EP4702060A1 - Water-borne polymer emulsion and liquid applied sound damping formulation comprising the same - Google Patents

Water-borne polymer emulsion and liquid applied sound damping formulation comprising the same

Info

Publication number
EP4702060A1
EP4702060A1 EP24730878.6A EP24730878A EP4702060A1 EP 4702060 A1 EP4702060 A1 EP 4702060A1 EP 24730878 A EP24730878 A EP 24730878A EP 4702060 A1 EP4702060 A1 EP 4702060A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
monomers
weight
monomer
water
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24730878.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peng Zhang
Jin Kun HAO
Guang Jia SHENG
An Lin PANG
Yang Yang SU
Chen Liu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP4702060A1 publication Critical patent/EP4702060A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/16Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
    • C08F220/18Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
    • C08F220/1804C4-(meth)acrylate, e.g. butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate or tert-butyl (meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16Aqueous medium
    • C08F2/22Emulsion polymerisation
    • C08F2/24Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents
    • C08F2/26Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents anionic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/04Acids; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C08F220/06Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/14Methyl esters, e.g. methyl (meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/20Esters of polyhydric alcohols or phenols, e.g. 2-hydroxyethyl (meth)acrylate or glycerol mono-(meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/26Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
    • C08F220/28Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing no aromatic rings in the alcohol moiety
    • C08F220/283Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing no aromatic rings in the alcohol moiety and containing one or more carboxylic moiety in the chain, e.g. acetoacetoxyethyl(meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00Copolymers 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 carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/02Acids; Metal salts or ammonium salts thereof, e.g. maleic acid or itaconic acid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING 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
    • C09D133/00Coating 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 only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D133/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C09D133/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C09D133/08Homopolymers or copolymers of acrylic acid esters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

The present invention is directed to water-borne polymer emulsion, method for making the water-borne polymer emulsion, liquid applied sound damping formulation comprising the water-borne polymer emulsion and to use of the polymer emulsions in liquid applied sound damping formulation.

