DE4330342A1 - Stabile wäßrige Polyolefinwachsdispersionen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue wäßrige Polyolefinwachs­ dispersionen, die

• A) 5 bis 65 Gew.-% Polyethylen- oder Polypropylenwachs mit einer mittleren Teilchengröße von 1 bis 50 µm und einer Säurezahl kleiner als 5 mg KOH/g Wachs und
• B) 0,5 bis 20 Gew.-% mit 1 bis 50 mol eines 1,2-Alkylenoxids mit 2 bis 4 C-Atomen umgesetztes Glycerid von überwiegend ethylenisch ein- oder mehrfach ungesättigten C₁₆- bis C₂₂-Monocarbonsäuren, die zusätzlich Hydroxylgruppen ent­ halten können, als Dispergiermittel

enthalten.

Wäßrige Wachsdispersionen auf Basis Polyethylen oder Polypropylen lassen sich prinzipiell auf zwei Wegen herstellen: als Primär­ dispersionen durch Polymerisation von Ethylen bzw. Propylen in einer tensidhaltigen wäßrigen Phase unter Druck und in Gegenwart eines Initiatorsystems oder als Sekundärdispersionen durch Dispergieren von dispergierbaren pulverförmigen Polyethylen- bzw. Polypropylenwachsen mit Hilfe eines geeigneten Dispergator­ systems. Unter emulgierbaren Wachsen versteht man hier üblicher­ weise mit Carboxylat-, Keto- oder Hydroxylgruppen funktionali­ sierte niedermolekulare Polyolefinketten; diese lassen sich ent­ weder durch Copolymerisation von Ethylen bzw. Propylen mit bei­ spielsweise ungesättigten Carbonsäuren wie Acrylsäure oder durch Luftoxidation von Polyolefinwachsen herstellen.

Primärdispersionen haben in der Regel Teilchengrößen im Bereich von 0,01 bis 0,25 µm, stabile Sekundärdispersionen ließen sich bislang nur bis zu einer mittleren Teilchengröße von knapp 1 µm herstellen. Dispersionen mit größeren Teilchen neigen auf Grund der niedrigen Dichte und der Hydrophobie des Polyolefinwachses zur Phasentrennung.

Bei beiden Herstellmethoden sind üblicherweise nur Feststoff­ gehalte von bis zu ca. 35 Gew.-% erreichbar. Höhere Wachsgehalte sind nur unter Schwierigkeiten und durch Mitverwendung geeigneter Hilfsmittel in relativ hohen Mengen erzielbar.

Aus der US-A 4 371 658 sind Spinnhilfsmittel zur Herstellung von Polyamidgarnen bekannt, die ein Gemisch aus verschiedenen Emul­ gatoren, oxidiertem Polyethylen mit einer Säurezahl von ca. 14 bis 32 und Alkalimetallhydroxid in wäßriger Emulsion dar­ stellen. Als eine Emulgatorkomponente wird mit 2 bis 16 mol Ethylenoxid umgesetztes Ricinusöl (Kastoröl) genannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, stabile wäßrige Poly­ olefinwachsdispersionen bereitzustellen, die aufgrund der anwendungstechnischen Anforderungen eine mittlere Teilchengröße von deutlich mehr als 1 µm aufweisen und praktisch unbegrenzt la­ gerfähig sind. Außerdem sollten diesen Dispersionen möglichst einfach und mit möglichst wenig Hilfsmitteln herzustellen sein. Die Dispersionen sollten auf nicht funktionalisiertem Polyolefin­ wachs, d. h. ohne stabilisierende Carboxylatgruppen, basieren.

Demgemäß wurden die eingangs definierten wäßrigen Polyolefin­ wachsdispersionen gefunden. Durch die Wahl des Dispergator­ systems B ist es nun möglich, stabile Polyolefinwachsdispersionen mit den gewünschten Eigenschaften durch einfaches Einrühren des entsprechenden feinen (mikronisierten) Wachspulvers zusammen mit dem Dispergiermittel bei Raumtemperatur in Wasser zu erhalten. Dabei sind Feststoffgehalte bis zu 65 Gew.-% realisierbar.

Die mittlere Teilchengröße der Polyolefinwachse A in den erfin­ dungsgemäßen Dispersionen liegt bei 1 bis 50 µm, insbesondere 3 bis 20 µm, vor allem 5 bis 15 µm. Die mittlere Teilchengröße kann am besten nach dem Coulter-Verfahren bestimmt werden.

