DE2418419A1 - Carboxylgruppen enthaltende styrolbutadien-copolymerisat latices - Google Patents
Carboxylgruppen enthaltende styrolbutadien-copolymerisat laticesInfo
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Description
Latices
Die Herstellung wäßriger carboxylgruppenhaltiger Polymerisat-Latices
ist z.B. in der US-Patentschrift 2,724,707 beschrieben.
Solche Latices sind im Handel erhältlich; insbesondere carboxylgruppenhaltige Styrol-Butadien-Copolymerisat-Latices
werden zur Papierbeschichtung, zur Verfestigung von Vliesmaterialien und zur Teppichruckenbeschichtung großtechnisch verwendet.
Diese Latices neigen dazu, stabile Schäume zu bilden, die bei der Verarbeitung z.B. auf schneilaufenden Maschinen
erheblich stören.
Das Schäumen ist durch die niedrige Oberflächenspannung der Latices bedingt, die. ihrerseits von den in den Latices enthaltenen
"Emulgatoren verursacht wird. Deshalb wären Latices mit möglichst geringem Gehalt an Emulgatoren wünschenswert. Vermindert
man aber die Emulgatormenge bei der Herstellung der Latices, dann wird deren Stabilität unzureichend.
Die Emulsionspolymerisation ohne Emulgatoren ist bekannt. Die so hergestellten Latices sind aber nicht reproduzierbar und
enthalten sehr viel Gel. Dieses fällt als grobe Ausscheidungen und besonders als Mikrokoagulat mit Teilchendurchmessern
von 10 bis 200 ,u an.
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73,5 | - 18 |
20 | - 80 |
0 | - 10 |
0 | VJl |
1,0 | - 4 |
0,5 | - 6 |
Gegenstand der Erfindung sind carboxylgruppenhaltige Polymerlatices,
die ein Copolymerisat von
- 18,5 Gew.-Teilen Butadien Gew.-Teilen Styrol
Gew.-Teilen Acrylnitril Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter
Gew.-Teilen Acrylnitril Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter
Carbonsäureamide oder deren Methy-
lolderivate
Gew.-Teilen Acrylsäure und Gew.-Teilen Methacrylsäure
enthalten und die mit weniger als 0,5 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile
Copolymerisat eines anionischen Emulgators stabilisiert sind.
Diese Latices sind frei von Mikrogel, sehr stabil und schäumen
nicht oder nur wenig.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung carboxylgruppenhaltiger Latices, durch Polymerisation
eines Gemischs von
73,5 - 18,5 Gew.-Teilen Butadien Gew.-Teilen Styrol
Gew.-Teilen Acrylnitril
Gew.-Teilen Acrylnitril
Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter Carbonsäureamide
oder deren Methylolderivate und
1,5 - 10 Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter Carbonsäure
in wäßriger Emulsion in Anwesenheit eines radikalbildenden Katalysators
und eines Emulgators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die äthylenisch ungesättigte Carbonsäure ein Gemisch aus
1,0-4 Gew.-Teilen Acrylsäure und
0,5 - 6 Gew.-Teilen Methacrylsäure ist und der Emulgator
ein anionischer Emulgator in einer Menge von weniger als 0,5
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20 | - 80 |
0 | - 10 |
0 | VJl |
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Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Monomer.
Geeignete äthylenisch ungesättigte Carbonsäureamide sind insbesondere
Acrylamid, Methacrylamid oder deren Methylolierungsprodukte
wie N-Methylol(meth)acrylamid, Methoxy-N-methylol-(meth)acrylamid,
Carboxyäthyl-N-methylol(meth)acrylamid.
Die Auswahl der äthylenisch ungesättigten Carbonsäure ist entscheidend
für die Bildung emulgatorarmer Latices aus den angegebenen Monomeren. Mit nur einer Carbonsäure ist das gewünschte
Eigenschaftsbild nicht zu erzielen. Durch die Kombination von Acrylsäure und Methacrylsäure werden dagegen sogar mit Emulgatorkonzentrationen
unter 0,5 Gew.-% (bezogen auf Monomere) stabile, ausscheidungsfreie Latices erhalten. Acrylsäure und .
Methacrylsäure zusammen machen 1,5 - 10 Gew.-%, vorzugsweise 1,5-6 Gew.-% der gesamten Monomeren aus. Das Gewichtsverhältnis
von Acrylsäure zu Methacrylsäure kann zwischen 1 : 5 bis 5:1, vorzugsweise 1 : 2 bis 2 : 1 variiert werden.
Die Menge der zur Polymerisation verwendeten anionischen Emulgatoren
liegt unter 0,5 % (bezogen auf Monomere), vorzugsweise 0,05 - 0,4 °/o. Es können die üblichen anionischen Emulgatoren,
z.B. Alkalisalze von langkeetigen Alkylsulfonaten, Alkylarylsulfonaten oder langkettigen Alkylsulfaten verwendet werden.
Salze von Alkylsulfaten, wie Natriumlaurylsulfat, Ammoniumlaurylsulfat
oder die Alkalisalze der Sulfate von Gemischen gesättigter oder ungesättigter Fettalkohole sind vorzuziehen.
Bevorzugt werden die Latices der Erfindung nach einem "halbkontinuierlichen Monomerenzulaufverfahren'1 durch Polymerisation
in wäßriger Emulsion hergestellt. Dabei wird ein Teil der Monomeren im allgemeinen 5 - 25 % der Gesamtmenge, vorgelegt, die
Polymerisation durch Zugabe von Aktivator gestartet und der Rest der Monomeren nach Maßgabe des Umsatzes kontinuierlich zugefügt.
In dem vorgelegten Teil der Monomerenmischung kann der
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Gehalt an Acrylsäure und Methacrylsäure höher sein als in dem später zugefügten Teil. Die Gesamtmenge muß aber eingehalten
werden. Als "besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, außer den Monomeren auch eine wäßrige Aktivatorlösung im Verlauf der
Polymerisation kontinuierlich zuzugeben. Die Polymerisation wird im allgemeinen bis zu einem Umsatz über 90 % geführt.
Nicht polymerisierte Monomere können durch Entgasung, die auch der Desodorierung dient, entfernt werden. Zur Regelung des
Molekulargewichts des Polymerisats können bei der Polymerisation die üblichen Regler, wie Mercaptane (tert.vDodecylmercaptan,
n-Dodecylmercaptan, Octylmercaptan usw.), halogenierte Kohlenwasserstoffe (Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Bromoform
usw.), oder auch aliphatische Alkohole und Aldehyde (Formaldehyd, Methanol usw.) in Mengen von z.B. 0,5 bis 8 %, bezogen
auf das Monomerengemisch mit eingesetzt werdend
Zur Aktivierung werden bei der Polymerisation die üblichen wasserlöslichen
Radikalbildner, insbesondere die Alkalisalze der Peroxodischwefelsäure (z.B. Ammoniumpersulfat, Kaliumpersulfat)
eingesetzt. Reduktionsmittel wie Formaldehydsulfoxylat oder Natriumbisulfit können in geringeren Mengen mitverwendet werden.
Polymerisiert wird vorteilhaft bei 75 und 980C, vorzugsweise bei
80 und 950C. Während der Polymerisation wird der pH durch Zugabe
von Alkali zwischen 2 und 6 gehalten. Nach beendeter Polymerisation kann durch weitere Alkalizugabe ein pH von 6,5 bis
10 eingestellt werden. Weiterhin können dem Latex nach beendeter Polymerisation noch die üblichen Hilfsstoffe wie Alterungsschutzmittel
und Bakterieide zugesetzt werden.
Die Menge des zur Polymerisation verwendeten Wassers wird i.a. so gewählt, daß die Feststoffkonzentration der Latices im Bereich
von 40 bis 60 % liegt.
Die in den nachfolgenden Beispielen aufgeführten physikalischen
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Daten wurden wie "folgt ermittelt:
Mittlerer Teilchendurchmesser: d,-Q-Wert durch Lichtstreuung
gemäß Makromol. Chem. 69 (1963) S. 213 u. 220.
Viskosität: Brookfield-Viskosimeter, Spindel 1, 30 Upm in cP
Oberflächenspannung: Mit Stalagmometer nach Dr. Traube in
dyn/cm
Mechanische Stabilität: In Anlehnung an DIN-Norm 53 567 wird
eine Latexprobe, in der in DIN 53 567 angegebenen Apparatur,
beginnend bei 350C der Scherbeanspruchung einer mit 14.000
U/min ± 200 U/min rotierenden Schreibe ausgesetzt.' Beurteilt wird die Bildung von Mikrokoagulat, bzw. von groben Ausscheidungen
durch Filtration und Auswiegen nach 10 minütiger Scherbeanspruchung.
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Beispiel 1; · »·
In einem 250 1 Edelstahl-Autoklaven, ausgestattet mit Rührer, Thermometer und Thermostatisiervorrichtung werden vorgelegt:
43 kg entmineralisiertes Wasser, 80 g Kaliumpersulfat, 80 g
Na^-Laurylsulfat, 8 g Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure
und 320 g Natriumhydroxid. Nach Überlagern mit Stickstoff werden in den Autoklaven gegeben:
3,2 kg Butadien, 4,0 kg Styrol, 400 g Acrylsäure, 400 g Methacrylsäure
und 100 g tert.-Dodecylmercaptan. Anschließend wird unter Rühren die Temperatur innerhalb 2 Stunden auf 95°C gesteigert
und bei dieser Temperatur 30 Minuten lang gerührt. Dann werden innerhalb von 8 Stunden folgende zwei Zuläufe
gleichmäßig zudosiert:
1. Monomerenzulauf aus 52,8 kg Butadien, 16,0 kg Styrol, 2 kg Acrylsäure, 1,2 kg Methacrylsäure und 800 g tert.-Dodecylmercaptan;
2. wäßriger Zulauf aus 29 kg entmineralisiertem Wasser und 720 g
Kaliumpersulfat. Die Innentemperatur des Autoklaven wird während des Zulaufs und noch weitere 2 Stunden nach Zulaufende
auf 95°C gehalten. Dann wird mit einer Lösung von 80 g Kaliumpersulfat in 1,6 kg entmineralisiertem Wasser nachaktiviert
und weitere 4 Stunden bei 95°C gerührt. Nach dem Abkühlen des Latex wird dieser mit 800 g einer 50 %lgen Emulsion eines handelsüblichen
phenolischen AlterungsSchutzmittels stabilisiert und durch Zugabe von halbkonzentriertem Ammoniakwasser auf
pH 9,0 eingestellt. Der 52 °/o±ge Latex (Feststoff) wird durch
Strippen mit Wasserdampf von Resten nichtpolymerisierter Monomeren
befreit.
Der erhaltene Latex ist frei von Stippen und groben Ausscheidungen.
Seine Oberflächenspannung beträgt 50 dyn/cm, seine Viskosität 93 cP, der mittlere Teilchendurchmesser betrug 220 nm.
Die mechanische Stabilität.des Latex ist sehr gut. Nach 10 Minuten wird keine Koagulatbildung beobachtet.
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Der Latex eignet sich als Imprägniermittel für weiche Vliesmaterialien.
In einem 2 m^ Edelstahl-Autoklaven, ausgestattet mit Rührer,
Thermometer und Thermostatisiervorrichtung, werden vorgelegt:
480 kg entmineralisiertes Wasser, 0,8 kg Kaliumpersulfat, 0,6 kg
Natriumlaurylsulfat, 0,1 kg Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure
und 2 kg Natriumhydroxid. Nach Überlagern mit Stickstoff wird auf 40°C aufgeheizt und folgende Monomerenmischung
zugegeben:
48 kg Styrol, 24 kg Butadien, 4 kg Methacrylsäure, 4 kg Acrylsäure,
3 kg Tetrachlorkohlenstoff und 1 kg Methanol. Die Innentemperatur wird unter Rühren innerhalb einer Stunde auf 800C
erhöht und noch eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Danach werden folgende zwei Zuläufe gleichmäßig innerhalb von
10 Stunden bei einer Innentemperatur von 8O0C unter Rühren zudosiert:
1. Monomerenmischung aus 110 kg Butadien, 590 kg Styrol, 12 kg Methacrylsäure, 8 kg Acrylsäure, 10 kg Tetrachlorkohlenstoff
und 5 kg Methanol;
2. wäßrige Lösung aus 240 kg entmineralisiertem Wasser, 7 kg
Kaliumpersulfat und 50 g Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure.
Es wird noch 4 Stunden bei 8O0C nachgerührt. Der erhaltene
51 %ige Latex wird mit 10 ^iger Natronlauge auf pH 8,5 einge-'
stellt und mit 5 kg einer 50 %igen Emulsion eines handelsüblichen phenolischen Alterungsschutzmittels stabilisiert. Durch
Strippen mit Wasserdampf wird der Latex von geringen Resten nichtpolymerisierter Monomeren befreit. Der erhaltene Latex
ist weitgehend frei von Strippen und frei von groben Ausscheidungen. Er zeigt eine hohe Oberflächenspannung von 48 dyn/cm
und eine niedrige Viskosität von 30 cP, der mittlere Teilchendurchmesser
betrug 280 nm. Bei Prüfung der mechanischen
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Stabilität wird nach 10 Minuten weder eine Bildung von Mikrokoagulat,
noch von groben Ausscheidungen beobachtet. Der Latex eignet sich u.a. als Imprägniermittel für thermisch formbare
Pappen, z.B. für Schuhkappen.
In einem 40 1 Edelstahl-Autoklaven, ausgestattet mit Rührer,
Thermometer und Thermostatisiervorrichtung, werden vorgelegt:
9600 g entmineralisiertes Wasser, 16 g Kaliumpersulfat, 1,6 g
Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure, 16 g Na-SaIz eines
Gemisches von C10 - C.g-Fettalkoholsulfaten und 60 g Natriumhydroxid.
Der Reaktor wird mit Stickstoff gespült und auf 50 C Innentemperatur aufgeheizt. Danach werden zugegeben:
640 g Butadien, 96Ο g Styrol, 80 g Methacrylsäure, 80 g Acrylsäure
und 100 g Tetrachlorkohlenstoff. Anschließend wird unter Rühren die Temperatur auf 900C gesteigert und eine Stunde bei
dieser Temperatur gehalten. Dann dosiert man unter Rühren innerhalb von 6 Stunden folgende zwei Zuläufe gleichmäßig zu:
1. Monomerenmischung aus 672Dg Butadien, 7040 g Styrol, 240 g
Methacrylsäure,240 g Acrylsäure, 400 g Tetrachlorkohlenstoff
und 160 g Methanol;
2. wäßrige Lösung von 4800 g entmineralisiertem Wasser, 144 g
Ammoniumpersulfat, 48 g Na-SaIz eines Gemisches von C10 - C.g-Fettalkoholsulfaten
und 0,8 g Na-SaIz der Äthylendiamintetraessigsäure. Die Innentemperatur wird während der Zudosierung
und noch 6 Stunden danach auf 9O0C gehalten. Der erhaltene
52 %±ge Latex wird mit 240 g einer 50 %lgen Emulsion eines handelsüblichen
phenolischen AlterungsSchutzmittels stabilisiert
und mit halbkonzentriertem Ammoniak auf pH 8,7 eingestellt. Er ist frei von Stippen und groben Ausscheidungen. Seine'Oberflächenspannung
beträgt 46 dyn/cm, seine Viskosität 60 cP, der mittlere Teilchendurchmesser betrug 240 mn. Bei Prüfung der mechanischen
Stabilität des Latex in Anlehnung an DIN 53 567 wird ohne Stippenbildung eine Rührzeit von 10 Minuten erreicht. Der
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Latex eignet sich u.a. als Imprägnierbinder für Nadelvlies-Teppiche
und zur Polverfestigung von Tufted-Teppichen.
Nach diesem in Beispiel 3 angegebenen Rezept wurde zum Vergleich ein Latex hergestellt, der allein 4 % Methacrylsäure als
polymerisierbare Carbonsäure enthielt:
Vergleichslatex A: Der Ansatz enthielt ca. 6 kg groben Koagulats
und war mit feinem Mikrokoagulat durchsetzt. Rührer, Thermometerstutzen und Wandungen waren stark mit Ausscheidungen
bedeckt.
Nach der im Beispiel 3 angegebenen Rezeptur wurde zum Vergleich ein Latex hergestellt, der. allein 4 % Acrylsäure als
polymerisierbare Carbonsäure enthielt:
Vergleichslatex B: Nach Einstellung des pH auf pH = 8,8 resultierte
ein wegen seiner Viskosität von 1200 cP nicht mehr handhabbarer Latex (Brookfield, Spindel 1,3 Upm)
Nach der im Beispiel 3 angegebenen Rezeptur wurde zum Vergleich
ein Latex hergestellt, wobei mit 160 g (in der Vorlage) + 160 g (im wäßrigen Zulauf) Na-SaIz eines Gemisches von C^q- CLg-Fettalkoholsulfaten
gearbeitet wurde. Diese Menge entspricht 2,0 %, bezogen auf 100 Teile Monomere im Gegensatz zu 0,4 %
im Beispiel 3.
Es wurde ein stark zum Schäumen neigender Latex mit einer niedrigen
Oberflächenspannung von 28 dyn/cm und einer Viskosität von 180 cP bei einem mittleren Teilchendurchmesser von 130 nm
erhalten.
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Claims (1)
- Patentanspruch;Schaumarme carboxylierte Styrol-Butadien-Latices, hergestellt durch Emulsionspolymerisation von Monomerengemischen aus73,5-18,5 Gew.-Teilen Butadien
20 - 80 GeWo-Teilen Styrol
O - 10 Gew.-Teilen AcrylnitrilO - 5 Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter Carbonsäureamide oder Methylolderivaten derselben und1,5 - 10 Gew.-Teilen äthylenisch ungesättigter Carbonsäuren,dadurch gekennzeichnet, daß die äthylenisch ungesättigten Carbonsäuren aus einem Gemisch von1,0 - 4 Gew.-Teilen Acrylsäure und0,5 - 6 Gew.-Teilen Methacrylsäurebestehen, und daß für die Polymerisation weniger als 0,5 Gew,-Teile anionischer Emulgatoren verwendet werden.Le A 15 693509843/0782
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