Description

    Water-borne polymer emulsion and liquid applied sound damping formulation compris-ing the same Technical Field
  • The present invention is directed to water-borne polymer emulsion, method for making the water-borne polymer emulsion, liquid applied sound damping formulation comprising the water-borne polymer emulsion and to use of the polymer emulsions in liquid applied sound damping formula-tion.
  • Background
  • Noise, Vibration, and Harshness (NVH) are widely present in vehicles and other areas (e.g. con-struction materials, household appliances) . One of the most common ways to reduce vibration is Bitumen pad which are thick patches that adhere to metallic or plastic parts of the body or frame. It is cumbersome to use, firstly it needs to cut to specific shape to fit for different car mode and different parts, secondly large storage area is required and logistic is complicate. Thirdly, it installs by worker, lots of labor work are necessary, overall, it is costly and inefficient. Besides high VOC and odor are harm to the health of worker and car passenger. Because of the weakness of Bitu-men pad, other technologies were arisen, such as rubber, PVC, Epoxy based Non aqueous LASD (liquid applied sound damping) material, these materials usually contain solvent, or plasticizer, it is still not very environmental and health friendly.
  • Water borne (WB) LASD is a new arising technology in the past 2 decades. Viscoelasticity of polymer offer the possibility to dampen sound vibration through heat dissipation when operated in the vicinity of their glass transition temperature (Tg) . Comparing with the traditional technology, water borne LASD has several advantages: 1) automated, it can be applied by robot spraying, much less labor needed; 2) simple logistic and storage, because no need to cut to specific shape; 3) high damping efficiency, means low coat weight is possible; 4) High filler content possible; 5) Environment friendly (solvent free, low VOC) .
  • Therefore, there is a great demand to provide a water-borne LASD formulation showing improved damping performance and being able to applied in reduced weight.
  • Summary of the Invention
  • It is an object of this disclosure to provide a water-borne polymer emulsion, it enables to prepare a liquid applied sound damping formulation showing improved adherence, appearance, damping performance and being able to be applied in reduced weight.
  • Another object of this disclosure is to provide a method for making the polymer emulsion.
  • A further object of this disclosure is to provide a liquid applied sound damping formulation com-prising the polymer emulsion.
  • A further object of this disclosure is to provide use of the polymer emulsion of the present invention in liquid applied sound damping formulation.
  • It has been surprisingly found that the above objects can be achieved by following embodiments:
  • 1. A water-borne polymer emulsion comprises:
  • (A) a copolymer prepared by polymerization of at least one hydrophobic monoethylenically un saturated monomer (a) , hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) , and at least one functional monomer (c) ;
  • wherein the functional monomer (c) is selected from the group consisting of an ethyleni-cally unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsaturated monomer having an amino, amido, ureido, 1, 3-diketo group, hydroxyl, polyether chain, or N-heterocyclic group and/or protonated on the nitrogen, or alkylated ammonium derivatives thereof;
  • wherein the functional monomer (c) is different from monomer (a) and monomer (b) ; and
  • (B) an emulsifier system, wherein the emulsifier system comprises at least one phosphate emulsifier.
  • 2. The water-borne polymer emulsion according to item 1, wherein the total amount of hydro-phobic monoethylenically unsaturated monomers (a) may be in an amount of at least 80 %by weight or from 80 to 99%by weight, preferably at least 85 %by weight, more preferably at least 90%by weight, and mostly preferably at least 95 %by weight, based on the total amount of all monomers.
  • 3. The water-borne polymer emulsion according to item 1 or 2, wherein the total amount of hy-drophilic monoethylenically unsaturated monomers (b) may be in an amount of at least 0.1%by weight and no more than 20 %by weight, preferably no more than 15 %by weight, more  preferably no more than 10 %by weight, and mostly preferably no more than 5 %by weight, based on the total amount of all monomers.
  • 4. The water-borne polymer emulsion according to any of item 1 to 3, wherein the hydrophobic monoethylenically unsaturated monomer (a) is selected from the group consisting of (meth) acry-late monomers, (meth) acrylonitrile monomers, styrene monomers, vinyl alkanoate monomers and monoethylenically unsaturated di-and tricarboxylic ester monomers.
  • 5. The water-borne polymer emulsion according to any of item 1 to 4, wherein the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) is selected from the group consisting of monoeth-ylenically unsaturated dicarboxylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and β-carboxyethyl acrylate.
  • 6. The water-borne polymer emulsion according to any of item 1 to 5, wherein the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) comprises at least two monomers selected from it-aconic acid, acrylic acid, methacrylic acid and β-carboxyethyl acrylate.
  • 7. The water-borne polymer emulsion according to any of item 1 to 6, wherein the functional monomer (c) comprises at least two monomers selected from the group consisting of an ethyleni-cally unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsaturated monomer having an amino, amido, ureido, 1, 3-diketo group, hydroxyl, polyether chain, or N-heterocyclic group and/or protonated on the nitrogen, or alkylated ammo-nium derivatives thereof.
  • 8. The water-borne polymer emulsion according to any of item 1 to 7, wherein the copolymer (A) is prepared by one-phase polymerization.
  • 9. The water-borne polymer emulsion according to any of item 1 to 8, wherein the copolymer (A) is prepared by two-phase polymerization, wherein the monomers for the first-phase comprise monomer (a) , and (b) and/or (c) , the monomers for the second-phase comprise monomer (a) , and optionally (b) and/or (c) , wherein the weight ratio of the first-phase polymer: second-phase polymer is in the range of 95: 5 to 40: 60, preferably in the range of 90: 10 to 40: 60, more preferably in the range of 90: 10 to 50: 50.
  • 10. The water-borne polymer emulsion according to any of item 1 to 9, wherein the emulsion has a particle size in the range of 50-300 nm, preferably in the range of 50-250 nm, and most prefer-ably in the range of 50-200 nm.
  • 11. A method for making the polymer emulsions according to item 8 or 10, comprising: preparing copolymer (A) by polymerization of monomer (a) , monomer (b) , and monomer (c) and adding the emulsifier system (B) before, after or during the polymerization.
  • 12. A method for making the polymer emulsions according to item 9 or 10, comprising:
  • Step 1: preparing the first-phase polymer by polymerizing the monomers for the first phase;
  • Step 2: subsequently preparing the second-phase polymer by polymerizing the monomers for the second phase;
  • adding emulsifier system (B) before, after or during the polymerization.
  • 13. A liquid applied sound damping formulation comprising the polymer emulsion according to any of the items 1 to 10.
  • 14. Use of the polymer emulsions according to any of the items 1 to 10 in liquid applied sound damping formulation.
  • The water-borne polymer emulsion of the present invention enables to prepare a liquid applied sound damping formulation showing improved adherence, appearance and damping perfor-mance (for example high loss coefficient, high damping peak and broad damping curve) , being able to be applied in reduced weight and lower cost and the liquid applied sound damping formu-lation can have higher filler content.
  • Detailed description of the invention
  • In the below description, further explanations to the present disclosure are made with reference to embodiments so as to facilitate sufficient understanding for skilled person in the art. It should be understood that these embodiments are provided merely for better understanding the subject matter of the present disclosure, not for making any limitations to the protection scope, applica-bility or embodiments as described in the present claims set. It should be understood that, skilled person in the art can omit, replace, or add various technical features to each embodiment based on actual needs, subject to the premise of without departing from the spirit of the present disclo-sure. In addition, technical features described in some embodiments can be combined with tech-nical features described in other embodiments.
  • Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meanings as commonly understood by skilled person in the art to which the present disclosure belongs. In the present disclosure, terms "comprise" , “comprising” , “include” , “including” and various vari-ants thereof can be understood as open-ended terms, which means "include but are not limited to" ; in contrast, the term "consisting of” and various variants thereof excludes any component, step or procedure not specifically listed; the term "an embodiment" can be understood as "at least  one embodiment" ; the term "another embodiment" may be understood as "at least one other em-bodiment. " Other terms that may appear but are not mentioned here, unless explicitly stated, should not be interpreted or limited in a manner that is contrary to the concept on which the embodiments of the present disclosure are based.
  • Throughout the present disclosure, expressions "a" , "an" , "the" and “one or more” are used inter-changeably and are intended to include both the plural and the singular except in cases where the singular alone is explicitly specified or is clearly indicated by the context. When the singular alone is intended for, the term “one” is typically used. The term "or" is generally intended to include the sense of "and/or" unless the content clearly dictates otherwise. “Preferred” , “preferable” and “preferably” as used herein refer to embodiments of the present disclosure that may bring certain advantages under certain situations. However, other embodiments may also be preferred, under the same situations. Further, the recitation of one or more preferred embodiments does not mean that other embodiments are not useful and is not intended to exclude other embodiments from the scope of the present disclosure.
