EP0000590A1 - Wässrige Vinylchlorid-Copolymerdispersionen, deren Herstellung und Verwendung - Google Patents

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EP0000590A1
EP0000590A1 EP78100561A EP78100561A EP0000590A1 EP 0000590 A1 EP0000590 A1 EP 0000590A1 EP 78100561 A EP78100561 A EP 78100561A EP 78100561 A EP78100561 A EP 78100561A EP 0000590 A1 EP0000590 A1 EP 0000590A1
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EP
European Patent Office
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weight
percent
polymerization
vinyl chloride
dispersion
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EP78100561A
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Herbert Dr. Eck
Christof Dr. Kemenater
Manfred Hannebaum
Wilhelm Kaiser
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Wacker Chemie AG
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Wacker Chemie AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D127/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D127/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D127/04—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C09D127/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride
    • 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
    • C08F214/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/02—Monomers containing chlorine
    • C08F214/04—Monomers containing two carbon atoms
    • C08F214/06—Vinyl chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J127/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J127/02—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09J127/04—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C09J127/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride

Definitions

  • the invention relates to aqueous copolymer dispersions with high proportions of vinyl chloride units, ir. Polymers containing only polyvinyl alcohol as protective colloid, their production and their use.
  • Aqueous copolymer dispersions containing vinyl chloride, vinyl acetate and ethylene units are known from laid-open publications 21 19 549 and 22 52 285. In order to achieve stable dispersions, it has always been necessary to take special measures with regard to the protective colloid / emulsifier system.
  • the object of the invention was to find copolymer dispersions which without auxiliary monomers, i.e. without monomers with strongly polar groups, e.g. of carboxyl, sulfonic acid, carbonamide groups or emulsifiers are to be polymerized economically to stable dispersions.
  • auxiliary monomers i.e. without monomers with strongly polar groups, e.g. of carboxyl, sulfonic acid, carbonamide groups or emulsifiers are to be polymerized economically to stable dispersions.
  • the dispersions it is advantageous to additionally polymerize in 0.5 to 5 percent by weight of units of olefinically unsaturated N-methylolamides.
  • the stated resin compositions represent limit ranges. In some cases it may be advantageous to use copolymer dispersions with compositions of 60 to 80 percent by weight vinyl chloride units, 8 to 20 percent by weight vinyl acetate units and 10 to 25 percent by weight ethylene units and 0.5 to 5 To strive for weight percent of units of olefinically unsaturated N-methylolamides.
  • N-methylolacrylamide N-methylol methacrylamide
  • N-methylolallyl carbamate N-methylolallyl ether
  • Mannich bases N-methyl ester of N-methylolacrylamide
  • N-methylol methacrylamide or N-methyl olallyl carbamate examples of olefinically unsaturated N-methylolamides.
  • the dispersions are produced in heated and coolable stirred autoclaves.
  • the required amount of polyvinyl alcohol generally 2 to 15 percent by weight, preferably 4.5 to 12 percent by weight, based on the dispersion, with saponification numbers between 20 and 240 and 300 to 2000 monomer units in the polymer molecule, dissolved in water, is initially introduced.
  • One type of polyvinyl alcohol can be used alone, but also mixtures of different polyvinyl alcohols.
  • the polymerization is generally carried out using redox catalyst amounts between 0.01 and 3 percent by weight. In general, the entire required amount of the oxidizing catalyst portion, or its main amount, is presented and the polymerization is controlled by metering in the reducing agent.
  • the reducing agent can also be introduced in a known manner and the reaction with the oxidizing agent can be controlled.
  • 0.01-0.5 percent by weight, preferably 0.03-0.3 percent by weight, of reducing agent and 0.01-2 percent by weight, preferably 0.03-0.8 percent by weight of oxidizing agent are required, the ratio of oxidizing agent depending on the process to reducing agent is 0.15 to 6.
  • the oxidizing component of the catalyst are ammonium or potassium persulfate, hydrogen peroxide and t-eutylhyfroperoxide.
  • reducing agent component examples include sodium sulfite, sodium metabisulfite, zinc or sodium formaldehyde sulfoxylate.
  • H 2 / noble metal sol catalysts are equally suitable under _ early use of small amounts of heavy metal salts as activators. Suitable redox catalyst systems are described, inter alia, in "Fundamental Principles of Polymerization", GF D'Alelio, John Wiley & Sons Inc., New York 1952 on pages 333.ff.
  • the polyvinyl alcohol can be wholly or only partially, i.e. for example, half.
  • the monomer concentration of the liquid monomers should not fall below 5 percent by weight and not exceed 20 percent by weight during the monomer metering.
  • the ethylene pressure used varies between 20 and 150 bar, depending on the amount of ethylene to be installed.
  • the preferred pressure range is 35 to 100 bar.
  • the pressure required is highly dependent on the viscosity and the stirring effect in the polymerization batch. The lower the viscosity and the better the material circulation in the autoclave, the less ethylene pressure is required to incorporate the desired amount. Ethylene in the resin, of course, taking into account the copolymerization and solubility parameters.
  • the polymerization temperature is 10 to 85 ° C, preferably 20 to 50 ° C.
  • the remaining vinyl chloride and vinyl acetate and the 0.5 to 5 percent by weight of the olefinic unsaturated N-methylolamides, the methylol group of which may also be etherified are fed to the reaction vessel, the ethylene pressure being kept constant.
  • the reaction time depends, for example, on the heat dissipation, ie the stirring and cooling system, and the desired monomer concentration during the polymerization and the catalyst system down.
  • the polymerization is complete when there is no longer any noticeable heat development and the vinyl acetate monomer concentration has preferably dropped below 1.5 percent by weight.
