DE2709308C2 - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/12—Polymerisation in non-solvents
- C08F2/16—Aqueous medium
- C08F2/22—Emulsion polymerisation
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Copolymer-Emulsionen gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Copolymer-Emulsionen, die durch dieses Verfahren erhalten werden,
werden vielfach bei der Formulierung von Überzugszusammensetzungen
verwendet, die den verschiedensten Anwendungszwecken
zugeführt werden können. Beispiele hierfür sind Automobillacke
und andere Lacke, wie sie in Farbengeschäften zu haben sind.
Weiterhin können sie beispielsweise als Spulenüberzüge, Konservendosenauskleidungen
und für elektrostatografische und
Elektrofax-Vervielfältigungsverfahren verwendet werden.
Ein Nachteil, der bei dem bekannten Verfahren auftritt, besteht
darin, daß die damit erhaltenen Produkte zu Überzügen führen,
die eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und
Wasser besitzen, weshalb sie bei kritischen Anwendungen nicht
beständig genug sind. Bisher hat man dies auf die Gegenwart
von wasserlöslichen Gruppen, Zusätzen und/oder Reaktionsnebenprodukten
zurückgeführt.
Es wurde nunmehr gefunden, daß man Überzugsfilme mit einer
verbesserten Feuchtigkeits- und Wasserbeständigkeit erhält,
wenn man bei dem in Rede stehenden Copolymerisationsverfahren
das wasserlösliche oberflächenaktive Mittel und den wasserlöslichen
Initiator in Form von Aminsalzen oder Ammoniumsalzen
verwendet und wenn man darüber hinaus die Polymerisation überhaupt
in Abwesenheit von Alkalimetall- und Erdalkalimetallionen
durchführt, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruchs
1 angegeben ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Verwendung von Aminsalzen
als Initiatoren und als oberflächenaktive Mittel bei der wäßrigen
Emulsionspolymerisation bereits bekannt ist. Hierzu soll
beispielsweise auf die DE-OS 25 33 043 verwiesen werden.
Jedoch ist bisher noch nicht empfohlen worden, sowohl den
Initiator als auch das oberflächenaktive Mittel in Form von
Ammoniumsalzen zu verwenden und darüber hinaus die Anwesenheit
von Alkalimetall- und Erdalkalimetallionen vollständig auszuschließen.
So wird in den Beispielen der DE-OS 25 33 043 stets
in Gegenwart von oberflächenaktiven Mitteln und Initiatoren
gearbeitet, die Natrium- bzw. Kaliumsalze darstellen. Dies
entspricht den gegenwärtig eingeführten industriellen Techniken,
bei denen die drei wichtigsten Zusätze für die Emulsionspolymerisation,
nämlich a) Initiator, b) Puffersystem, mit dem der
gewünschte pH-Wert aufrechterhalten wird, und c) oberflächenaktives
Mittel, überwiegend und meist ausschließlich in
Form von Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalzen verwendet
werden. Einige klassische Beispiele sind Natriumpersulfat
als Katalysator, Natriumcarbonat oder -bicarbonat als Puffer
und Natriumlaurylsulfat als oberflächenaktives Mittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann entsprechend herkömmlichen
Emulsionspolymerisationstechniken durchgeführt werden. Im
allgemeinen werden die folgenden Stufen durchgeführt: In ein
Reaktorgefäß werden Wasser, ein oder mehrere oberflächenaktive
Mittel in Form der wasserlöslichen Amin- oder Ammoniumsalze
und ein oder mehrere wasserlösliche Amine oder Ammoniumhydroxid
gegeben. Das Gefäß wird auf Temperaturen im Bereich von 30 bis
95°C, je nach dem verwendeten Katalysatorsystem, erhitzt und
bei dieser Temperatur gehalten, während ein voremulgiertes
Gemisch aus Monomeren, weiterem oberflächenaktiven Mittel,
mindestens einem Polymerisationsinitiator und Wasser zugesetzt
wird. Weitere Zugaben der voremulgierten Beschickung erfolgen
im Verlauf einer Zeitspanne von 4 bis 6. Wenn Monomere verwendet
werden, deren funktionelle Gruppen miteinander reagieren,
dann werden gesonderte Beschickungen jedes Monomeren angewendet,
um eine vorzeitige Vernetzung zu verhindern. Weiterhin
wird nach beendeter Zugabe des ersten Monomeren etwas wasserlösliches
Amin oder Ammoniumhydroxid zugesetzt, um die funktionelle
Gruppe im wesentlichen zu neutralisieren und der
Dispersion einen minimalen pH-Wert von 5 zu verleihen. Diese
Zugabe trägt auch dazu bei, daß die Reaktion der funktionellen
Gruppen inhibiert wird.
Es können alle beliebigen Formen von wasserlöslichen Amin- oder
Ammoniumsalzen von oberflächenaktiven Mitteln, die derzeit bekannt
sind, verwendet werden, um stabile wäßrige Emulsionen zu
erhalten. Andere Salzformen der oberflächenaktiven Mittel können
im Handel unter Umständen besser verfügbar sein. In diesem Falle
können die oberflächenaktiven Mittel mit einem Ionenaustauscherharz
behandelt und mit einem entsprechenden Amin neutralisiert
werden. Amine, wie Ammoniak und wasserlösliche primäre, sekundäre
und tertiäre aliphatische und aromatische Amine, wurden erfolgreich
für eine solche Behandlung verwendet.