Man setzt handelsübliche nicht funktionalisierte Polyethylen­ wachse mit gewichtsgemittelten Molekulargewichten im Bereich von 500 bis 10 000 g/mol, insbesondere von 1000 bis 5000 g/mol, oder Polypropylenwachse mit gewichtsgemittelten Molekulargewich­ ten im Bereich von 5000 bis 50 000 g/mol, insbesondere von 15 000 bis 30 000 g/mol, oder auch Mischungen hieraus ein. Der Gehalt an Polyethylen bzw. Polypropylen in diesen Wachsen beträgt mehr als 99 Gew.-%. Diese Wachse werden nach üblichen Methoden fein zerkleinert, so daß sie die notwendige Korngröße (Teilchen­ größe) aufweisen. Sie haben Säurezahlen von kleiner als 5, vor­ zugsweise kleiner als 3, insbesondere kleiner als 2, vor allem kleiner als 1 mg KOH/g Wachs, was auf im wesentlichen nur als Verunreinigungen anzusehende saure Bestandteile in den Wachsen hindeutet.

Die erfindungsgemäßen Dispersionen sind auch bei hohen Feststoff­ gehalten problemlos gieß- und rührfähig und weisen in der Regel Viskositäten nach Brookfield von 200 bis 5000, insbesondere von 500 bis 1600 mm²/s auf.

Die erfindungsgemäßen Dispersionen enthalten als Hauptkomponenten 5 bis 65, vorzugsweise 10 bis 60, insbesondere 20 bis 55, vor allem 40 bis 50 Gew.-% des Wachses A und 0,5 bis 20, vorzugsweise 1 bis 15, insbesondere 3 bis 12, vor allem 4 bis 10 Gew.-% des Dispergiermittels B. Gewünschtenfalls können noch zusätzlich übliche Hilfsstoffe wie Schaumdämpfer, z. B. Organophosphate, Lösungsvermittler, z. B. N-Methylpyrrolidon, Verflüssiger, ins­ besondere bei Feststoffgehalten über 50 Gew.-%, Biozide, Duft­ stoffe, Farbmittel, Korrosionsschutzmittel oder ähnliches zugege­ ben werden.

Die Fettsäuren im alkoxylierten Glycerid B sind überwiegend, d. h. zu mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 70 Gew.-%, insbesondere mehr als 80 Gew.-%, ethylenisch ein- oder mehrfach, vorzugsweise ethylenisch ein- bis dreifach ungesättigte C₁₆- bis C₂₂-Monocarbonsäuren, vorzugsweise C₁₈-Monocarbonsäuren, die zusätzlich Hydroxylgruppen enthalten können. Beispiele solcher Fettsäuren sind Ölsäure, Elaidinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Erucasäure und 12-Hydroxy-9-cis-octadecensäure (12-Hydroxyöl­ säure, Ricinolsäure). Zu untergeordneten Anteilen können in das alkoxylierte Glycerid B gesättigte Fettsäuren wie Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure oder Cerotinsäure eingebaut sein. Das Glycerid liegt meist oder überwiegend als Triglycerid vor, Mono­ und/oder Diglycerid-Strukturen mit nicht veresterten Hydroxyl­ gruppen können aber auch auftreten und sind dann sogar erforder­ lich, wenn die Fettsäurereste keine Hydroxylgruppen zur Reaktion mit dem Alkylenoxid enthalten.

Als 1,2-Alkylenoxid kommt insbesondere Ethylenoxid, daneben aber auch Propylenoxid oder Butylenoxid in Betracht. Es können auch Gemische der genannten Alkylenoxid zur Umsetzung mit dem Glycerid eingesetzt werden. Der Alkoxylierungsgrad beträgt 1 bis 50, vor­ zugsweise 2 bis 30, insbesondere 3 bis 20, vor allem 5 bis 15 mol Alkylenoxid pro Mol Glycerid.

In einer bevorzugten Ausführungsform setzt man als Komponente B mit 3 bis 20 mol Ethylenoxid umgesetztes Glycerid von überwiegend ethylenisch ein- bis dreifach ungesättigten C₁₈-Monocarbonsäuren, die zumindest teilweise zusätzlich Hydroxylgruppen enthalten, ein. "Zumindest teilweise" meint, daß ein Teil oder die Gesamt­ menge der Monocarbonsäuren, d. h. normalerweise 50 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 100 Gew.-%, insbesondere 80 bis 100 Gew.-% der Monocarbonsäuren, eine oder mehrere Hydroxylgruppen enthält.

Insbesondere wird ethoxyliertes Glycerid B bevorzugt, das als C₁₈-Monocarbonsäure hauptsächlich, d. h. zu mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 70 Gew.-%, insbesondere mehr als 80 Gew.-%, 12-Hydroxy-9-cis-octadecensäure (Ricinolsäure) enthält.

Ganz besonders hervorragende Ergebnisse erzielt man mit dem entsprechenden Ethoxylierungsprodukt von natürlich vorkommendem Ricinusöl (Kastoröl) als Komponente B. Ricinusöl enthält normalerweise 80 bis 85 Gew.-% Ricinolsäureglycerid, ca. 7 Gew.-% Ölsäureglycerid, ca. 3 Gew.-% Linclsäureglycerid, ca. 2 Gew.-% Palmitinsäureglycerid und ca. 1 Gew.-% Stearinsäureglycerid.

Mit 5 bis 15 mol Ethylenoxid umgesetztes Ricinusöl ist im Handel beispielsweise unter dem Namen Emulan® ELP (Produkt der BASF Aktiengesellschaft) erhältlich. Emulan ELP wird hauptsächlich als Emulgator für Pflanzenöle wie Erdnußöl, Kokosöl, Leinöl, Maiskeimöl, Olivenöl, Palmöl, Palmkernöl, Rapsöl, Ricinusöl, Sojaöl oder Sonnenblumenöl eingesetzt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung von mit 1 bis 50 mol eines 1,2-Alkylenoxids mit 2 bis 4 C-Atomen umgesetzten Glyceriden von überwiegend ethylenisch ein- oder mehrfach ungesättigten C₁₆- bis C₂₂-Monocarbonsäuren, die zusätz­ lich Hydroxylgruppen enthalten können, als Dispergiermittel für wäßrige Polyolefinwachsdispersionen, welche Polyethylen- oder Polypropylenwachs mit einer mittleren Teilchengröße von 1 bis 50 µm und einer Säurezahl kleiner als 5 mg KOH/g Wachs enthalten.

Die erfindungsgemäßen stabilen wäßrigen Polyolefinwachsdispersio­ nen werden vor allem für die Herstellung von Fußboden- und Stein­ pflegemitteln, Schuhpflegemitteln, Autopflegemitteln, Druckfar­ ben, Lacken, insbesondere wäßrigen Lacken, Verpackungen, bei­ spielsweise für Lebensmittel, Schmierfetten, Vaseline, Zieh­ mitteln, Verguß- und Isoliermassen für elektrische Teile, wäßri­ gen Holzlasuren, Heißschmelzbeschichtungen, kosmetischen Zu­ bereitungen und Zahnpasten, in der Kunststoffverarbeitung, in der Papierherstellung und im Korrosionsschutz, zur Ausrüstung von Ge­ weben und Garnen und zur Lederbehandlung sowie als Trennmittel im Kokillen-, Druck- und Schleuderguß von Buntmetallen verwendet.

Die erfindungsgemäßen Wachsdispersionen werden hierbei meist zur Verbesserung der Gleiteigenschaften oder der Scheuerfestigkeit eingesetzt, wodurch sie durch ihre spezielle Teilchengröße ausge­ zeichnet geeignet sind.

Die erfindungsgemäßen Dispersionen sind toxikologisch vollkommen unbedenklich und können daher für Anwendungen im Lebensmittelbe­ reich und in der Kosmetik problemlos eingesetzt werden. Sie sind ebenfalls aus ökologischer Sicht vollkommen unbedenklich, da es sich hierbei um einen Emulgator auf Basis von Naturstoffen oder naturstoffverwandten Substanzen handelt.

Die erfindungsgemäßen Wachsdispersionen sind praktisch unbegrenzt stabil, d. h. zeigen selbst nach mehrmonatiger oder mehrjähriger Lagerung keine Absetzung oder keine Ablagerungen an Gefäßwänden und -böden. Durch die hohe mittlere Teilchengröße resultieren die gewünschten Anwendungseigenschaften. Die erfindungsgemäßen Dispersionen sind einfach und problemlos herstellbar und durch die hohe Feststoffkonzentration sind nicht zuletzt Lagerung und Transport des fertigen Produktes sehr wirtschaftlich.

