DE2752054A1 - Waessrige dispersionen von polyvinylbutylaldehyd - Google Patents
Waessrige dispersionen von polyvinylbutylaldehydInfo
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Description
PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT1 DIPLOMCHEMIKER
Köln, den 18. November 1977 1o3
Rhone-Poulenc Industries, 22 avenue Montaigne, Paris 8e
(Frankreich)
Die vorliegende Erfindung betrifft wässrige Dispersionen von Polyvinylbutylaldehyd, die insbesondere zum Beschichten von
metallurgischen Oberflächen bestimmt sind.
Die Polyvinylacetat besitzen interessante Eigenschaften, wodurch
man sie zum Beschichten verwenden kann. Es ist jedoch derzeit notwendig, sie in Form von Lösungen in organischen Lösungsmitteln
einzusetzen.
Verschiedene Verfahren wurden beschrieben, die es ermöglichen, wässrige Polyvinylacetaldispersionen zu erhalten. So beschreibt
die FR-PS 1 22o 859 die Herstellung von Polyvinylacetaldispersionen durch Vornahme eines einzigen Acetalisierungsvorganges
von Polyvinylalkohol und Dispergierung des gebildeten Acetals. Hierbei arbeitet man bei Temperaturen zwischen 7o und 800C in
Anwesenheit von sauren Katalysatoren, die Alkylarylsulfonate sind, die einen höheren Alkylrest enthalten.
Gegenstand der Erfindung sind wässrige Dispersionen von Polyvinylbutylaldehyd
mit einer Korngrößenverteilung zwischen o,o1 und 5 μ und ohne Weichmacher, die dadurch gekennzeichnet sind,
daß die Butylaldehydisierung der wässrigen Polyvinylalkohollö-
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sung und die Dispersion des erhaltenen Butylaldehyds gleichzeitig bei einer Temperatur unterhalb von 3o°C und in Anwesenheit
von Phosphorsäure als Kondensationskatalysator vorgenommen werden und daß als Mittel zur Butylaldehydisierung eine Mischung
von Butylaldehyd und einer oC-Aldehydsäure in einem Gewichtsverhältnis zwischen 99/1 und 8o/2o und vorzugsweise
zwischen 95/5 und 85/15 ist.
Man verwendet vorzugsweise wässrige Polyvinylalkohollösungen mit
einem Trockengehalt zwischen 5 und 25 und vorzugsweise zwischen 1o und 2o %.
Die eingesetzten Polyvinylalkohole haben einen Esterindex unterhalb
von 5o, d.h. einen Hydrolysegrad oberhalb von 96 % im Molekül. Ihre Viskosität ist im allgemeinen gering und in der
Größenordnung von 4 bis 2o mPl in einer 4 %igen Lösung in Wasser bei 2o°C.
Als notwendiges Aldehyd für die Butylaldehydisierung verwendet man Butylaldehyd in Mischung mit einer Aldehydsäure. Die
oC-Aldehydsäuren führen zu guten Resultaten und man wählt vorzugsweise
Glyoxylsäure.
Das molare Verhältnis zwischen dieser Mischung und dem Polyvinylalkohol
variiert im allgemeinen zwischen o,7 und 1 entsprechend der Zusammensetzung des gewünschten endgültigen Produktes.
Die Phosphorsäure eignet sich sehr gut als saurer Kondensationskatalysator. Man verwendet gewöhnlich solche Mengen,
daß der pH-Wert des Reaktionsmilieus, Polyvinylalkohollösung, Aldehyd, <*.-Aldehydsäure und oberflächenaktives Mittel, unterhalb
oder gleich 2 und vorzugsweise in der Größenordnung von 1,1 bis 1,5 liegt.
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Es wurde festgestellt, daß die Verwendung von Aldehydsäure eine Verminderung der Menge an notwendiger Phosphorsäure zum
Erhalten dieses pH-Wertes ermöglicht.
Als oberflächenaktives Mittel verwendet man handelsübliche
anionische Produkte wie Alkalisalze von Fettsäuren mit gesättigter oder nicht gesättigter langer Kette, Alkylarylsulfonate
oder Alkalialkylsulfate. Man setzt wesentliche Mengen an oberflächenaktiven
Mitteln ein, gewöhnlich 4 bis 6 Gew.% in Bezug auf das endgültige Polymer.
Man arbeitet nach folgendem Verfahren:
Man führt in eine wässrige Polyvinylalkohollösung unter starkem Rühren das oberflächenaktive Mittel, dann die Aldehydmischung
und dann den Katalysator ein, wobei die Reaktionsmischung auf Umgebungstemperatur, d.h. 2o bis 22°C, durch irgendeine Einrichtung
während 1 bis 2 h gehalten wird.
Man kann schließlich die Reaktionstemperatur bis auf 3o C ansteigen
lassen, um die Reaktion schneller zu beenden.
