PL101192B1 - Sposob wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerow akrylowych o wlasnosciach samosieciujacych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia wodnych dyspersji kopolimerów akrylowych o wlasnosciach samosieciujacych do powlekania materialów o strukturze porowatej.

Znane sa wodne dyspersje kopolimerów akrylo¬ wych stosowane do otrzymywania powlok ochron¬ nych i/lub dekoracyjnych na skórze naturalnej, sztucznej, materialach tekstylnych, a takze tynku, betonu, papieru i drewna. Dyspersje te otrzymy¬ wane sa przez kopolimeryzacje przewaznie kilku monomerów winylowych, przy czym proces pro¬ wadzi sie w srodowisku wodnym przy zastosowa¬ niu ukladów redoks jako inicjatorów oraz emul¬ gatorów i stabilizatorów dyspersji.

Znane sposoby wytwarzania tych dyspersji prze¬ widuja jednorazowe dozowanie fazy wodnej i we¬ glowodorowej lub tez jednorazowe dozowanie fazy wodnej przy ciaglym dozowaniu emulsji wodnej weglowodorowej i/lub samych weglowodorów. Zna¬ ny jest równiez sposób wytwarzania dyspersji ko¬ polimerów akrylowych metoda dwustopniowa opi¬ sany w patencie PRL nr 72255.

Chociaz dotychczasowe rozwiazania tego procesu prowadza do otrzymania wodnych dyspersji kopo¬ limerów akrylowych jednak ich jakosc jest na obecnym etapie wymagan odbiorców niewystar¬ czajaca.

Znane dyspersje nie spelniaja jednoczesnie ta¬ kich wymagan jak — dobra przyczepnosc blony do powlekanego podloza, odpowiednia elastycznosc i odpornosc na scieranie w szerokim zakresie wil¬ gotnosci i temperatury, odpowiednia przepuszczal¬ nosc pary wodnej, nietoksycznosc dla organizmu ludzkiego, dobra tolerancje z pigmentami, odpor- nosc na rozpuszczalniki organiczne, a ponadto sama dyspersja musi charakteryzowac sie wysoka stabilnoscia w warunkach dlugotrwalego magazy¬ nowania.

Nieoczekiwanie okazalo sie, ze stabilne w czasie io wielomiesiecznego magazynowania wodne dyspersje kopolimerów akrylowych o wlasnosciach samosie¬ ciujacych dajace powloki odznaczajace sie dobra przyczepnoscia do skóry, papieru, tynku, betonu i drewna; wysoka elastycznoscia i odpornoscia na scieranie, dobrym znoszeniem sie z pigmentami przy jednoczesnej odpornosci na rozpuszczalniki organiczne i o scisle okreslonej porowatosci, uzys¬ kuje sie przez kopolimeryzacje dwustopniowa mie¬ szaniny odpowiednio dobranych monomerów takich jak: akrylonitrylu, estrów kwasu akrylowego i/lub metakrylowego, alkoholi alifatycznych, zawieraja¬ cych w czasteczce 2—6 atomów wegla, kwasu akry¬ lowego lub metakrylowego oraz akryloamidu i/lub metakrylamidu przy prowadzeniu tego procesu w temperaturze 30—65°C w srodowisku wodnym z zastosowaniem emulgatorów jonowych i/lub nie¬ jonowych wobec ukladu redoks, a takze zwiazku buforowego.

Opracowany wedlug niniejszego wynalazku spo- sób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów101192 3 akrylowych o wlasnosciach samosieciujacych rea¬ lizuje sie w dwóch stopniach.

W pierwszym stopniu polimeryzacji wprowadza sie do calkowitej fazy wodnej, zawierajacej emul¬ gator, którym moze byc, na przyklad, sól sodowa siarczanowego adduktu tlenku etylenu i alkoholu alifatycznego, zawierajacego w czasteczce od 6—8 atomów wegla, bufora, stabilizujacego w procesie pH w granicach 5,6—5,1, inicjatora, na przyklad, nadsiarczanu amonu i reduktora, na przyklad pirosiarczynu sodu.