  • All percentages, ppm, parts and ratios are by weight, unless otherwise specified. And the recita-tion of numerical ranges by end values includes all numbers subsumed within that range (e.g., 5 to 10 includes 5, 5.1, 5.2, 5.55, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5, 10) .
  • In the context of the present disclosure, any specific values mentioned for a feature (comprising the specific values mentioned in a range as the end point) can be re-combined to form a new range.
  • Water-borne polymer emulsion
  • In one aspect, the present invention is directed to a water-borne polymer emulsion comprises:
  • (A) a copolymer prepared by polymerization of at least one hydrophobic monoethylenically un saturated monomer (a) , hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) , and at least one functional monomer (c) ;
  • wherein the functional monomer (c) is selected from the group consisting of an ethyleni-cally unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsaturated monomer having an amino, amido, ureido, 1, 3-diketo group, hydroxyl, polyether chain, or N-heterocyclic group and/or protonated on the nitrogen, or alkylated ammonium derivatives thereof;
  • wherein the functional monomer (c) is different from monomer (a) and monomer (b) ; and
  • (B) an emulsifier system, wherein the emulsifier system comprises at least one phosphate emulsifier.
  • Hydrophobic monoethylenically unsaturated monomer (a)
  • In an embodiment, the hydrophobic monoethylenically unsaturated monomer (a) is selected from the group consisting of (meth) acrylate monomers, (meth) acrylonitrile monomers, styrene mono-mers, vinyl alkanoate monomers and monoethylenically unsaturated di-and tricarboxylic ester monomers.
  • Exemplary (meth) acrylate monomer can include C1 to C18 alkyl (meth) acrylate and C3 to C10 cy-cloalkyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate and a mixture thereof.
  • C1 to C18 alkyl (meth) acrylate can include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, iso-decyl (meth) methacrylate, n-lauryl (meth) acrylate, n-tridecyl (meth) acrylate, n-cetyl (meth) acry-late, n-stearyl (meth) acrylate, isomyristyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, and isostearyl (meth) acrylate (ISTA) . C1 to C12 alkyl (meth) acrylate, especially C1 to C6 alkyl (meth) acrylate is preferred.
  • Specific examples of C3 to C10 cycloalkyl (meth) acrylate can include isobornyl acrylate, isobornyl methacrylate, cyclohexyl acrylate or cyclohexyl methacrylate.
  • In an embodiment, the hydrophobic monoethylenically unsaturated monomer (a) can comprises two or more of C1 to C18 alkyl (meth) acrylate and C3 to C10 cycloalkyl (meth) acrylate, preferably two C1 to C18 alkyl (meth) acrylates.
  • Particularly, the styrene monomers may be unsubstituted styrene or C1-C6-alkyl substituted sty-rene, for example, but not limited to, styrene, α-methylstyrene, ortho-, meta-and paramethylsty-rene, ortho-, meta-and para-ethylstyrene, o, p-dimethylstyrene, o, p-diethylstyrene, isporopylsty-rene, o-methyl-p-isopropylstyrene or any mixture thereof.
  • Particularly, the vinyl alkanoate monomers may be vinyl esters of C2-C11-alkanoic acids (for ex-ample C2-C6-alkanoic acids) , for example, but not limited to, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butanoate, vinyl valerate, vinyl hexanoate, vinyl versatate or a mixture thereof.
  • Particularly, the monoethylenically unsaturated di-and tricarboxylic ester monomers may be full esters of monoethylenically unsaturated di-and tricarboxylic acids, for example, but not limited to, diethyl maleate, dimethyl fumarate, ethyl methyl itaconate or any mixture thereof.
  • In a preferred embodiment, the hydrophobic monoethylenically unsaturated monomer (a) com-prises two hydrophobic monoethylenically unsaturated monomers.
  • In a preferred embodiment according to the present invention, one or two or more C1-C12-alkyl (meth) acrylates, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, or a mixture thereof is chosen as the at least one hydrophobic mo-noethylenically unsaturated monomer (a) .
  • According to the present invention, the hydrophobic monoethylenically unsaturated monomer (a) is different from functional monomer (c) .
  • The total amount of hydrophobic monoethylenically unsaturated monomers (a) may be in an amount of at least 80 %by weight, preferably at least 85 %by weight, more preferably at least 90%by weight, and mostly preferably at least 95 %by weight, based on the total amount of all monomers. In an embodiment, the total amount of hydrophobic monoethylenically unsaturated monomers (a) may be in the range from 80 to 99 %by weight, or from 85 to 98%by weight, or from 90 to 97 %by weight, based on the total amount of all monomers.
  • Hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b)
  • In an embodiment, the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) contains carboxyl or anhydride thereof.
  • In an embodiment, the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) comprises at least two (for example two or three or four) hydrophilic monoethylenically unsaturated monomers.
  • Particularly, the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer include, but are not limited to, monoethylenically unsaturated carboxylic acids, such as (meth) acrylic acid, β-carboxyethyl acrylate, itaconic acid, fumaric acid, citraconic acid, sorbic acid, cinnamic acid, glutaconic acid and maleic acid; monoethylenically unsaturated carboxylic anhydrides, such as itaconic acid an-hydride, fumaric acid anhydride, citraconic acid anhydride, sorbic acid anhydride, cinnamic acid anhydride, glutaconic acid anhydride and maleic acid anhydride.
  • In a preferred embodiment, the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) com-prises itaconic acid, methacrylic acid or a mixture thereof. In a more preferred embodiment, the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) comprises a mixture comprising itaconic acid or methacrylic acid, for example a mixture comprising itaconic acid and methacrylic acid, a mixture comprising itaconic acid and acrylic acid, a mixture comprising methacrylic acid and acrylic acid, a mixture comprising itaconic acid, meth-acrylic acid and acrylic acid.
  • The total amount of hydrophilic monoethylenically unsaturated monomers (b) may be in an amount of at least 0.1%by weight and no more than 20 %by weight (for example 0.2%by weight, 0.5 %by weight, 0.8%by weight, 1%by weight, 2%by weight, 5%by weight, 10 %by weight, or 15%by weight) , preferably no more than 15 %by weight, more preferably no more than 10 %by weight, and mostly preferably no more than 5 %by weight, based on the total amount of all mon-omers. In an embodiment, the total amount of hydrophilic monoethylenically unsaturated mono-mers (b) may be in the range from 0.1 to 20%by weight, from 0.2 to 15%by weight, from 0.5 to 10%by weight, or from 1 to 5%by weight, based on the total amount of all monomers.
  • Functional monomer (c)
  • According to the present invention, the functional monomer (c) is selected from the group con-sisting of an ethylenically unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsaturated monomer having an amino, amido, ureido, 1, 3-diketo group, hydroxyl, polyether chain, or N-heterocyclic group and/or protonated on the nitrogen, or alkylated ammonium derivatives thereof; wherein the functional monomer (c) is different from monomer (a) and monomer (b) .
  • According to the present invention, the acid group mentioned for the functional monomer (c) does not include carboxyl group. In an embodiment, the acid group can be selected from sulfonic acid, phosphonic acid or phosphoric acid group.
  • In an embodiment, the functional monomer (c) comprises at least two functional monomers.
  • Examples of ethylenically unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof are monoethylenically unsaturated sulfonic acids, such as vinyl sulfonic acid, sty-rene sulfonic acid, acryloxyethansulfonic acid and acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid and the salts thereof, in particular the alkali metal salts thereof; monoethylenically unsaturated phos-phonic acids such as vinylphosphonic acid, allylphosphonic acid, styrenephosphonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane phosphonic acid and the salts thereof, in particular the alkali metal salts thereof; and also monoethylenically unsaturated phosphoric acids and the salts thereof, in particular the alkali metal salts thereof.
  • Examples of ethylenically unsaturated monomer having an amido group are monoethylenically unsaturated amides, such as (meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, N, N-dime-thylacrylamide (DMA) , 2-hydroxyethyl (meth) acrylamide, dimethylaminoethylmethacrylamide.
  • Examples of ethylenically unsaturated monomer having a hydroxyl are hydroxyalkyl (for example C2 to C6 alkyl) esters of monoethylenically unsaturated carboxylic acids (for example (meth) acrylic acid) , such as hydroxyethyl (meth) acrylate and hydroxypropyl (meth) acrylate, and glycerol (meth) acrylate.
  • Examples of ethylenically unsaturated monomer having a 1, 3-diketo group are monomers con-taining 1, 3-diketo groups (e.g., acetoacetoxyethyl (meth) acrylate or diacetone acrylamide) . Examples of ethylenically unsaturated monomer having a ureido are monomers containing urea groups (e.g., ureidoethyl (meth) acrylate, acrylamidoglycolic acid, and methacrylamidoglycolate methyl ether) .
  • Examples of ethylenically unsaturated monomer having a polyether chain are monomers contain-ing polyalkylene oxide chain, preferably alkylene oxide having 2 to 6, more preferably 2 to 4, or 2 or 3, most preferably 2 carbon atoms, for example the alkylene oxide can be ethylene oxide, propylene oxide or mixture thereof. The molecular weight of the polyether chain can be in the range from 132 to 3000, or from 250 to 2000, or from 300 to 1500, or from 300 to 1000. In an embodiment, the ethylenically unsaturated monomer having a polyether chain carries one (meth) acrylate (ester) group.