Vom Beginn der Reaktion an tritt eine Änderung des Zustandes des Reaktionsmilieus auf: Die klare und flüssige Lösung bekommt
eine vergrößerte Viskosität und wird undurchsichtig, um dann wieder flüssig und weiß zu werden. Letzteres bedeutet, daß sich
die Dispersion bildet, wobei die Größe der Teilchen von der Rührgeschwindigkeit und der Menge an oberflächenaktivem Mittel
abhängt.
Die erhaltenen Dispersionen besitzen einen Trockengehalt in der Größenordnung von 1o bis 2o %. Sie können durch Entfernen von
Wasser bei Umgebungstemperatur durch bekannte Verfahren konzentriert werden, bis sie Trockengehalte von 35 bis 45 % erreichen.
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Diese Dispersionen sind homogen und stabil selbst im Fall ihrer Neutralisierung auf pH-Werte von 8 bis 9. Sie sind bei Temperaturen
in der Größenordnung von 4o bis 5o°C filmbildend, jedoch können sie auch bei Umgebungstemperatur durch Zusatz von Weichmachern
oder gewöhnlich im Zusammenhang mit Vinylpolymeren verwendeten Coaleszenzmitteln filmbildend gemacht werden.
Die Korngrößenverteilung des Polyvinylbutylaldehyds ist sehr
fein. Sie variiert von o,o1 bis 5 μ für die Agglomerate von Teilchen. Der mittlere Durchmesser liegt zwischen o,o5 und 1 μ.
Das erhaltene Polyvinylbutylaldehyd besitzt einen Gehalt an Polyvinylalkoholresten gewöhnlich zwischen 1o und 3o % und insbesondere
zwischen 12 und 25 %. Der Gehalt an Polyvinylacetatresten liegt zwischen 1 und 3 %.
Das mittlere Molekulargewicht liegt zwischen 3o.ooo und 15o.ooo.
Die erfindungsgemäßen Dispersionen sind während der Aufbewahrung stabil und setzen sich nicht ab. Sie können als Basis von
komplexeren Zusammensetzungen enthaltend beispielsweise vernetzbare Harze, Füllstoffe und alle Arten von Zusätzen dienen.
Aufgebracht auf verschiedene Träger und bei Temperaturen oberhalb von 4o°C getrocknet ergeben sie homogene widerstandsfähige
Beschichtungen, die eine gute Bruchfestigkeit aufweisen.
Die Verwendung von «< -Aldehydsäure ermöglicht es, die Haftung
auf dem metallischen Träger insbesondere nach feuchter Behandlung zu steigern. Desweiteren wurde festgestellt, daß die
Temperatur der Filmbildungseigenschaft der Dispersion merklich gesenkt wird.
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- sr -
In ein Reaktorgefäß von 600 cm3 Rauminhalt, das mit einem
ankerförmigen Rührer, der sich mit 300 U/min dreht, ausgerüstet
ist, gibt man
4500 cm3 einer wässrigen 10%igen Polyvinylalkohollösung
mit folgenden Eigenschaften:
Viskosität der 4%igen wässrigen Lösung bei 20° C : 4 mPl
Esterindex : 20
36,1 g eines Emulsionsbildners mit anionischen Eigenschaften in Form von Natriumlaurylsulfat (d.h. 5 % des endgültigen
Polymeren).
Unter Rühren setzt man nach einigen Minuten 302,5 cm3 Butylaldehyd entsprechend 94,5 % Aldehyd zu, wobei
der pH-Wert nach Homogenisierung der Mischung 5,6 ist.
Man setzt 27,2 g Glyoxylsäure und dann 10 cm3 75%ige Phosphorsäure
zu. Die Mischung besitzt dann einen pH-Wert von 1,2.
Während 1 h wird das Wasserbad auf 20° C gehalten, wobei die
Temperatur der Mischung zwischen 20 und 23° C ohne Wärmeangebot schwankt, die Reaktion ist exotherm. Während dieser
ersten Stunde und genauer zwischen einer Zeit nach 15 bis 30 min stellt man eine Änderung des Aussehens der Mischung
fest. Zunächst ergibt sich eine Erhöhung und dann eine Abnahme der Viskosität. Während dieses Zeitintervalls bildet
sich die Dispersion und die Teilchen erhalten ihre endgültige Größe.
Man beendet die Reaktion durch Erwärmen der erhaltenen Emulsion auf 30° C während 2 h. Man kühlt auf 25° C ab.
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pH-Wert 1,2
Das Polymere seinerseits besitzt folgende Eigenschaften: Viskosität in mPl der Lösung des Polymeren in Äthylalkohol,
95° Gl bei 2O° C : 10 mPl
Gewichtsprozent der Polyvinylalkoholreste : etwa 18,5
Die Dispersion wird auf eine Stahlplatte aufgebracht. Man bildet vier aufeinanderfolgende Schichten, indem die Stahlplatte mit der Dispersion in einer Zentrifuge angeordnet
wird, wobei jede Schicht bei 140° C 3 min getrocknet wird.