  • the polymerization is generally complete after 10 to 20 hours.
  • the reaction mixture is then polymerized by adding additional catalyst and by heating until the vinyl acetate content is below 0.5 percent by weight.
  • catalyst amounts of 0.005-0.1 percent by weight, preferably 0.01-0.04 percent by weight, based on the dispersion of the oxidizing agent and the reducing agent, are generally necessary.
  • the dispersions of the invention can be used in a variety of ways. They show pigment stability and are ideal as binders in emulsion paints. The relatively good flame resistance, the high binding capacity and the high saponification resistance enable the dispersions to be used as binders in hydraulically setting building materials, and they also show high adhesive strength and water resistance when used in adhesives. In combination with trivalent acid hydrolyzing metal salts, there are favorable pot lives and water resistance. The same applies in connection with strong protonic acids, e.g. Phosphoric acid, sulfuric acid and sulfonic acids, hydrochloric acid.
  • strong protonic acids e.g. Phosphoric acid, sulfuric acid and sulfonic acids, hydrochloric acid.
  • the hardener additives are added to the dispersion in the form of their concentrated aqueous solution, in the case of salts (20 to 70% by weight), in the case of protonic acids (10 to 50% by weight) in amounts of 2 to 10% by volume.
  • emulsifiers When using the dispersion according to the invention as a binder in hydraulically setting building materials and in paints, it is customary to add emulsifiers to the dispersions in amounts of 0.05 to 1.5 percent by weight.
  • Suitable non-ionic emulsifiers include aliphatic ethers of polyoxyethylene, e.g. Polyoxyethylene lauryl ether, oleyl ether and alkylaryl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, nonylphenyl ether, esters and amides, such as polyoxyethylene laurate, oleate, isonate, N-polyoxyethylene lauramide, are also suitable.
  • Block polymers of ethylene and propylene oxide can also be used. It is also often advantageous to use defoamers in amounts of 0.05 to 0.3 percent by weight of the active substance.
  • acidic salts or strong protonic acids are added as with the adhesives. This results in a waterproof coating.
  • acidic salts are, for example, trivalent metal salts of the main and subgroup of the periodic system of the elements with strong protonic acids.
  • Preferred hardeners in this connection are acidic phosphates, phosphoric acid, aluminum nitrate and chromium (III) nitrate. These paints made from dispersion and hardener have favorable pot lives and work e.g. corrosion-resistant on iron with excellent adhesion.
  • the hardeners for salts are added to the dispersion in the form of their concentrated aqueous solution or the pro- tonic acids in semi-concentrated form in amounts of 2 to 8 percent by weight.
  • An inorganic, setting material such as hydraulic cement, Portland cement, natural cement (Roman cement) or alumina cement is used as the mortar binder.
  • Common cement additives such as Gypsum, gypsum mortar, calcium phosphate, lime or other such calcium-containing binders, magnesium oxychloride, magnesite or other magnesium-containing or oxysalt compositions or other similar setting inorganic substances, such as are used as binders for unmodified concrete and mortar compositions, can optionally be added.
  • Sand, stones, concrete, crushed stone, gravel, granite, carborundum, aluminum oxide, emery, marble quarry, sawdust, slag, asbestos, mica, talc, flint stones or art products such as powdered ceramic materials are used as usual aggregate materials.
  • the latex coating compositions can e.g. (Capped) polyisocyanates, water-condensable urea formaldehyde or thermosetting melamine formaldehyde resins are added.
  • Pigments such as clays, aluminum silicates, calcium carbonate, magnesium carbonate, mica, talc, diatomaceous earth or titanium oxide, zinc phosphates, zinc chromates, iron oxide, chromium oxide can also be added.
  • alkaline-reacting and carbonate-containing products can only be added if no acidic hardeners are added.
  • paints are suitable as protective or decorative coatings for metal, wood or mineral surfaces, for example.
  • Fillers are also occasionally added when the dispersions are used in waterproof adhesives.
  • Light spar, heavy spar and other mineral substances are mentioned which do not react alkaline and do not contain a carbonate group.
  • protective colloids in particular polyvinyl alcohol, are added subsequently.
  • Preservatives, dyes, plasticizers, film-forming aids and thickeners may be mentioned as further possible additives.
  • plasticizers are butyl diglycol acetate, butyl acetylrizinol and diesters oxalic acid, succinic acid, adipic acid, phthalic acid with aliphatic, branched or unbranched alcohols with 2-16 carbon atoms, such as, for example, dibutyl oxalate, dibutyl succinate, diiosbutyl phthalate, dioctyl phthalate, diisotridecyl phthalate and glycols, such as hexamethylene glycol, such as ethyleneglycol, such as ethyleneglycol Diphenoxyphenyl formal.
  • Organic solvents in the form of aromatic hydrocarbons or aliphatic hydrocarbons can also be added.
  • the dispersion obtained has a solids content of 51.8 percent by weight, a viscosity, measured in the Epprecht rheometer stage C III of 5900 m Pa.s and a minimum film formation temperature of 20 ° C.
  • the dispersion is frost, pigment and shear
  • the defoamer consists of 94 percent by weight dimethylpolysiloxane with a viscosity above 20 centistokes at 25 ° C, 6 percent by weight silicon dioxide in finely divided form. With a plastic / cement factor of 0.05 and a water / cement factor of 0.48, the following values are determined:
  • a dispersion is obtained with a solids content of 51.7 percent by weight, a viscosity (rheometer stage C III) of 4930 m Pa.s and a minimum film-forming temperature of 15 ° C. It is frost, pigment and shear stable and has good strength values.