  • The N-heterocycle mentioned for monomer (c) can have 1 to 3 nitrogen atoms. In addition to the nitrogen atoms there may also, optionally, be further 1 to 2 heteroatoms (for example N, O or S) present in the ring. The N-heterocycle can have 5 or 6 ring members. Examples of ethylenically unsaturated monomer having a N-heterocyclic group are 2-vinylpyridine, 4-vinylpyridine, 1-vi-nylimidazole, 4-vinylimidazole, 1-vinylpyrazole or 1-vinyl-1, 2, 4-triazole.
  • In a preferred embodiment, the functional monomer (c) comprises an ethylenically unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsatu-rated monomer having an 1, 3-diketo group, an ethylenically unsaturated monomer having a hy-droxyl or an ethylenically unsaturated monomer having polyether chain, or a mixture comprises two, three or four of these monomers. In a preferred embodiment, the functional monomer (c) comprises an ethylenically unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsaturated monomer having an 1, 3-diketo group and an ethyleni-cally unsaturated monomer having a hydroxyl.
  • The functional monomer (c) is present in an amount of 0.5 to 15 %by weight (for example 1.0, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 8, 10, or 12 %by weight) , preferably 1.0 to 10%by weight, more preferably 1.5 to 5%by weight, based on the total amount of all monomers.
  • In this context, the expression “acopolymer prepared by polymerization of” mentioned for com-ponent (A) ” or similar expression does not mean a close-ended mode. In addition to monomers (a) , (b) and (c) , further monomers can be included if desired.
  • Emulsifier system (B)
  • According to the present invention, the emulsifier system comprises at least one phosphate emul-sifier.
  • The phosphate emulsifier can be selected from compounds of the formula (I) , (II) or a mixture thereof:
  • [R11O (AO) m] [R12O (AO) n] P (=O) (OM11) (I)
  • R11O (AO) mP (=O) (OM11) (OM12) (II)
  • in which R11 and R12 are independently a C6-C30 alkyl, benzene and benzene derivative, m and n are independently an integer from 0 to 20, AO is alkyleneoxy, and M11 and M12 are inde-pendently a H or cationic ion.
  • The R11 and R12 are independently a C6-C30 alkyl, benzene and benzene derivative. The C6-C30 alkyl can be chosen from linear/branched/cyclic C6-C30 alkyl, preferably linear/branched/cyclic C8-C25 alkyl, more preferably linear/branched/cyclic C8-C20 alkyl. Benzene and benzene deriva-tive can be chosen from benzene, C1-C15 alkyl benzyl, C1-C20 alkyl benzoate and aryloxy. Pref-erably, benzene and benzene derivative can be chosen from benzene, C2-C12 alkyl benzyl, C2-C15 alkyl benzoate and aryloxy. More preferably, benzene and benzene derivative can be cho-sen from benzene, C4-C8 alkyl benzyl, C4-C10 alkyl benzoate and aryloxy.
  • The number m and n are independently an integer from 0 to 20 (for example 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 16 or 18) , preferably from 1 to 15, more preferably 1 to 12 and most preferably 2 to 12.
  • AO is alkyleneoxy, which can preferably have 2 to 6 or 2, 3 or 4 carbon atoms, which can pref-erably be chosen from (-CH2CH2O-) , (-CH2CH2CH2O-) and (-CH2 (CH3) CHO-) .
  • M11 and M12 are independently a H or cationic ion, such as Li+, Na+, K+ and NH4 +. Many of the abovementioned compound is commercially available, such as Rhodafac RS410, RS610, RS710 and PE3501 (from Solvay) and Disponil FEP 3825 PN, Disponil FEP 6300 and Maphos 24T (from BASF) , and TERIC 305 (from Huntsman) , etc.
  • A compound of formula (I) or formula (II) may be used alone or in combination.
  • The amount of phosphate emulsifier, preferably, the compound of formula (I) or formula (II) or in combination may be, based on the total weight of the water-borne polymer emulsion, 0.2 to 10 %by weight, preferably 0.5 to 8 %by weight, more preferably 1 to 5 %by weight and most preferably 1 to 4 %by weight.
  • The emulsifier system (B) can be added before, after or during the polymerization
  • Besides compounds of formula (I) or formula (II) , other suitable emulsifiers may further be used. Those emulsifiers include, but not limited to, at least one nonionic emulsifier, anionic emulsifier, or cationic emulsifier.
  • The nonionic emulsifier in the emulsifier system is selected from the group consisting of ethox-ylated mono-, di-, and tri-alkylphenols and ethoxylated fatty alcohols or alkylphenol/fatty alcohol with polymerizable moiety. Examples thereof are those available from BASF SE Trademark A (C12C14 fatty alcohol ethoxylate, EO degree: 3 to 8) , TrademarkAO (C13C15 oxo-alcohol ethoxylate, EO degree: 3 to 30) , TrademarkAT (C16C18 fatty alcohol eth-oxylate, EO degree: 11 to 80) , TrademarkON (C10 oxo-alcohol, EO degree: 3 to 11) and TrademarkTO (C13 oxo-alcohol, EO degree: 3 to 20) .
  • The anionic emulsifier in the emulsifier system is selected from the group consisting of alkali metal salts and ammonium salts of alkyl sulfates, of sulfuric monoesters with ethoxylated alkanols and with ethoxylated alkylphenols, of alkylsulfonic acids, and of alkylarylsulfonic acids and a combi-nation thereof.
  • Suitable anionic emulsifiers also include compounds of the general formula (III) ,
  • wherein R 1 and R2 is H atom or C1 to C24 alkyl radical, with the proviso that R 1 and R2 are not H at the same time, and M1 and M2 may be an alkali metal ion and/or an ammonium ion. In the general formula (III) , R1 and R2 preferably have 6 to 18 carbon atoms, more particularly 6 carbon atoms. M1 and M2 preferably is sodium, potassium or ammonium, sodium. Of particular advantage M1 and M2 are all sodium, R1 is a branched alkyl group of 12 carbon atoms and R2 is H atom or R1.
  • And the cationic emulsifier in the emulsifier system is selected from the group consisting of posi-tively charged amines and quaternary ammonium compounds.
  • The amount of emulsifier system (B) may be, based on the total weight of the water-borne poly-mer emulsion, 0.2 to 12 %by weight, preferably 0.5 to 10 %by weight, more preferably 1 to 8 %by weight and most preferably 1.2 to 5 %by weight.
  • The amount of copolymer (A) can be in the range of 8 to 70%by weight, preferably 15 to 60%by weight, more preferably 25 to 60%by weight, and most preferably 35 to 60 %by weight, based on the total weight of the water-borne polymer emulsion.
  • The emulsion according to the present invention may have a solid content in the range of 10%to 70%by weight, preferably 20%to 60%by weight, more preferably 30 to 60%by weight, and most preferably 40 to 60 %by weight.
  • In an embodiment, the copolymer (A) is prepared by one-phase polymerization.
  • In another embodiment, the copolymer (A) is prepared by two-phase polymerization, wherein the monomers for the first-phase comprise monomer (a) , and (b) and/or (c) , the monomers for the second-phase comprise monomer (a) , and optionally (b) and/or (c) , wherein the weight ratio of the first-phase polymer: second-phase polymer is in the range of 95: 5 to 40: 60, preferably in the range of 90: 10 to 40: 60, more preferably in the range of 90: 10 to 50: 50. In this regard, if the monomers for the first-phase does not comprise monomer (b) , then the monomers for the sec-ond-phase comprise monomer (b) ; and if the monomers for the first-phase does not comprise monomer (c) , then the monomers for the second-phase comprise monomer (c) .
  • The glass transition temperature Tg of the copolymer obtainable by emulsion polymerization can in principle be in the range from -30 to 30 ℃ (for example -25, -20, -15, -10, -5, 0, 5, 10, 20, or 25℃) , preferably -20 to 20℃, or -10 to 10℃. The glass transition temperature Tg is understood here to mean the actual glass transition temperature which is the midpoint temperature deter-mined by means of Differential Scanning Calorimetry (DSC) according to ASTM D3418-82 [see also Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, p. 169, Verlag Chemistry, Weinheim, 1992] .
  • A theoretical glass transition temperature can be calculated from the monomers used in the emulsion polymerization. The theoretical glass transition temperatures are usually calculated from the monomers by the Fox equation:
    1/Tgt = xa/Tga + xb/Tgb + .... xn/Tgn,
  • In this equation xa, xb, .... xn are the mass fractions of the monomers a, b, .... n and Tga, Tgb, .... Tgn are the actual glass transition temperatures in Kelvin of the homopolymers synthesized from only one of the monomers 1, 2, .... n at a time. The Fox equation is described by T.G. Fox in Bull. Am. Phys. Soc. 1956, 1, page 123 and as well as in Ullmann's der tech-nischen Chemie [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry] , vol. 19, p. 18, 4th ed., Verlag Chemie, Weinheim, 1980. The actual Tg values for the homopolymers of most monomers are known and listed, for example, in Ullmann’s der technischen Chemie [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry] , 5th ed., vol. A21, p. 169, Verlag Chemie, Weinheim, 1992. Further sources of glass transition temperatures of homopolymers are, for example, J. Brandrup, E. H. Immergut, Polymer Handbook, 1st Ed., J. Wiley, New York 1966, 2nd Ed. J. Wiley, New York 1975, 3rd Ed. J. Wiley, New York 1989 and 4th Ed. J. Wiley, New York 2004.
  • Usually, the theoretical glass temperature Tgt calculated according to Fox as described herein and the experimentally determined glass transition temperature as described herein are similar or even same and do not deviate from each other by more than 5 K, in particular they deviate not more than 2 K. Accordingly, both the actual and the theoretical glass transition temperatures of the copolymer can be adjusted by choosing proper monomers Ma, Mb …Mn and their mass fractions xa, xb, .... xn in the monomers so to arrive at the desired glass transition temperature Tg (1) and Tg (2) , respectively. It is common knowledge for a skilled person to choose the proper amounts of monomers Ma, Mb …Mn for obtaining a copolymer and/or copolymer phase with the desired glass transition temperature.
  • In an embodiment, the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in one phase remains almost the same of or differs from the theoretical glass transition temper-ature of the resulting polymer formed in another phase by at least 10℃, in particular by at least 20℃ or at least 40℃. The calculation of the theoretical glass transition temperature is de-scribed below.
