DE2104870A1 - - Google Patents
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Description
210A870
Köln, den 29.1.1971 Kl/Ax
Verfahren zur Herstellung von filmbildenden Copolymerlatices,
Aus Vinylacetat und Äthylen hergestellte filmbildende
Copolymere, in denen das Äthylen als innerer Weichmacher für das Vinylacetatpolymere wirksam ist, sind "bekannt. Für
Verwendungszwecke wie Anstrichfarben, Papierstreichmassen und Klebstoffe enthalten sie zweckmäßig etwa 60 Gew.-$
oder mehr copolymerisiertes Vinylacetat. Sie haben jedoch den Nachteil, daß Vinylacetat ein teures Monomeres ist und
daß die Copolymeren normalerweise nach einem verhältnismäßig teuren Verfahren bei Drücken von wenigstens 53 atü
hergestellt werden müssen, um einen ausreichenden Gehalt an einpolymerisiertem Äthylen zu erzielen. Diese Copolymeren
haben den weiteren Nachteil, daß sie zwar ausgezeichnete allgemeine Eigenschaften als Anstrich- und Überzugsmassen
zeigen, daß jedoch Mangel insbesondere dann auftreten, wenn die Filme im Freien auf alkalische Unterlagen aufgebracht
werden.
In der britischen Patentschrift 1 162 575 wird ein System' vorgeschlagen, bei dem ein Teil des Vinylacetats im Ccpolymeren
durch Vinylchlorid ersetzt ist, um das Problem der Hydrolyse zu lösen. Dieses System hat den weiteren Vorteil,
daß Vinylchlorid ein billigeres Monomeres ist als Vinyl-
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·» 2 —
acetat. Das Polymerisationsverfahren ist jedoch im wesentlichen dem für Vinylacetat-Äthylen-Copolymere angewandten
Verfahren insofern ähnlich, als das Vinylchlorid mit dem Vinylacetat bei den gleichen erhöhten Drücken zugesetzt
wird ο
Es ist bekannt, daß Polymere mit den Eigenschaften eines Polyvinylchloridharzes aus Vinylacetat, Vinylchlorid und
Äthylen hergestellt werden können, fndem zunächst ein Vinylacetat-Äthylen-Copolymeres
gebildet und anschließend Vinylchlorid durch Pfropfpolymerisation auf das Copolymere
aufgebracht wirdo Wenn diese Polymeren in wässriger Emulsion
gebildet werden, ist nicht zu erwarten, daß sie Latices ergeben, die bei Umgebungstemperatur Filme bilden.
Diese Materialien werden aus kautschukartigen Vinylacetat-Äthylen-Copolymeren
beispielsweise hergestellt, indem das kautschukartige Äthylen-Vinylacetat-Copol- lere in Vinylchlorid
gelöst und die Polymerisation ,.<*j'n Verfahren durchgeführt
wird, die normalerweise für die Polymerisation von Vinylchlorid angewandt werden. Ferner wird die aufgepfropfte
Vinylchloridmenge so gewählt, daß das erhaltene Polymere die gewünschten Eigenschaften unö demgemäß einen
hohen Gehalt an polymerisiertem Vinylchlorid hat.
Gemäß der Erfindung werden filmbildende Copolymerlatices aus Vinylacetat-Äthylen-Cpolymerlatices und Vinylchlorid
hergestellt. Dieses Verfahren·zur Herstellung von filmbildenden Copolymerlatices auf Basis von Vinylacetat,
Vinylchlorid und Äthylen wird wenigstens teilweise bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck durchgeführt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung iss dadurch gekennzeichnet,
daß man Vinylchlorid in Gegenwart eines vorher gebildeten Vinylacetat-Äthylen-Copolymerlatex, der 5 bis
45$ (bezogen auf Trockengewicht) polymerisiertes Äthylen
enthält, unter Emulsionspolymerisationsbedingungen mit einem wasserlöslichen Polymerisationsinitiator polymerisiert,
wobei die polymerisierte Vinylchloridmenge so ge-
wählt wird, daß der Latex bei 30 C oder darunter zusammenhängende,
geschlossene Filme bildete
Verschiedene Länder haben bekanntlich verschiedene Kriterien für die Mindest-Filmbildungstemperatur (MT) von
Latices für die Verwendung beispielsweise in Anstrichmittelno Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung
haben die Latices eine MFT von 90C, die für die Farben-
und Lackindustrie in England annehmbar ist. Es wird angenommen, daß Latices mit MFT-Werten bis zu 300C für industrielle
Anwendungen brauchbar sein könnten. Die in dieser Beschreibung genannten MFT-Werte gelten für die Copoly- J
merlatices ohne Zusatzstoffe, d.h. ohne verschmelzende Lösungsmittel oder Verlaufmittel.