  • the test according to DIN 68603 as an adhesive with the addition of chromium (III) nitrate (the amount mentioned in Example 1) gave Lgf. No. 9 4.1 N / mm 2
  • the dispersion produced in this way is frost, pigment and shear stable, has a solids content of 53.2 percent by weight and a viscosity measured in the Epprecht rheometer (stage C III) of 11,700 m Pa.s.
  • Aluminum nitrate (5% by weight of a 70% aqueous solution. The concentration given says: 70% based on the brine containing 9 water of crystallization).
  • polyvinyl alcohol with a saponification number of 20 is used.
  • the Höppler viscosity of the polyvinyl alcohols used is 13 or 5 m pa.s.
  • the reaction is controlled by adding formaldehyde sodium sulfoxylate.
  • the polymerization is complete after 14 hours, the product is adjusted to pH 7 with ammonia, let down, post-polymerized and degassed.
  • the dispersion obtained has a solids content of 52.5, a viscosity (rheometer C III) of 2500 m Pa.s and a minimum film-forming temperature of 20 ° C. It is resistant to shear pigment and frost and, when uncrosslinked, has a tensile strength of 18 N / mm 2 with an elongation at break of approx. 290%.
  • the test according to DIN 68603 shows when using chromium nitrate Aluminum nitrate: Lgf. No. 9 4.8 N / mm 2
  • the pot life is over 20 days. 5% 25% by weight phosphoric acid: Lgf. No. 9 4.5 N / mm 2 pot life: over 14 days 5% 25% by weight sulfuric acid: Lgf. No. 9 4, ON / mm 2 pot life: over 14 days
  • the polymerization is carried out very analogously to Example 3, but a polyvinyl alcohol with a saponification number of 200 was used.
  • the solids content of the dispersion is 52.9 percent by weight, the viscosity (rheometer C III) 7300 m Pa.s and the minimum film forming temperature 25 ° C.
  • the pigment- and poorly stable dispersion has a K value of 63.
  • the solids content of the dispersion is 54.1 percent by weight, the viscosity (rheometer C III) is 4750 m Pa.s and the minimum film formation temperature is 1.8 ° C. It is frost, pigment and shear stable.
  • the pest content of the dispersion is 53.1 percent by weight, the viscosity (rheometer C III) is 2800 m Pa.s and the minimum film formation temperature is 14 ° C. It is frost, pigment and shear stable.
  • the solids content of the dispersion is 53.9 percent by weight, the viscosity (rheometer C III) is 3400 m Pa.s and the minimum film-forming temperature is 16 ° C.
  • the polymerization is carried out analogously to Example 5, but instead of 175 g of N-methylolacrylamide, 175 g of N-methylolallylcarbanate are polymerized in.
  • the product has a solids content of 51.4 percent by weight, a viscosity (rheometer C III) of 2100 m Pa.s and a minimum film formation temperature of 19 ° C. It is frost, pigment and shear stable.

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Abstract

Wässrige Vinylchloride-Copolymer dispersionen; die Comonomeren sind Vinylacetat und Aethylen, und gegebenenfalls olefinisch ungesättigte Methylolamide, deren Herstellung geschieht durch Polymerisation in wässrigem Medium unter Verwendung eines Redoxkatalysator-systems, in gegenwart von 2 bis 15 Gewichtsprozent. Eines oder mehrerer Polyvinylalkohole mit Verseifungszahlen zwischen 20 und 240 und Polymerisationsgraden zwischen 300 und 2000. Die so hergestellte Dispersionen werde verwendet als Bindemittelin hydraulisch abbindende Baustoffen und, in Kombination mit Härterzusätzen, in Klebestoffen und Anstrichmittel.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf wäßrige Copolymerdispersionen mit hohen Anteilen an Vinylchlorideinheiten,ir. Polymeren, die lediglich Polyvinylalkohol als Schutzkolloid enthalten, deren Herstellung und deren Verwendung.
  • Wäßrige Copolymerdispersionen, die Vinylchlorid-, Vinylacetat-und Äthyleneinheiten'enthalten, sind aus den Offenlegungsschriften 21 19 549 und 22 52 285 bekannt. Zur Erzielung stabiler Dispersionen war es bisher stets notwendig, besondere Maßnahmen hinsichtlich des Schutzkolloid/Emulgatorsystems zu ergreifen.
  • Weiterhin war es oft unabdingbar, kritische Mengen ionischer oder auch nicht-ionischer Emulgatoren einzuhalten. Diese speziellen Kolloidstabilisierungssysteme aus Emulgatoren, Schutzkolloiden und Hilfsmonomeren sind nicht nur unter relativ komplizierten technischen Bedingungen reproduzierbar einzuhalten, sondern wirken sich manchmal auch bei verschiedenen Verwendungszwecken der Dispersionen, wie beispielsweise in Klebstoffen oder Betonzusatzmitteln, nachteilig aus. Hilfsmonomere- bzw. emulgatorhaltige Klebstoffe haben im allgemeinen geringere Wasserfestigkeiten: Ältere Anmeldungen, wie beispielsweise F 15 300 IV b/39c, beschrieben die Herstellung thermostabiler Polymerisate oder Mischpolymerisate von Vinylchlorid. Allerdings wird dort als erfindungsspezifisch herausgestellt, daß die Polymerisation bzw. Copolymerisation auf keinen Fall bis zum weitgehenden Verbrauch der Monomeren, Vinylchlorid bzw. Vinylacetat geführt werden darf.
