwirkung treten, so daß der Stabilisator an die gebildeten Polymerteilchen gebunden wird, wodurch rund um die Teil-
chen eine stabilisierte sterische Hülle von mindestens 12 A Dicke geschaffen wird. Es wurde nun gefunden,
daß dasselbe Prinzip der Anknüpfung des Stabilisators an den dispergierten Teilchen auch auf bereits hergestellte polymere Teilchen angewendete werden kann.
Demgemäß ist Gegenstand dieser Erfindung eine Ab* Wandlung des Verfahrens vom Patentanspruch 2 der
deutschen Patentschrift 15 95 826, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Teilchen aus einem synthetischen Polymer vorher hergestellt und dann erst mit dem
in der organischen Flüssigkeit gelösten polymeren Stabilisator zusammengebracht werden.
Die allgemeinen Prinzipien über Dispersionen von polymeren Teilchen in einer organischen Flüssigkeit gemäß der Erfindung des Hauptpatents gelten auch für die
vorliegende Erfindung. Die Stabilisierungsmittel, die Polymere und die organischen Flüssigkeiten sind ebenfalls
die gleichen.
Polymerteilchen mit geeigneten polaren Gruppen können durch Polymerisation in Masse von geeigneten
Monomeren mit anschließender Zerkleinerung, z.B. durch Mahlen, oder durch Lösungspolymerisation mit
anschließender Fällung erzeugt werden. Vorzugsweise werden die 30 erhaltenen Teilchen zur Verbesserung
der Rheologie der herzustellenden Dispersion durch eine Wärmebehandlung in einem gasförmigen Medium,
z. B. durch Flammspritzen, annähernd kugelförmig gemacht.
Geeignete Polymerteilchen können aber auch durch Emulsionspolymerisation in einem wäßrigen Medium
hergestellt werden. Außer der Möglichkeit der Einführung von geeigneten polaren Gruppen in die Polymerteilchen durch Polymerisation eines entsprechenden
Monomers oder Comonomers kann die Tatsache ausgenutzt werden, daß in den meisten Fällen die Polymerteilchen, die durch wäßrige Emulsionspolymerisation erzeugt werden, ohnehin stabil angebundene polare Gruppen aufweisen, und zwar infoige der Anwendung eines
ionischen Stabilisiermittels für die Emulsion bei der Polymerisation, da ein solches Stabilisiermittel an einer
Kettenübertragungsreaktion mit dem Monomer im Laufe der Polymerisation teilnehmen kann. Als Beispiele dafür kann man Salze von Sulfosäuren, die von Salzen
von Alkylarylsulfonsäuren stammen, Salze von Sulfathalbestern, die von Salzen von Alkylsulfaten stammen,
Salze von Teilestern der Phosphorsäure, die von Salzen von Teilalkylphosphaten stammen, Salze von Carbonsäure, die von Salzen von langkettigen Fettsäuren
stammt, Salze von Basen, die von Salzen von langkettigen Basen stammen, oder Salze von quartären Basen,
die von Alkylpyridiniumsalzen stammen erwähnen.
Wenn z. B. Salze von sulfuriertem Rizinusöl, Salze
von Oleylsäurephosphat und ähnliche oberflächenaktive Mittel als Stabilisiermittel bei Emulsionspolymerisationen verwendet werden, so werden im Laufe der Polymerisation Polymerketten darauf gepfropft werden, so
daß solche Mittel zu einem Teil der entstehenden Polymerteilchen werden. Die Salze selbst können als polare
Gruppe für die spezifische Wechselwirkung verwendet werden, oder aber sie können zuerst in die freie Säure
bzw. Base umgesetzt werden, die dann als polare Gruppe dienen kann.
