DE2233638C2 - Verfahren zur Herstellung stabiler wäßriger Polymerisatdispersionen des Vinylacetats mit Fumarsäureestern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung stabiler wäßriger Polymerisatdispersionen des Vinylacetats mit Fumarsäureestern

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Description

25
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 49 497 sind Dispersionsanstrichstoffe bekannt, deren filmbildender Lackrohstoff ein Mischpolymerisat ist, das zum überwiegenden Teil aus Fumarsäurediester und kleinen Mengen vinylaromatischen! Kohlenwasserstoff und gegebenenfalls Olefin hergestellt ist Diese Anstrichstoffe geben Oberzüge, die sich vor den bekannten durch besondere Wetterfestigkeit, Schmutzabweisevermögen, Licht- und Vergilbungsbeständigkeit auszeichnen.
In der US-Patentschrift 35 63 944 ist ein Verfahren beschrieben, nach dem Vinylacetat-Fumarsäureester in Emulsion copolymerisiert werden können und Dispersionen hohen Feststoffgehaltes erhalten werden. Die Mischpolymerisate, die bis zu maximal 30% Fumarsäureester enthalten, eignen sich, wie der Patentschrift zu entnehmen ist, als Anstrichstoffe. Ihre Filmbildungstemperatur liegt verhältnismäßig niedrig, und die erhaltenen Lacke zeichnen sich durch gute Scheuerfestigkeit aus.
Weiterhin wird in der deutschen Auslegeschrift 10 93 558 von der Herstellung von Dispersionen auf Basis von Vinylacetat berichtet, die unter anderem bis zu 40% Dialkylfumarate oder -maleinate enthalten können. Als Vorzug dieser Dispersionen wird die so Gefrierbeständigkeit angegeben. Diese Dispersionen führen aber weder zu glänzenden noch zu harten, scheuerfesten Filmen, wie das später gebrachte Beispiel 10 zeigt
Die mit den bekannten Dispersionsanstrichstoffen auf Basis von Fumarsäurediester-Mischpolymerisat erhaltenen Lackfilme sind hinsichtlich mechanischer Eigenschaften den Lackfilmen aus anderen bekannten Dispersionsanstrichstoffen gleichwertig und sehr wirtschaftlich. Bezüglich Härte und Glanz sind ihnen aber die Acrylatpolymerisate überlegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, nach welchem sich Dispersionsanstrichstoffe mit einem Fumarsäurediester-Mischpolymerisat als Filmbildner herstellen lassen, die Überzüge geben, welche sich gegenüber den bekannten durch besonders hohen Glanz und gute Härte auszeichnen. Die Lackfilme sollen denen, die mit den teuren Acrylatpolymerisaten erhalten werden, ebenbürtig sein. Die Mischpolymerisate sollen auch ein hohes Pigmentaufnahmevermögen haben, so daß sie gleichzeitig zur Herstellung hochgefüllter Mattglanzdispersionen verwendbar sind.
Die Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen gelöst
Vorzugsweise wird der Monobutyläther des Äthylenglykols eingesetzt
Die Umsetzung der Monomeren erfolgt um so vollständiger, je weiter sich das Molverhältnis von Vinylacetat zu Fumarsäureestern dem Wert 1:1 nähert Demgemäß führt ein Monomerengemisch aus 25 Gewichtsteilen Vinylacetat, 25 Gewichtsteilen Dibutoxyäthylfumarat und 50 Gewichtsteilen Diisopropylfumarat zu einer besonders guten Dispersion (wie das weiter unten gebrachte Beispiel 2 erkennen läßt).
Überraschenderweise zeigte sich auch, daß mit der Einführung der Ätherkomponente nicht nur eine Weichmacherwirkung, sondern offensichtlich auch eine Emulgatorwirkung erzielt wird und sich die Pigmentaufnahmefähigkeit erhöht Dies wird aus dem weiter unten gebrachten Beispiele und dem Vergleichsbeispiel7 deutlich.
Die Emulgatorwirkung zeigt sich daran, daß den Polymerisationsansätzen mit Äther als Esterkomponenten nur 1 Gewichtsprozent eines anionischen Emulgators zugesetzt zu werden braucht, was für derartige Polymerisationen eine ungewöhnlich kleine Menge darstellt Ein geringerer Gehalt an Emulgator erniedrigt die Wasserempfindlichkeit des Überzuges und ist daher ein wesentlicher Vorteil.