  • Aufgabe der Erfindung war es, Copolymerdispersionen zu finden, die ohne Hilfsmonomere, d.h. ohne Monomeren mit stark polaren Gruppen, wie z.B. von Carboxyl-, Sulfonsäure-, Carbonamidgruppen bzw. Emulgatoren in wirtschaftlicher Weise zu stabilen Dispersionen zu polymerisieren sind.
  • Gegenstand der Erfindung sind wäßrige Vinylchlorid-Copolymerdispersionen mit Feststoffgehalten zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Dispersion Copolymere aus
    • 50 - 85 Gewichtsprozent Vinylchlorideinheiten
    • 5 - 35 Gewichtsprozent Vinylacetateinheiten und
    • 5 - 30 Gewichtsprozent Äthyleneinheiten besteht und als Schutzkolloid
    • 2 - 15 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Polyvinylalkohole, bezogen auf die Dispersion, mit Verseifungszahlen zwischen 20 und 240 und Polymerisationsgraden zwischen 300 und 2000 enthält.
  • Für bestimmte Verwendungszwecke der Dispersionen ist es vorteilhaft, zusätzlich 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Einheiten olefinisch ungesättigter N-Methylolamide einzupolymerisieren.
  • Die genannten Harzzusammensetzungen stellen Grenzbereiche.dar, in manchen Fällen mag es von Vorteil sein, Copolymerdispersionen mit Zusammensetzungen von 60 bis 80 Gewichtsprozent Vinylchlorideinheiten, 8 bis 20 Gewichtsprozent Vinylacetateinheiten und 10 bis 25 Gewichtsprozent Äthyleneinheiten und 0,5 bis 5 Gewichtsprozent an Einheiten olefinisch ungesättigter N-Methylolamide anzustreben.
  • Olefinisch ungesättigte N-Methylolamide sind beispielsweise N-Methylolacrylamid; N-Methylolmethacrylamid; N-Methylolallylcarbamat; N-Methylolallyläther, Mannich-Basen, N-Kethylolester von N-Methylolacrylamid; N-Methylolmethacrylamid oder N-Methylolallylcarbamat.
  • Die Dispersionen werden in beheiz- und kühlbaren Rührautoklaven hergestellt. Dazu wird die erforderliche Polyvinylalkoholmenge, im allgemeinen 2 bis 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise 4,5 bis 12 Gewichtsprozent, bezogen auf die Dispersion, mit Verseifungszahlen zwischen 20 und 240 und 300 bis 2000 Monomereinheiten im Polymermolekül, gelöst in Wasser, vorgelegt. Dabei kann eine Polyvinylalkoholtype allein, aber auch Gemische verschiedener Polyvinylalkohole zur Anwendung kommen. Die Polymerisation wird im allgemeinen mit Redoxkatalysatormengen zwischen 0,01 und 3 Gewichtsprozent durchgeführt. Im allgemaimer legt man die gesamte benötigte Menge des oxidierend wirkenden Katalysatoranteils, bzw. dessen Hauptmenge, vor und steuert die Polymerisation durth Zudosierung des Reduktionsmittels. Es kann jedoch auch in bekannter Weise das Reduktionsmittel vorgelegt werden und'die Reaktion mit dem Oxidationsmittel gesteuert werden. Schließlich ist auch die Steuerung der Polymerisation durch gleichzeitiges Zudosieren beider Komponenten möglich. Man benötigt 0,01 - 0,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,03 - 0,3 Gewichtsprozent an Reduktionsmittel und 0,01 - 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,03 - 0,8 Gewichtsprozent an Oxidationsmittel, wobei je nach Verfahren das Verhältnis von Cxidationsmittel zu Reduktionsmittel 0,15 bis 6 beträgt. Beispiele für die oxidierend wirkende Komponente des Katalysators sind Ammonium- oder Kaliumpersulfat, Wasserstoffperoxid und t-Eutylhyfroperoxid. Beispiele für die Reduktionsmittelkomponente sind Natriumsulfit, Natriummetabisulfit, Zink- oder Natriumformaldehydsulfoxylat. Ebenso eignen sich H2/Edelmetallsolkatalysatoren unter gleich- _zeitiger Verwendung geringer Mengen von Schwermetallsalzen als Aktivatoren. Geeignete Redoxkatalysatorsysteme sind u.a. in "Fundamental Principles of Polymerization", G.F. D'Alelio, John Wiley & Sons Inc., New York 1952 auf den Seiten 333.ff beschrieben.
  • Vor Polymerisationsbeginn werden gewöhnlich 10 bis 20 Gewichtsprozent der Gesamtmenge Vinylchlorid und Vinylacetat in die Polyvinylalkohollösung eindosiert und der Polymerisationsansatz mit Äthylen gesättigt. Dabei wird der Polymerisationsansatz gerührt. Der Polyvinylalkohol kann ganz oder nur teilweise, d.h. beispielsweise zur Hälfte, vorgelegt werden. Die Monomerkonzentration der flüssigen Monomeren soll während der Monomerdosierung 5 Gewichtsprozent nicht unter- und 20 Gewichtsprozent nicht überschreiten.
  • Der angewandte Äthylendruck schwankt, je nach der Äthylenmenge, die eingebaut werden soll, zwischen 20 und 150 bar. Der vorzugsweise benutzte Druckbereich ist 35 bis 100 bar. Der erforderliche Druck ist stark von der.Viskosität und dem Rühreffekt im Polymerisationsansatz abhängig. Je niedriger die Viskosität und je besser die Stoffumwälzung im Autoklaven ist, desto weniger Äthylendruck ist zum Einbau der gewünschten Menge. Äthylen in das Harz, natürlich unter Berücksichtigung der Copolymerisations- und Löslichkeitsparameter, erforderlich.
