DK144888B - Fremgangsmaade til fremstilling af emulgatorfrie polymerisatdispersioner - Google Patents

Description

144888 i o

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af emulgatorfrie polymerisatdispersioner.

Polymerisatdispersioner fremstilles almindeligvis ved tilsætning af emulgatorer og beskyttelseskolloider.

5 Emulgator-, henholdsvis beskyttelseskolloidandelen kan udgøre indtil 10 vægt-% og mere, beregnet på polymerisatmæng-den. En stor andel af hydrophile, ikke polymer!serbare stoffer bevirker imidlertid, at de ud fra disse dispersioner fremstillede polymerfilm viser en stærk vandfølsomhed, 10 og de kan endog være reemulgerbare, hvorved forskellige tekniske anvendelsesegenskaber bliver betydeligt påvirket. En yderligere ulempe ved de emulgatorholdige dispersioner er den ofte iagttagne stærke skumtendens. Det er ganske vist muligt at reducere den under polymerisationen tilstedevæ-15 rende emulgatormængde betydeligt, men derved skades dispersionens stabilitet. En anden måde at fremstille emulgatorfrie dispersioner på er beskrevet f.eks. i de tyske offentliggørelsesskrifter nr. 1.720.593 og nr. 1.769.349; her opnås stabilitet af dispersionerne ved indpolymerisa-20 tion af α,β-ethylenisk umættede carboxylsyrer eller deres salte. Den omstændighed, at sådanne dispersioner kun har et faststofindhold på ca. 30 vægt-%, viser imidlertid tydeligt, at den stabiliserende effekt af disse stoffer ikke er tilstrækkelig til fremstilling af højprocentiske dis-25 persioner med et faststofindhold på 50 vægt-% og mere.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af emulgatorfrie polymerisatdispersioner ud fra mindst én vinylester, ethylen og mindst én yderligere e-thylenisk umættet monomer ved polymerisation i vandig dis-30 persion under anvendelse af fri radikaldannende katalysatorer, og denne fremgangsmåde er ejendommelig ved, at man som yderligere ethylenisk umættet monomer anvender en acrylamidkomponent med den almene formel

35 CH2 = CX - CO - NHY

2

O

U4883 hvor X betyder hydrogen eller en methylgruppe, Y betyder hydrogen eller gruppen -CI^-O-Z, og Z betyder hydrogen eller en alkyl- eller acylgruppe med indtil 4 C-atomer, i en mængde på fra ca. 2 til ca. 15 5 vægtprocent, beregnet på vinylesteren, og at man starter polymerisationen ved hjælp af et redox-initiatorsystem ud fra et organisk peroxid eller hydroperoxid og et vandopløseligt reduktionsmiddel, hvorefter polymerisationen gennemføres ved en pH-værdi mellem ca. 3 og ca. 7.

10 Ifølge opfindelsen gennemføres fremgangsmåden hen sigtsmæssigt på den måde, at man i forvejen blander 0 til 20 vægt-%, fortrinsvis 10 til 15 vægt-%, af vinylesteren, 0 til 20 vægt-% af acrylamidkomponenten, 30 til 90 vægt-% af den til fremstilling af dispersionen nødvendige mængde 15 vand og 10 til 25 vægt-% af peroxidet, og under omrøring, tilførsel af ethylen og opvarmning til reaktionstemperaturen samtidigt over flere timer tilsætter resten af vi-nylesteren, som indeholder resten af peroxidet, resten af acrylamidkomponenten i form af en vandig opløsning og den 20 vandige opløsning af reduktionsmidlet og et puffersalt til indstilling af pH-værdien. Ved at gå frem på denne måde opnår man en særlig sikker gennemførelse af polymerisationen, uden at man behøver at frygte en koagulering af dispersionen eller et andet uønsket reaktionsforløb.

25 Ethylentrykket retter sig efter den ønskede grad af blødhed og flexibilitet af dispersionsfilmene, og det ligger normalt mellem ca. 10 og 100 atm., fortrinsvis mellem 20 og 45 atm. Reaktionstemperaturen afhænger af det anvendte redox-initiatorsystem, som ved denne temperatur må 30 udvise en tilstrækkelig høj nedbrydningskonstant. Den ligger normalt mellem ca. 40 og ca. 100°C, fortrinsvis mellem 50 og 80°C. Derefter tilsættes som nævnt samtidig over flere timer resten af vinylesteren, som indeholder resten af peroxidet, resten af acrylamidkomponenten i form af en van-35 dig opløsning og den vandige opløsning af reduktionsmidlet samt et puffersalt til indstilling af pH-værdien. Overholdelse af et bestemt pH-område tjener til at undgå hydrolyse af vinylesteren og acrylamidkomponenten, som hydro-

O

144888 3 lyserer såvel i stærk syre som i alkalisk medium, således at polymerisationen gennemføres i et pH-område fra ca.