Beispiel

6,5 g mit 5 bis 15 mol Ethylenoxid umgesetztes Ricinusöl (Emulan ELP der BASF Aktiengesellschaft) wurden in 43,5 g vollentsalztem Wasser vorgelegt und unter intensivem Rühren wurden 50 g mikroni­ siertes Polyethylenwachs mit einem gewichtsgemittelten Molekular­ gewicht von 3000 und einer Säurezahl (gemäß DIN 53 402) von < 0,1 mg KOH/g (Luwax® AF 30 der BASF Aktiengesellschaft) bei 20°C eingerührt. Das eingesetzte Wachs hatte eine Teilchengröße von ca. 8 µm (bestimmt durch Coulter Counter).

Die erhaltene Wachsdispersion wies eine Viskosität nach Brookfield von 600 mm²/s auf und war unbegrenzte Zeit stabil (keine Phasentrennung).

Claims (8)

1. Stabile wäßrige Polyolefinwachsdispersionen, enthaltend

• A) 5 bis 65 Gew.-% Polyethylen- oder Polypropylenwachs mit einer mittleren Teilchengröße von 1 bis 50 µm und einer Säurezahl kleiner als 5 mg KOH/g Wachs und
• B) 0,5 bis 20 Gew.-% mit 1 bis 50 mol eines 1,2-Alkylenoxids mit 2 bis 4 C-Atomen umgesetztes Glycerid von überwiegend ethylenisch ein- oder mehrfach ungesättigten C₁₆- bis C₂₂-Monocarbonsäuren, die zusätzlich Hydroxylgruppen ent­ halten können, als Dispergiermittel.

2. Stabile wäßrige Polyolefinwachsdispersionen nach Anspruch 1, enthaltend als Komponente A Polyethylen- oder Polypropylen­ wachs mit einer mittleren Teilchengröße von 3 bis 20 µm und einer Säurezahl kleiner als 2 mg KOH/g Wachs.

3. Stabile wäßrige Polyolefinwachsdispersionen nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend

• A) 20 bis 55 Gew.-% der Komponente A und
• B) 3 bis 12 Gew.-% der Komponente B.

4. Stabile wäßrige Polyolefinwachsdispersionen nach den Ansprü­ chen 1 bis 3, enthaltend als Komponente B mit 3 bis 20 mol Ethylenoxid umgesetztes Glycerid von überwiegend ethylenisch ein- bis dreifach ungesättigten C₁₈-Monocarbonsäuren, die zu­ mindest teilweise zusätzlich Hydroxylgruppen enthalten.

5. Stabile wäßrige Polyolefinwachsdispersionen nach Anspruch 4, wobei das ethoxylierte Glycerid B als C₁₈-Monocarbonsäure hauptsächlich 12-Hydroxy-9-cis-octadecensäure (Ricinolsäure) enthält.

6. Stabile wäßrige Polyolefinwachsdispersionen nach Anspruch 5, wobei als Komponente B das Ethoxylierungsprodukt von natür­ lich vorkommendem Ricinusöl eingesetzt wird.

7. Verwendung von mit 1 bis 50 mol eines 1,2-Alkylenoxids mit 2 bis 4 C-Atomen umgesetzten Glyceriden von überwiegend ethylenisch ein- oder mehrfach ungesättigten C₁₆- bis C₂₂-Monocarbonsäuren, die zusätzlich Hydroxylgruppen enthalten können, als Emulgatoren für wäßrige Polyolefinwachsdisper­ sionen, welche Polyethylen- oder Polypropylenwachs mit einer mittleren Teilchengröße von 1 bis 25 µm und einer Säurezahl kleiner als 5 mg KOH/g Wachs enthalten.

8. Verwendung von stabilen wäßrigen Polyolefinwachsdispersionen gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 für die Herstellung von Fußbo­ den- und Steinpflegemitteln, Schuhpflegemitteln, Autopflege­ mitteln, Druckfarben, Lacken, Verpackungen, Schmierfetten, Vaseline, Ziehmitteln, Verguß- und Isoliermassen für elek­ trische Teile, wäßrigen Holzlasuren, Heißschmelzbe­ schichtungen, kosmetischen Zubereitungen und Zahnpasten, in der Kunststoffverarbeitung, in der Papierherstellung und im Korrosionsschutz, zur Ausrüstung von Geweben und Garnen und zur Lederbehandlung sowie als Trennmittel im Kokillen-, Druck- und Schleuderguß von Buntmetallen.