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Verfahren zur Herstellung von poromeren Materialien Zusatz zu Patent
. ... ... (Patentanmeldung B 93 622 IVd/39c -O. Z. 24 984).
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Gegenstand der Patentanmeldung B 93 622 IVd39c (O.Z. 24 984) ist ein
Verfahren zur Herstellung von Polymerisaten mit faserförmiger Struktur durch Polymerisation
von, olefinisch ungesEttigten Monomeren in erstarrten Lösungen unter Bestrahlen,
bei dem man Lösungen von Monomeren mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen
oder von Gemischen aus diesen Monomeren und monoolefinisch ungesättigten Monomeren5
die mindestens 0,5 Gew. an Monomeren mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen
enthalten, ganz oder teilweise kristallin erstarren läßt, die erstarrte Masse bestrahlt
und die Lösungsmittel abtrennt. Bei diesem älteren Verfahren werden Lösungen von
Monomeren verwendete die beim Abkühlen kristallin erstarren. Als Lösungsmittel kommen
vor allem solche in Frage, die im Bereich von +100 bis -100°C, vorzugsweise von
+25 0C bis -25°C kristallin erstarren5 wie'Essigsäure, Dioxan, Trioxan, Benzol und
in manchen Fällen Wasser. Die Anwendbarkeit von Wasser ist bei diesem älteren Verfahren
durch die geringe Auswahl an wasserlöslichen äthylenisch ungesättigten Monomeren
und an wasserlöslichen Fotoinitiatoren beschränkt.
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In Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung von Polymerisaten
mit faserförmiger Struktur durch Polymerisation von ganz oder teilweise kristallin
erstarrten Lösungen von Monomeren mit mindestens eei polymerisierbaren Doppelbindungen
oder von Gemischen aus diesen Monomeren und monoolefinisch ungesättigten Monomeren5
die mindestens 0,5 Gew. % an Monomeren mit mindestens zwei polymerisierbaren Doppelbindungen
enthalten und Abtrennen der Lösungsmittel nach Patent . ... ... (Patentanmeldung
B 93 622 IVd/39c - O.Z. 24 984) wurde nun gefunden, daß man mit Vorteil anstelle
von Monomeren-Lösungen wäßrige Emulsionen oder Dispersionen der Monomeren oder Gemische
von wäßrigen Emulsionen oder Dispersionen der Monomeren mit wäßrigen Lösungen verwenden
kann. Hinsichtlich der verwendeten ein- oder mehrfach olefinisch ungesättigten Monomeren,
Temperaturen und der zum Bestrahlen verwendeten Strahlungsquellen gelten praktisch
dieselben Gesichtspunkte, wie für das Verfahren der Stammanmeldung B 93 622 IVd/
39c (O.Z. 24 984).
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Die Sensibilisatoren bzw. Fotoinitiatoren können bei dem Verfahren
z. B. in Form ihrer wäßrigen Lösungen, Emulsionen oder Dispersionen und/oder gelöst
in den Monomeren eingesetzt werden, wobei die gleichen Mengen und Stoffe, wie bei
dem Verfahren der Stammanmeldung B 93 622 IVd/39c (O.Z. 24 984) sowie übliche anorganische
Fotoinitiatoren verwendet werden können.
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Bei dem neuen Verfahren können mit Vorteil als mehrfach äthylenisch
ungesättigte Monomere auch sogenannte ungesättigte Polyester mit mindestens 2 polymerisierbaren
Doppelbindungen verwendet werden.
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Als ungesättigte Polyester kommen allgemein solche in Frage, wie sie
als Komponenten für die Herstellung der sogenannten ungesättigten Polyesterharze
üblich und z. B. in dem Buch von P.