Die Menge des wasserlöslichen Aminsalzes, das bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren als oberflächenaktives Mittel verwendet wird,
ist die gleiche Menge wie bei der Verwendung von anderen Salzformen,
die für wäßrige Emulsionspolymerisationsprozesse vorgeschlagen
worden sind. Die einzige Richtlinie besteht darin, daß
die minimale Menge verwendet werden sollte, die dem Latex eine
Stabilität verleiht.
Das Puffersystem wird auch in Form von wasserlöslichen Aminsalzen
oder von freiem Amin verwendet. Geeignete Puffer sind
z. B. Ammoniumhydroxid oder freie Amine. Eine Anzahl
von solchen Mitteln sind im Handel erhältlich, und sie können
für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
Ein geeigneter Initiator ist z. B. Ammoniumpersulfat.
Wie bereits zum Ausdruck gebracht wurde, kann das erfindungsgemäße
Verfahren angewendet werden, um Latices für eine Vielzahl
von Entzwecken herzustellen. Die Polymerisationsbestandteile
werden ohne weiteres je nach der gewünschten Verwendung
variiert. Wenn die Latices zu Anstrichen formuliert werden,
dann kann eine geringe Menge von Alkalimetall- oder Erdalkalimetallionen
als Teil der Mahlgrundmischung enthalten sein.
Diese Menge ist jedoch so gering, daß die Ionen keinen entscheidenden
Einfluß auf die Adhäsion des Anstrichs ausüben.
In jedem Falle rührt der Hauptteil der störenden Alkalimetall-
oder Erdalkalimetallionen von dem Latex her und nicht von der
Mahlgrundmischung.
Zur Herstellung eines Latex für Automobillacke geht man bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren so vor, daß man 93 bis 30
Gewichtsteile Styrol und Methylmethacrylat, 0 bis 50 Gewichtsteile
Butylacrylat, 5 bis 15 Gewichtsteile Hydroxyäthylmethacrylat
oder Hydroxypropylmethacrylat und 2 bis 5 Gewichtsteile
Methacrylsäure polymerisiert. Zur Herstellung eines Latex
für übliche Metallacke geht man so vor, daß man 10 Gewichtsteile
Styrol, 42 Gewichtsteile Methylmethacrylat, 40 Gewichtsteile
Butylacrylat, 5 Gewichtsteile Hydroxypropylmethacrylat
oder Hydroxyäthylmethacrylat und 3 Gewichtsteile Methacrylsäure
polymerisiert. Zur Herstellung von Latices für feste Farbenzusammensetzungen
geht man so vor, daß man 42 Gewichtsteile
Styrol, 10 Gewichtsteile Methylmethacrylat, 40 Gewichtsteile
Butylacrylat, 5 Gewichtsteile Hydroxypropylmethacrylat oder
Hydroxyäthylmethacrylat und 3 Gewichtsteile Methacrylsäure
polymerisiert. Die resultierenden Copolymeren haben reduzierte
Viskositäten im Bereich von 0,25 bis 0,8 dl/g, gemessen in
Äthylendichlorid/Äthanol (95/5) bei 0,5 g Copolymeres je
100 ml Lösungsmittel.
Die erfindungsgemäß hergestellten Latexcopolymeren können für
Automobillacke verwendet werden, die Melamin-Formaldehyd-
Harze enthalten. Geeignete Harze dieses Typs enthalten herkömmliche
alkylierte Melamin-Formaldehyd-Harze, die für Überzugszusammensetzungen
auf Wassergrundlage verwendet werden
können und bei denen das Verhältnis der -CH₂OR-Gruppen zu den
-CH₂OH-Gruppen, worin R für Niedrigalkyl steht, mindestens
5 : 1 beträgt. Letztere Harze können nach bekannten Techniken
hergestellt werden, bei denen ein niedriger Alkohol, wie
Methanol, Äthanol, Butanol, Isobutanol, Propanol, Isopropanol
oder 2-Butoxyäthanol, mit einem Melamin-Formaldehyd-Harz umgesetzt
wird, um anhängende Hydroxylgruppen zu erhalten.
Tatsächlich können alle herkömmlichen alkylierten, z. B.
butylierten, Melamin-Formaldehyd-Harze verwendet werden,
vorausgesetzt, daß sie den Erfordernissen der Wasserlöslichkeit,
der Verträglichkeit oder der Dispergierbarkeit in dem
Endsystem Genüge tun. Gewöhnlich enthält das Harz 8 bis 30
Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Anstrichzubereitung.
Solche Automobillacke können auch ein gelöstes verträgliches
Copolymeres im Bereich von 0 bis 45 Gewichtsteilen
je 100 Gewichtsteile der Zubereitung enthalten. Das Copolymere
ist gewöhnlich acrylischer Natur und hat vorzugsweise eine
reduzierte Viskosität RV von 0,15 bis 0,50 dl/g,
gemessen in Äthylendichlorid/Äthanol (95/5) bei 0,5 g Copolymeres
pro 100 ml Lösungsmittel.
Die Bezeichnung "verträglich", wenn sie in Beziehung zu diesem
gelösten Copolymeren verwendet wird, soll ausdrücken, daß das
gelöste Copolymere mit dem Latex-Copolymeren und dem Melamin-
Formaldehy-Harz sowohl in der flüssigen Zusammensetzung als
auch nach dem Brennen zu einem Oberflächendruck verträglich sein
muß. In der flüssigen Phase bedeutet "Verträglichkeit", daß die
Stabilität des Systems so beschaffen ist, daß keine Phasenauftrennung
stattfindet, während in dem gebrannten Oberflächenlack
der pigmentierte eingebrannte Film keinen Glanzverlust erleiden
sollte.