  • In an embodiment, the theoretical glass transition temperature of second-phase polymer re-mains almost the same of or is higher than the theoretical glass transition temperature of the first-phase polymer by at least 10℃, in particular by at least 20℃ or at least 40℃.
  • Of course, the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in one phase can differ from the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in another phase by no more than 10℃, or no more than 5℃.
  • In an embodiment, the theoretical glass transition temperature of first-phase polymer is in the range from -30 to 30℃ (for example -25℃, -20℃, -15℃, -10℃, -5℃, 0℃, 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, or 25℃) , preferably from -20 to 20℃, from -10 to 10℃, or from -5 to 5℃.
  • In a preferred embodiment, water-borne polymer emulsion of the present invention has a parti-cle size in the range of 50-300 nm, preferably in the range of 50-250 nm, and most preferably in the range of 50-200 nm.
  • According to the present invention, the copolymer (A) is neutralized.
  • Method for making the polymer emulsions
  • One aspect of the present invention relates to a method for making the polymer emulsions ac-cording of the present invention, comprising:
  • preparing copolymer (A) by polymerization of monomer (a) , monomer (b) , and monomer (c) and adding the emulsifier system (B) before, after or during the polymerization.
  • The method for making the emulsion of the present disclosure may be a single phase polymeri-zation or a multi-phase emulsion polymerization. In a single phase polymerization, the overall composition of the monomers, which are fed to the polymerization reaction under polymeriza-tion conditions, remains the same or almost the same, while in a multi-phase emulsion polymer-ization the overall composition of the monomers, which are fed to the polymerization reaction under polymerization conditions, remains almost the same or is altered at least once, in particu-lar such that the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in one phase differs from the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in another phase by at least 10℃, in particular by at least 20℃ or at least 40℃.
  • In an embodiment, the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in one phase remains almost the same of or differs from the theoretical glass transition temper-ature of the resulting polymer formed in another phase by at least 10℃, in particular by at least 20℃ or at least 40℃. Of course, the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in one phase can differ from the theoretical glass transition temperature of the resulting polymer formed in another phase by no more than 10℃, or no more than 5℃.
  • In an embodiment, the method of the invention is performed as a 2-phase emulsion polymeriza-tion, i.e., the composition of the monomers, which are fed to the polymerization reaction under polymerization conditions, is altered once, or as a 3-or 4-phase emulsion polymerization, i.e. the composition of the monomers, which are fed to the polymerization reaction under polymerization conditions, is altered twice or trice.
  • One aspect of the present invention relates to a method for making the polymer emulsions of the present invention, wherein the copolymer (A) is prepared by two-phase polymerization, the method comprises
  • Step 1: preparing the first-phase polymer by polymerizing the monomers for the first phase;
  • Step 2: subsequently preparing the second-phase polymer by polymerizing the monomers for the second phase;
  • adding emulsifier system (B) before, after or during the polymerization.
  • The polymerization is carried out in the presence of initiator which form radicals under the reaction conditions. The initiator may be peroxides or else azo compounds. Redox initiator systems are also contemplated, of course.
  • Peroxides used may in principle be inorganic peroxides and/or organic peroxides. Examples of suitable inorganic peroxides include hydrogen peroxide and also persulfates, such as the mono-or di-alkali metal or -ammonium salts of persulfuric acid, examples being its mono-and di-sodium, -potassium or -ammonium salts, such as sodium persulfate, potassium persulfate and ammonium persulfate. Examples of suitable organic peroxides are alkyl hydroperoxides such as tert-butyl hydroperoxide, aryl hydroperoxides such as p-menthyl hydroperoxide or cumene hydroperoxide, dialkyl or diaryl peroxides, such as di- (tert-butyl) peroxide, and benzoyl peroxide or di-cumene peroxide, and peroxy esters.
  • Azo compounds used are essentially 2, 2′-azobis (isobutyronitrile) , 2, 2′-azobis (2-methylbutyronitrile) , 2, 2′-azobis (2, 4-dimethylvaleronitrile) , 2, 2′-azobis (N, N′-dimethyleneisobutyroamidine) dihydrochloride and 2, 2′-azobis (amidinopropyl) dihydrochloride.
  • Redox initiator systems are combined systems composed of at least one organic or inorganic reducing agent and at least one oxidizing agent. Oxidizing agents contemplated for redox initiator systems are essentially the peroxides stated above. As corresponding reducing agents it is possible to use compounds of sulfur in a low oxidation state, such as alkali metal sulfites, as for example potassium and/or sodium sulfite, alkali metal hydrogensulfites, as for example potassium and/or sodium hydrogensulfite, alkali metal metabisulfites, as for example potassium and/or sodium metabisulfite, acetone bisulfite, formaldehyde-sulfoxylates, as for example potassium and/or sodium formaldehyde-sulfoxylate, alkali metal salts, especially potassium and/or sodium salts, of aliphatic sulfinic acids, and alkali metal hydrogensulfides, such as potassium and/or sodium hydrogensulfide, for example, salts of polyvalent metals, such as iron (II) sulfate, iron (II) ammonium sulfate, iron (II) phosphate, enediols, such as dihydroxymaleic acid, benzoin and/or  ascorbic acid, and also reducing saccharides, such as sorbose, glucose, fructose and/or dihydroxyacetone.
  • Preferred initiators are peroxy type initiators such as hydrogen peroxide, tert-butyl hydroperoxide, di- (tert-butyl) peroxide, benzoyl peroxide, peroxy esters; and persulfates such as sodium persulfate, potassium persulfate and ammonium persulfate; and azo type initiators.
  • The polymerization takes place in general by using 0.1 to 5%by weight of the radical initiator, preferably 0.5 to 4%by weight of the radical initiator, based in each case on the total amount of the monomers.
  • Initiation of the polymerization reaction refers to the start of the polymerization reaction of the monomers present in the polymerization vessel through decomposition of the radical initiator. The polymerization starts, for example, when the polymerization mixture contains monomers and inorganic peroxide and reaches a temperature in the range from 60℃ to 125℃, preferably from 70℃ to 100℃, more preferably from 80℃ to 95℃.
  • In addition to the above components, a molecular weight regulator may optionally be used during the emulsion polymerization to reduce/correct the molecular weight of the copolymer obtainable by the polymerization. It is possible to use predominantly aliphatic and/or aromatic halogen com-pounds, for example halogenated hydrocarbons, such as n-butyl chloride, n-butyl bromide, n-butyl iodide, methylene chloride, ethylene chloride, chloroform, bromoform, bromotrichloro-methane, dibromomethylene chloride, carbon tetrachloride, carbon tetrabromide, benzyl chloride, benzyl bromide, organosulfur compounds, such as aliphatic primary, secondary or tertiary mer-captans, for example ethylmercaptan, n-propylmercaptan, 2-propylmercaptan, n-butylmercaptan, 2-methyl-2-propylmercaptan, n-pentylmercaptan, 2-pentylmercaptan, 3-pentylmercaptan, 2-me-thyl-2-butylmercaptan, 3-methyl-2-butylmercaptan, n-hexylmercaptan, 2-hexylmercaptan, 3-hex-ylmercaptan, 2-methyl-2-pentylmercaptan, 3-methyl-2-pentylmercaptan, 4-methyl-2-pentylmer-captan, 2-methyl-3-pentylmercaptan, 3-methyl-3-pentylmercaptan, 2-ethylbutylmercaptan, 2-ethyl-2-butylmercaptan, n-heptylmercaptan and its isomer compounds, n-octylmercaptan and its isomer compounds, n-nonylmercaptan and its isomer compounds, n-decylmercaptan and its iso-mer compounds, n-undecylmercaptan and its isomer compounds, n-dodecylmercaptan and its isomer compounds, n-tridecylmercaptan and its isomer compounds, substituted mercaptans, e.g. 2-hydroxyethylmercaptan, tertiary dodecyl mercaptan, aromatic mercaptans such as benzeneth-iol, o-benzenethiol, m-or p-methylbenzenethiol, and all others described in Polymerhandbook, 3rd edition, 1989, J. Brandrup and E.H. Immergut, John Wiley &Sons, section II, sulfur compounds from pages 133 to 141, as well as aliphatic and/or aromatic aldehydes such as acetaldehyde, propionaldehyde and/or benzaldehyde, unsaturated fatty acids such as oleic acid, dienes with nonconjugated double bonds such as divinylmethane or vinylcyclohexane, olefns such as  cyclohexene, alpha-methyl styrene and its dimer, or hydrocarbons with readily removable hydro-gen atoms such as toluene.
  • The total amount of molecular weight regulator used during the emulsion polymerization is gen-erally 5%by weight or less, often 3%by weight or less and often 1%by weight or less, based on the total monomers. In an embodiment, the total amount of molecular weight regulator used dur-ing the emulsion polymerization is in the range from 0.1%to 5%by weight, or 0.2 to 3%by weight, based on the total monomers.
  • In an embodiment, polymer seeds are used. When it is desired to set the particle size of the polymer particles obtainable by the aqueous emulsion polymerization to a specific value, polymer seeds are used in particular (see, for example, US 2520959A and US 3397165A) . The seed may be used in an amount of from 0.01 to 5%by weight, usually from 0.05 to 3%by weight and frequently from 0.1 to 2.5%by weight of polymer seeds, based in each case on the total amount of the monomers.
  • One type of polymer seed used is in particular polymer seed particles which have a particle size of 60nm or less, usually from 5nm to 50nm and usually from 15nm to 35nm, determined by light scattering.