Nach einer anderen Möglichkeit kann ein Emulsionsstabilisiermittel, das polare Gruppen enthält, an die Polymerteilchen während der wäßrigen Emulsionspolymerisation stabil angebunden werden, wenn das Stabilisiermittel ungesättigte Gruppen enthält, die mit dem Monomer copolymerisieren können. Beispiele hierfür sind
Salze von copolymerisierbaren ungesättigten Säuren oder Basen, wie z. B. Salze von Vinylsulfosäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure und
Maleinsäurehalbester oder Salze von tertiären oder quartären ungesättigten Basen, wie z. B. Vinylpyridin
und Diaikylaminoalkylacrylate und -methacrylate.
Als sine weitere Möglichkeit können in den dispergierten Polymerteilchen enthaltene polare Gruppen, die
von dem für die wäßrige Emulsionspolymerisation verwendeten Initiator stammen, herangezogen werden.
Diese Quelle der polaren Gruppen ist besonders günstig, wenn das zu polymerisierende Monomer nicht
leicht an einer Kettenübertragungsreaktion teilnimmt. In solchen Fällen enthalten die meisten Polymerketten
in den Teilchen solche polare Gruppen, z. B. Sulfatgruppen von einem Ammonium- oder Kaliumpersulfat-Initiator und Carboxylgruppen von einem 4,4-Azobis-cyanovaleriansäure-lnitiator.
Jn anderen Fäller wenn die Polymertefleben keine
geeigneten stabil angebundenen polaren Gruppen aufweisen, können geeignete polare Gruppen an die dispergierten
Polymerteilchen in einer wäßrigen Phase angelagert werden, gleichgültig, ob die PolymerteUchen
durch Zerkleinerung, Fällung des Polymers oder durch wäßrige Emulsionspolymerisation erzeugt wurden. Diese
Anlagerung kann z. B, durch Sulfatierung von Hydroxylgruppen
oder Sulfurierung von Arylpolymerketten in der Oberfläche der Polymerteilchen oder z. B. in
einem nichtionischen Stabilisiermittel, das infolge einer Kettenübertragungsreaktion während einer wäßrigen
Emulsionspolymerisation an die Polymerteilchen gebunden wurde, erfolgen.
Die Dispersionen des Polymers in der organischen is
Flüssigkeit können durch »Einspülen« der Teilchen aus dem die polaren Gruppen enthaltenden Polymer in die
organische Flüssigkeit aus einer wäßrigen Phase erhalten werden. In diesem Fall darf die organische Flüssigkeii
nicht mischbarst Wasser sein. Ionisch stabilisierte Polymerteilchen können aus einer wäßrigen Phase, in
welcher sie stabil dispergiert sind, dadurch »ausgespült« werden, daß das wasserlösliche Gegenion durch eine
Verbindung versetzt wird, die ein ähnliches Gegenion enthält, jedoch in der organischen Flüssigkeit, in welche
die Teilchen übertragen werden sollten, loslich ist
Es ist auch möglich, die die polaren Gruppen enthaltenden Teilchen aus polymerem Stoff, wenn sie als eine
Dispersion in einem wäßrigen Medium erhalten werden, zunächst zu trocknen, z. B. durch Zerstäubungstrocknung
oder auf Trockecblechen oder durch Ausflockung mit anschließender Filtration und Trocknung, und dann
in der ein geeignetes Stabilisierrcittel enthaltenden organischen
Flüssigkeit wieder dispergieren zu lassen. In solchen Fällen darf die Trocknung kein Sintern der polymeren
Teilchen hervorrufen.
Es ist bei wäßrigen Dispersionen möglich, daß die polaren Gruppen sich mit Gegenionen assoziieren oder
von diesen neutralisiert werden, wobei solche Gegenionen in der organischen Dispersion unerwünscht sein
können. Wenn z. B. metallische Gegenionen in die organische Flüssigkeit mit übertragen werden, können sie
die aus der organischen Dispersion gebildeten Filme wasserempfindlich machen oder die gewünschte spezifische
Wechselwirkung, durch welche das Stabilisiermittel an die Teilchen in der organischen Flüssigkeit gebunden
werden sollen, stören. Die übertragenen Menge solcher Gegenionen kann durch Modifikation der wäßrigen
Dispersion verringert werden, z. B. durch Ansäuern oder Alkalisieren oder durch Ersatz durch ein geeignetes
flüchtiges Gegenion, wie z. B. ein wasserlösliches Amin oder Ammoniak, wobei unerwünschte Gegenionen
aus der wäßrigen Phase entfernt werden können. Vorzugsweise besteht diese Modifikation in dem Ersatz
des Gegenions durch das Stabilisiermittet für die organisehe
Dispersion. So kann z. B. das Natriumsalz einer Sulfosäure, das zur Stabilisierung der Dispersion in der
wäßrigen Phase verwendet wird, in das Salz eines langkettigen Fettamins umgesetzt werden, wobei die lange
Kette desselben von nichtpolaren organischen Flüssig* so keiten solvatisiert werden kann.