Die hierin verwendete Bezeichnung "aufgelöst" oder "löslich"
soll bedeuten, daß das Copolymere in Gemischen aus Wasser und
mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln, gewöhnlich in
den Lösungsmitteln, in denen es hergestellt wird und die den
Verschmutzungsbestimmungen hinsichtlich der Zusammensetzung und
des Gehalts genügen, aufgelöst wird oder darin löslich ist (wobei
klare oder nur geringfügig trübe Lösungen erhalten werden).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu verwendet werden,
um Latices für Haushaltslacke herzustellen. Das Hauptmonomere
eines solchen Verfahrens ist Vinylacetat, das mit einem
oder mehreren Monomeren aus folgender Gruppe copolymerisiert
wird, wobei die folgenden Mengen angewendet werden:
10 bis 60 Gewichtsteile Alkylacrylate, wie Dibutyl- oder Dioctylfumarat, Dibutyl- oder Dioctylmaleat, Butylacrylat, Äthylhexylacrylat, Vinylversatat, Vinylcaproat, Vinylpropionat oder Äthylen;
0 bis 10 Gewichtsteile eines Niedrigalkyläthers von Methylolacrylamid oder Methylolmethacrylamid;
0 bis 10 Gewichtsteile eines Hydroxyalkylacrylats oder eines Hydroxyalkylmethacrylats;
0 bis 5 Gewichtsteile Glycidylmethacrylat;
0 bis 5 Gewichtsteile Acryl- oder Crotonsäure und
0 bis 5 Gewichtsteile Dimethylaminoäthylmethacrylat oder Vinylpyridin.
10 bis 60 Gewichtsteile Alkylacrylate, wie Dibutyl- oder Dioctylfumarat, Dibutyl- oder Dioctylmaleat, Butylacrylat, Äthylhexylacrylat, Vinylversatat, Vinylcaproat, Vinylpropionat oder Äthylen;
0 bis 10 Gewichtsteile eines Niedrigalkyläthers von Methylolacrylamid oder Methylolmethacrylamid;
0 bis 10 Gewichtsteile eines Hydroxyalkylacrylats oder eines Hydroxyalkylmethacrylats;
0 bis 5 Gewichtsteile Glycidylmethacrylat;
0 bis 5 Gewichtsteile Acryl- oder Crotonsäure und
0 bis 5 Gewichtsteile Dimethylaminoäthylmethacrylat oder Vinylpyridin.
Die Gesamtgewichtsteile der Monomeren machen mit dem Vinylacetat,
das den Restteil bildet, 100 aus.
Die obigen Copolymerlatices haben Glasübergangstemperaturen
(Tg) im Bereich von 5 bis 30°C und minimale Filmbildungstemperaturen
im Bereich von 0 bis 25°C. Die Latices
können nach herkömmlichen Arbeitsweisen zu Innen- und Außen-
Anstrichzubereitungen formuliert werden.
Zur Herstellung eines Acryllatex für Haushaltszwecke nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden geeigneterweise beim Polymerisationsprozeß
die folgenden Monomeren innerhalb der angegebenen
Bereiche verwendet:
Diese Copolymerlatices haben Tg-Werte im Bereich von 0 bis
10°C und minimale Filmbildungstemperaturen im Bereich von etwa
0 bis 25°C.
Die obigen Latices können ebenfalls zu Innen- und Außen-Anstrichzubereitungen
formuliert werden. Für Innenanstriche kann sich
die Pigmentvolumenkonzentration von 45 bis 65% und der pH-
Wert von 8,5 bis 9,0 erstrecken. Die weiße Außenanstrichfarbe
hat im allgemeinen eine Pigmentvolumenkonzentration von 40 bis
50% und einen pH-Wert von 8,5 bis 9,0. Die gefärbte Außenanstrichfarbe
hat gewöhnlich eine Pigmentvolumenkonzentration
von 30 bis 40% und einen ähnlichen pH-Bereich.
Auf dem Gebiet der Haushaltslacke werden, wenn die Hauptcopolymeren
Styrol- und Butadien-Monomere sind, diese vorzugsweise im
Gewichtsverhältnis von 60 : 40 polymerisiert. Der resultierende
Latex hat dabei einen pH-Wert im Bereich von 7,0 bis 8,5. Wenn
die Hauptcopolymeren Vinylchlorid- und Acrylmonomere sind, dann
werden sie vorzugsweise im Gewichtsverhältnis von 40 : 60
polymerisiert. Der Latex hat dann einen pH-Wert von 7,0. Copolymere
aus Vinylchlorid- und Äthylenmonomeren enthalten diese
Monomeren jeweils in einem Gewichtsverhältnis von 70 : 30.