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Selden,"GlasfaserverstErkte Kunststoffe" (Springer-Verlag, 1967),
Seiten 8 bis 1S, beschrieben sind. Sie haben im allgemeinen Kettenmoleküle mit wiederkettenden
Estergruppen, mindestens 2 polymerisierbare olefinische Doppelbindungen und Molekulargewichte,
die meist über 500, häufig zwischen 500 und 5 000 oder in manchen Fällen darüber,
z.B. bei 8 000 liegen. Zu ihrer Herstellung, die z.B. in dem zuvor angegebenen Buch
vorn P. Selden, Seiten 16 bis 18,-beschrieben ist, werden im allgemeinen äquivalente
oder nahezu äquivalente Mengen an aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen
Dicarbonsäuren, insbesondere an in «, ß-Stellung äthylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren,
die meist 4 bis 6 C-Atome enthalten, oder deren Anhydride mit Diolen, insbesondere
mit aliphatischen, cycloaliphatischen oder araliphatischen Diolen, die im allgemeinen
2 bis 22, insbesondere 2 bis 12 C-Atome und gegebenenfalls Athersauerstoffatome,
enthalten, polykondensiert. Die ungesättigten Polyester können auch in untergeordneten
Mengen, z. B. in Anteilen von 1 bis 20 % ihres Gewichtes, zusätzlich ein-, drei-
oder höherwertige Carbonsäuren und/oder ein-, drei-oder höherwertige Alkohole in
Ublicher Weise einkondensiert enthalten. Die Säurezahlen der ungesättigten Polyester
liegen im allgemeinen zwischen 5 und 100, vorzugsweise zwischen 20 und 60, gemessen
nach DIN 53 402.
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Geeignete ungesättigte Polyester sind beispielsweise solche aus Alkandiolen,
wie Äthylenglykol, Propylenglykol, Butandiol-
1,4, Alkendiolen,
wie Buten-2-diol-1, 4, Buten-3-diol-1, 2, Äthersäuerstoffatome enthaltenden Alkandiolen,
wie Diäthylenglykol und Triäthylenglykol und/oder ferner Neopentylglykol und in
o(>ß-Stellung äthylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren, wie besonders Maleinsäure,
sowie ferner Fumarsäure, Itaconsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure, Dihydromuconsäure,
K-MethylenglutarsSure und Endomethylentetrahydrophthalsäure. Derartige ungesättigte
Dicarbonsäuren werden mit Vorteil im Gemisch Dicarbonsäuren, die keine copolymerisierbaren
Doppelbindungen enthalten, wie Phthalsäure, Dihydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäure
und Adipinsäure, eingesetzt.
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Die Emulsionen bzw. Dispersionen der Monomeren können in üblicher
Weise unter Verwendung der üblichen Emulgiermittel und gegebenenfalls Schutzkolloide
hergestellt sein. Derartige Emulgatoren sind z.B. in Houben Weyl, "Methoden der
organischen Chemie, Band XIV/1, Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart,
1961, besonders Seiten 192 bis 208, ausführlich beschrieben. Geeignet sind beispielsweise
anionische Emulgatoren, wie die Alkalisalze von Fettsäuren, Alkalisalze von sauren
Fettalkoholschazefelsäureestern, wie besonders Natriumlaurylsulfat, Alkali- und
Ammoniumsalze von Alkyl- und Alkylacrylsulfonsäuren, Salze von Fettsäurekondensationsprodukten
mit Oxyalkylcarbonsäuren, Aminoalkylcarbonsäuren und besonders Alkalisalze von sulfonierten
Athylenoxydaddukten an Fettalkohole oder Alkylphenole, die 5 bis 30, insbesondere
8 bis 20, Xthylenoxydreste enthalten sowie kationische Emulgatoren, wie Salze aus
Alkylaminen, Aryl-, Alkylaryl- oder Harzaminen und
und Salze quartärer
Ammoniumverbindungen, wie N-Dodecyl-N-trimethylammoniumchlorid. Außerdem können
nichtionische Emulgiermittel verwendet werden, z.B. die Umsetzungsprodukte von Alkyloxiden,
wie besonders Athylenoxid, mit Fettalkoholen oder Alkylphenolen, deren Alkylgruppen
vorzugsweise 8 bis 12 Kohlenstoffatome aufweisen. Bei dem Verfahren können auch
Emulgatorgemische, beispielsweise aus nichtionischen Emulgatoren und anionischen
Emulgatoren, benutzt werden. Der Gehalt an Emulgatoren der genannten Art liegt im
allgemeinen zwischen 0,01 und 10 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmonomerenmenge, vorzugsweise
zwischen 0>1 und 3 Gew. %. In besonderen Fällen kann auch ohne Emulgatorzusatz
gearbeitet werden Die Menge an emulgierten bzw. dispergierten Monomeren liegt im
allgemeinen zwischen 0,1 und 10, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 Gew.%, bezogen
auf die wäßrige Monomeren-Emulsion bzw. -Dispersion.