Auch können die lonenpaare, die in polymeren Teilchen
auftreten, welche ohne eine solche Modifikation getrocknet werden, herangezogen werden. Solche Ionenpaare
kommen z. B. in Metallsalzen und Zwitterio- es nen, z. B. den Zwitterionen in Sulfobetainen, vor. Wie in
der früheren DE-PS 15 95 826 erklärt, kann der in solchen lonenpaaren vorkommende Dipol dazu ausgenutzt
werden, daß ein ein lonenpaar enthaltendes Stabilisiermittel
durch spezifische Wechselwirkung an eine Kette angebunden wird, die von der organischen Flüssigkeit,
in welcher die trockenen Teilchen dispergiert werden sollen, solvafisierbar ist Eine ähnliche Wechselwirkung
kann zwischen einem Ionenpaar im Polymer und einer starke sauren oder basischen Gruppe im Stabilisiermittel,
z. B. einer Sulfosäure- odfir Amingruppe, stattfimlen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei alle Mengenangaben
auf das Gewicht bezogen sind.
Es wurden 300 Teile einer 3%igen Lösung eines Copolymers
aus Stearylmethacrylat und Dimethylaminoäthylmethacrylat (wie in Beispiel 6 der vorerwähnten
DE-PS 15 95 826 dargestellt) in Testbenzhi {ein Gemisch
aus aliphatischem Kohlenwasserstoff mit einem Siedebereich von 150-2000C) mit 300 Teilen einer
50%igen Dispersion von Polyvinylchlorid in Wasser (nach einem herkömmlichen Emulsionspolymerisationsverfahren
unter Anwendung von Ammoniumpersulfat als Initiator und sulftiriertem Rizinusöl, als oberflächenaktivem
Mitte! dargestellt) vermischt Dann wurden 45 Teile Natriumchlorid hiciugegeben und die Mischung
wurde mit verdünnter wäßriger Salzsäurelösung auf einen pH-Wert von 2 eingestellt Die Mischung wurde
dann durch entkörnte Rohbaumwolle gefiltert, um »Stückchen« zu entfernen. Beim Stehenlassen trennte
sich das Filtrat in eine klare wäßrige Schicht, und eine
Schicht aus Testbenzin, die stabil dispergierte Teilchen von Polyvinylchlorid enthielt Die untere klare wäßrige
Schicht wurde außer acht gelassen, und die Dispersion von Polyvinylchlorid in Tesibenzin wurde dadurch getrocknet,
daß 100 Teile Hexan hinzugegeben wurden und die Mischung einer azeotropen Destillation unterworfen
wurde, worauf das Hexan abdestiJ'iert wurde.
Eine Lösung von 100 Teilen einer l%igen Lösung von einem Copolymer aus Stearylmethacrylat und Dimethylaminoäthylmethacrylat
in Testbenzin (wie bei Beispiel 1) wurde mit 100 Teilen einer 10%igen Dispersion
von Polymethylmethacrylat in Wasser (die unter Anwendung von Ammoniumpersulfat als Initiator dargestellt
wurde) vermischt Die Mischung wurde gerührt und auf 45°C erwärmt Dann wurden 10 Teile Natriumchlorid
hinzugegeben, und das Gemisch wurde durch entkörnte Rohbaumwolle gefiltert Die im Filtrat entstehende
untere wäßrige Schicht wurde außer acht gelassen, und die obere Schicht, eine Dispersion von Polymethylmethacrylat
in Testbenzin, wurde wie bei Beispiel 1 getrocknet, mit der Abweichung, daß anstatt Hexan ein
aliphatischer Kohlenwasserstoff mit dem Siedebereich 70 bis 85° C verwendet wurde.