Der resultierende Latex hat dann einen pH-Wert von 7,0. Bei
jedem Verfahren sind die funktionellen Monomeren, z. B. Acrylsäure,
Methacrylsäure, Dimethylaminoäthylmethacrylat und
Glycidylmethacrylat, ebenfalls in den gleichen Gewichtsteilbereichen
vorhanden, wie sie zuvor für die Acryl-Anstrichfarbenzusammensetzungen
beschrieben wurden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich auch als vorteilhaft bei
der Herstellung von Latexcopolymeren erwiesen, die für allgemeine
technische Zwecke, wie z. B. für Spulenüberzugsmassen, Metalldekorationsmassen
und Überzugsmassen für die Innenseiten von
Dosen, verwendet werden. Die Copolymere sind wärmehärtend, und
sie enthalten Monomere vom Acryltyp mit Einschluß von einem oder
mehreren Monomeren, die reaktive Gruppen, wie Säure-, Hydroxyl-
oder substituierte Amidgruppen, enthalten. Die Latices können
sodann gegebenenfalls mit 0 bis 30 Gewichtsteilen eines wasserlöslichen
oder wasserdispergierbaren Vernetzungsmittels, z. B.
Melamin/Formaldehyd-, Harnstoff/Formaldehyd-, Epoxy- und Phenolharzen,
kombiniert werden. Die Latexcopolymeren können getrocknet
werden, um Pulver zu bilden, die sodann für elektrostatographische
Tonerharze, Überzüge, Klebstoffe und Verformungsverbindungen
verwendet werden können. Bevorzugte Polymerisationsbestandteile
und -mengen für die Herstellung von solchen Latexcopolymeren
sind die folgenden:
0 bis 30 Gewichtsteile von mindestens einem Monomeren aus der Gruppe Niedrigalkyläther von Methylolacrylamid und Methylolmethacrylamid;
0 bis 25 Gewichtsteile von mindestens einem Hydroxylgruppen enthaltenden Monomeren;
2 bis 15 Gewichtsteile von mindestens einem Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren;
0 bis 40 Gewichtsteile der harten Monomeren Methylmethacrylat und Styrol und
40 bis 80 Gewichtsteile der weichen Monomeren Butylacrylat und Äthylacrylat.
0 bis 30 Gewichtsteile von mindestens einem Monomeren aus der Gruppe Niedrigalkyläther von Methylolacrylamid und Methylolmethacrylamid;
0 bis 25 Gewichtsteile von mindestens einem Hydroxylgruppen enthaltenden Monomeren;
2 bis 15 Gewichtsteile von mindestens einem Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren;
0 bis 40 Gewichtsteile der harten Monomeren Methylmethacrylat und Styrol und
40 bis 80 Gewichtsteile der weichen Monomeren Butylacrylat und Äthylacrylat.
Die resultierenden Latices werden mit wasserlöslichen Aminen
oder Ammoniak auf pH-Werte von 6 bis 9 neutralisiert, um angemessene
Anwendungseigenschaften zu haben. Zusätzlich können die Zubereitungen
auch wasserlösliche organische Lösungsmittel, wie
Alkohole, Ketone und Glykoläther, in Mengen von 0 bis 30 Gew.-%,
bezogen auf die flüchtigen Komponenten, enthalten.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Alle Teile, Prozentmengen
und Verhältnisse sind auf das Gewicht bezogen, wenn
nichts anderes vorgesehen ist.
*Ü2Autombillack
In diesem Beispiel wurde ein Vergleich von zwei Latices durchgeführt,
die identische Zusammensetzungen hatten, mit der Ausnahme,
daß der eine Natriumionen und der andere Ammoniumionen enthielt.
Jeder Latex wurde mit einem Aminoplastharz zu einem Lack
formuliert, und die Lacke wurden auf die Wasserbeständigkeit
getestet.
Die obigen Bestandteile wurden in einem Gefäß vereinigt und auf
80 bis 85°C erhitzt. Das Gemisch wurde während der Zugabe der
folgenden Bestandteile bei dieser Temperatur gehalten.
Das Gemisch wurde eine weitere ¼ bis ½ h bei 80 bis 85°C
gehalten. Nachfolgende Zugaben von voremulgierten Beschickungen
1 und 2 wurden im Verlauf von 5 h durchgeführt.
Das Gemisch wurde sodann eine weitere h bei 80 bis 85°C gehalten.
Die resultierenden Latices haben die folgenden Eigenschaften:
Gesamtfeststoffgehalt45%
reduzierte Viskosität0,32 dl/g
pH5,0
Aerosol A-196® (Natrium-dicyclohexylsulfosuccinat) 12 g
Siponat DS-10® (lineare Alkylsulfonsäure) 24 g
Wasser2406 g
Gesamtmenge2442 g
Die obigen Bestandteile wurden in den angegebenen Mengen miteinander
vermischt.
Die oben beschriebene Lösung B des oberflächenaktiven Mittels
wurde mit 1000 g Dowex 50 W X 8® (Säureform)-Ionenaustauschperlen
behandelt, um die Natriumionen zu entfernen.
Die Perlen wurden abfiltriert, und die Lösung wurde mit genügend
Dimethylaminoäthanol titriert, daß ein pH-Wert von 8 erhalten
wurde. Auf diese Weise wurde das Aminsalz des Gemisches der oberflächenaktiven
Mittel gebildet. Eine zusätzliche Kontrolle, um
die vollständige Entfernung der Natriumionen aus der Lösung des
oberflächenaktiven Mittels zu gewährleisten, besteht darin, daß
die Säurezahl mindestens 146 betragen muß und im allgemeinen im
Bereich von 146 bis 152 liegen sollte. Die Verwendung des pH-
Wertes allein als Kontrolle ist nicht ausreichend. Die Säurezahl
kann als die Anzahl von mg Kaliumhydroxid definiert werden, die
erforderlich ist, um 1,0 g der Probe zu neutralisieren.