3 til ca. 7 fortrinsvis 5 til 7.

Som vinylestere kan vinylesterne af mættede, ali-5 phatiske monocarboxylsyrer med indtil 18 C-atomer anvendes, fortrinsvis esterne af de lavere monocarboxylsyrer med indtil 4 C-atomer og i særdeleshed vinylacetat. Mængden af a-crylamidkomponent udgør som nævnt ca. 2 til ca. 15 vægt-%, beregnet på vinylesteren.

10 Som peroxid-katalysatorer egner sig de sædvanligvis anvendte organiske peroxider og hydroperoxider, fortrinsvis de sidstnævnte og i særdeleshed cumenhydroperoxid eller t-butylhydroperoxid. Som aktivator eller reducerende komponent i initiatorsystemet er vandopløselige reduk-15 tionsmidler, såsom natriumhydrogensulfit, natriumdisulfit eller natriumformaldehydsulfoxylat egnede. Mængden af peroxid-katalysator og aktivator udgør til enhver tid ca. 0,2 til ca. 2 vægt-%, beregnet på vinylester.

Som puffersalte til indstilling af pH-værdien 20 på ca. 3 til ca. 7 egner sig f.eks. de normalt i dette pH--område anvendte phosphater eller borater, f.eks. natrium-pyrophosphat, dinatriumhydrogenphosphat eller borax, i mængder fra ca. 0,1 til ca. 0,6 vægt-%, beregnet på dispersionen.

25 Ved den her omhandlede fremgangsmåde fås uden emul gator på overraskende måde stabile, koagulatfrie polymeri-satdispersioner med høje polymerisatindhold på indtil 65 vægt-%. Dispersionerne er findelte og danner efter tørring en klar, blærefri film. De besidder alt efter ethylen-30 indhold en minimal filmdannelsestemperatur på ca. 0 til ca. 5°C. De egner sig til at gøre fiberflor fastere, som bindemiddel i dispersionsfarver og papirudstrygningsmasser, til fremstilling af klæbestoffer og lim, til anvendelse i byggematerialesektoren, som pigmentbindemiddel ved pigment-35 tryk og til textilbehandling.

De i polymerkæden værende reaktive grupper gør det muligt at tværbinde polymerisatet ved tilsætning af egnede substanser, f.eks. aldehyder, såsom formaldehyd eller gly- 4

O

UA888 oxal, melamin/formaldehyd- eller urinstof/formaldehyd--forkondensater, eller ved indvirkning af syrer. Derved forhøjes dispersionsfilmenes vand- og opløsningsmiddel-bestandighed væsentlig.

5 I de efterfølgende eksempler forklares den her omhandlede fremgangsmåde nærmere.

Eksempel 1

En 30 liters polymerisationsautoklav, som er forsy-10 net med en varme- og kølekappe, en ankeromrører og tre væsketilledningspumper, evakueres omhyggeligt og gennem-skylles med nitrogen på afvekslende måde. Derefter indsuges en foremulsion, som indeholder: 15 4000 g vand 600 g vinylacetat og 10 g t-butylhydroperoxid.

Begyndelseschargen opvarmes under omrøring til 50°C. Ved 20 denne temperatur tilføres ethylen til et tryk på 30 amt., og derefter tilføres samtidig ved hjælp af pumperne 3 opløsninger: a) en opløsning af 30 g t-butylhydroperoxid i 7160 g vinylacetat, 25 b) en opløsning af 600 g acrylamid i 1400 g vand og c) en opløsning af 40.g natriumpyrophosphat og 40 g na-triumdisulfit i 200 g vand.

Tilledningen af opløsningerne a) og b) sker på 4 timer, op-30 løsningen c) på 4 timer og 10 min. Ethylentrykket og temperaturen holdes konstante under reaktionen.