Man erhält eine endgültige Beschichtung von einer Stärke von etwa 20 μ, die außerordentlich gut beim Kratztest
(Norm NF T 30 038) haftet und eine gute Weichheit beim Erichsen-Ziehversuch (Norm NF T 30 019) besitzt.
Die Beschichtung widersteht mehr als 300 h den Einwirkungen beim Test auf Widerstandsfähigkeit gegen Salzsprühnebel
(Norm NF X 41 002) ohne Auftreten von Rost. Des weiteren behält sie eine ausgezeichnete Haftung an dem Träger.
Die Temperatur der Filmbildungseigenschaft wurde auf 45° C verringert.
In einen Reaktor mit einem Rauminhalt von 6000 cm3, der mit
einem ankerförmigen Rührer, der sich mit 300 U/min dreht,
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ausgerüstet ist, gibt man
4500 can3 einer 10%igen wässrigen Polyvinylalkohol lösung
mit folgenden Eigenschaften:
Viskosität der 4%igen wässrigen Lösung bei 20° C : 4 mPl
Esterindex : 20
43,70 g eines Emulsionsbildners mit anionischen Eigenschaften in Form von Natriumlaurylsulfat, d.h. 6 % des endgültigen
Polymers.
Unter Rühren setzt man nach einigen Minuten 336 cm3 Butylaldehyd entsprechend 94,5 % Aldehyd zu, wobei
die Mischung nach Homogenisierung einen pH-Wert von 5,6 aufweist.
Ferner setzt man 20 cm3 75%ige Phosphorsäure zu, wonach
die Mischung einen pH-Wert von 1,2 besitzt.
Während 1 h wird das Wasserbad auf 20° C gehalten, wobei Temperatur der Mischung zwischen 2O und 23° C ohne Wärmezufuhr
schwankt, die Reaktion ist exotherm. Man bemerkt während dieser ersten Stunde und insbesondere während des
Zeitraums nach 15 bis 20 min eine Änderung des Aussehens der Mischung. Zunächst ergibt sich eine Vergrößerung und
dann eine Abnahme der Viskosität. In diesem Zeitintervall bildet sich die Dispersion und die Teilchen erhalten ihre
endgültige Größe.
Man beendet die Reaktion durch Erhitzen der erhaltenen Emulsion auf 30° C während 2 h. Dann kühlt man auf 25° C ab.
Die erhaltene Dispersion besitzt folgende Eigenschaften:
pH-Wert 1 bis 2
Butylaldehydrestgehalt 0,2 % (zeitstabiler Restgehalt)
Trockengehalt 15 %
BROOKFIELD-Viskosität 23° bei 50 U/min : 10-20 mPl
Teilchengröße 0,1 bis 1 μ
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"V
Viskosität in mPl der Lösung des Polymeren in Äthylalkohol,
95° 61 bei 2O° C : 9,5 bis 10,5
Die Dispersion wird auf eine Stahlplatte aufgebracht. Man bringt vier aufeinanderfolgende Schichten auf, indem man
die Stahlplatten in einer Zentrifuge mit der Dispersion anordnet und jede Schicht 3 min bei 14O* C trocknet. Man
erhält eine endgültige Beschichtung in einer Stärke von etwa 2O μ, die außerordentlich gut beim Kratztest (Norm
NF T 3O Ο38) haftet und eine gute Weichheit beim Erichsen-Ziehversuch (Norm NF T 3O Ο19) besitzt.
Diese Beschichtung widersteht mehr als 300 h ohne Anzeichen von Rost den Einwirkungen beim Test hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen Salzsprflhnebel (Norm NP X 41 002).
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Claims (4)
- Patentansprüche1J Wässrige Dispersionen von Polyvinylbutylaldehyd mit einer Korngrößenverteilung zwischen 0,1 und 5 μ und ohne Weichmacher, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Butylaldehydisierung einer Polyvinylalkohollösung und gleichzeitiger Dispergierung des Butylaldehyds bei einer Temperatur unterhalb von oder gleich 30° C und in Anwesenheit von Phosphorsäure als Kondensationskatalysator erhalten sind, wobei das Mittel zur Butylaldehydisierung eine Mischung aus Butylaldehyd und einer c*-Aldehydsäure mit einem Gewichtsverhältnis zwischen 99/1 und 80/20 und vorzugsweise zwischen 95/5 und 85/15 ist.
- 2. Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die c< -Aldehydsäure Glyoxylsäure ist.
- 3. Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie unter Verwendung von 3 bis 7 Gew.% eines anionischen Emulsionsbildners hergestellt ist.
- 4. Verwendung von Dispersionen nach Anspruch 1 oder 2 zum Erhalten von Beschichtungen von metallischen Trägern durch Aufbringen und Trocknen bei einer Temperatur zwischen 40 und 50° C.809822/0739 „ORIGINAL INSPECTED
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