DE2453655C2 - Copolymere aus Vinylacetat, Maleinsäurediester primärer, geradkettiger, aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, ungesättigten Estern mit hydrophiler Gruppe und Crotonsäure - Google Patents
Copolymere aus Vinylacetat, Maleinsäurediester primärer, geradkettiger, aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, ungesättigten Estern mit hydrophiler Gruppe und CrotonsäureInfo
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Description
Z Copolymerisate nach Anspruch 1, die als Komponente d) 7 Gew.-% Struktureinheiten der
Crotonsäure aufweisen, bzw. deren Salze.
Ls sind zahlreiche Vinylacetat-Copolymere bekannt,
die Säuren und Ester einpolymerisiert enthalten. Beispielsweise bestehen solche Copolymere aus Vinyl
acetat. Maleinsäureester und/oder Crotonsäure; aus Vinylacetat, Crotonsäure und Vinylestern linearer oder
verzweigter langkettiger Fettsäuren; aus Vinylacetat, Crotonsäure und Acryl- bzw. Methacrylsäureestern
und/oder Alkylvinyläthern (DE-AS 16 45 082, DE-OS 17 45 214 und DE-OS 21 38 269). Produkte dieser Art
sind in der Regel alkohollöslich und abhängig von der Menge der sauren Komponente — nach völliger oder
teilweiser Neutralisation — sind diese Alkohollösungen auch mit Wasser verdünnbar. Allerdings ist der
Wasseranteil, der den Alkohollösungen zugesetzt werden kann, ohne eine Trübung der Lösung zu
bewirken, sehr begrenzt. Die Hydrophilie der genannten Copolymeren kann teilweise durch den Croionsäureanteil
beeinflußt werden. Verfahrenstechnisch bedingt ist diese Einflußmöglichkeit begrenzt, da bei hohen
Prozentsätzen Crotonsäue keine technisch verwertbaren Harze ohne Verfärbungen und mit geringem
Restmonomerengehalt hergestellt werden können.
Aufgabe der Erfindung war es, Copolymere des Vinylacetats aufzuzeigen, deren alkoholische Lösungen
oder wäßrig-alkoholische Lösungen nach vollständiger oder teilweiser Neutralisation mit Wasser praktisch
unbegrenzt verdünnbar sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Copolymerisate mit einem K- Wert von 20 bis 70, gemessen in
lgew.-°/oiger Acetonlösung bei 2O0C, bzw. deren Salze,
bestehend aus
■) 65-^80 Gew>% Struktureinheiten des Vinylacetats
b) 10-^20 Gew.'% SjfüktUreinheiten Von Maleinsäure·'
diestern mit primären, geradketti-· gen, aliphatischen Alkoholen einer
Kettenlänge von 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen
c) 5-20 Gew.-°/o
d) 3-10Gew.-%
Struktureinheiten eines einfach olefinisch ungesättigten Esters mit 6
bis 8 Kohlenstoffatomen, der eine Hydroxy-, eine Carboxy- bzw. eine Keto-Gruppe aufweist
Struktureinheiten der Crotonsäure.
Struktureinheiten der Crotonsäure.
Überraschenderweise zeigen die erfindungsgemäßen Copolymeren bzw. deren Salze die angestrebte
ίο Löslichkeit in Alkohol-Wasser-Gemischen. Ausschlaggebend
für diese Eigenschaften ist das wohlabgestimmte Verhältnis der vier Comonomeren im Copolymeren.
Von großer Bedeutung in diesem Zusammenhang scheinen die Maleinsäurediester primärer, geradkettiger,
aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen zu sein, denn bei Substitution dieser Ester
durch andere Ester, z. B. Maleinsäuredibutylester, Maleinsäuredi-2-äthylhexylester, Vinyllpurat, Vmylstearat
oder Vinylisononat geht die gute Löslichkeit verloren. Ebensowenig kann die Komponente c) durch
beispielsweise mehr Crotonsäure (Komponente d)) ersetzt werden obwohl b^i^s ^ornrion'*Rten r^^rrmhi.
ler Natur sind.