Die Wasserempfindlichkeit wurde bei 65,6°C nach dem Test mit
der Cleveland-Kondensationsfeuchtigkeits-Kammer (QCT) bestimmt.
In diesem Beispiel wurde ein Vergleich von Latices, die ein
Natriumsalz als oberflächenaktives Mittel enthielten, gegenüber
Latices durchgeführt, die ein Ammoniumsalz als oberflächenaktives
Mittel und ein Dimethyläthanolaminsalz als oberflächenaktives
Mittel enthielten. Die Latices wurden zu Außen-Oberflächenlacken
formuliert und auf eine glatte, glänzende, graue Alkydoberfläche
aufgebracht und 3 Tage lang altern gelassen. Nach dem
über Nacht erfolgenden Aussetzen an Feuchtigkeit (QCT-Test) wurden
die Filme mit einer Kammschablone quer angeritzt und mit
einem stark haftenden Klebeband Nr. 610 umwickelt. Das Band
wurde sodann entfernt, und der Verlust der Adhäsion wurde notiert.
Ein Latexcopolymeres mit einer festen Zusammensetzung von Methylmethacrylat/
Butylacrylat/Acrylsäure/Glycidylmethacrylat im
jeweiligen Gewichtsverhältnis von 44 : 53 : 2 : 1 wurde hergestellt,
wobei ein oberflächenaktives Mittel auf der Basis des
Natriumsalzes (0,8%, bezogen auf das Gewicht des Copolymeren)
und Natriumpersulfat als Polymerisationsinitiator verwendet wurden.
Mit der Aminform des oberflächenaktiven Mittels wurde Ammoniumpersulfat
verwendet. In nicht-ionisch stabilisierten Systemen
war ein Gehalt an oberflächenaktivem Mittel von 4,3%, bezogen
auf das Gewicht des Copolymeren, erforderlich, um eine angemessene
Emulsionsstabilität zu erhalten.
Die ersten vier Bestandteile wurden vereinigt und auf 75°C erhitzt.
Zu diesem Zeitpunkt wurde das Natriumpersulfat zugesetzt.
Die folgenden Bestandteile wurden sodann im Verlauf von 1½ h
zugesetzt, wobei das Gemisch bei 75°C gehalten wurde.
Methylmethacrylat350
Butylacrylat422
Acrylsäure 16
Glycidylmethacrylat 8
Wasser400
Triton X 405® 20
Das Gemisch wurde bei 75°C gehalten, und die folgenden Bestandteile
wurden während des letzten Drittels der obengenannten Beschickungszeit
zugesetzt.
Na₂S₂O₈ 1,0
Triton X 405® 4
Wasser40
Das Gemisch wurde bei 75°C eine weitere ½ h lang gehalten und
sodann auf 55°C abgekühlt und mit folgendem versetzt:
Na₂S₂O₈ 1
Triton X 405® 4
Wasser10
Das Gemisch wurde auf 25°C abgekühlt, und die folgenden Bestandteile
wurden zugesetzt:
NH₄OH16
Wasser10
Der resultierende Latex hatte folgende Eigenschaften:
bekannte Feststoffe45%
pH8,5
Die obigen Bestandteile wurden miteinander vereinigt und auf 82°C
erhitzt.
Die folgenden Bestandteile wurden zu diesem Gemisch im Verlauf
von 2 h gegeben, wobei die Temperatur bei 82°C gehalten wurde.
Methylmethacrylat350
Butylacrylat422
Acrylsäure 16
Glycidylmethacrylat 8
Lösung des oberflächenaktiven Mittels430
NH₄OH 4
(NH₄)₂S₂O₈ 0,8
Nach Beendigung der obigen Zugabe wurde das Gemisch eine weitere
½ h lang bei 82°C gehalten, sodann abgekühlt und mit folgendem
versetzt:
NH₄OH 16
Wasser 10
Siponat DS-10® 42
Aerosol A-196® 21
Wasser4277
Gesamtmenge4340
Eine Lösung der obigen Bestandteile wurde hergestellt und mit
1500 g Dowex 50 W X 8® (Säureform)-Ionenaustauscherperlen kationisches Ionenaustauscher-Acrylharz behandelt,
um die Natriumionen zu entfernen. Die Perlen wurden abfiltriert,
und die Lösung wurde mit genügend Ammoniak titriert,
daß ein pH-Wert von 8 erhalten wurde. Auf diese Weise wurde das
Ammoniumsalz des Gemisches der oberflächenaktiven Substanzen gebildet.
Wie zuvor wurde die Säurezahl gemessen. Es wurde festgestellt,
daß sie im Bereich von 146 bis 152 lag.
Ein identischer Latex wie Latex Nr. 2 wurde hergestellt, mit der
Ausnahme, daß das Ammoniak und das Ammoniumhydroxid durch Dimethylaminoäthanolamin
im Molverhältnis von 1 : 1 ersetzt wurden.
Ein ähnlicher Latex wie Latex Nr. 2 wurde hergestellt, mit der
Ausnahme, daß die Lösung des oberflächenaktiven Mittels nicht mit
dem Ionenaustauscherharz behandelt wurde und daß das Ammoniumhydroxid
und das Ammoniumpersulfat durch Natriumcarbonat und Natriumpersulfat
im Molverhältnis von 1 : 1 ersetzt wurden.