  • When polymer seeds are used, it is advantageous to use exogenous polymer seeds. Unlike in-situ polymer seeds, which are prepared in the reaction vessel before the actual emulsion polymer-ization reaction begins and which have the same monomer composition as the polymer prepared by the subsequent free-radically initiated aqueous emulsion polymerization reaction, exogenous polymer seeds are polymer seeds which are prepared in a separate reaction step and whose monomer composition differs from the polymer prepared by the aqueous emulsion polymerization reaction, although this means only different monomers, or monomer compositions having different compositions, for preparing exogenous polymer seeds and for preparing the copolymer. The preparation of exogenous polymer seeds is well known to those skilled in the art and is generally accomplished by introducing as an initial charge into a reaction vessel having a relatively small amount of monomer and a relatively large amount of surfactant, and by addition of a sufficient amount of polymerization initiator at the reaction temperature.
  • According to the invention, it is preferred to use exogenous polymer seeds having a glass transi-tion temperature of more than 50 ℃, usually from 60 to 100℃ and often from 70℃ to 100 ℃. Particularly preferred are polystyrene or polymethylmethacrylate polymer seeds.
  • The entire amount of exogenous polymer seeds may be charged first to the polymerization reac-tion vessel. It is also possible to include only a portion of the exogenous polymer seeds in the initial charge being added to the polymerization vessel and to add monomers along with the re-mainder during the polymerization. However, if desired, the entire amount of polymer seed may also be added during the polymerization. Preferably, the entire amount of exogenous polymer seeds is first charged to the polymerization vessel prior to initiating the polymerization reaction.
  • The polymerization reaction may be carried out at a temperature of 60℃ to 125℃, preferably from 70℃ to 100℃, more preferably from 80℃ to 95℃ for a period of 1 to 10 hours, preferably 2 to 8 hours, more preferably 4 to 6 hours.
  • After the polymerization, the residue content of the monomers is generally removed in order to deodorize, such as by chemical and/or physical processes. The typical chemical and/or physical deodorization processes are known to the person skilled in the art [see, for example, EP-A771328, DE-A19624299, DE-A19621027, DE-A19741184, DE-A19741187, DE-A19805122, DE-A19828183, DE-A19839199, DE-A19840586 and 19847115] . The chemical deodorization pro-cess may be carried out by adding a further radical initiator from the group of the abovementioned initiators to the reaction mixture, or to prolong the addition thereof, and carrying out what is called an “Post-polymerization” , in other words a polymerization for achieving a conversion of 95 to 99%. It is sufficient in the majority of cases for the reaction mixture to be stirred for 0.1 to 3 hours, preferably 0.5 to 2 hours, more preferably 0.5 to 1 hour, at the polymerization temperature, after the end of the addition of monomer. The physical deodorization process may be carried out by stripping with steam or inert gas, in order to reduce the content of the monomers.
  • The solid content is adjusted to the desired value by dilution or concentration, or the resulted aqueous emulsion is mixed with further conventional additives, for example bactericides, foam-modifying additives or viscosity-modifying additives.
  • The solid content was determined by drying a defined amount of the emulsion (about 2 g) to constant weight in an aluminum crucible having an internal diameter of about 5 cm at 130℃ in a drying cabinet (2 hours) . Two separate measurements were conducted. The value reported in the example is the mean of the two measurements.
  • The emulsion obtainable by the emulsion polymerization generally have a solid content of 10 to 70%by weight, usually 20 to 65%by weight and frequently 25 to 60%by weight, all based on the emulsion. The particle size is generally in the range of 50-300 nm, preferably in the range of 50-250 nm, and most preferably in the range of 50-200 nm. The particle size can be determined by dynamic light scattering (DLS) using a Malvern HPPS.
  • Liquid applied sound damping formulation
  • One aspect of the present invention relates to a liquid applied sound damping formulation com-prising the polymer emulsion of the present invention.
  • The amount of the polymer emulsion of the present invention can be in the range from 10 to 60 %by weight (for example 15, 20, 25, 30, 40, 50 or 60 %by weight) , or from 15 to 50 %by weight, or from 20 to 40 %by weight, based on the total weight of liquid applied sound damping formula-tion.
  • In some embodiments, the damping formulation may include at least one of a filler, a defoaming agent, a rheological modifier, an emulsifying agent (i.e., “dispersing agent” or “dispersant” ) , a coalescent agent, a pigment, or a biocide.
  • In some embodiments, the damping formulation may include one or more fillers, which may con-stitute from 40 %by weight to 90 %by weight or from 45 %by weight to 85 %by weight or from 50 %by weight to 80 %by weight or any value or subrange within these ranges of the formulations. Examples of fillers may include, but are not limited to, calcium carbonate, barium sulfate, glass filler, magnesium carbonate, plastic microspheres, mica, powdered slate, montmorillonite flakes, glass flakes, metal flakes, graphite, graphene, talc, iron oxide, clay minerals, cellulose fibers, mineral fibers, carbon fibers, glass or polymeric fibers or beads, ferrite, calcium carbonate, cal-cium magnesium carbonate, calcium silicate, barytes, ground natural or synthetic rubber, silica, aluminum hydroxide, alumina and mixtures thereof. In some embodiments, the damping formu-lation may include a mixture of any two or more such fillers, for example calcium carbonate and mica.
  • In some embodiments, the damping formulation may include a defoaming agent (adefoamer) . Examples of defoaming agents includeS (produced by BASF) , DF 540 (produced by Solvay) , 635 (produced by Solvay) , MO 2170 (produced by BASF) , MO 2190 (produced by BASF) , or Dehydran SE 2 (produced by BASF) . The damping formulation may include as much of a defoaming agent as needed to provide the desired foaming characteristics. In some embodiments, the defoaming agent may constitute less than 1 %by weight of the damping formulation. In some embodiments, the damping formulation can contain more than 0 %by weight up to 1 %by weight of the defoaming agent.
  • In some embodiments, the damping formulation may include a thickener or a rheological modifier. Examples of thickener and rheological modifiers includeHS 1152; HD 1152 (produced by BASF) orAS 1130 (produced by BASF) or Attagel 40 (produced by  BASF) . The damping formulation may include as much of a rheological modifier as needed to provide the desired solution characteristics. In some embodiments, the formulation may include less than 1 %by weight of the rheological modifier. In other embodiments, the formulation may include more than 0 %by weight up to 1 %by weight (for example 0.2, 0.5, 0.8 %by weight) of the thickener or rheological modifier.
  • In some embodiments, the damping formulation includes a dispersant. One non-limiting example of a dispersant isCX 4320 (produced by BASF) . The damping formulation may include as much dispersant as need to provide the desired characteristics for the formulation. In some embodiments, the formulation may include from 0.1 to 2.0 %by weight or from 0.25 to 1.5 %by weight or from 0.5 to 1.0 %by weight or any value or subrange within these ranges.
  • A pigment or combination of pigments can also be used in the formulation of the invention. Among other properties, pigments can also be used to increase the solids content of the formulations and perform the function of a filler. Generally, any alkali stable inorganic or organic pigment can be used in the formulations of the present invention. Examples of useful pigments in the present invention include carbon black. Commercially available pigments include Aurasperse from BASF Corporation; Xfast schwarz 0066 from BASF; and Tint Ayd from Chromaflo Technologies. Pref-erably, it is present in an amount of from 0.2%to 5.0%by weight or 0.2%to 2.0%by weight, based on the total weight of the formulation.
  • In some embodiments, the damping formulation may include a biocide. Suitable non-limiting ex-amples of a biocide includeMBS (amixture of 1, 2-benzisothiazolin-3-one (2.5%) and 2-methyl-4-isothiazolin-3-one (2.5%) ) , MV-14 (amixture of 5-chloro-2-methyl-2H-iso-thiazol-3-one and 2-methyl-2H-isothiazol-3-one in a ratio of 3: 1 respectively) , andCEM 2 (amixture of 1, 2-benzisothiazol-3 (2H) -one (9.3-10.7%) , 2-methylisothiazol-3 (2H) -one (4.7-5.2%) , and 5-chloro-2-methyl-2H-isothiazol-3-one (0.9-1.1%) .
  • In some embodiments, the damping formulation may be deposited on a surface of the source of mechanical vibrations in a form of a layer. Such a layer may have a thickness ranging from 0.5 mm to 12 mm or from 0.5 mm to 10 mm or from 1.0 mm to 10 mm or from 1.5 mm to 8 mm or from 2 mm to 6 mm or any value or subrange within these ranges.
  • The damping formulations provided herein may also be applied to a variety of materials, including, for example, metal, steel, aluminum, plastic, wood, wallboard, or gypsum board.
  • The damping formulation may have a viscosity at 25℃. ranging from 30,000 cPs to 120,000 cPs or from 40,000 to 100,000 cPs or any value or subrange within these ranges.
  • The formulation may be prepared by mixing the ingredients until a uniformly dispersed mixture is obtained. Any conventional mixing techniques can be used. The resultant formulation is storage stable. The formulation of the invention can be applied to a surface of a suitable substrate using any conventional coating technique, such as spray coating or brushing.
  • The present disclosure, thus generally described, will be understood more readily by reference to the following examples, which are provided by way of illustration and are not intended to be lim-iting of the present invention.
  • A further aspect of the present invention relates to use of the polymer emulsions of the present invention in liquid applied sound damping formulation.
  • Examples
  • 1. Raw Materials