Die Einführung der Ätherkomponente in das Polymere kann entweder durch Copolymerisation von Vinylacetat mit Fumarsäurediester mit vorzugsweise sekundären aliphatischen Alkoholen einerseits und Furmarsäurediester von Äthern andererseits durchgeführt werden. Es können aber auch die Mischester mit einer sekundären und einer Äthergruppe bzw. Mischungen aus einem Diester mit aliphatischen Alkoholen, dem Mischester und dem Diester mit Äthergruppen zur Copolymerisation mit Vinylacetat eingesetzt werden. Solche Gemische werden z. B. bei der Umesterung von Fumarsäurediestern mit Äthern sowie bei der Veresterung mit Gemischen aus aliphatischen und Äthern erhalten. Da die Herstellung von Mischester/Diester-Gemischen aus Fumarsäureanhydrid und den Alkoholkomponenten verfahrenstechnisch günstiger durchzuführen ist, bedeutet der Einsatz solcher Gemische eine Kostenersparnis. Entscheidend für die Qualität der Dispersionen ist der Gehalt des Polymeren an Äthergruppen.
Eine weitere bevorzugte Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man der wäßrigen Phase neben dem anionischen Emulgator noch einen nichtionischen Emulgator zusetzt und in Abwesenheit eines Stabilisators oder Schutzkolloids — üblicherweise Polyvinylalkohol — arbeitet Bei dieser »Hilfsstoff«-Kombination kann der Anteil an anionischem Emulgator sogar auf 03 Gewichtsprozent gesenkt werden. Trotz der Abwesenheit des Stabilisators wird weder der Polymerisationsverlauf selbst noch die Lager- und Scherstabilität der erhaltenen Dispersion beeinträchtigt Als Vorteile dieser Ausführungsform (s. Beispiel 3) sind zu nennen: besonders hoher Glanz der Filme und eine erniedrigte Filmbildungstemperatur. Die Härte dieser Filme ist nicht maximal, liegt jedoch durchaus im Bereich der für Dispersionsanstrichmittel geforderten Werte.
3 22 33 I bis 8 wurde 800C erhitzt Hälfte des Beispiel 1 Wäßrige Phase . Danach ließ Gewichtsteile Gewichtsteile 5 638
4		 Wäßrige Phase Wäßrige Phase Wäßrige Phase Gewichtsteile
Die Erfindung und die Vorteile, zu denen sie führt, Nach Erreichen der Reaktionstemperatur wurden die Lösung inner- H2O 103,0 103,8 Beispiel 4 H2O H2O 103,0
werden an Hand der folgenden Beispiele noch
deutlicher werden. Die Beispiele 1 bis 6 sind besondere		 Emulgatoren, restlichen 75 Gewichtsteile Monomerenmischung (in halb 5 Stunden) zudosiert Die Gesamtzeit bei Na-Dodecylsulfat 1,0 0,5 Na-Dodecylsulfat H2O Na-Dodecylsulfat 1,0
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfah Stabilisatoren und der Hälfte der Peroxidkatalysator nerhalb 1 Stunde) und die andere Reaktionstemperatur betrug 20 Stunden K2S2O8 0,5 0,5 K2S2O8 Na-Dodecylsulfat K2S2O8 0,5
rens, die Beispiele 7 bis 9 Vergleichsbeispiele nach dem menge) wurde mit 25 Gewichtsteilen der Monomeren- Katalysators als konzentrierte wäßrige man abkühlen. NaHCO3 Gewichtsteile 0,8 0,8 NaHCO3 K2S2O8 NaHCO3 03
Stand der Technik. Bei den Beispielen mischung unter kräftigem Rühren auf Polyvinylalkohol 102,6 1,0 10 Polyvinylalkohol NaHCO3
Polyvinylalkohol		 Polyvinylalkohol 1,0
folgendermaßen polymerisiert: 1,0 2,0 Organische Phase Organische Phase
Die wäßrige Phase (Wasser mit Organische Phase 0,5 Gewichtsteile Gewichtsteile Organische Phase Vinylacetat Gewichtsteile
Vinylacetat 0,12 25 Vinylacetat Vinylacetat Dibutoxyäthylfumarat 25
Di-butoxyäthylfumarat 1,0 25 24 Di-butoxyäthylfumarat Di-äthoxyäthylfumarat Diisopropylfumarat 6,1
Di-isopropylfumarat 24
51		 51 15 Isopropylbutoxyäthylfumarat Di-isopropylfumarat Beispiel 7(Vergleich) 293
Gewichtsteile Di-isopropylfumarat Beispiel 6 Wäßrige Phase 39,6
Beispiel 2 20 (Mit anionischem und nichtionischem Emulgator,
ohne Schutzkolloid)		 Beispiel 5
10 Wäßrige Phase H2O Gewichtsteile
70 H2O Na-Dodecylsulfat
Na-Dodecylsulfat 20 K2S2O8 103,0
K2S2O8 NaHCO3 1,0
I Molverhältnis Vinylacetat zu Fumarsäureester 1 :1 NaHCO3 Polyvinylalkohol 0,5
I Wäßrige Phase Nichtionischer Emulgator Organische Phase 0,8
1,0
I H2O * (niedrigäthoxylierter Fettalkohol) 25 Vinylacetat
Di-n-octylfumarat
Diisopropylfumarat		 Gewichtsteile
Na-Dodecylsulfat ti Organische Phase Beispiel 8(Vergleich)
K2S2O8 If Vinylacetat Wäßrige Phase 25
NaHCO3 I Di-butoxyäthylfumarat 23
Polyvinylalkohol ! Di-isopropylfumarat 30 H2O 52
Na-Dodecylsulfat
Organische Phase K2S2O8 Gewichtsteile
NaHCO3
Polyvinylalkohol		 102,6
Vinylacetat Organische Phase 1,0
Di-butoxyäthylfumarat
Di-isopropylfumarat		 35 Vinylacetat 0,5
Beispiel 3 Di-n-octylfumarat 0,12
Di-isopropylfumarat 1,0
40 Gewichtsteile
20
20
60
45 Gewichtsteile
1083
6,0
50 0,5
0,8
1,0
Gewichtsteile
20
20
60
Gewichtsteile
60
103,0
1,0
65 0,5
0,8
1.0
Gewichtsteile
20
20
60
Beispiel 9(Vergleich)
(gemäß deutscher Auslegeschrift 10 93 558)
Zusammensetzung der Phasen
Wäßrige Phase Gewichtsteile
H2O
Polyoxy alkylenglykol
KOH
K2S2O8
Organische Phase
Vinylacetat
Dibutyimaleinat
80
5,0»)
0,2
0,4
Gewichtsteile
77
23
*) Davon 4,5 Gewichtsteile mit den Monomeren zugesetzt
Arbeitsweise für Beisp:el 9
Zu der wäßrigen Phase, die erst 0,5 Gewichtsteile des Polyoxyalkylenglykols enthält, wurde eine Mischung aus 7,7 Gewichtsteüen Vinylacetat, 23 Gewichtsteilen Dibutyimaleinat und 0,45 Gewichtsteilen Polyoxyalkylenglykol zugesetzt und unter Rohren 30 Minuten auf einer Temperatur zwischen 65 und 700C gehalten. Dann wurden innerhalb von 10 Stunden bei gleichbleibender Temperatur 693 Gewichtsteile Vinylacetat und 20,7 Gewichtsteile Dibutyimaleinat und 4,05 Gewichtsteile Polyoxyalkylenglykol zugegeben und für weitere 4 Stunden auf Reaktionstemperatur gehalten.
Das Reaktionsprodukt hat die in der Tabelle aufgeführten Qualitätsdaten. Infolge des hohen Restmonomerengehaltes ist der unpigmentierte FUm leicht klebrig und die Scheuerbeständigkeit überhaupt nicht gageben, obwohl die kritische rigrnenivöiuirierikönzeritration KPVK mit 75% noch deutlich oberhalb von PVK 60 liegt, die für den Scheuertest eingestellt wurde.
Die Eigenschaften der nach den Beispielen erhaltenen Dispersionen und der daraus hergestellten Überzüge sind in der folgenden Tabelle aufgeführt Zum Vergleich sind die Eigenschaften von drei im Handel erhältlichen Lackharzdispersionen und der damit hergestellten tlberzüge mit angeführt
Die Glanzmessung wurde nach der Methode von Lange vorgenommen, und zwar für 20% PVK (— Pigmentvolumenkonzentration) und einem Einfallwinkel von 45°. Die in der Tabelle unter »Härte« angegebenen Zahlen sind die Pendelharte-Werte nach König (DIN 53157). Zcr Bestimmung des KPVK-Wertes (nach Ind. Eng. Chem. 41 [1949], S. 1470) wurde die Dispersion mit TK)2 in ansteigender Konzentration pigmentiert, als Film aufgestrichen und anschließend mit einem hochglänzenden Alkydharz-Lackfilm ganz bestimmter Schichtdicke überzogen. Gemessen wurde der
to Glanzwert der Alkydharzlackichicht, der bei der kritischen Pigment-Volumen-Konzentration steil abfällt
Die Filmbildung wurde an der unpigmentierten Dispersion bei Auftrag in einer Dicke von 300 μ
is bestimmt
Die Scheuerfestigkeit wurde nach dem TAKD-Prüfverfahren (v. 2.10.1969, Test Nr. 36) ermittelt Für die Bezeichnung »scheuerfest« müssen mehr als 5000 Zyklen überstanden werden. Die Zahl der Zyklen sinkt für ein und dieselbe Dispersion mit der PVK.
Dispersionen, die bei PVK 60% gerade keine 5000 Zyklen mehr überstehen, sind bei PVK 55% schon
scheuerfest
Bei dem TAKD-CTechnischer Arbeitskreis Disper-
sion)-Prüfverfahren wird ein pigmentierter FUm einer Dispersion (60% PVC) einer NaBfilmdicke von 200 μ mit einer Bürste eines Gewichts von 350 g, einer Länge von 76 mm und einer Breite von 38 mm gescheuert Während 1 ml einer l%igen wäßrigen Lösung von Na-Dodecylsulfat pro Minute auf den FUm gesprüht wird, wird die Bürste mit einer Geschwindigkeit von 1 sec/Zyklus hin- und herbewegt. Es wird die Zyklenzahl aufgeschrieben, bei welcher eine Flache von 1 cm2 im Mittelabschnitt des Films abgescheuert ist
Schließlich ist noch eine Erklärung fur die in der Tabelle gemachten Angaben bezüglich der Beschaffenheit der Dispersion zu geben. Die Dispersion wird als »stabil« bezeichnet, wenn nach mindestens 4 Wochen keine Veränderung eintritt »Meist noch stabil« bedeutet, daß nach etwa einer Woche ein leichter
Bodensatz auftritt Wenn sich innerhalb einer Woche Bodensatz bUdet und Phasentrennung auftritt, ist dies
gleichbedeutend mit »koaguliert«.
Die unter 1) benutzte Abkürzung »DBOF« bedeutet:
4; Dibutoxyäthylfumarat
Handelsprodukt bzw. Beschaffenheit Stabilität Rest-Mono- Glanz?) HärteJ) der FiIm- _ 8 Scheuer — 900
Produkt gemäß Beispiel merengehalt Filme bildungs- = etwa 5 Molprozent zyklen -6000 A 8 Mol-
stabi! KPVK tempera- bei 60% —
der Dispersion rtabil tur PVK -6800
stabil gering 10 48 < 5 -5000
Viskosität meist noch
stabil·)
stabil		 sehr gering 60 36 80 >25 -7500 -7000
Vinylacetat-Typ stabil gering 40 14 62 -12 1000 -4500
Acrylat-Typ mittel stabil gering — 40 — >30 _
Fumarat-Typ hoch stabil sehr gering 62 35 75 -13
Beispiel 1 niedrig stabil sehr gering 92 31 — "^ 7
Beispiel 2 niedrig stabil sehr niedrig 54 38 75 -10
Beispiel 3 niedrig koaguliert sehr gering 57 33 75 -18
Beispiel 4 niedrig stabil gering 40 45 75 24
Beispiel 5 niedrig gering 40 32 65 14
Beispiel 6 niedrig — — — —
Beispiel 7 mittel etwa 15% 37 20 75
Beispiel 8 mittel 1) Unterer Grenzwert für den DBOF-Gehalt 10 Gewichtsprozent, bezogen auf Gesamtmonomere
Beispiel 9 —
mittel
prozent, bezogen auf Fumarate, bei dem in der Regel noch keine Koagulation eintritt Glanz nach L a η g e bei 45° Reflexion und 20% PVK. Härte nach 7 Tagen, 300 μ unpigmentiert.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung stabiler wäßriger Polymerisatdispersionen des Vinylacetats mit Fumarsäureestern durch Polymerisation der Monomeren in wäßriger Emulsion in Gegenwart von Emulgatoren und gegebenenfalls Polyvinylalkohol als Stabilisator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Vinylacetat und über 40 Gew.-% Fumarsäurediester, deren Estergruppen mindestens zu 8 Mol-% der Butoxyäthyl- und/oder Äthoxyäthyl Reste sind, in Gegenwart von nicht
, mehr als 1 Gew.-% eines anionischen Emulgators bezogen auf die eingesetzten Gesamtmonomeren polymerisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenwart eines Gemisches aus anionischen und nichtionischen Emulgator und in Abwesenheit des Stabilisators polymerisiert wird.
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