Czesc monomerów i czesc inicjatora waha sie od 15—30% od ogólnej ilosci przewidzianej recep¬ tura. Pierwszy stopien kopolimeryzacji prowadzi sie w temperaturze 30—60°C przez 1—2 godziny.

W drugim stopniu dozuje sie w sposób ciagly przez co najmniej 2—5 godz. pozostala czesc monomerów z jednoczesnym uzupelnianiem co najmniej w 3—6 porcjach w równych odstepach czasu inicjatora przy czym temperatura moze wahac sie od 30— —65°C. Taki sposób prowadzenia procesu pozwala na skuteczne odprowadzenie ciepla powstajacego w wyniku kopolimeryzacji, zapobiega inwersji faz i sprzyja powstawaniu kopolimeru o wymaganej budowie i calkowitemu przereagowaniu wprowa¬ dzonych do reaktora monomerów.

, Zastosowanie w procesie kilku monomerów wa¬ runkuje pozadane wlasnosci powloki otrzymanej z dyspersji.

Akrylonitryl nadaje powlokom odpowiednia twar¬ dosc i wytrzymalosc na rozerwanie, a jego ilosc w kopolimerze moze wahac sie od 5—30%. Estry kwasu akrylowego i/lub metakrylowego alkoholi alifatycznych zawierajacych w czasteczce od 2 do 6 atomów wegla, a wiec akrylany etylu, butylu, propylu, amylu, heksylu powoduja, ze blona od¬ znacza sie elastycznoscia i moga byc one stosowane indywidualnie lub w mieszaninie, przy czym ich ogólna ilosc w skladzie kopolimeru waha sie od —85%, a najkorzystniej od 40—75%.

Wprowadzenie kwasów alkenokarboksylowych, a w szczególnosci akrylowego i/lub metakrylowego w ilosciach od 1,5—20% ulatwiaja proces formo¬ wania blony.

Dodatek monomerów sieciujacych, a w szczegól¬ nosci metakrylamidu i/lub akrylamidu w ilosci od 0,5—8% warunkuje m.in. otrzymanie blony odpor¬ nej na dzialanie rozpuszczalników.

Poprzez zastosowanie wynalazku otrzymuje sie dyspersje o zadanej wielkosci czasteczek w gra¬ nicach 0,15—0,3 mm pokrytymi czasteczkami emul¬ gatora w stopniu zabezpieczajacym mechaniczna i fizyko-chemiczna stabilnosc dyspersji w procesie sporzadzania farb o wysokiej zawartosci suchej masy w granicach od 35—45% i o wymaganej dla dalszego przetwórstwa lepkosci.

W koncowym stadium procesu otrzymane dys¬ persje poddaje sie odgazowaniu lotnych substancji weglowodorowych, na przyklad zanieczyszczen mo¬ nomerów, produktów ich ewentualnego utlenienia, a nastepnie zadaje amoniakiem do pH w grani¬ cach 5—6.

Ponizsze przyklady ilustruja sposób otrzymywa¬ nia dyspersji wedlug wynalazku.

Przyklad 1: W 48 1 wody destylowanej lub demineralizowanej o twardosci 0,2°N i utlenialnosci 0,4 mg 02/l rozpuszcza sie 1,62 kg octanu sodu i 0,25 kg kwasu octowego lodowatego oraz 3 kg soli sodowej siarczanowego adduktu tlenku etylenu i alkoholu laurylowego. W 26 1 wody destylowanej rozpuszcza sie 0,2 kg nadsiarczanu amonowego i 0,2 kg pirosiarczynu sodu.

Faze wodna oraz 7 1 mieszaniny inicjatora i re- duktora wlewa sie do emaliowanego reaktora ter¬ mostatowanego z mieszadlem.

Oddzielnie przygotowuje sie mieszanine mono¬ merów skladajaca sie z 40 kg akrylanu butylu, kg metakrylanu etylu, 15 kg akrylonitrylu oraz 7,5 kg kwasu metakrylowego. Ponadto w 50 1 wody destylowanej rozpuszcza sie 2,0 kg metakrylamidu i 0,5 kg akrylamidu.