Mühlengrundmischung:
entionisiertes Wasser 76,2 Tetrakaliumpyrophosphat 1,7 Tamol 731® (25%)
(Diisobutylen/Maleinsäureanhydrid-Copolymer)
Befeuchtungsmittel 3,5 Rutil TiO₂154,5 Calciumcarbonat 87,0 Magnesiumsilicat 46,7 Gesamtmenge369,6
entionisiertes Wasser 76,2 Tetrakaliumpyrophosphat 1,7 Tamol 731® (25%)
(Diisobutylen/Maleinsäureanhydrid-Copolymer)
Befeuchtungsmittel 3,5 Rutil TiO₂154,5 Calciumcarbonat 87,0 Magnesiumsilicat 46,7 Gesamtmenge369,6
Das obige Gemisch wurde auf einer Cowles-Klinge vermahlen. Hierzu
wurde das folgende Vorgemisch gegeben:
Äthylenglykol 14,0
Hexylenglykol 7,0
Hydroxyäthylcellulose-Verdicker 2,0
Antifoam Nopco WHT®
(Gemisch von Kohlenwasserstoffölen) 3,5 entionisiertes Wasser 38,9 Gesamtmenge 65,4 Endgesamtmenge435,0
(Gemisch von Kohlenwasserstoffölen) 3,5 entionisiertes Wasser 38,9 Gesamtmenge 65,4 Endgesamtmenge435,0
Zu dieser Mühlengrundlage wurden 302 Teile der jeweiligen vier
Latices (mit einem Feststoffgehalt von 46,5%) gegeben. Jede Anstrichfarbe
wurde auf die Naßhaftung getestet. Es wurden folgende
Ergebnisse erhalten:
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß das Vorhandensein von Natriumionen
eine schwache Haftung bzw. Adhäsion bewirkt.
Aerosol A-196® 12 Teile
Siponate DS-10® 24 Teile
Wasser2406 Teile
Gesamtmenge2442 Teile
Die obigen Bestandteile wurden vermischt und sodann mit 1000 g
Dowex 50 W X 8® (Säureform)-Ionenaustauscherharzperlen behandelt,
um die Natriumionen zu entfernen. Die Perlen wurden abfiltriert,
und die Lösung wurde mit genügend Dimethylaminoäthanol titriert,
daß ein pH-Wert von 8 erhalten wurde. Auf diese Weise wurde das
Aminsalz des Gemisches der oberflächenaktiven Substanzen gebildet.
Eine wäßrige Charge aus 230 Teilen Wasser und 210 Teilen der obigen
Lösung des oberflächenaktiven Mittels wurde hergestellt und
auf 80°C erhitzt. Es wurden 15 Teile Wasser und 1,5 Teile Ammoniumpersulfat
zugesetzt, und das Ganze wurde 30 min lang auf 80°C
erhitzt.
Es wurde eine Emulsion (1) der folgenden Bestandteile hergestellt
und im Verlauf von 3½ bis 3¾ h zu dem obigen Produkt gegeben:
Teile
Methylmethacrylat477
Styrol114
Butylacrylat454
Methacrylsäure 38
1-Octanthiol 4,8
Lösung des oberflächenaktiven Mittels580
Wasser474
Ammoniumpersulfat 1,5
Eine weitere Emulsion (2) aus den folgenden Bestandteilen wurde
hergestellt und sofort zu der obigen Emulsion (1) im Verlauf
von 1¼ bis 1½ h gegeben:
Teile
Methylmethacrylat119
Styrol 28
Butylacrylat114
Hydroxypropylmethacrylat (99% destilliert) 74
1-Octanthiol 1,5
Lösung des oberflächenaktiven Mittels210
Ammoniumpersulfat 0,8
Nach beendigter Zugabe wurde das Gemisch eine weitere h bei 80°C
gehalten, sodann auf 25°C abgekühlt und durch einen 10-µm-Beutel
filtriert. Der resultierende Latex hatte folgende Eigenschaften:
gesamte Feststoffe = 45%, RV = 0,33 dl/g.
Nachfolgend werden typische Zusammensetzungen für Automobil-
Lacke auf Wasserbasis beschrieben, in denen die Latices verwendet
werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten
worden sind.
Diese zwei Formulierungen können mit relativ hohen Feststoffgehalten,
nämlich von 40 bis 35% bzw. 48 bis 42%, aufgebracht
werden, wenn es gewünscht wird, wenn der Acryllatex und die löslichen
Polymeren, wie unten identifiziert, verwendet werden.
Der Feststoffbereich ist auf die unterschiedlichen Viskositätserfordernisse
der verschiedenen Typen der Aufbringungseinrichtungen
zurückzuführen. Im allgemeinen kann der Lack auf die gewünschte
Spritzviskosität vermindert werden, indem mit Wasser
und/oder einem geeigneten organischen Lösungsmittel verdünnt
wird.
Ein 5-l-Kolben wurde mit einer Rühr-, Kühl- und Monomerzugabeeinrichtung
versehen. In den Kolben wurde folgendes gegeben:
Isopropanol22,92
Butylcellosolve® 6,98
Das Ganze wurde zum Rückfluß erhitzt, und im Verlauf von 2 h
wurden die folgenden Substanzen zugesetzt:
Gewichtsteile
Methylmethacrylat14,95
Butylacrylat 8,97
Hydroxypropylmethacrylat 4,48
Acrylsäure 1,50
Azodiisobutyronitril 0,34
Octanthiol 0,12
Das Gemisch wurde 4 h lang am Rückfluß gehalten. Zu diesem Zeitpunkt
wurde festgestellt, daß die Lösung RV = 0,17 dl/g und
einen Gesamtfeststoffgehalt von 51 Gew.-% hatte.