Die wäßrige Dispersion von Polyvinylchlorid, die in Beispiel 1 beschrieben ist, wurde mit dem Zerstäubungstrockner
getrocknet. Dann wurden 100 Teile des Trokkenpulvers und 65 Teile einer 7,5%igen Lösung des in
Beispiel I beschriebenen Acrylcopolymefs in Testbenzin
18 Stunden in der Kugelmühle vermischt. Die entstehende Polymerdispersion hatte eine Viskosität von
0,6 P.
B e i ε ρ ί e 1 4
Die wäßrige Dispersion von Polyvinylchlorid, die in
Beispiel 1 beschrieben ist, wurde mit einem Ionenaustauschharz angesäuert und dann auf Trockenblechen
getrocknet Dann wurden 100 Teile des Trockenpulvers und 70 Teile einer 7,5%igen Lösung des in Beispiel 1
beschriebenen Acrylcopolymers in Testbenzin 18 Stunden in der Kugelmühle vermischt Die entstehende Polymerdispersion hatte eine Viskosität von 0,9 P.
Es wurden 100 Teile des in Beispiel 4 beschriebenen Trockenpolymerpulvers, 100 Teile Testbenzin und 5
Teile N.N-Dimethyloctadecylamin miteinander 18 Stunden in der Kugelmühle vermischt Die entstehende Polymerdispersion war thixotrop, hatte aber beim Scheren
eine Viskosität von 0,6 P.
Es wurden 100 Teile des in Beispiel 3 beschriebenen Trockenpolymerpulvers, 100 Teile Testbenzin und 5
Teile N.N-Dimethyloctadecylamin miteinander 18 Stunden in der Kugelmühle vermischt Die entstehende Polymerdispersion hatte eine Viskosität von 0,25 P.
Ein Stabilisiermittel zur Anwendung in polaren organischen Flüssigkeiten wurde durch Copolymerisation
von Methylmethacrylat Äthylacrylat und Dimethylaminoäthylmethacryiat (im Verhältnis 85 :10 :5) und Reaktion desselben für 1 Stunde bei 80 bis JOO0C Moläquivalent Propansulton dargestellt
Das so erhaltene Stabilisiermittel wurde bei der Dispersion von den in der 1. Spalte angegebenen Polymeren in der in der 2. Spalte angegebenen organischen
Flüssigkeit jeweils in einer Menge von 5% der Polymerteilchen verwendet Alle Polymere gemäß Spalte 1 sind
im Handel als Polymerteilchen erhältlich, wobei die Teilchen polare Gruppen tragen, die von dem bei ihrer
Herstellung in einem wäßrigen Medium angewandten oberflächenaktiven Mittel stammen.
(1)
(2)
Polyvinylfluorid
Polyäthylen
Polyvinylidenfluorid
Polyvinylidenfluorid
Isophoron Butylacetat
^-Äthoxyäthylmethacrylat Isophoron
angewandten oberflächenaktiven Mittel stammende polare Gruppen tragen,
Es wurden 100 Teile eines im Handel erhältlichen Polyvinylchloridpulvers (dessen Teilchen polare Gruppen tragen, die von dem bei ihrer Herstellung in einem
wäßrigen Medium angewandten oberflächenaktiven ίο Mittel stammen) 18 Stunden mit einer Lösung von 5
Teilen eines Dispergiermittels in 55 Teilen aliphatischen Kohlenwasserstoffs (Sdp. 170-2190C) in der Kugelmühle vermischt Die folgenden Stabilisiermittel ergaben flüssige Dispersionen:
Ein Stabilisiermittel zur Anwendung in mäßig polaren organischen Flüssigkeiten wurde durch Copolymerisation von ^-Äthoxyathylmethacrylat, Äthylacrylat und
Dimethylaminoäthylmethacrylat (Im Verhältnis
85 :10 :5) und Reaktion desselben mit Propansulton wie
bei Beispiel 7 dargestellt. Dieses Stabilisiermittel wurde zur Herstellung von flüssigen Dispersionen von Polyvinylchloridteilcheii in Diisodecylphthalat mit hohitn
Feststoffgehalt angewandt. Dieses Polymer ist wiederum im Handel als Polymerteilchen erhältlich, die von
dem bei ihrer Herstellung in einem wäßrigen Medium
a) Copolymer aus Laurylmethacrylat/Dimethylaminoäthylmethacrylat (97:3), das mit Propansulton zur Reaktion gebracht wurde.