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Bei der vorliegenden Weiterentwicklung des Verfahrens zur Herstellung
poromerer Materialien können die Monomeren-Emulsionen bzw. -Dispersionen auch in
Wasser gelöste oder dispergierte hochmolekulare Stoffe enthalten.
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Als hochpolymere Kunststoffe, die meist Molekulargewichte über 10
000 haben, kommen alle synthetischen Hochpolymeren in Frage, wie sie nach dem üblichen
Polymerisations- und Polykondensationsverfahren hergestellt werden können, soweit
sie in Wasser löslich oder dispergierbar sowie gegebenenfalls-von der Herstellung
her - gelöst oder dispergiert sind. Geeignet sind z. B. Homo-und/oder Mischpolymerisate
mono- und/oder diolefinisch ungesättigter Monomerer, z.B. von Mono- oder Diolefinen
mit vorzugsweise
2 bis 5 C-Atomen, wie äthylen, Propylen, Isobutylen,
Butadien, Chloropren und Isopren, von von ß-athylenisch ungesättigten Mono-und Dicarbonsäuren,
insbesondere mit 3 bis 5 C-Atomen, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure und
Itaconsäure und/oder deren gegebenenfalls substituierten Amiden, Nitrilen und/oder
Estern, besonders mit 1 bis 8 C-Atomen enthaltenden Alkanolen, wie die Methyl-,
Athyl-> Propyl-, n-Butyl-, tert.-Butyl-, n-Hexyl- und 2-Athylhexylester der Acryl-
und Methacrylsäure und Diäthyl- und Di-n-butylmaleinat, Acrylamid, Methacrylamid,
N-Methylolmethacrylamid und N-n-butoxymethylacrylamid, Acrylnitril, Methacrylnitril,
von vinylaromatischen Monomeren, die wie Styrol, d-Methylstyrol, Divinylbenzol und
die Vinyltoluole im allgemeinen nur einen Benzolkern enthalten, von Vinylestern
im allgemeinen 3 bis 12 C-Atome enthaltender Monocarbonsäuren, wie besonders Vinylacetat,
Vinylpropionat, Vinylbutyrat, und Vinyllaurat, von Vinylhalogeniden, wie besonders
Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und Vinylfluorid, von Vinyläthern, insbesondere 1
bis 4 C-Atome enthaltender Alkanole, wie Vinylmethyläther und Vinylisbutyläther,
von heterocyclischen Vinylverbindungen, wie Vinylpyridinen, N-Vinylpyrrolidon sowie
N-Vinylimmidazoliumsalzen, wie N-Vinyl-N-methylimmidazoliumchlorid und N-Vinyl-N-methyl-immidazoliummethosulfat.
Geeignete hochpolymere Kunststoffe sind außerdem z.B. die in üblicher Weise hergestellten
gesättigten Polyester5 wie besonders PolySthylenglykolterephthalat, Polyurethane,
wie besonders die Polykondensationsprodukte aus Hexamethylendiisocyanat und Alkandiolen,
wie Glykol und Hexandiol-1,6, synthetische Polyamide mit wiederkehrenden Einheiten
der allgemeinen
Formel-CONH-in den KettenmolekUlen, wie Poly-t-caprolactam,
Polylaurinlactam und Polykondensationsprodukte aus aliphatischen Dicarbonsäuren,
wie Adipinsäure oder Korksaure und aliphatischen Diaminen, wie IIexamethylendiaminß
Decamethylendiarnin und 4, 4'-Diamino-di-cyclohexyImethan, Polyvinylalkohole und
deren Modifizierungsprodukte, Polyalkylenoxide, wie besonders PolyEthylenoxide und
Polypropylenoxide, insbesondere mit Polykondensationsgraden über 10, Polyacetale,
wie Polyformaldehyd, ferner Polycarbonate, Polyharnstoffe, Celluloseester und -äther,
wie besonders Celluloseacetat und ferner Polyimin, wie Polyäthylenimin.