  • Die Polymerisationstemperatur beträgt 10 bis 85°C, vorzugsweise 20 bis 50°C. Im Verlauf der Reaktion wird das restliche Vinylchlorid und Vinylacetat sowie die 0,5 bis 5 Gewichtsprozent der olefinischen ungesättigten N-Methylolamide, deren Methylolgruppe auch veräthert sein kann, dem Reaktionsgefäß zugeführt, wobei der Äthylendruck konstant gehalten wird.
  • Die Reaktionsdauer hängt beispielsweise von der Wärmeabführung, d.h. dem Rühr- und Kühlsystem, und der gewünschten Monomerkonzentration während der Polymerisation sowie dem Katalysator- system ab. Im allgemeinen ist die Polymerisation beendet, wenn keine merkliche Wärmeentwicklung mehr feststellbar ist und die Vinylacetatmonomerkonzentration vorzugsweise unter 1,5 Gewichtsprozent abgesunken ist.
  • Nach 10 bis 20 Stunden ist die Polymerisation im allgemeinen beendet. Danach wird das Reaktionsgemisch durch Zugabe von zusätzlichem Katalysator und durch Erwärmen nachpolymerisiert bis der Vinylacetatgehalt unter 0,5 Gewichtsprozent liegt. Dazu sind im allgemeinen Katalysatormengen von 0,005 - 0,1 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,01 - 0,04 Gewichtsprozent, bezogen auf die Dispersion des Oxidationsmittels und des Reduktionsmittels, notwendig.
  • Die erfindungsgemäßen Dispersionen können vielseitig verwendet werden. Sie zeigen Pigmentstabilität und eignen sich hervorragend als Bindemittel in Dispersionsfarben. Die verhältnismäßig gute Flammfestigkeit, das hohe Bindevermögen und die hohe Verseifungsfestigkeit ermöglichen den Einsatz der Dispersionen als Bindemittel in hydraulisch abbindenden Baustoffen, außerdem zeigen sie hohe Klebefestigkeit und Wasserfestigkeiten bei der Verwendung in Klebemitteln. In Verbindung mit dreiwertigen sauer hydrolysierenden Metallsalzen ergeben sich günstige Topfzeiten und Wasserfestigkeiten. Das gleiche gilt auch in Verbindung mit starken Protonsäuren, wie z.B. Phosphorsäure, Schwefelsäure und Sulfonsäuren, Salzsäure. Die Härterzusätze werden bei Salzen in Form ihrer konzentrierten wäßrigen Lösung, bei Salzen (20 bis 70 Gew.-%ig), bei Protonsäuren (10 bis 50 Gew.-%ig) in Mengen von 2 bis 10 Volumenprozent zur Dispersion gegeben.
  • Die Eigenschaften der Dispersionen bei der Verwendung in Holzverklebungen unter Zusatz von dreiwertigen anorganischen Salzen, wie beispielsweise Chromnitrat bzw. Aluminiumnitrat, wurden entsprechend der DIN 68603 geprüft. Nach der ehbochsten Beanspruchungsklassen dieser Norm wird die Klebfeptigkeit nach längerer Kaltwasserlagerung bzw. längerer Kochendwasserlagerung (Lagerungsfolge Nr. 9 der Norm = B4/9) beurteilt Fine weitere wichtige Große, die die Verwendungseigenschaften von Dispersionsklebstoffen in Kombination mit anorganischen Salzen beschreibt, ist die Topfzeit. Diese soll für den Einsatz in bestimmten Klebstoffauftragsaggregaten länger als eine Woche sein. Diese Bedingungen werden von den in Kombination mit Härterzusätzen verwendeten Klebstoffen teilweise sogar erheblich überschritten.
  • Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Dispersion als Bindemittel in hydraulisch abbindenden Baustoffen und in Anstrichmitteln ist es üblich, Emulgatoren in Mengen von 0,05 bis 1,5 Gewichtsprozent den Dispersionen beizumischen. Geeignete nicht- .ionische Emulgatoren sind u.a. aliphatische Äther von Polyoxyäthylen, wie z.B. Polyoxyäthylenlauryläther, -oleyläther und -alkylaryläther, Polyoxyäthylenoctylphenyläther, -nonylphenyl- äther. Außerdem eignen sich Ester und Amide, wie beispielsweise Polyoxyäthylen-laurat, -oleat, -isononat, N-Polyoxyäthylenlauramid. Auch Blockpolymere des Äthylen- und Propylenoxids können mitverwendet werden. Ebenso ist es häufig vorteilhaft, Entschäumer in Mengen von 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent der Wirksubstanz mitzuverwenden.
  • Bei Verwendung der Dispersionen als Anstrichmittel werden wie bei den Klebstoffen saure Salze oder auch starke Protonsäuren zugesetzt. Dadurch resultiert ein wasserfester Anstrich. Solch saure Salze sind beispielsweise dreiwertige Metallsalze der Haupt- und Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente mit starken Protonsäuren. Bevorzugte Härter in diesem Zusammenhang sind saure Phosphate, Phosphorsäure, Aluminiumnitrat und Chrom(III)nitrat. Diese Anstrichmittel aus Dispersion und Härter weisen günstige Topfzeiten auf und wirken z.B. auf Eisen korrosionshemmend bei ausgezeichneter Haftung. Auch hier werden die Härter bei Salzen in Form ihrer konzentrierten wäßrigen Lösung bzw. die Pro-, tonsäuren in halbkonzentrierter Form in Mengen von 2 bis 8 Ge- wichtsprozent zur Dispersion gegeben.