b) Copolymer aus Laurylmethacrylat/Dimethylammoäthylmethacrylat (97 · 3), das mit Äthyl-
bromid zur Reaktion gebracm wurde.
c) Copolymer aus Laurylmethacrylat/Dimethylaminaäthylmethacrylat (97 :3), das mit Dimethylsulfat zur Reaktion gebracht wurde.
d) Copolymer aus Lanrylmethacrylat/ Dimethylaminoäthylmethacrylat (97 :3).
e) Copolymer aus Stearylmethacrylat/ Dimethylaminoäthylmethacrylat (50:50).
f) Copolymer aus Stearylmethacrylat/Äthylacrylat/Dimethylaminoäthylmethacrylat (50 :45 :5).
g) Copolymer aus Stearylmethacrylat/Methylmethacrylat/Dimethylaminoäthylmethacrylat
(50:45:5).
h) Copolymer aus Stearylmethacrylat/Äthylacrylat/Dimethylaminoäthylmethacrylat (50 :45 :5),
das mit Propansulton zur Reaktion gebracht wurde,
i) Copolymer aus Stearylmethacrylat/Methylmethacrylat/Dimethylaminoäthylmethacrylat
(50 :45 :5), das mit Propansulton zur Reaktion gebracht wurde.
i) Copolymer aus Poly-12-hydroxystearinsäure
(ΚίΝ=· 1800), das mit einem Copolymer aus GIy-
cidylmethacrylat/Äthylacrylat/Dimethylamino-
äthylrnethacrylat (50 :45 :5) zur Reaktion gebracht
wurde, das mit Propansulton zur Reaktion gebracht
wurde.
k) Copolymer unter j), das mit Dimethylsulfat zur Reaktion gebracht wurde.
1) Poly-12-hydroxystearinsäure (WIn - 1800), die mit
so Dimethylaminoäthanol (Mol auf Mol) kondensiert
und dann mit 1 Moläquivalent Propansulton zur
m> Natriumsalz eines Copolymers aus Laurylmeth
acryltit/Methacrylsäure (97 :3).
n) Copolymer aus Laurylmethacrylft/Glycidylmethacrylat (97 :3), das mit 1 Moläquivalent Schwefelsäure zur Reaktion gebracht wurde,
o) Copolymer aus Laurylmethacrylat/Glycidylmethacrylat (9Γ : 3), das mit 1 Moläquivalent Phosphorsäure zur Reaktion gebracht wurde,
p) Natriumsalz des Copolymers unter n).
q) Kaliumsalz des Copolymers unter o).
wurde während 2 Stunden zu einer unter Rückfluß ge-
kochten Mischung aus 109,5 Teilen aliphatischen Kohlenwasserstoffs (Sdp. 100-120° C) und 72,75 Teilen aliphatischen Kohlenwasserstoffs (Sdp. 70-90"C) zugesetzt. Die Mischung wurde noch 12 Stunden unter Rückfluß gekocht, bis ein nichtflüchtiger Gehalt von 33%
erzielt wurde. Dann wurden 50 Teile der Copolymerlösung mit 0,4 Teilen Propansulton vermengt, und diese
Mischung wurde 1 Stunde unter RückfluB gekocht und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
der zufällig geordneten Copolymer-Stabilisiermittel,
z. B. a) bis i) und m) bis q) der obigen Aufstellung.
butyronitril und 320 Teilen eines Selbstesters von
12-Hydroxystearinsäure (Mn = 1800), die mit Glycidyl
methacryiat zur Reaktion gebracht wurde, um eine end-
ständiee coDolvmerisierbare ungesättigte Gruppe zu
schaffen, wurde während 4 Stunden zu einer unter RückfluB gekochtem Mischung aus 182,5 Teilen Äthylacetat
und 66 Teilen Butylacetat zugegeben. Diese Mischung wurde noch 16 Stunden unter RückfluB gekocht, bis ein
nichtflüchtiger Gehalt von 46,5% erzielt wurde. Dann wurden 13,25 Teilen Propansulton der Copolymermischung zugegeben, die dann I Stunde unter RückfluB
gekocht wurde.
ίο Beispiel 10
Die Stabilisiermittel gemäß Beispiel 9 können zur Herstellung von flüssigen Dispersionen von den verschiedensten Polymeren in Form von Teilchen herangezogen werden. Mit dem Stabilisiermittel j) sind Disper
sionen von den folgenden Polymerpulvern in aliphatischem Kohlenwasserstoff (Sdp. 170-210° C) hergestellt
worden, die flüchtig sind und einen hohen Feststoffgehalt aufweisen.
Polymer | polare Gruppe | |
a) | Polyvinylidenfluorid | vom oberflächenaktiven Mittel |
b) | Polymethylmethacrylat | vom oberflächenaktiven Mittel |
+ Estercarbonyl-Dipol | ||
c) | Polyacrylnitril | vom oberflächenaktiven Mittel |
+ Nitril-Dipol | ||
d) | Polystyrol | vom oberflächtnaktiven Mittel |
e) | Polyvinylacetat | vom oberflächenaktiven Mittel |
+ Estercarbonyl-Dipol | ||
0 | Polyvinylchlorid/ | vom oberflächenaktiven Mittel |
Vinylacetat/Maleinsäure) | + Carboxyl-Dipol | |
87 : 12:1 | ||
g) | Polyvinylfluorid | vom oberflächenaktiven Mittel |
h) | Polytetrafluorethylen | vom oberflächenaktiven Mittel |
i) | Polyäthylen | vom oberflächenaktiven Mittel |
j) | Nylon | vom oberflächenaktiven Mittel |
k) Hochmolekulares Polymer
von Äthylenterephthalat
I) Chloriertes Gummi
+ Amid-Dipole
vom oberflächenaktiven Mittel
+ Estercarbonyl-Dipol
vom oberflächenaktiven Mittel
Claims (1)
- Patentanspruch:Abänderung des Verfahrens zur Herstellung einer stabilen Dispersion von Teilchen aus einem synthetisehen Polymer, das sich von ein oder mehreren äthylenisch ungesättigten Monomeren ableitet, in einer inerten organischen Flüssigkeit, in welcher das Polymer unlöslich ist, durch Polymerisation des in der organischen Flüssigkeit gelösten Monomers in Gegenwart eines in der organischen Flüssigkeit gelösten polymeren Stabilisators, wobei der Stabilisator eine polymere Kette, die durch die organische Flüssigkeit solvatisiert wird, aufweist, und die polymere Kette ein oder mehrere saure oder basische Grup- ts pen trägt, und wobei mindestens ein Teil des Monomers basische bzw. saure Gruppen trägt, die mit den Gruppen am Stabilisator unter den Polymerisationsbedingungen in Wechselwirkung treten, so daß der Stabilisator an die gebildeten Polymerteilchen gebunden wird, wodurch rund um die Teilchen eine stabilisierte sterische Hülle von mindestens 12 A Dicke geschaffen wird, gemäß Patent 15 95 826, d a -durch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus einem synthetischen Polymer vorher hergestellt und dann erst mit dem in der organischen Flüssigkeit gelösten polymeren Stabilisator zusammengebracht werden.
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