Efter tilførslen af opløsning c) holdes blandingen endnu én time ved reaktionstemperaturen. Derefter afkøles dispersionen langsomt i kedlen til stuetemperatur, og den 35 tømmes ud gennem bundventilen.

5

O

144888

Dispersionens egenskaber:

Polymerisatindhold 54,1%

Viskositet (ved 20°C) 1,95 poise pH-værdi 5,8

5 Minimal filmdannelsestemperatur 0°C

Eksempel 2 I en 10 liters trykautoklav, som er forsynet med de samme anordninger som autoklaven i eksempel 1, fyldes 10 efter forudgående evakuering en foremulsion bestående af: 1330 g vand, 200 g vinylacetat, 20 g acrylamid og 15 3,3 g t-butylhydroperoxid.

Under omrøring tilføres ethylen til et tryk på ca. 7 atm,, og blandingen opvarmes til en temperatur på 60°C. Ved 60°C tilføres yderligere ethylen, så det samlede tryk når 20 op på 30 atm. Derefter tilføres samtidigt: a) 2390 g vinylacetat, hvori er opløst 10 g t-butylhydroperoxid , b) 280 g acrylamid i 450 g vand og c) 13,3 g natriumdisulfit og 13,3 g natriumpyrophosphat i 25 670 g vand.

Tilledningstiden er for opløsningerne a) og b) 4 timer og for opløsning c) 4 timer og 20 min. Temperaturen og trykket holdes konstante. Efter endt tilførsel af opløsning 30 c) eftervarmes i endnu 1 time ved 75°C, hvorefter der afkøles langsomt, og dispersionen tømmes ud.

Dispersionens egenskaber:

Polymerisatindhold 52,9 vægt-% 35 Viskositet (ved 20°C) 5,12 poise pH-værdi 5,3

Minimal filmdannelsestemperatur 0°C

144888 6

O

Eksempel 3

En blanding bestående af 4000 g vand, 5 600 g vinylacetat og 10 g t-butylhydroperoxid, fyldes i en 30 liters trykautoklav (som i eksempel 1).

Ved hjælp af kappeopvarmning bringes blandingen op på 10 den ønskede reaktionstemperatur på 70°C, og ved denne temperatur tilføres ethylen til et tryk på 45 atm. Temperaturen og trykket holdes konstante, mens der i løbet af 6 timer samtidigt tilsættes: a) 7160 g vinylacetat, hvori er opløst 30 g t-butylhydro- 15 peroxid, b) 2000 g vand, 900 g acrylamid og 300 g N-methylolacryl- amid, og c) 40 g natriumpyrophosphat, 80 g natriumdisulfit og 1400 g vand.

20 Når tilførslen af opløsningerne a), b) og c) er sluttet, tilsættes adskilt 15,6 g ammoniumpersulfat i 100 g vand og 15,6 g thiourinstofdioxid i 500 g vand. Efter 30 min. forhøjes den indre temperatur til 80°C, og der eftervarmes 25 i yderligere én time ved denne temperatur. Efter afkøling tømmes dispersionen ud.

Dispersionens egenskaber:

Polymerisatindhold 56,4 vægt-% 30 Viskositet (ved 20°C) 6,9 poise pH-værdi 5,4

Minimal filmdannelsestemperatur 0°C

Eksempel 4 35 En polymerisation gennemføres efter den i eksem pel 3 anviste arbejdsmåde med den undtagelse, at en tredie-del af den til fremstilling af dispersionen nødvendige acryl-

O

144888 7 amidmængde erstattes af methacrylamid.

Dispersionen er blærefri og udviser et polymeri-satindhold på 53,1 vægt-%. Viskositeten er 4,3 poise ved 20°C og pH-værdien 5,6. Den minimale filmdannelses-5 temperatur ligger ved 0°C.

Eksempel 5

Der arbejdes som i eksempel 1, dog er temperaturen 70°C, ethylentrykket 45 atm., sammensætningen af opløsning 10 b) 1200 g acrylamid og 1400 g vand, opløsning c) 40 g na-triumpyrophosphat, 80 g natriumdisulfit og 1500 g vand, og doseringstiden er 6 timer.

Dispersionens egenskaber; 15 Polymerisatindhold 62,7 vægt-%

Viskositet (ved 20°C) 287 poise pH-værdi 5,3

Minimal filmdannelsestemperatur 0°C.