  • Als Mörtelbindemittel wir ein anorganisch, abbindendes Material wie hydraulischer Zement, Portlandzement, Naturzement (Romanzement) oder Tonerdezement verwendet. Übliche Zementzusätze wie Gips, Gipsmörtel, Calciumphosphat, Kalk oder andere derartige calciumhaltige Bindemittel, Magnesiumoxychlorid, Magnesit oder andere magnesiumhaltige oder Oxysalzmassen oder andere ähnliche abbindende anorganische Substanzen, wie sie als Bindemittel für nicht-modifizierte Beton- und Mörtelmassen verwendet werden, können gegebenenfalls zugesetzt werden. Als übliche Zuschlagsmaterialien werden Sand, Steine, Beton, Schotter, Kies, Granit, Carborundum, Aluminiumoxid, Schmirgel, Marmorbruch, Sägespäne, Schlacke, Asbest, Glimmer, Talkum, Flintsteine oder Kunstprodukte wie z.B. gepulverte Keramikmaterialien eingesetzt.
  • Bei der Verwendung der Dispersionen in Anstrichsmitteln kann den Latexüberzugsmassen z.B. (verkappte) Polyisocyanate, wasserkondensierbare Harnstofformaldehyd- oder wärmehärtbare Melaminformaldehydharze zugesetzt werden. Ebenso können Pigmente wie beispielsweise Tone, Aluminiumsilicate, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Glimmer, Talkum, Diatomeenerde oder Titanoxid, Zinkphosphate, Zinkchromate, Eisenoxid, Chromoxid zugesetzt werden. Dabei können alkalisch reagierende und carbonathaltige Produkte selbstverständlich nur zugeschlagen werden, wenn keine sauren Härter zugesetzt werden. Viele andere, dem Fachmann bekannte Verarbeitungshilfsstoffe wie Verdickungsmittel, Koaleszenzhilfsmittel, Füllstoffe und Verstärkungsmittel, Weichmacher, Verlaufmittel und Strgckmittel, Antioxidantien und Stabilisatoren, Fungizide können ebenso mitverwendet werden. Die Anstrichmittel eignen sich als Schutz- oder Dekorationsüberzüge von beispielsweise Metall, Holz oder mineralischen Oberflächen.
  • Auch bei der Verwendung der Dispersionen in wasserfesten Klebstoffen werden gelegentlich Füllstoffe zugegeben. Genannt seien Leichtspat, Schwerspat und andere mineralische Stoffe, die nicht alkalisch reagieren und keine Carbonatgruppe enthalten. In gewissen Fällen werden Schutzkolloide,insbesondere Polyvinylalkohol nachträglich zugegeben. Als weitere mögliche Zusatzstoffe seien Konservierungsmittel, Farbstoffe, Weichmacher,Verfilmungshilfs- mittel und Verdickungsmittel erwähnt. Als Weichmacher seien beispielsweise Butyldiglycolacetat, Acetylrizinolbutylester, Diester der Oxalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure mit aliphatischen, verzweigten oder unverzweigten Alkoholen mit 2 - 16 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Oxalsäuredibutylester, Bernstein- säuredibutylester, Diiosbutylphthalat, Dioctylphthalat, Diisotridecylphthalat sowie Glykole, wie z.B. Äthylenglykol, Hexamethylenglykol, ferner Benzylalkohol und Ester-Alkoholgemische, Diphenoxyphenylformal. Ebenso können organische Lösungsmittel in Form von aromatischen Kohlenwasserstoffen bzw. aliphatischen Kohlenwasserstoffen zugesetzt werden.
    • Beispiel 1
  • 400 g Polyvinylalkohol mit der Verseifungszahl 60 und einer Höpplerviskosität von 13 m Pa.s (einer 4 Gew.-%igen wäßrigen Lösung bei 20°C) werden zusammen mit 40 g Kaliumpersulfat in 2,4 1 Wasser gelöst. Unter Rühren und bei einer Polymerisationstemperatur von 30° C wird eine Mischung von 4,2 kg Vinylchlorid und 0,8 kg Vinylacetat kontinuierlich zudosiert. Während der gesamten Polymerisationszeit wird der Äthylendruck bei 50 bar konstant gehalten. Die Polymerisation wurde durch Zugabe von einer 1 %igen Natriumformaldehydsulfoxylatlösung gestartet und durch weiteren Zusatz von Reduktionsmittel gesteuert. Insgesamt war der Verbrauch an Reduktionsmittel der genannten Konzentration 770 g (7,7 g Reduktionsmittel 100 %ig). Nach 15' Stunden war die Polymerisation beendet. In der Nachpolymerisationsphase wurden erneut
  • 2,67 g Rongalit C, gelöst in 15 ml Wasser (= 0,02 Gew.-% auf Dispersion) 2,67 g t-Butylhydroperoxid zugesetzt (= 0,02 Gew.-% auf Dispersion)
  • Die erhaltene Dispersion hat einen Feststoffgehalt von 51,8 Gewichtsprozent, eine Viskosität, gemessen im Epprecht Rheometer Stufe C III von 5900 m Pa.s und eine Mindestfilmbildungstemperatur von 20°C. Die Dispersion ist frost-, pigment-und scher-
  • stabil und hat gute Festigkeitswerte. Nach Zugabe von 2 Gewichtsprozent Butyldiglycolacetat zur Dispersion betrug die Reißfestigkeit des Filmes ca. 12,5 N/mm2 bei einer Bruchdehnung von ca. 350-%. Die Prüfung von Holzverklebungen mit einem Gemisch der Dispersion mit 5 Gewichtsprozent einer 40 Gew.-%igen, hergestellt aus 70 Gewichtsteilen des kristallwasserhaltigen (9 H2O)-Salzes in 30 Gewichtsteilen Wasser, wäßrigen Lösung von Chrom(III)-nitrat ergab nach der DIN 68603 die folgenden Klebfestigkeiten:
    • Lgf. (Lgf = Lagerungsfolge der DIN 68603) Nr. 5 2,7 N/mm2 Lgf. Nr. 9 4,0 N/mm2
  • Bei der Verwendung der Dispersion als Betonzusatzmittel unter Mitverwendung eines üblichen Entschäumers in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Dispersion, ergeben sich die in der Tabelle aufgeführten Werte. Der Entschäumer besteht aus 94 Gewichtsprozent Dimethylpolysiloxan mit einer Viscosität über 20 Centistokes bei 25° C, 6 Gewichtsprozent Siliciumdioxid in feinverteilter Form. Bei einem Kunststoff/Zementfaktor von 0,05 und einem Wasser/Zementfaktor von 0,48 werden die folgenden Werte ermittelt:
    Figure imgb0001
    • Beispiel 2
  • Je 275 g eines Polyvinylalkohols mit einer Verseifungszahl um 70 und Viskositäten von 13 bzw. 6 m Pa.s werden zusammen mit dem Katalysator wie in Beispiel 1 in Wasser gelöst. Bei gleichen Verfahrensbedingungen wie in Beispiel 1, lediglich mit dem Unterschied, daß gleichzeitig mit der Vinylchlorid - Vinylacetatdosierung eine Lösung von 50 g N-biethylolaczylamid in 100 ccm Wasser/ Methanol (1 : 1) zudosiert werden.
  • Man erhält eine Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 51,7 Gewichtsprozent, einer Viskosität (Rheometer Stufe C III) von 4930 m Pa.s und einer Mindestfilmbildungstemperatur von 15°C. Sie ist frost-, pigment- und scherstabil und hat gute Festigkeitswerte. Die Prüfung nach DIN 68603 als Klebstoff unter Zu- satz von Chrom(III)nitrat (der in Beispiel 1 genannten Menge) ergab Lgf. Nr. 9 4,1 N/mm2
    • Beispiel 3
  • Bei Verfahrensbedingungen wie in Beispiel 2, jedoch unter Verwendung der doppelten Menge N-Methylolacrylamid und 440 g einer Mischung von Polyvinylalkohol mit einer Verseifungszahl von 140. 140 g davon weisen eine Höpplerviskosität von 13 und 300 g von 5 m Pa.s auf.
  • Die so hergestellte Dispersion ist frost-, pigment- und scher- stabil, hat einen Festgehalt von 53,2 Gewichtsprozent und eine Viskosität gemessen im Epprecht Rheometer (Stufe C III) von 11700 m Pa.s.
  • Folgende Werte wurden bei der Prüfung der Klebfestigkeit nach DIN 68603 erhalten. Bei Zusatz von Chromnitrat (5 Gewichtsprozent der Dispersion einer 70 %igen wäßrigen Lösung)
    Figure imgb0002
  • Aluminiumnitrat (5 Gewichtsprozent einer 70 %igen wäßrigen Lösung. Die Konzentrationsangabe besagt: 70 %ig berechnet auf das kristallwasserhaltige Sole mit 9 Kristallwasser).
    Figure imgb0003
    • Beispiel 4
  • Bei sonst gleicher Verfahrensweise wie in Beispiel 3 wird unter Verwendung von Polyvinylalkohol mit einer Verseifungszahl von 20 gearbeitet. Die Höpplerviskositäten der eingesetzten Polyvinylalkohole ist 13 bzw. 5 m pa.s.
  • Die Prüfung der Klebfestigkeit nach DIN 68603 ergab unter Verwendung von Chrom(III)nitrat (in der in Beispiel 1 genannten Menge)
  • Figure imgb0004
    • Beispiel 5
  • 440 g eines Polyvinylalkohols mit einer Verseifungszahl von 140 und einer Höpplerviskosität von 5 m Pa.s werden zusammen mit 40 g Kaliumpersulfat in Wasser gelöst und auf ca. 37°C erwärmt. Nun werden eine Mischung von 4,2 kg Vinylchlorid und 0,8 kg Vinylacetat innerhalb 5 Stunden kontinuierlich eindosiert. Während dieser Zeit werden der Äthylendruck auf 50 bar gehalten und 175 g N-Methylolacrylamid in wäßrig/methanolischer Lösung eindosiert.
  • Die Reaktion wird durch Zugabe von Formaldehydnatriumsulfoxylat gesteuert. Nach 14 Stunden ist die Polymerisation abgeschlossen, das Produkt wird mit Ammoniak auf pH 7 eingestellt, entspannt, nachpolymerisiert und entgast.
  • Die erhaltene Dispersion hat einen Festgehalt von 52,5, eine Viskosität (Rheometer C III) von 2500 m Pa.s und eine Mindestfilmbildungstemperatur von 20°C. Sie ist scher- pigment- und froststabil und weist im unvernetzten Zustand eine Reißfestigkeit von 18 N/mm2 bei einer Bruchdehnung von ca. 290 % auf. Die Prüfung nach DIN 68603 ergibt bei Verwendung von Chromnitrat
    Figure imgb0005
    Aluminiumnitrat: Lgf. Nr. 9 4,8 N/mm2
  • Eine nachträgliche Zugabe von 1 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol auf Dispersion verändert diese Werte unwesentlich.