Die Einrichtung wurde für die Destillation umgewandelt, und es
wurden 7,97 Gewichtsteile Butylcellosolve® zugesetzt. Ein niedrigsiedendes
Destillat (150°C) wurde entfernt, und die Gesamtmenge
des Destillats, die gesammelt wurde, betrug 22,92 Teile.
Die zurückbleibende Lösung wurde auf 100°C abgekühlt und mit
1,89 Gewichtsteilen Dimethylaminoäthanol versetzt. Während die
Temperatur bei 70 bis 90°C gehalten wurde, wurden sehr langsam
29,89 Teile warmes entionisiertes Wasser zugestzt. Das Ganze
wurde ½ h lang gerührt und abgekühlt. Die resultierende Copolymerlösung
hatte einen Gesamtfeststoffgehalt von 39,5 Gew.-%
und eine Gardner-Holdt-Viskosität von Z₅ bis Z₆.
Eine Lösung eines oberflächenaktiven Mittels mit 0,4 Gew.-%
Aerosol A196® und Siponate DS-10® (1 : 2) in Wasser wurde hergestellt
und durch Ionenaustauschertechniken in die Aminform der
oberflächenaktiven Mittel umgewandelt. Es wurde eine Charge von
3,5 Gew.-% dieser Lösung der oberflächenaktiven Mittel in 27,2
Gew.-% Wasser hergestellt. Die Lösung wurde auf 80 bis 85°C erhitzt,
und es wurde sodann eine Charge von 0,07 Gew.-% (NH₄)₂S₂O₈
und 0,5 Gew.-% Wasser zugesetzt.
Es wurde die folgende Vormischung hergestellt und im Verlauf von
5 h zu dem erhitzten Gemisch gegeben, wobei die Temperatur bei
80 bis 85°C gehalten wurde.
Methylmethacrylat 8,3
Styrol 4,1
Butylacrylat25
Hydroxypropylmethacrylat 2,1
Methacrylsäure 2,1
Dimethyläthanolamin 0,13
Lösung des obenflächenaktiven Mittels
(wie oben hergestellt)13,4 (NH₄)₂S₂O₈ 0,07 Wasser13,53
(wie oben hergestellt)13,4 (NH₄)₂S₂O₈ 0,07 Wasser13,53
Das Gemisch wurde sodann eine weitere h bei einer Temperatur
von 80 bis 85°C gehalten.
Der resultierende Latex wurde mit 10 Gew.-% Uformite MM83® (Warenzeichen
für ein Melamin/Formaldehyd-Harz) und mit einem verträglichen
Lösungsmittel auf die Anwendungsviskosität verdünnt.
Die Filme ergaben beim Brennen einen hoch gehärteten, dauerhaften
Dosenüberzug.
Das obige Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß
Natriumcarbonat und Natriumsulfat anstelle von Dimethyläthanolamin
und Ammoniumpersulfat im Molverhältnis von 1 : 1 verwendet
wurden. Weiterhin wurde die Lösung des oberflächenaktiven Mittels
nicht durch Ionenaustauschertechniken in die Aminform der oberflächenaktiven
Mittel umgewandelt.
Die obigen Bestandteile wurden auf 80 bis 85°C erhitzt und mit
folgendem versetzt:
Vormischungen der Chargen A und B wurden hergestellt, und jede
wurde gleichzeitig zu dem obigen Gemisch im Verlauf von 2 h gegeben.
Hierauf wurde folgendes zugesetzt:
Vormischungen der Chargen C und D wurden hergestellt und jede
gleichzeitig im Verlauf von 2 h zugefügt.
Das ganze Gemisch wurde eine weitere h bei 80 bis 85°C gehalten.
Sodann wurden die folgenden Substanzen gesondert zugesetzt.
Der Latex wurde auf 25°C abgekühlt und filtriert. Es wurden
dauerhafte Filme mit hoher Härtung zur Verwendung als Dosenüberzüge
erhalten.
Die Latices der Beispiele 4A, 4B und 5 wurden wie folgt auf
die Haftfähigkeit untersucht.
Tafeln von nicht-behandeltem Aluminium (Abmessungen 5,08 cm×
10,16 cm) wurden mit den einzelnen Latices zu einer Dicke von
200 mg/25,8 cm² beschichtet. Die Tafeln wurden 5 min bei 166°C
gebrannt. Die einzelnen Tafeln wurden sodann in einem abgeschlossenen
Glaskolben in gekühltes Bier eingetaucht. Die Kolben wurden
sodann in ein Wasserbad gebracht und ¾ h lang auf 65°C
erhitzt und bei 65°C eine weitere halbe h lang gehalten. Die Tafeln
wurden aus den Kolben entnommen und rasch unter kaltem Wasser
gewaschen, getrocknet und auf Trübungen oder Weißbildungen
untersucht. Mit einem scharfen Skalpell wurde in jede Tafel ein
Kreuz eingeritzt. Das Kreuz wurde mit einem Band bedeckt, und
das Band wurde abgezogen. Die Tafel wurde auf Verluste der Haftung
untersucht.
Ein gutes System zeigt zwar eine geringe Weißfärbung bei der Untersuchung,
jedoch eine sehr rasche Erholung im Verlauf von 30
sec. Ein schlechtes System bleibt mehrere min lang weiß, bevor
es sich erholt. Ein System mit einer ausgezeichneten Adhäsion
zeigt keinerlei Abschälerscheinungen, wenn das Band abgezogen
wird.