  • 2. Test method
  • Baking property is defined as the heat resistance performance of LASD formulation. To prepare samples, LASD formulation is used to fill 2 mm and 4 mm mould on steel panel, following by re-moving mould and heat at 140 ℃ for 30min. After cooling down to room temperature, the stat-ues of the baked formulation are observed.
  • For damping performance (Composite Loss Factor (CLF) , loss coefficient) test, the samples are prepared by coating formulation on a steel bar (245 mm x 10mm x 1mm) . Then it is dried at 80℃ for 15 min and 140℃ for 25min. After cooling down to room temperature, the dried formu-lations are cut into 180 mm in length x 10mm in width and put into Oberst tester contained in environmental chamber for Composite Loss Factor test. Testing protocol follows ASTM E 756. The loss factors are tested at 10, 20, 30, 40 and 50 ℃, and the peak value is considered as the highest CLF value, peak damping temperature is its corresponding temperature. The higher the loss coefficient is, the better damping performance the formulation has.
  • The adherence is defined as the ability of formulations to be coated on the steel bar, poor ad-herence means the interaction between steel and formulation is weak, thus test samples cannot survive the sample preparation or damping test.
  • Example 1 -Preparing water-borne polymer emulsions
  • Preparation of emulsion a1 (one-phase polymerization)
  • 266.4 g deionized water, 2.4 g IA and 8.0 g Seed was added into a 2L four-neck glass flask, and the reactor was heated to 88℃ under stirring. Then 22.8 g sodium persulfate (7%solution) was added into the reactor and hold for 5 minutes. After this, the reactor was heated to 90℃, a feeding mixture prepared with 389.6 g BA, 372.0 g MMA, 12.0 g HEMA, 8.0 g AAEMA, 32.0 g Gopanol VS (25%solution) , 4.0 g AA, 4.0 g MAA, 5.6 g tDMK, 12.0 g RS610, 2.4 g FES77 and 376.0 g deionized water was fed into the reaction over 4 hours. In the meantime, 36.8 g sodium persulfate (7%solution) was fed into the reactor together with the mixture for 4 hours. After the feed, the reaction was held for 30 minutes. When the dispersion cooled down, 9.20 g 20%ammonia solu-tion was added for neutralization. Final dispersion was filtered before further characterization and formulation. The obtained dispersion has pH of 5.3 and solid content of 50.8 wt%.
  • Preparation of emulsions a2, b1 to b6, c1 to c6, and v1 to v3 (one-phase polymerization)
  • The procedure in the preparation of emulsion a1 was repeated except that the feeding mixtures as shown in tables 1, 2 and 3 were used to prepare emulsions a2, b1 to b6, c1 to c6, and v1 to v3, respectively, wherein the feeding mixtures further comprised 5.6 g tDMK and 376.0 g deion-ized water, in addition to the components shown in tables 1, 2 and 3.
  • Emulsions v1 and v2 did not contain phosphate emulsifier and were comparative emulsions.
  • Emulsion v3 did not contain functional monomer (c) and was comparative emulsion.
  • The corresponding formulation prepared with these comparative emulsions were also compara-tive formulations.
  • Example 2 -Preparation of liquid applied sound damping formulations
  • Preparation of formulation A1
  • Formulation A1 was prepared by mixing 90.0 g emulsion a1, 6.6 g water, 1.5 g Dehydran SE 2, 2.4 g Dispex CX4230, 0.9 g Xfast schwarz 0066, 150.0 g 325 mesh CaCO3, 45.0 g 325 mesh black mica, and 3.6 g Attagel 40 in sequence with mechanical stirring. Final formulation had a viscosity of 70,000 ± 20,000 cPs with solid content of 80 ±5 wt%.
  • Preparation of formulations A2, B1 to B6, C1 to C6, and V1 to V3
  • The procedure in the preparation of formulation A1 was repeated except that emulsion a1 was respectively replaced with emulsions a2, b1 to b6, c1 to c6, and v1 to v3 to prepare formulations A2, B1 to B6, C1 to C6, and V1 to V3, respectively.
  • The damping performance, baking properties and adherence properties of the liquid applied sound damping formulations were also shown in tables 1, 2 and 3.
  • Table 1