Die erfindungsgemäß verwendeten Maleinsäureester werden aus Maieinsäure und primären, geradkettigen,
aliphatischen Alkoholen mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen
nach bekannten Verfahren hergestellt Die Alkohole sind großtechnische Alkohole, die durch
Polymerisation von Äthylen an Aluminium zu Aluminiumalkylen.
anschließender Oxidation zu Aluminiumalkoxiden sowie Hydrolyse zu den Alkoholen hergestellt
werden (vgl. Chemiker-Zeitung 86, Jahr 1962. Nr. 17. Seite b4j). Für die vorliegende Erfindung sind die
Fraktionen der Alkohole mil Kettenlängen von 8
■j5 und/oder 10 Kohlenstoffatomen geeignet Die Alkohole
sind farblose Flüssigkeiten.
Beispiele für die einfach olefinisch ungesättigten Ester mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, die eine Hydroxy-, eine
Carboxy- bzw. eine Keto-Gruppe als hydrophile Gruppe aufweisen (Komponente c)), sind Maleinsäuremonoalkylester.
z. B. Maleinsäuremonoäthylester und Malemsäure-monobutylester oder Hydroxyalkylacrylester.
z. B. Hydroxypropylacrylate. Hydroxybutylacrylate. Die hydrophile Gruppe kann sowohl an der Säure
wie auch an der Alkoholkomponente des Ester, gebunden sein, gleiches gilt für die Doppelbindung Die
Verwendung von Gemischen der genannten Verbindungen als Komponente c) ist ebenfalls denkbar.
Alle Komponenten a) bis d) können bei der Polymerisation sowohl vorgeleg» wie teilweise vorge
legt, wie auch ganz dosiert werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Copolymeren kann nach den bekannten Polymerisationsverfahren
in Masse, Lösung, Suspension oder Emulsion erfolgen.
Zur Einleitung der Polymerisation kommen wasserlösliche oder öllöshche peroxydische Radikalbildner je
nach Polymerisationsart in Betracht, wie z. B. Diacylperoxyde,
beispielsweise Diacetylperoxyd. Dilaurylperoxyd. Dibenzylperoxyd; Perester, beispielsweise Per·
ester verzwe'gter Alkohole mit linearen oder verzweigten Fettsäuren, z. B. tert.Butylperoctoat. tert.-Butylperpivaiai,
tertfButylperisononat; DUterf^bütylperoxyd
und wasserlösliche wie t, B, Wasserstoffperoxyd, Natrl·
ünv, Kalium-, Ammöniumpersulfat und iert*Butylhydro-
peroxyd, gegebenenfalls zusammen mit Redüktiönsmil·
teln wie z. B. Formaldehyd, Natriumsulfoxylat, Eisen*ll·
salzen, Natriumdithionit, Natriumhydrogensuliit, Natriumsulfit,
Natriumthiosuifat oder Palladiumsole mit
Wasserstoff. Alle in Betracht kommenden Katalysatorsysteme müssen geeignet sein, die Polymerisation von
Vinylacetat an sich allein im Temperaturbereich von 30—140"C zu katalysieren. Die eingesetzten Katalysatormengen
Hegen in einem Bereich von 0,01 — 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 —0,6 Gew ·% bezogen auf
Gesamtmonomere. Es können auch mehrere der genannten Peroxyde kombiniert werden und sowohl
vorgelegt als auch dosiert werden. Als Zusatzperoxyd zu den öllöslichen Peroxyden ist es manchmal
vorteilhaft 2^-Bis-(tert-butylperoxyd)-butan zu verwenden.
Die Reduktionsmittel werden meistenteils in Mengen von 0,01 — 1 Gew.-%, bezogen auf Gesamtmonomerengehalt,
eingesetzt Sie können ebenfalls vorgelegt oder dosiert werden.
Die Polymerisationstemperatur liegt im allgemeinen zwischen 30 und 1400C, vorzugsweise zwischen 50 und
1200C Üblicherweise wird die Polymerisation bei Normaldruck in heiz- und kühlbaren Rührgefäßen, die
gegebenenfalls mit Rückflußkühlern ausgerüstet sind, vorgenommen.
Der Polymeriidtionsgrad der Copolymeren ist auf
bekannte Weise mit Hilfe von Reglern, meistenteils in Mengen von 0,1—2Gew.-°/o, bezogen auf Gesamtmonomere,
beispielsweise Aldehyde, wie Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Chlorkohlenwassersloffen.
Mercaptane sowie niederen aliphatischen Alkoholen und Estern in weiten Grenzen einstellbar. Der
Af-Wert, der als Maß für den Polymerisationsgrad
anzusprechen ist, liegt erfindungsgemäß im Bereich von etwa 20—70. gemessen in lgew.-%iger Acetonlösung
bei 20° C
Die für die Besummung des K- Werts (vgl. H. Fikentscher
in »Cellulosechemiei, Banc i3, Jahrgang 1932,
S. 58 ff) erforderliche Messung der relativen Viskosität erfolgt in lgew.-°/oiger Lösung in Aceton mit dem
Ubbelohde-Kapillar-Viskosimeter bei 200C.
Bevorzugt wird die Herstellung der Copoiymeren in Masse in Gegenwart von öllöslichen Peroxyden und
Molekulargewichtsreglern bei Temperaturen von 30-1400C durchgeführt Als öllösliche Peroxyde
kommen dabei die bereits genannten, insbesondere aber Dialkylperoxyddicarbonate in Mengen von 0.01 —
1 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 —0,6 Gew.-°/o. bezogen auf Gesamtmonomerengehalt in Frage.
Die Herstellung der Copolymeren in Emulsion und Suspension erfolgt im allgemeinen in wäßriger Phase in
Gegenwart von Emulgatoren und/oder Schutzkolloiden in den für die Vinylacetatpolymerisation bekannten
Mengen. Die Temperatur beträgt dabei etwa 30-100° C
Um zu den Salzen der Copolymeren zu kommen, werden diese mit Hufe anorganischer Basen, wie
beispielsweise Natronlauge. Kalilauge oder Ammoniak, brw. organischer Basen neutralisiert. Meistenteils
werden als organische Basen Amine, oftmals mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls mit OH-Gruppen
substituiert (Aminoalkohole) verwendet. Beispiele sind Dimethylamin. Äthylamin, Diäthylamin,
Aminoäthylamin, Äthanolamin, Monoisopropanolamin. 2-Amino-2-methyl-propanol-(l), 2-Amino-2-methylpropandicl-(13)
und Diäthyläminoäthanol. Zur Neutralisation
werden die Basen oder deren Gemische meistenteils in Mengen von 50—150% der theoretisch
zur Neutralisation notwendigen Menge verwendet.
Die erfindungsgemäßen Copolymeren bzvt, deren
Salze oder deren Gemische sind für viele technische Anwendungen von Bedeutung, wie aus dem Stand der
' Technik für vergleichbare Copolymere bekannt
Von besonderem Interesse ist dabei die Eigenschaft der alkoholischen Copolymerisatlösungen, nach vollständiger
oder nur teilweise!· Neutralisation der ä hydrophilen Gruppen mit Alkali oder Aminoalkoholen
oder Aminen praktisch unbegrenzt mit Wasser verdünnbar zu sein (beispielsweise für wasserlösliche
Lacke).
Außerdem lösen sich die Copolymeren iiuch gut in
ίο üblichen Lacklösungsmkteln. Die aus diesen Lösungen
erhältlichen klaren, elastischen Filme sind nicht klebrig, sowie von geringer Hygroskopizität und haben gutes
Haftvermögen auf Papier, Holz, Metall, Glas, Leder und dergleichen.
In einem 2-1-Reaktionsgefäß, das mit Rührer, Rückflußkühler und Stickstoffeinleitungsrohr ausgestattet
ist werden 250 g Vinylacetat 46 g Maleinsäurediester primärer, geradkettiger, aliphatischer Alkohole
mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, !Og Maleinsäuremonobutylester,
8 g Crotonsäure, 9,5 g Acetaldehyd und 1 g Diisopropylperoxyddicarbonat eingebracht.
Sodann wird unter Rühren und schwachem Stickstoffstrom bis zum Einsetzen des Rückflusses, der bei 64° C
erfolgt, aufgeheizt 10 Minuten nach Rückflußbeginn wird in das Reaktionijefäß mit Hilfe einer Dosierpumpe
im Verlauf von 5 Stunden ein Gemisch, bestehend aus 334 g Vinylacetat, 50 g Maleinsäurediester primärer,
geradkettiger. aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, 70 g Maleinsäuremonobutylester,
32 g Crotonsäure und 5 g Diisopropylperoxyddicarbonat zudosiert. Die Heizung ist während dieser Zeit
so zu regeln, daß der Rückfluß bei 640C aufrechterhalten
bleibt
Nach Beendigung des Zulaufs wird die Polymerisation noch 2 bis 272 Stunden unter allmählicher
Steigerung der Wärmezufuhr und Zugabe von je I g Diisopropylperoxidicarbonat in Abstanden von jeweils
30 Min. fortgeführt Die Innentemperatur hat nach dieser Zeit ca. 82°C erreicht und der versiegende
Rückfluß zeigt das Ende der Reaktion. Nach kurzem Abdestillieren geringfügiger Monomerenreste kann das
farblose, klare Copolymerisat als Schmelze abgelassen werden.
Das Copolymere besitzt folgende Zusammensetzung:
Vinylacetat 73 Gew.-%
Maleinsäurediesler primärer,
geradkettiger, aliphatischer
Alkohole mit 8 und/oder 10
Kohlenstoffatomen 12Gew.%
Maleinsäuremonobutylester 10 Gew-%
Crotonsäure 5 Gew %
Der K-Wert, gemessen l°/oig in Aceton bei 20"C
beträgt 30.
Säurezahl = 68 mg KOH/g.
Eine 8Gew.-°/o-Lösung des Copolymeren in Isopropanol
kann nach vorheriger 90%iger Neutralisation der hydrophilen Gruppen mit 2-Aminoi2-methylpropani
diol'(l,3) praktisch unbegrenzt mit Wasser verdünnt werden.
. Beispiel 2
Unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 beschrieben, werden 250 g Vinylacetat, 60 g Maleinsäu-
rediester primärer, geradkettiger, aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, 16 g Maleinsäuremonobutylester,
20 g Crotonsäure, 6,5 g Acetaldehyd und 1 g Diisopropylperoxidicarbonat im Reaktionsgefäß vorgelegt und bis Rückflußbeginn bei 68° C
aufgeheizt Nach weiteren 10 Minuten wird der Zulauf, bestehend aus 334 g Vinylacetat, 60 g Maleinsäurediester
primärer, geradkettiger, aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, 24 g Maleinsäuremonobutylester,
36 g Crotonsäure und 5 g Diisopropylperoxidicarbonat innerhalb von 5 Stunden zudosiert.
Nach entsprechenden weiteren Operationen, wie in Beispiel I1 erhält man ein klares, farbloses Polymerisat
der Zusammensetzung:
Vinylacetat 73 Gew.-%
Maleinsäurediester primärer,
geradkettiger, aliphatischer
Alkohole mit 8 und/oder 10
Kohlenstoffatomen 15Gew.-%
geradkettiger, aliphatischer
Alkohole mit 8 und/oder 10
Kohlenstoffatomen 15Gew.-%
Maleinsäuremonobutylester 5 Gew.-%
Crotonsäure 7 Gew.-%
Der K-Wert beträgt 37, die Säurezahl 63,4 mg KOH/g.
Die 10-Gew.-%-PolymerharzIösung in Äthanol wird nach Zugabe von 0,5% Wasser völlig klar und läßt sich
nach 80%iger Neutralisation der hydrophilen Gruppen mit Ammoniak beliebig mit Wasser verdünnen.
In der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur werden 250 g Vinylacetat 50 g Maleinsäurediester primärer,
geradkettiger, aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, 10 g Hydroxypropylacrylat, 8 g
Crotonsäure, 5,5 g Acetaldehyd und 1 g Diisopropylperoxidicarbonat
vorgelegt und aufgeheizt, bis bei ca. 67° C der Rückfluß einsetzt Nach weiteren 10 Minuten wird
ein Gemisch, bestehend aus 310 g Vinylacetat, 70 g Maleinsäurediester primärer, geradkettiger, aliphatischer
Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen,
70 g Hydroxypropylacrylat 32 g Crotonsäure und 4 g Diisopropylperoxidicarbonat im Verlauf von 6 Stunden
zudosiert. Bei gleicher Verfahrensweise wie im Beispiel 1 beschrieben, ist die Polymerisation ca. 2'/2 Stunden
nach Beendigung des Zulaufs bei Erreichung von ca. 90°C Innentemperatur beendet Man erhält ein
farbloses, klares Copolymerisat der Zusammensetzung:
Vinylacetat 70 Gew.-%
Maleinsäurediester primärer,
giradkettiger, aliphatischer
Alkohole mit 8 und/oder 10
Kohlenstoffatomen 15 Gew.-%
giradkettiger, aliphatischer
Alkohole mit 8 und/oder 10
Kohlenstoffatomen 15 Gew.-%
Hydroxypropylacrylat 10Gew.-%
Crotonsäure 5 Gew.-%
K-Wert = 36, Säurezahl 35 mg KOH/g.
Die 8-Gew.-°/o-Lösung des Harzes in Isopropanol kann nach 90%iger Neutralisation mit Diäthylaminoäthanol praktisch unbegrenzt mit Wasser verdünnt werden.
Die 8-Gew.-°/o-Lösung des Harzes in Isopropanol kann nach 90%iger Neutralisation mit Diäthylaminoäthanol praktisch unbegrenzt mit Wasser verdünnt werden.
Unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 werden 220 g Vinylacetat 30 g Maleinsäurediester primärer,
geradkettiger, aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, 20 g Maleinsäuremonobutylester,
10 g Crotonsäure, 1,6 g Acetaldehyd und Ig Diisopropylperoxidicarbonat in das Reaktionsgefäß
eingebracht 10 Minuten nach Rückflußbeginn bei 65° C
Innentemperatur wird innerhalb 5 Stunden ein Gemisch
aus 284 g Vinylacetat, 50 g Maleinsäurediester primärer,
geradkettiger, aliphatischer Alkohole mit 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomen, 140 g Maleinsäuremonobutylester,
46 g Crotonsäure und 4 g Diisopropylperoxidicarboiiat
gleichmäßig zudosiert Wird entsprechend Beispiel 1 weiterverfahren, so ist die Reaktion 3 Stunden
nach Beendigung des Monomerenzulaufs abgeschlossen. Die Innentemperatur erreicht ca. 85°C. Das
farblose, klare Polymerharz hat die folgenden Kenndaten:
Vinylacetat 63 Gew.-%
Ma'einsäurediester primären
geradketliger, aliphatischer
Alkohole mit 8 und/oder 10
Kohlenstoffatomen 10 Gew.-%
Maleinsäuremonobutylester 20 Gew.-%
Crotonsäure / Gew.-%
AT-Wert 52, Säurezahl 113 mg KOH/g.
Die 15-Gew.-%-Lösung dieses Harzes in Isopropanol läßt sich nach 90%iger Neutralisation mit 2-Amino-2-methypropandiol-(13) beliebig mit Warser verdünnen.
Die 15-Gew.-%-Lösung dieses Harzes in Isopropanol läßt sich nach 90%iger Neutralisation mit 2-Amino-2-methypropandiol-(13) beliebig mit Warser verdünnen.
Die Angaben der Peroxide in g beziehen sich in allen Beispielen auf 2O°/oige Lösungen.
Claims (1)
- Patentansprüche;1, Copolymerisate mit einem .K-Wert von 20 bis 70, gemessen in lgew.-°/oiger Acetonlösung bei 20° C, bzw. deren Salze, bestehend ausa) 65—80 Gew.-°/o Struktureinheiten des Vinylace-tatsb) 10—20 Gew.-°/o Strukture'jiheiten von Malein-säurediestern mit primären, geradkettigen, aliphatischen Alkoholen einer Kettenlänge von 8 und/oder 10 Kohlenstoffatomenc) 5—20 Gew.-% Struktureinheiten eines einfacholefinisch ungesättigten Esters mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, der eine Hydroxy-, eine Carboxy- bzw. eine Keto-Gruppe aufweistd) 3—10Gew.-% Struktureinheiten der Crotonsäure.
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