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Die Polymerisate und Polykondensate der genannten Art können in üblicher
Weise hergestellt und in Wasser gelöst oder dispergiert sein. Mit Vorteil kennen
Lösungs- oder Emulsionspolymerisate z.B. in Form der bei ihrer Herstellung erhaltenen
Lösungen oder Dispersionen eingesetzt werden. Man kann aber auch Lösungen oder Dispersionen
verwenden, die aus den Polymerisaten oder Polykondensaten, beispielsweise aus Polyäthylen,
synthetischen Polyamiden, Polyalkylenoxiden oder Polyformaldehyd bereitet sind.
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Bei der Herstellung der Kunststoff-Dispersionen durch Emulsionspolymerisation
oder der sogenannten Sekundär-Dispersionen können die üblichen Emulgatoren und Schutzkolloide
eingesetzt werden.
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Geeignete Emulgatoren sind z. B. weiter oben angegeben. Von besonderem
Interesse sind solche Kunststoff-Disnersionen, wie sie für sich als Bindemittel,
insbesondere als Bindemittel für Faservliese, verwendet werden5 z.B. solche auf
der Basis von Mischpolymerisaten der Acryl- und Methacrylsäureester, des Butadiens
und von Vinylestern.
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Von Interesse sind ferner wäßrige Lösungen und Dispersionen von Vinylchloridhomo-
und -mischpolymerisaten, Styrolhomo- und -mischpolymerisaten, Polyisobutylen, synthetische
Polyamiden, Polyurethanen, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure und Mischpolymerisaten
aus Acrylamid und Acrylsäure.
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Die llenge der hochpolymeren Kunststoffe der genannten Art in den
Monomeren-Lösungen kann in weiten Grenzen variiert werden.
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Sie liegt im allgemeinen zwischen 0>1 und 50, vorzugsweise zwischen
1 und 30 Gew.%, bezogen auf die Monomeren. Dabei können die Kunststoff-Lösungen
bzw. -Dispersionen den Monomerenlösungen im allgemeinen als 0,1 bis 20% ige Lösungen
bzw. als 30 bis 60% ige Dispersionen (Angaben in Gew.%, bezogen auf die Kunststoff-Lösung
bzw. -Dispersion) zugesetzt werden.
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Bei der vorliegenden Weiterentwicklung des Verfahrens zur Herstellung
von poromeren Materialien können die Emulsionen oder Dispersionen der Monomeren
bzw. Gemische aus Emulsionen und Lösungen der Monomeren für sich eingesetzt werden.
Man kann aber auch mit Vorteil Fasergebilde, wie Gewebe oder Faservliese, aus natürlichen
oder synthetischen Fasern mit den Emulsionen tränken und die getränkten flächigen
Gebilde von einer oder beiden Oberflächen her zum kristallinen Erstarren bringen
und belichten.
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Beim Kühlen erstarren die wäßrigen Emulsionen bzw. Dispersionen der
Monomeren im allgemeinen zu mindestens 30 % ihres Gewichtes, meist zu 50 % oder
mehr, vorzugsweise zu über 60 %> kristallin.
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Nach dem neuen Verfahren erhält man poromere Materialien, in
denen
die Polymerisate Faserstruktur haben. Sie eignen sich besonders als Lederaustauschstoffe,
als neuartige Materialien bei der Herstellung von Kleidungsstücken und als Isolierstoffe.
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Die in den folgenden Beispielen angegebenen Teile und Prozente beziehen
sich auf das Gewicht.