  • Table 2
  • Table 3

  • Results in tables 1, 2 and 3 showed that the liquid applied sound damping (LASD) formulation prepared from the emulsions according to the present invention had improved adherence, ap-pearance and damping performance, for example high loss coefficient, high damping peak and broad damping curve (damping range CLF>0.1) . Comparative LASD formulations prepared from the emulsions without using phosphate emulsifier showed poor appearance (V1 and V2) . Com-parative LASD formulation (V3) prepared from the emulsion without using functional monomer failed in the test as slurry detached easily from substrate.
  • It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. Thus, it is intended that the present invention cover such modifications and variations as come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (14)

  1. A water-borne polymer emulsion comprises:
    (A) a copolymer prepared by polymerization of at least one hydrophobic monoethylenically un-saturated monomer (a) , hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) , and at least one functional monomer (c) ;
    wherein the functional monomer (c) is selected from the group consisting of an ethyleni-cally unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsaturated monomer having an amino, amido, ureido, 1, 3-diketo group, hydroxyl, polyether chain, or N-heterocyclic group and/or protonated on the nitrogen, or alkylated ammonium derivatives thereof;
    wherein the functional monomer (c) is different from monomer (a) and monomer (b) ; and
    (B) an emulsifier system, wherein the emulsifier system comprises at least one phosphate emulsifier.
  2. The water-borne polymer emulsion according to claim 1, wherein the total amount of hydro-phobic monoethylenically unsaturated monomers (a) may be in an amount of at least 80 %by weight or from 80 to 99 %by weight, preferably at least 85 %by weight, more preferably at least 90%by weight, and mostly preferably at least 95 %by weight, based on the total amount of all monomers.
  3. The water-borne polymer emulsion according to claim 1 or 2, wherein the total amount of hy-drophilic monoethylenically unsaturated monomers (b) may be in an amount of at least 0.1%by weight and no more than 20 %by weight, preferably no more than 15 %by weight, more prefer-ably no more than 10 %by weight, and mostly preferably no more than 5 %by weight, based on the total amount of all monomers.
  4. The water-borne polymer emulsion according to any of claims 1 to 3, wherein the hydrophobic monoethylenically unsaturated monomer (a) is selected from the group consisting of (meth) acry-late monomers, (meth) acrylonitrile monomers, styrene monomers, vinyl alkanoate monomers and monoethylenically unsaturated di-and tricarboxylic ester monomers.
  5. The water-borne polymer emulsion according to any of claims 1 to 4, wherein the hydrophilic monoethylenically unsaturated monomer (b) is selected from the group consisting of monoeth-ylenically unsaturated dicarboxylic acid, acrylic acid, methacrylic acid, and β-carboxyethyl acry-late.
  6. The water-borne polymer emulsion according to any of claims 1 to 5, wherein the hydrophilic  monoethylenically unsaturated monomer (b) comprises at least two monomers selected from it-aconic acid, acrylic acid, methacrylic acid and β-carboxyethyl acrylate.
  7. The water-borne polymer emulsion according to any of claims 1 to 6, wherein the functional monomer (c) comprises at least two monomers selected from the group consisting of an ethyleni-cally unsaturated monomer having an acid group and/or the corresponding anion thereof, an ethylenically unsaturated monomer having an amino, amido, ureido, 1, 3-diketo group, hydroxyl, polyether chain, or N-heterocyclic group and/or protonated on the nitrogen, or alkylated ammo-nium derivatives thereof.
  8. The water-borne polymer emulsion according to any of claims 1 to 7, wherein the copolymer (A) is prepared by one-phase polymerization.
  9. The water-borne polymer emulsion according to any of claims 1 to 8, wherein the copolymer (A) is prepared by two-phase polymerization, wherein the monomers for the first-phase comprise monomer (a) , and (b) and/or (c) , the monomers for the second-phase comprise monomer (a) , and optionally (b) and/or (c) , wherein the weight ratio of the first-phase polymer: second-phase polymer is in the range of 95: 5 to 40: 60, preferably in the range of 90: 10 to 40: 60, more preferably in the range of 90: 10 to 50: 50.
  10. The water-borne polymer emulsion according to any of claims 1 to 9, wherein the emulsion has a particle size in the range of 50-300 nm, preferably in the range of 50-250 nm, and most preferably in the range of 50-200 nm.
  11. A method for making the polymer emulsions according to claim 8 or 10, comprising:
    preparing copolymer (A) by polymerization of monomer (a) , monomer (b) , and monomer (c) and adding the emulsifier system (B) before, after or during the polymerization.
  12. A method for making the polymer emulsions according to claim 9 or 10, comprising:
    Step 1: preparing the first-phase polymer by polymerizing the monomers for the first phase;
    Step 2: subsequently preparing the second-phase polymer by polymerizing the monomers for the second phase;
    adding emulsifier system (B) before, after or during the polymerization.
  13. A liquid applied sound damping formulation comprising the polymer emulsion according to any of the claims 1 to 10.
  14. Use of the polymer emulsions according to any of the claims 1 to 10 in liquid applied sound  damping formulation.
EP24730878.6A 2023-04-28 2024-04-26 Water-borne polymer emulsion and liquid applied sound damping formulation comprising the same Pending EP4702060A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2023091658 2023-04-28
PCT/CN2024/090091 WO2024222879A1 (en) 2023-04-28 2024-04-26 Water-borne polymer emulsion and liquid applied sound damping formulation comprising the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4702060A1 true EP4702060A1 (en) 2026-03-04

Family

ID=91376791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24730878.6A Pending EP4702060A1 (en) 2023-04-28 2024-04-26 Water-borne polymer emulsion and liquid applied sound damping formulation comprising the same

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4702060A1 (en)
KR (1) KR20260003170A (en)
CN (1) CN121002073A (en)
WO (1) WO2024222879A1 (en)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2520959A (en) 1945-11-06 1950-09-05 Goodrich Co B F Polymerization of vinyl compounds
US3397165A (en) 1964-05-04 1968-08-13 Grace W R & Co Preparation of latex of butadienecontaining copolymers
CN1120180C (en) 1994-06-03 2003-09-03 巴斯福股份公司 Preparation of aqueous polymer dispersions
DE19621027A1 (en) 1996-05-24 1997-11-27 Basf Ag Continuous removal of monomer from aqueous suspension or dispersion
US6265475B1 (en) * 1998-07-30 2001-07-24 Tokai Rubber Industries, Ltd. High damping material composition
EP0985405B1 (en) * 1998-09-11 2006-12-20 Rohm And Haas Company Stiff-feel hair styling compositions
WO2006026379A1 (en) * 2004-08-26 2006-03-09 Noveon, Inc. Coating compositions having improved stability
US9102848B2 (en) * 2011-02-28 2015-08-11 Basf Se Environmentally friendly, polymer dispersion-based coating formulations and methods of preparing and using same
ES3013916T3 (en) * 2017-11-10 2025-04-15 Basf Se Aqueous polymer dispersions

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024222879A1 (en) 2024-10-31
CN121002073A (en) 2025-11-21
KR20260003170A (en) 2026-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2018202805B2 (en) Ureido-functionalized aqueous polymeric dispersion
AU2010266398B2 (en) Composite polymer emulsion
EP3119818B1 (en) Tri-substituted aromatic-containing polymeric dispersants
WO1995009890A1 (en) Polymeric surfactant and latex made therefrom
EP2791180B1 (en) Use of aqueous polymer dispersions for improving resistance to chemical influences
AU2014391028B2 (en) Polymer dispersion and its application in high pigment volume concentration coatings
CA2747567C (en) Mini-emulsions and latexes therefrom
US11739233B2 (en) Aqueous dispersion of polymeric particles having core-shell structure, the preparation thereof and the coating formed therefrom
KR20220044992A (en) Blend of polyacrylic latex and polyvinyl acetate latex
AU2002311389B2 (en) Crosslinkable composition
WO2024222879A1 (en) Water-borne polymer emulsion and liquid applied sound damping formulation comprising the same
AU2013359435B2 (en) Amphoteric polymer particles and compositions thereof
US20250304798A1 (en) Emulsion for wide temperature range sound dampening property
CN114316160A (en) Acrylic emulsion polymer and preparation method of water-based paint based on polymer
CA3164803A1 (en) Novel binder composition
CN112912448A (en) Substituted catechol polymer dispersants

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20251128

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR