DE2621722B2 - Verfahren zur Herstellung von Copolymerisaten aus (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsaureestern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Copolymerisaten aus (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsaureesternInfo
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Description
Um dem menschlichen Haar eine gewisse Festigkeit zu verleihen, werden in der Kosmetik seit längerer Zeit
Haarfestiger unterschiedlicher Polymerbasis verwendet Hierzu gehören z. B. Polyvinylpyrrolidon und
Vinylpyrrolidon/Vinylacetat-, Vinylacetat/Crotonsäure-
oder Maleinsäureanhydrid/Vinyläther-Copolymerisate. Sie besitzen alle noch Nachteile; sie sind entweder zu
weiwg löslich in den Lösungsmitteln, mit denen sie
appliziert werden sollen oder sie sind zu hygroskopisch, d. h. sie neigen zum Verkleben der Haare oder sie lassen
sich durch Kämmen des Haares nur unzureichend entfernen.
Aus der US-PS 35 77 517 und der GB-PS 12 71 504
sind Haarfestiger bekannt, die sich u. a. aus Acrylsäure, Methacrylsäuremethylester und Butylacrylat aufbauen.
Kennzeichnend für die von den genannte Literaturstellen empfohlenen Polymerisationsverfahren ist die
Tatsache, daß bei Temperaturen unter IOO°C(Rückflußtemperatur) und unter Normaldruck gearbeitet wird.
Die daraus resultierenden Produkte sind aber ebenfalls noch nicht befriedigend hinsichtlich ihrer Löslichkeit in
Alkoholen, Methylenchlorid oder Wasser-Alkohol-Gemischen. Außerdem neigen sie zum Verkleben der
Haare bei höherer Luftfeuchtigkeit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Filmbildner zu entwickeln, dessen Wasseraufnahme bei guter Löslichkeit in Äthanol, Isopropanol und
Methyknchlorid gering ist und der sich bei einem guten
Steifeffekt ohne Schwierigkeiten auskämmen läßt.
Überraschenderweise gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das Verfahren zur Herstellung von Copolymerisaten
aus (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylsäureestern durch Polymerisation der Monomeren in Gegenwart von
radikalbildenden Initiatoren r?f dadurch gekennzeichnet, daß man — bezogen auf das Gesamtgewicht der
Monomeren —
a) 45 bis 80% Methacrylsäuremethylester.
b) 10 bis 30% mindestens eines Alkylacrylats mit ) bis
12r-Atomen und
c) 10 bis 2"j% Anvlsiiure iind/ndrr Methacrylsäure
bei 140 bis 300° C und 2 bis 50 Bar copolymerisiert, und
gegebenenfalls die erhaltenen Copolymerisate neutralisiert.
Besonders überraschend ist die Tatsache zu werten, daß der hohe Gehalt an Methacrylsäuremethylester und
der relativ niedrige Gehalt an höheren Acrylestern die Löslichkeit in Alkohol nicht beeinträchtigt Es ist
nämlich aus jüngster Zeit bekannt (DE-AS 21 61 909), daß ein Anteil von mehr als 40 Gew.-% Methacrylsäuremethylester und weniger als 40 Gew.-% Acrylester
alkoholunlösliche Produkte bewirkt Daß aus einer Herstellungsmethode bei hohen Temperaturen unter
Oberdruck dieser Nachteil nicht resultiert, war somit
nicht zu erwarten.
Während das Monomer a (Methacrylsäuremethylester) ein eindeutig festgelegter Ausgangsstoff ist,
können die Ausgangsmonomeren b) Stoffe wie n-Propylacrylat, n-Butylacrylat, n-Hexylacrylat odei 2-Äthylhexylacrylat, n-Octylacrylat, n-Decylacrylat n-Dodecylacrylat oder deren Gemische sein. Im Rahmen der
Erfindung werden n-Butylacrylat und 2-Äthylhexylacrylat bevorzugt Als Ausgangsmonomere c) kommen
Acrylsäure, Methacrylsäure, deren Mischungen, bevorzugt aber Acrylsäure allein in Betracht.
Das Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt Als Polymerisationsapparatur kann z. B.
ein Druckkessel, eine Druckkesselkaskade, ein Druckrohr oder auch ein Druckkessel mit nachgeschaltetem
Reaktionsrohr, das als statischer Mischer ausgerüstet ist verwendet werden. Vorzugsweise polymerisiert man
die Monomeren a, b und c in mindestens zwei hintereinandergeschalteten Reaktionszonen. Dabei
kann die eine Zone aus einem druckdichten Kessel, die andere aus einem druckdichten Reaktionsrohr, vorzugsweise einem beheizbaren statischen Mischer, bestehen.
Bei der letztgenannten Arbeitsweise sind Umsätze von mehrals98%mögli h.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den definierten Mengenverhältnissen bezüglich der Monomeren durchgeführt Vorzugsweise wählt man —
bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren — 60 bis 80% an Methacrylsäuremethylester, 10 bis 20% an
Alkylacrylat und 10 bis 25% Acrylsäure und/oder Methacrylsäure. Die Polymerisation wird bei Tempcratüren von vorzugsweise 150 bis 2500C und bei Drücken
von vorzugsweise 3 bis 40 Bar durchgeführt Die Verweilzeit der Monomeren beträgt im allgemeinen
zwischen 3 und 60, vorzugsweise 5 und 30 Minuten.
Bei der Polymerisation werden bekannte Radikalbildner verwendet, z. B. Azoverbindungen, wie Azoisobutyronitril, organische Peroxide, wie Lauroylperoxid,
Di-tert.-butylperoxid, Benzoylperoxid oder 4,4'Dinitrobenzoylperoxid oder Hydroperoxide, wie tert.-Buty!hydroperoxid. Bezogen auf das Gewicht der Monomeren
verwendet man zweckmäßigerweise 0,1 bis 3 Gew.-% der Radikalbildner.
Die Polymerisation kann lösungsmittelfrei, also in Substanz, oder in Gegenwart von Lösungsmitteln, wie
Dioxan, Äthanol, Dimethylformamid, Tetrahydrofuran, Isopropanol, Methylenchlorid, Toluol oder Äthylbenzol
dffölgcn; ein Ziisäf/ von sogcfi.infilen Reglern wir
n-Dodecylmcrcaptan oder Tetrachlorkohlenstoff ist nicht erforderlich.
Man erhält nach der Polymerisation und gegebenenfalls
anschließender Verdampfung der Lösungsmittel eine Polymerisatschmelze, die mittels Dünnschichtverdampfer
oder Sprühtrocknung von Restmonomeren oder gegebenenfalls l.osiingsmittelresien befreit wird.
Um geruchsfreie Produkte zu erhalten ist es zweckmäßig, die Schmelze naehzuentgasen oder mittels Wasserdampf von den restlichen Spuren an Monomeren zu
befreien.
Um einen in seinen Eigenschaften optimalen Filmbildner zu erhalten, können die Carboxylgruppen
neutralisiert werden, und zwar vorzugsweise zu 50 bis 80%. Dazu werden anorganische Basen wie NaOH,
KOH, Ammoniak oder vorzugsweise organische Basen wie Trimethylamin, Triäthylamin, Tri-n- oder -iso-propylamin verwendet Besonders bevorzugt für diesen
Zweck sind Aminoalkohole, wie 2-Amino-2-methylpropanol (AMP) oder 2-Amino-2-methylpropandiol
(AMPD).
Die erfindungsgemäß hergestellten Copolymerisate weisen Molgewichte von 500 bis 4000, vorzugsweise 800
bis 2500 auf und stellen ausgezeichnete Haarfestiger dar, deren Löslichkeit in den zur Applikation verwendeten Lösungsmitteln, geringe Hygroskopizität und gute
Auskämmbarkeit inderen bisherigen Acrylatharzen
eindeutig überlegen sind.
Die nun folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und sollen die ausgezeichneten anwendungstechnischen
Eigenschaften der hergestellten Produkte gegenüber dem nächsten Stand der Technik zeigen.
20 Teile Methycrylsäuremethylester, 5 Teile Acrylsäure und 5 Teile n-Butylacrylat werden in 5 Teilen
Isopropanol gelöst, der noch 0,5 Teile Di-tert-butylperoxid enthält. Die Mischung wird kontinuierlich einem
Druckreaktor und nachgeschaltetem Druckrohr mit statischem Mischer zugeführt und be. 180° C bei 30 Bar
polymerisiert Die durchschnittliche Verweilzeit betrug 20 Minuten. Lösungsmittel und ηic.it eingesetzte
Monomere werden bei 15 bis 25 mbar und bei Temperaturen von ca. 180° C abgezogen. Zur Entfernung der letzten Spuren flüchtiger Stoffe wird bei 13
mbar und 2200C in einem Dünnschichtverdampfer
nachentgast.
Mn
1210
Säurezahl 126
25 Teile Methylmethycrylat, 8 Teile Acrylsäure und 7 Teile Älhylhexylacrylat wurden nach Angaben des
Beispiels I ohne Lösungsmittel bei 165° C polymerisiert
und aufgearbeitet.
= 1530
Säurezahl 202
66 Teile Methacrylsäuremethylester, 17 Teile Butylacrylat und 17 Teile Acrylsäure werden nach Angaben
des Beispiels 1, jedoch ohne Lösungsmittel polymerisiert.
Mn
1620
.Säurezahl 150
Die so erhaltenen Produkte werden zu ihrer Verwendung als Haarpflegemittel zu /5% mit AMP
neutralisiert
Verglcichsbeispicl I
(CiB-PS 12 71 504. DeispicU)
140 Teile Me'.hacrylsäiiremethylestn
40 Teile Biitylacrylat und
20 Teile Methacrylsäure
werden in einem Reaktionskessel zusammen mit 50 Teilen Methylenchlorid als Lösungsmittel unter RiJckflußkühlung in Gegenwart von 0,5 Teilen Isopropyl-peroxi-dicarbonat innerhalb 10 Stunden polymerisiert,
wobei während dieser Zeit noch ein weiterer Teil Initiator und wettere 150 Teile Methylenchlorid
zugesetzt wurden. Anschließend wurde das Lösungsmittel destillativ im Vakuum entfernt Das nicht -neutralisierte Produkt hatte ein Molgewicht von 10 700.
to Anschließend wurde mit methanolischem Natriummetnylatzu90% neutralisiert
(US-PS 35 77 517, Beispiel 2)
In einem 4-Halskolben mit Rückflußkühler, Tropftrichter, Thermometer und einem Rührer wurden 110
>o Teile n-Butylacrylat 10 Teile Athylmethacrylat 30 Teile
Dodecylmethycrylat, 10 Teile Dodecylacrylat, 32 Teile
Acrylsäure und 8 Teile Methacrylsäure in Gegenwart von 100 Teilen Äthanol, 100 Teilen Isopropanol und 4
Teilen Lauroylperoxid . polymerisiert; dem Ansatz
wurden anschließend weitere 2 Teile Initiator gelöst in
50 Teilen Isopropanol zugeführt Die Polymerisationsdauer betrug 4 Stunden, die Temperatur (Rückfluß) 84
bis 85° C
Neutralisiert wurde mit 75 Teilen KOH und 23 Teilen
tn Morpholin in 110 Teilen Äthanol. Man erhielt dann eine
Lösung mit 40% Feststoffgehalt.
Mn = 4600
i> Zum Vergleich der anwendungstechnischen Eigenschaften wurden die beiden vorgenannten Vergleichssubstanzen und das nach Beispiel 3 erhaltene erfindungsgemäße Copolymerisat herangezogen.
Der Vergleich der Löslichkeiten (31K- Feststoff) der
4i) nicht neutralisierten Polymerisate ist aus der folgenden
Tabelle 1 ersichtlich.
Vcrgleichsbcispicl I
Verglcichsbeispiel 2
Äthanol 100%
Äthanol 96%
Isopropanol
Melhylenchlorid
Älhanol/
Wasser I :
Isopropnnol/
Wasser I : 1
Methylendichlotid
ge-
wichts-
be-
/ogcn
unlöslich.
ctWtis löslich.
löslich.
sehr leicht loslich.
Der Vergleich der Löslichkeiten von mit 2-Amino-2-methyl-propanol
(AMP) zu 75% neutralisierten Produkten ist aus Tabelle 2 ersichtlich.
Wassercufnahme von Filmen aus mit APM zu 75% bzw,
90% neutralisierten Polymerisaten bei 75% relativer . Luftfeuchtigkeit.
Neutralisationsgrad
Wasseraufnahme
Vergleich 1 Vergleich 2
Vergleich 1 Vergleich 2
Lösungsmittel Vergleichs- Vergleichs- Beispiel 3
beispiel 1 beispiel 2 l0 75% 9,4 9,5 7,4
90% 10,2 10,4 10,0
Äthanol 100% + + ++
Äthanol 96% H- + ++
Isopropanol — - ++
Methylenchlorid - ++ ++
Äthanol/Wasser 1:1+ - ++
Isopropanol/ + - ++ Wasser 1: 1
Isopropanol/ ++ ++ +-+■ Methylenchlorid 1 :1
Wird nach den Angaben der US-PS 35 77 517 mit KOH/Morpholin bzw. nach den Angaben der GB-PS
12 71 504 mit Alkalialkoholaten neutralisiert, so sind bei
75%iger Neutralisation die Löslichkeiten der Vergleichssubstanzen 1 und 2 noch ungünstiger, bei
90%iger Neutralisation nicht besser.
Aus der folgenden Tabelle 3 ist die Wasseraufnahme der Filme ersichtlich, die aus mit Natriummethylat zu 75
bzw. 90% neutralisierten Polymerisaten hergestellt wurden.
Wasseraufnahme
nach 7 Tagen
nach 7 Tagen
bei 75% relativer Luftfeuchtigkeit
Neutrali-9ationsgud
Wasseraufnahme (Gas %)
Vergleich 1 Vergleich 2 Beispiel 3
24,6
24,4
24,4
22,2% 22, i%
*) Ein einwandfreier Film .var mit dieser Substanz nicht herstellbar.
Tabellen 3 und 4 zeigen in allen Fällen eine günstigere Wasseraufnahme der erfindungsgemäß hergestellten
Copolymerisate, vor allem bei niedrigerem Neutralisationsgrad, was eine bessere Beständigkeit der Frisur
und damit geringere Neigung zura Klebrigwerden der Haare zur Folge hat, denn schon eine um 0,5%
geringere Wasseraufnahme bewirkt eine Beständigkeit der Frisur gegen Feuchtigkeit bei rjner um 5% höheren
Luftfeuchtigkeit.
Im folgenden sind folgende Rezepturen für die Haarbehandlung aufgeführt:
Haarspray:
2,0 Gew.-% Polymerisat nach Beispiel 3 zu 75%
mit AMP neutralisiert
38,0 Gew.-% Äthanol oder Isopropanol
60,0Gew.-% Treibgas 11/12 5050
Haarfestiger:
38,0 Gew.-% Äthanol oder Isopropanol
60,0Gew.-% Treibgas 11/12 5050
Haarfestiger:
a) 3,0 Gew.-% Polymerisat nach Beispiel 3 zu 75%
mit AMP neutralisiert
40,0Gew.-% Isopropanol
57,0Gew.-% Wasser
40,0Gew.-% Isopropanol
57,0Gew.-% Wasser
b) 3,0 Gew.-% Polymerisat nach Beispiel 3 zu 75%
mit AMP neutralisiert
30,0 Gew.-% Isopropanol
67,0Gew.-% Wasser
30,0 Gew.-% Isopropanol
67,0Gew.-% Wasser
c) 3,0 Gew.-% Polymerisat nach Beispiel 3 zu 75%
mit AMP neutralisiert
5O,0Gew.-% Äthanol
47,0Gew.-% Wasser.
5O,0Gew.-% Äthanol
47,0Gew.-% Wasser.
Mit diesen Zubereitungen erhält ma.i Haare, die auch
bei feuchter Luft nicht klebrig werden, einen hohen Glanz und auch sonst ein schönes Erscheinungsbild
zeigen, und die andererseits leicht auswaschbar bzw. auskämmbar sind.
so Ersetzt man in den Rezepturen das nach Beispiel 3 erhaltene Copolymerisat durch ein gemäß Vergleichsbeispiel 1 oder 2 erhaltenes, so tritt bei Luftfeucl.tigkeiten
über 70% leichte Verklebung der Haare ein.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Copolymerisaten aus (Methacrylsäure und (Meth)acrylsäureestern durch Polymerisation der Monomeren in
Gegenwart von radik&lbildenden Initiatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man — bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren —
a) 45 bis 80% Methacrylsäuremethylester,
b) 10 bis 30% mindestens eines Alkylacrylats mit 3
bis 12 C-Atomen und
c) 10 bis 25% Acrylsäure und/oder Methacrylsäu
re
bei 140 bis 3000C und 2 bis 50 Bar {»polymerisiert
und gegebenenfalls die erhaltenen Copolymerisate neutralisiert
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man die Copolymerisation kontinuierlich führt.
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