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Beislziele 1 bis 6 Genadelte Vliese aus Zellstoff-Fasern (-Vliesgewicht
100 g/m2) werden mit Emulsionen der in der folgenden Tabelle angegebenen Mengen
an Monomerengemischen in jeweils 600 Teilen Wasser, die jeweils 0,5 Teile Benzoinmethyläther
enthalten, getränkt und auf einer kalten Unterlage bie -300C eingefroren. Dann wird
jeweils mit einer Philips-Schwarzlichtlampe TL 40 W/08 belichtet, anschließend aufgetaut
und die erhaltenen, von der Unterlage abgenommenen Poromerenfelle gewaschen und
bis 250C getrocknet.
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Die Polymerisatausbeuten sowie die in den Emulsionen enthaltenen Monomeren,
Emulgatoren und ihre Mengen sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.
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Die erhaltenen Poromerenfelle haben einen weichen, lederartigen Griff,
großes Wasseraufnahmevermögen und ausgezeichnete Wärme- und Schallisolierwirkung.
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Tabelle 1
Nr. Teile Monomere Teile Emulgatoren Ausbeute in |
Gew.% bezogen |
auf die Mono- |
meren |
1 10 Butantiol-1,4-di- 0>5 sulfuriertes |
acrylat Rizinusöl |
30 Butandiol-1,4-mo- |
noacrylat |
30 Acrylsäure- |
methylester |
2 10 Allylacrylat 0,5 stearinsaures 49 |
Natrium |
30 Butandiol-4,4-mo- |
noacrylat |
30 Acrylsäure- |
methylester |
3 10 Triäthylen- 0,5 sulfuriertes 87 |
glykoldiacry- Rizinusöl |
lat |
55 Acrylsäure- |
äthylester |
5 Acrylsäure |
4 10 Butandiol-1,4-di- " " 40 |
acrylat |
20 Butandiol-1,4-mo- |
noacrylat |
40 Vinylpropionat |
5 20 ungesättigter " " 70 |
Polyester A aus |
1 Teil Malein- |
säure, |
1 Teil Phthal- |
säure, |
2 Teilen Adi- |
pinsäure, |
2 Teilen Pro- |
pylenglykol und |
Nr. Teile PNonomere Teile Emulgatoren Ausbeute in |
Gew.%,bezogen |
auf die Mono- |
meren |
2,3 Teilen Di- |
propylenglykol |
30 n-Butylacrylat |
20 Vinylisobutyl- |
äther |
6 20 ungesättigter 0,5 sulfuriertes 84 |
Polyester A Rizinusöl |
20 Vinylthio- |
äthanol |
30 Acrylsäure- |
äthylester |
Beispiele 7 bis 12 Die in der folgenden Tabelle 2 angegebenen Mengen an Monomeren
werden in jeweils 600 Teilen Wasser unter Zusatz der in Tabelle 2 angegebenen Mengen
sulfiertem Rizinusöl emulgiert, jeweils 0,3 Teile Benzoinmethyläther dispergiert
sowie die in Tabelle 2 angegebenen Mengen an Kunststoffdispersionen zugegeben.
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Mit den erhaltenen Gemischen werden genadelte Faservliese aus Zellstoff-Fasern
(Vliesgewicht 100 g/m2) getränkt und die Massen auf einer gekühlten bandfdrmigen,
metallischen Unterlage bei -300C zum kristallinen Erstarren gebracht. Die erstarrten
Gebilde werden auf der Unterlage mit einer Philips-Schwarzlichtlampe 40 W/08 belichtet,
anschlie#end aufgetaut und die erhaltenen Poromerenfelle von der Unterlage abgenommen,
gewaschen und bei
25 0C getrocknet. Die Polymerisatausbeuten sind
in Tabelle 2 angegeben. Die erhaltenen Poromerenfelle haben weichen, lederartigen
Griff, großes Wasseraurnahmevermögen und ausgezeichnete Wärme- und Schallisolierwirkung.
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Tabelle 2
Nr. Teile Monomere Teile sulfuriertes Teile Kunststoffdispersion
Ausbeute |
Rizinusöl in Gew.%, |
bezogen |
auf die |
Monomeren |
7 10 Butandioldiacrylat 0,5 35 50%ige wä#rige Disper- 69 |
25 Butandiolmonoacrylat sion von Poly-n-butylacry- |
lat |
8 5 Triäthylenglykoldi- 0,25 15 40%ige wä#rige Disper- 89 |
acrylat sion eines Mischpoly- |
22 Äthylacrylat merisates aus 85 Teilen |
15 Acrylsäure Butylacrylat, 7 Teilen |
Acrylsäure, 3 Teilen |
Butandiol-1,4-diacrylat |
und 5 Teilen N-Methylol- |
acrylamid |
9 8 Butandiol-1,4-diacrylat " 5 " 92 |
21 Butandiol-1,4-monoacrylat |
10 2 Triäthylenglykoldi " 55%ige wä#rige Dispersion 91 |
acrylat eines Mischpolymerisates |
27 Äthylacrylat aus 89 Teilen Vinyliden- |
chlorid und 11 Teilen |
Methylacrylat |
11 8 Butandiol-1,4-diacrylat " " 86 |
21 Butandiol-1,4-monoacrylat, |
Nr. Teile Monomere Tiele sulfuriertes Teils Kunststoffdispersion
Ausbeute |
Rizinusöl in Gew.%, |
bezogen |
auf die |
Monomeren |
12 8 Butandiolacrylat 0,35 10 50%ige wä#rige Polystyrol- 50 |
21 Butandiolmonoacrylat dispersion |
13 1 Allylacrylat 0,7 10 60%ige wä#rige Polyisobu- 50 |
28 Äthylacrylat tylen-Dispersion |
14 8 Butandioldiacrylat 0,25 10 50%ige wä#rige Dispersion 83 |
21 Butandiolmonoacrylat aus Polyvinylpropionat |
15 3 Allylacrylat 0,35 10 50%ige Polyvinylchlorid- 65 |
26 Butylacrylat dispersion |
16 6 Triäthylenglykoldi- 0,35 15 40%ige Polyäthylendispersion
59 |
acrylat |
23 Äthylacrylat |
Beispiel 17 Man löst 1 Teil Polyacrylamid (K-Wert in Wasser bei
25 = 170) und 0,15 Teile sulfiertes Rizinusöl in 600 Teilen Wasser und emulgiert
in der Lösung 8 Teile 1,4-Butandioldiacrylat und 21 Teile 1>4-Butandiolmonoacrylat.
Zu der erhaltenen Emulsion fügt man 0,3 Teile Benzoinmethyläther und tränkt damit
ein genadeltez Zellwollvlies (Flächengewicht 100 g/m2). Das getränkte Vlies wird
auf einer auf - 300C gekühlten bandfOrmigen, metallischen Unterlage gekühlt bis
die Emulsion erstarrt ist.
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Man bestrahlt dann die Nasse 10 Minuten mit einer Philips-Schwarzlichtlampe
TL 40 W/o8, taut auf, hebt das Poromerenfell von der Unterlage, wäscht es mit Wasser
und trocknet bei 250C. Die Ausbeute an Polymerisat beträgt 80 Gew.%, bezogen auf
die Monomeren.
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Beispiele 18 bis 20 Man emulgiert die in Tabelle 3 angegebenen Monomeren
unter Zusatz von 0,35 Teilen sulfuriertem Rizinusöl in 600 Teilen Wasser und fügt
die in Tabelle 3 angegebenen Sensibilisatoren zu. Mit den erhaltenen Gemischen werden
genadelte Zellwollvliese (Flächengewicht 100 g/m2) getränkt und die Gebilde, wie
in Beispiel 17 angegeben, weiterbehandelt.
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Die erhaltenen Ausbeuten an Polymerisat, bezogen auf die eingesetzten
Monomeren, sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3
Nr. Teile Monomere Teile Sensibilisator Ausbeute (Gew.%) |
18 1 Alkylacrylat 0,35 Thalliumnitrat 25 |
28 Äthylacrylat |
19 1 Alkylacrylat 0,25 Zinkoxid 35 |
28 Äthylacrylat |
20 1 Alkylacrylat 0,175 Kaliumberrioxalat 80 |
28 n-Butylacrylat 0,7 Cumolhydroperoxid |