Überzugszusammensetzungen, die mit den Latices der Beispiele 4A
und 5 hergestellt worden waren, zeigten eine geringfügige Weißfärbung
bei der Untersuchung, aber eine sehr rasche Erholung sowie
eine ausgezeichnete Haftung. Ein Überzug, der aus dem Latex
des Beispiels 4B hergestellt worden war, blieb mehrere min lang
weiß, und beim Abziehen des Bands wurde eine Abblätterung festgestellt.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Copolymer-Emulsionen,
bei dem man im wäßrigen Medium in Gegenwart eines
wasserlöslichen oberflächenaktiven Mittels und eines wasserlöslichen
Initiators für die Polymerisation, die beide
ionisierbare Salze sind, 99,5 bis 30 Gewichtsteile von mindestens
einem Monomeren aus der Gruppe Styrol, α-Methylstyrol,
Acrylnitril, Alkylacrylate, Alkylmethacrylate, Alkylfumarate,
Alkylmaleate, bei denen die Alkylgruppe 1 bis 12 Kohlenstoffatome
enthält, Vinylester von organischen und anorganischen
Säuren, Vinylpyridin, Butadien und Äthylen, 0 bis 30 Gewichtsteile
eines niedrigen Alkyläthers von Methylolacrylamid
oder Methylolmethacrylamid, 0 bis 25 Gewichtsteile eines
Hydroxylgruppen enthaltenden Monomeren, 0 bis 15 Gewichtsteile
eines Epoxidgruppen enthaltenden Monomeren, 0 bis 15
Gewichtsteile eines Amingruppen enthaltenden Monomeren und
0 bis 15 Gewichtsteile eines Carboxylgruppen enthaltenden
Monomeren polymerisiert, wobei die Gesamtgewichtsteile der
Monomeren 100 sind dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl
das oberflächenaktive Mittel als auch den Initiator in Form
eines Aminsalzes oder Ammoniumsalzes verwendet und die Polymerisation
in Abwesenheit von Alkalimetall- und Erdalkalimetallionen durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß man 93 bis 30 Gewichtsteile
Styrol und Methylmethacrylat, 0 bis 50 Gewichtsteile Butylacrylat,
5 bis 15 Gewichtsteile Hydroxyäthylmethacrylat oder Hydroxypropylmethacrylat
und 2 bis 5 Gewichtsteile Methacrylsäure polymerisiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß man 10 Gewichtsteile Styrol,
42 Gewichtsteile Methylmethacrylat, 40 Gewichtsteile Butylacrylat,
5 Gewichtsteile Hydroxypropylmethacrylat oder Hydroxyäthylmethacrylat
und 3 Gewichtsteile Methacrylsäure polymerisiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß man 42 Gewichtsteile Styrol,
10 Gewichtsteile Methylmethacrylat, 40 Gewichtsteile Butylacrylat,
5 Gewichtsteile Hydroxypropylmethacrylat oder Hydroxyäthylmethacrylat
und 3 Gewichtsteile Methacrylsäure polymerisiert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß man 10 bis 60 Gewichtsteile
mindestens eines Monomeren aus der Gruppe Dibutylfumarat, Dibutylmaleat,
Dioctylfumarat, Dioctylmaleat, Butylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat,
Äthylen, Vinylversatat, Vinylcaproat, Vinylpropionat
mit 0 bis 10 Gewichtsteilen eines Niedrigalkyläthers von
Methylolacrylamid oder eines Niedrigalkyläthers von Methylolmethacrylamid,
0 bis 5 Gewichtsteilen Glycidylmethacrylat, 0 bis
5 Gewichtsteilen Vinylpyridin oder Dimethylaminoäthylmethacrylat,
0 bis 5 Gewichtsteilen Crotonsäure oder Acrylsäure, 0 bis 10
Gewichtsteilen eines Hydroxyalkylacrylats oder eines Hydroxyalkylmethacrylats
polymerisiert, wobei die gesamte in Gewichtsteilen
ausgedrückte Monomermenge 100 beträgt und wobei die
restlichen Gewichtsteile aus Vinylacetat bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß man 10 bis 70 Gewichtsteile
mindestens eines Monomeren aus der Gruppe Methylmethacrylat,
Styrol, Äthylacrylat, Butylacrylat und 2-Äthylhexylacrylat mit
0 bis 10 Gewichtsteilen Isobutoxymethylacrylamid, 0 bis 10 Gewichtsteilen
Hydroxypropylmethacrylat, 0 bis 5 Gewichtsteilen
Dimethylaminomethacrylat, 0 bis 5 Gewichtsteilen Glycidylmethacrylat
und 0 bis 15 Gewichtsteilen Acrylsäure oder Methacrylsäure
polymerisiert.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß man 0 bis 30 Gewichtsteile
mindestens eines Monomeren aus der Gruppe Niedrigalkyläther von
Methylolacrylamid und Methylolmethacrylamid mit 0 bis 25 Gewichtsteilen
mindestens eines Hydroxygruppen enthaltenden Monomeren,
2 bis 15 Gewichtsteilen mindestens eines Carboxylgruppen
enthaltenden Monomeren, 0 bis 40 Gewichtsteilen der harten
Monomeren Methylmethacrylat und Styrol und 40 bis 80 Gewichtsteilen
der weichen Monomeren Butylacrylat und Äthylacrylat polymerisiert.
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