Es wird angenommen, daß mit steigendem Gehalt an polymerisiertem Äthyle ■ im Äthylen-Vinylacetat-Copolyraerlatex
weichere Copolymere gebildet werden, wodurch Latices mit niedrigerer MFT erhalten werden. Je höher der Gehalt an
polymerisiertem Äthylen im Copolymeren ist, um so größer ist demgemäß die Vinylchloridmenge, lie in den Latex einpolymerisiert
werden kann, während iminei noch Copolymere
gebildet werden, die zusammenhängende, geschlossene Filme
bei 3O°C oder darunter bilden.
Die bevorzugten Copolymeren gemäß der Erfindung enthalten 10 bis 45$ (bezogen auf Trockengewicht) pblymerisiertes
Vinylchlorid.
Die für die Zwecke der Erfindung geeigneten Vinylacetat-Äthylen-Copolymerlatices
können nach beliebigen bekannten Verfahren hergestellt werden. Die bevorzugten Vinylacetat-Äthylen-Copolymeren
enthalten 15 bis 35$ (bezogen auf Trockengewicht) copolymerisiertes Äthylen.
Es ist wesentlich, einen wasserlöslichen Polymerisationsinitiator für die Polymerisation des Vinylchlorids zu
verwenden, damit die Bildung von suspensionspolymerisierten
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-A-
Polyvinylchloridperlen vermieden wird.
Als wasserlösliche Polymerisationsinitiatoren eignen sich für das Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise
Ammoniumpersulfat, Kaliumpersulfat und andere wasserlösliche Peroxyde, z.B. Wasserstoffperoxyd. Diese Initiatoren
können in Verbindung mit Reduktionsmitteln wie Natriummetabisulfit und Natriumdithionit verwendet werden. Ebenso
können komplexgebundene Schwermetalle, z.B. der Komplex von zweiwertigem Eisen mit Ethylendiamintetraessigsäure,
vorhanden sein.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird zweckmäßig wie folgt durchgeführt« Das Vinylacetat-Äthylen-Copolymere wird
zusammen mit üblichen Emulsionspolymerisationszusätzen, z.B. oberflächenaktiven Mitteln und Schutzkolloiden, in ein
mit Rührer versehenes Polymerisationsgefäß gegeben. Wasser wird dem System zweckmäßig in einer solchen Menge zugesetzt,
daß der gewünschte Peststoffgehalt beim theoretischen maximalen Umsatz erhalten wird. Der Reaktor wird
dann mit einem Inertgas, z.B. Stickstoff, gespült" und unter Rühren auf eine übliche Temperatur für die Emulsionspolymerisation
von Vinylchlorid erhitzt. Das Vinylchlorid kann auf einmal zugesetzt werden. Vorzugsweise wird es kontinuierlich
während der Polymerisation in den Reaktor eingeführt. Die Polymerisationsgeschwindigkeit wird zweckmäßig
geregelt, indem der Polymerisationsinitiator während der Reaktion in den Reaktor eingeführt wird. Die Polymerisation
wird zweckmäßig bei den für die Homopolymerisation von Vinylchlorid im Emulsionsverfahren angewandten Drücken,
d.h. bei einem solchen Druck durchgeführt, daß das Vinylchlorid bei der Polymerisationstemperatur, die zweckmäßig
im Bereich von 20 bis 800C liegt, in der Flüssigphase gehalten
wird.
Untersuchungen der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Latices haben ergeben, daß das Vinylchlorid
weitgehend auf die Hauptkette des Vinylacetat-Äthylen-
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Copolymeren aufgepfropft wird. Etwaiges verbleibendes
Vinylchlorid ist als Vinylchlorid-Homopolymerlatex vorhanden.
Die folgenden Beispiele erläutern Verfahren zur Herstellung von. filmbildenden Latices gemäß der Erfindung. Die Mindesttemperaturen
für die Filmbildung der Latices wurden in jedem Fall nach der folgenden Methode bestimmt:
Ein Latexfilm von 76 a. Dicke wurde auf einen Metallblock
aufgetragen, der über seine Länge einen Temperaturgradienten von -15° bis +35°C hatte. Der Latex wurde unter langsam
strömendem trockenem Stickstoff der Trocknung überlassen. An einem bestimmten Punkt des Blocks wurde der Film ungleichmäßig
und unterbrochen. Die Temperatur an diesem Punkt war die Mindesttemperatur der Filmbildung.
Ein Latex wurde in der nachstehend beschriebenen Weise aus den folgenden Bestandteilen (in Gewichtsteilen) h-ergestellt:
Monomeres
Vinylchlorid " .100 Teile
Äthylen-Vinylacetat-Gopolymeres, das 27$
c©polymerisiertes Äthylen im Latex mit
48,2$ Feststoffen enthält ' 400 Teile
Nonylphenol-Äthylenoxyd-Kondensat
(50 Mol Äthylenoxyd) 3,66 Teile
Nätriumdodecylbenzolsulfonat 0,87 Teile
Polyvinylalkohol (zu 88$ hydrolysiert,
mittlere Viskosität) 0,31 Teile
Destilliertes Wasser zur Verdünnung auf 45$
Feststoffe bei theoretisch maximaler Ausbeute
Amraoniumpersulfat 0,97 Teile
Natriummetabisulfit 2,83 Teile in 83 Teilen
destilliertem Wasser
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Die wässrige Phase wurde zusammen mit dem Ammoniumpersulfat in einen mit Rührwerk versehenen Reaktor aus nichtrostendem
Stahl gegeben. Der Reaktor wurde dreimal mit Stickstoff gespült und unter Rühren auf 600C erhitzt. Dann wurde das
Vinylchlorid schnell zugesetzt· Die Polymerisation wurde durchgeführt, indem die Natriummetabisulfitlösung in einer
Menge von 5,3 Teilen/Stunde zugepumpt wurde, bis ein durch den Gesamtfeststoffgehalt gemessener konstanter Umsatz
erreicht war.
Der Versuch wurde fünfmal wiederholt, wobei jeweils ein Äthylen-Vinylacetat-Latex, der einen Feststoffgehalt von
48,2$ hatte, in einer Menge von 300, 233, 150, 100 bzw. 54 Teilen verwendet wurde. Die Eigenschaften der sechs
latices sind nachstehend in Tabelle 1 genannt.
Äthylen- Vinylacetat- Latex Teile |
Eingesetztes Vinylchlorid, Teile |
Berechneter Vinylchlorid- gehalt des endgültigen Polymeren, Gew.-# |
Mindesttempera tür der Film bildung, C |
400 | 100 | 17,1 | 1 - |
300 | 100 | 9,7 | 0 |
233 | 100 | 21,6 | 5 - |
150 | 100 | 35,4 | 15 - |
100 | 100 | 43,5 | 23 - |
54 | 100 | 45,5 | 27 - |
- 2 | |||
- 6 | |||
- 17 | |||
- 24 | |||
- 28 |
Die Ergebnisse zeigen, daß mit einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren,
das 27 Gew.-$ copolymerisiertes Äthylen enthält, Latices mit ausgezeichneten Filmbildungseigenschaften
erhalten werden, wenn der Vinylchloridgehalt des Polymeren 9,7 bis 35,4$ beträgt, und annehmbare Latices, die noch
bei Temperaturen unter 300C Filme bilden, erhalten werden,
wenn der Vinylchloridgehalt 45,5 Gew.-^ beträgt.
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Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt,
wobei jedoch das Vinylchlorid während der Reaktion im Verlauf von 2,5 Stunden kontinuierlich zugepumpt wurde. Die
Eigenschaften der erhaltenen sechs Latices sind nachstehend in Tabelle 2 genannt.
Tabelle | 2 | Berechneter Vinylchlorid- gehalt des . endgültigen Polymeren, Gew.-^ |
Mindesttempe ratur der Filmbildung, 0C |
|
Xthylen- Vinylacetat- Latex, Seile |
Eingesetztes Vinylchlorid, Teile |
16,7 | 0 | |
4-00 | 100 | 19,0 | 0-2 | |
300 | 100 — | 23,4 | 7-8 | |
233 | 100 | 37,9 | 19 - 20 | |
150 | 100 | 44,3 | 27 - 28 | |
100. | 100 | 54,9 | >30 | |
54 | 100 |
Diese Ergebnisse bestätigen die gemäß Beispiel 1 erhaltenen Ergebnisse und veranschaulichen, daß Polymere, die bis zu
45 Gew.-io Vinylchlorid enthalten, Filme bei einer Temperatur
von 300G und darunter bilden.
Ein Latex wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise aus einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymerlatex, der 27 Gew.-#
copolymerisiertes Äthylen enthielt, und mit einem Verhältnis von zugeführtem Vinylchlorid zum Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren
von 35:65 zu Beginn der Polymerisation hergestellt. Der erhaltene Latex enthielt 24,6 Gew.-# copolymerisiertes
Vinylchlorid. Die Untersuchung durch thermische Differentialanalyse zeigte, daß das Copolymere Einfriertemperaturen
von 0° und 370C hatte. Trotz der hohen Einfriertemperatur
hatte der Latex eine Mindesttemperatur der
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Filmbildung von 9 C.
Eine Reihe von Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren mit unterschiedlichem
Äthylengehalt wurde durch Emulsionspolymerisation hergestellt. Diese Copolymeren wurden so gemischt,
daß eine zweite Reihe mit Äthylengehalten (bezogen auf Trockengewicht) von 15, 19, 25, 31 und 35$ erhalten wurde.
Die Latexgemische wurden dann für die Herstellung der Reihe von Vinylchlorid-Pfropfmischpolymeren, die nachstehend
in Tabelle 3 genannt sind, nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren verwendet. Der Gehalt an freiem
Vinylacetat in den Äthylen-Vinylacetat-Latices wurde vor jeder Polymerisation durch Zusatz des Vinylacetatmonomeren
eingestellt, um den Einfluß dieser Variablen auf die Zusammensetzung und Eigenschaften des Copolymeren weitgehend
auszuschalten. Die Mindesttemperaturen der Filmbildung der erhaltenen Copolymerlatices wurden bestimmt.
Tabelle 3 | In die Ppropf- polymerisation eingesetztes freies Vinyl acetat (Gew. -56, bezogen auf Polymeres (3) |
Mindest tempera tur der Pilm bildung "0U) |
|
Äthylengehalt des Äthylen- Vinylacetat- Copolymeren (j6,bezogen auf Trockengewicht) (1) |
Vinylchlorid- gehalt des Pfropfmischpoly- meren (56, bezo gen auf Trocken gewicht) (2) |
4 | 10-11 |
15 | 18,8 | 1,3 | 15-16 |
19 | 27,2 | 3 | 18T19 |
19 | 33,2 | 3 | 1-2 |
19 | 11,1 | 1,3 | 4-5 |
19 | 11,1 | 2 | 6-7 |
25 | 21,5 | 4 | 11-12 |
25 | 28,7 | 1,3 | 6-7 |
25 | 26,7 | 2 | 22-23 |
25 | 44,5 | 1,3 | -4 bis -5 |
25 | 4,3 | ||
109834/1510
Tabelle 3 (Forts.) (2)(3)(4)
31 | 35,7 |
31 | 10,2 |
31 | 10,5 |
31 | 37,6 |
35 | 22,5 |
_ 10-11
3 -3 bis -4
1,3 -4 bis -5
3 14-15
2 -4 bis -5
Wie die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, können filmbildende Copolymerlatices, die zusammenhängende, geschlossene Filme
bei Temperaturen unter 3O0C, insbesondere bei O0C bilden,
durch Polymerisation von Vinylchlorid in Gegenwart von Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren hergestellt werden, die
15 bis 35$ (bezogen auf Trockengewicht) copolymerisiertes
Äthylen enthalten.
109834/1510
Claims (5)
- Pat entan SprücheVerfahren zur Herstellung von filmbildenden Copolymer-r latices, dadurch gekennzeichnet, daß man Vinylchlorid in Gegenwart eines vorher gebildeten Vinylacetat-Äthylen-Copolymerlatex, der 5 bis 45$ (bezogen auf Trockengewicht) polymerisiertes Äthylen enthält, unter Emulsionspolymerisationsbedingungen mit einem wasserlöslichen Polymerisationsinitiator polymerisiert, wobei die polymerisierte Vinylchloridmenge so gewählt wird, daß der Latex bei 3O0C oder darunter zusammenhängende, geschlossene Filme bildet.
- 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vinylchlorid in einer Menge von 10 bis 455^ (bezogen auf Trockengewicht) dea Copolymerlatex polymerisiert wird.
- 3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorher gebildetes Äthylen-Vinylacetat-Copolymeres verwendet wird, das 15 bis 35$ (bezogen auf Trockengewicht) polymerisiertes Äthylen enthält.
- 4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vinylchlorid in einer solchen Menge polymerisiert wird, daß der Latex zusammenhängende, geschlossene Filme bei 9 C oder darunter bildet.
- 5) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vinylchlorid auf einmal zugesetzt wird..6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vinylchlorid während des Verlaufs der Polymerisation kontinuierlich zugesetzt wird.109834/1510
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