    Figure imgb0006
  • Die Topfzeit beträgt über 20 Tage. 5 % 25 Gew.-%iger Phosphorsäure: Lgf. Nr. 9 4,5 N/mm2 Topfzeit: über 14 Tage 5 % 25 Gew.-%iger Schwefelsäure: Lgf. Nr. 9 4,O.N/mm2 Topfzeit: über 14 Tage
    • Beispiel. 6
  • Die Durchführung der Polymerisation geschieht ganz analog von Beispiel 3, jedoch wurde ein Polyvinylalkohol mit der Verseifungszahl 200 eingesetzt.
  • Der Festgehalt der Dispersion beträgt 52,9 Gewichtsprozent, die Viskosität (Rheometer C III) 7300 m Pa.s und die Mindestfilmbildüngstemperatur 25°C. Die pigment- und schwerstabile Disper- sion hat einen K-Wert von 63.
    Figure imgb0007
    • Beisoiel 7
  • Im Vergleich zum Versuch 5 werden folgende Änderungen durchgeführt:
    • 1) Reaktionstemperatur: 30°C
    • 2) N-Methylolacrylamid: 210 g
  • Der Festgehalt der Dispersion beträgt 54,1 Gewichtsprozent, die Viskosität (Rheometer C III) 4750 m Pa.s und die Mindestfilmbildungstemperatur 1.8°C. Sie ist frost-, pigment- und scherstabil.
    Figure imgb0008
    • Beisaiel 8
  • Im Vergleich zu Beispiel 5 werden folgende Änderungen durchge- führt:
    • 1) Reaktionstemperatur: 40 - 45°C
    • 2) N-Methylolacrylamid: 230 g (4 Gewichtsprozent)
  • Der pestgehalt der Dispersion beträgt 53,1 Gewichtsprozent die Viskosität (Rheometer C III) 2800 m Pa.s und die Mindestfilmbildungstemperatur 14°C. Sie ist frost-,pigment- und scherstabil.
  • Die Prüfung nach DIN 68603 ergab mit Chromnitrat:
    Figure imgb0009
    • Beispiel 9/10
  • Ein Ersatz im Beispiel 8 von N-Methylolcarylamid durch die entsprechenden Methoxy- bzw. Isobutoxyäther erbrachte keine signifikante Änderung der Dispersionseigenschaften.
    • Beispiel 11
  • Im Vergleich zu Beispiel 5 wurde folgende Änderung durchgeführt:
    Figure imgb0010
  • Der Festgehalt der Dispersion beträgt 53,9 Gewichtsprozent, die Viskosität (Rheometer C III) 3400 m Pa.s und die Mindestfilmbildungstemperatur 16°C.
  • Die Prüfung nach DIN. 68603 ergab mit Aluminiumnitratzusatz:
    Figure imgb0011
    • Beispiel 12
  • Die Durchführung der Polymerisation geschieht analog Beispiel 5, jedoch werden statt 175 g N-Methylolacrylamid 175 g N-Methylol- allylcarbanat einpolymerisiert.
  • Das Produkt weist einen Festgehalt von 51,4 Gewichtsprozent, eine Viskosität (Rheometer C III) von 2100 m Pa.s und eine Mindestfilmbildungstemperatur von 19°C auf. Sie ist frost-, pigment- und scherstabil.
  • Die Prüfung nach DIN 68603 ergibt bei Zusatz von Chromnitrat:
    Figure imgb0012
  • Aluminiumnitrat:
    Figure imgb0013

Claims (6)

1. Wäßrige Vinylchlorid-Copolymerdispersionen mit Feststoffgehalten zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent, dadurch gekennzeichnet , daß die Dispersion Copolymere aus
50 - 85 Gewichtsprozent Vinylchlorideinheiten
5 - 35 Gewichtsprozent Vinylacetateinheiten und
5 - 30 Gewichtsprozent Äthyleneinheiten sowie 2 bis 15 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Polyvinylalkohole, bezogen auf die Dispersion, mit Verseifungszahlen zwischen 20 und 240 und Polymerisationsgraden zwischen 300 und 2000 enthält.
2. Wäßrige Vinylchlorid-Copolymerdispersion nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Einheiten olefinisch ungesättigter N-Methylolamide einpolymerisiert sind.
3. Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid-Copolymerdispersionen mit Festgehalten zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent durch Polymerisation in wäßrigem Medium bei Temperaturen zwischen +10 und + 85° C unter Verwendung von 0,01 bis 3 Gewichtsprozent Redoxkatalysatorsysteme unter Rühren und Nachpolymerisation unter Zugabe weiterer 0,005 bis 0,1 Gewichtsprozent der jeweiligen Komponenten des Redoxkatalysatorsystems, dadurch gekennzeichnet , daß bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Dispersion
50 - 85 Gewichtsprozent Vinylchlorid
5 - 35 Gewichtsprozent Vinylacetat und gegebenenfalls 0,5 bis 5 Gewichtsprozent eines olefinisch ungesättigten N-Methylolamids bei konstanten Äthylendrücken zwischen 20 und 150 bar in Gegenwart von 2 bis 15 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Polyvinylalkohole mit Verseifungszahlen zwischen 20 und 240 und Polymerisationsgraden zwischen 300 und 2000 bei Monomerkonzentrationen der flüssigen Monomeren während der Monomerdosierung zwischen 5 und 20 Gewichtsprozent polymerisiert wird.
4. Verwendung der Dispersionen nach Anspruch bis 3 als Bindemittel in hydraulisch abbindenden Baustoffen.
5. Verwendung der Dispersionen nach Anspruch 1 bis 3 in Kombination mit sauren Härterzusätzen in Klebstoffen.
6. Verwendung der Dispersionen nach Anspruch 1 bis 3 in Kombination mit Aluminiumnitrat, Chromnitrat, sauren Phosphaten oder Phosphorsäure als Härterzusätze in Anstrichmitteln.
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