Do fazy wodnej dodaje sie 18 kg mieszaniny monomerów oraz 11 1 roztworu metakrylamidu i akrylamidu, podgrzewa do temp. 60±2°C i pro¬ wadzi proces polimeryzacji w czasie 1 godz., po czym rozpoczyna sie dozowanie pozostalej ilosci monomerów dodajac jednoczesnie 5 1 mieszaniny inicjatora i reduktora, po czym polimeryzacje pro¬ wadzi sie jeszcze przez 2 godziny w temp. 60±5°C.

Zawartosc reaktora odgazowuje sie pod próznia 160—200 mm Hg przez 10 minut a nastepnie schla¬ dza do temperatury 20—25°C.

Dyspersja zawiera 36% suchej substancji, pH 5,1 oraz lepkosc 12 sek wedlug kubka Forda 04 mm.

Dla ustalenia pH=5,5 do dyspersji dodaje sie 1,5 1 wodnego roztworu amoniaku.

Przyklad 2. W 48 1 wody destylowanej lub demineralizowanej o twardosci 0,2°N i utlenialnosci 0,4 mg 02/l rozpuszcza sie 1,62 kg octanu sodu i 0,25 kg kwasu octowego lodowatego oraz 2 kg 100% sól sodowa tlenku etylenu i sulfonowanego alkoholu kwasu tluszczowego. W 26 1 wody desty- 40 lowanej rozpuszcza sie 0,2 kg nadsiarczanu amo¬ nowego i 0,2 kg dwutionianem sodu.

Faze wodna oraz 7 1 mieszaniny inicjatora i re¬ duktora wlewa sie do emaliowanego reaktora ter¬ mostatowanego z mieszadlem.

Oddzielnie przygotowana mieszanine monomerów skladajaca sie z 42,0 kg akrylanu butylu, 15 kg metakrylanu metylu, 10 kg akrylonitrylu oraz 8,0 kg metakrylowego. 50 Ponadto w 42 1 wody destylowanej rozpuszcza sie 2,0 kg metakrylamidu.

Do fazy wodnej dodaje sie 20 kg mieszaniny monomerów oraz 12 1 roztworu metakrylamidu i podgrzewa do 60±2°C, a nastepnie prowadzi pro- g5 ces polimeryzacji przez 1 godzine, po czym rozpo¬ czyna sie dozowanie pozostalej ilosci monomerów i mieszaniny inicjatora z reduktorem, przy ciaglym mieszaniu.

Monomery dozuje sie przez 3 godziny, dodajac 60 w godzine 5 1 mieszaniny inicjatora i reduktora, po czym polimeryzacje kontynuuje sie przez 2 godz.

Zawartosc reaktora odgazowuje sie pod próznia 160—200 mm Hg w ciagu 10 minut i schladza sie 65 do temperatury 25°C. 45101 192 6 Dyspersja zawiera 41% suchej substancji, pH 5,1 oraz lepkosc 12,5 sek wedlug kubka Forda 04 mm.

Dla ustalenia pH=5,5, do dyspersji dodaje sie 1,8 1 roztworu wodnego amoniaku.

Blona otrzymywana z dyspersji przez odparowa¬ nie wody posiada nastepujaca charakterystyke: — wytrzymalosc na rozciaganie 38 kg/cm2 — wydluzenie maksymalne 400% — wydluzenie nietrwale 6% — nie rozpuszcza sie w toluenie, benzenie, terpen¬ tynie — przepuszczalnosc pary wodnej 350 mg/10 cm2/ /24 godz. — przepuszczalnosc powietrza 0,26 m3/m2/godz. — sorpcja/desorpcja % 1,9/1,8

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopoli¬ merów akrylowych o wlasnosciach samosieciuja. cych do powlekania materialów o strukturze poro¬ watej, znamienny tym, ze proces kopolimeryzacji prowadzi sie dwustopniowo w ukladzie redoks, przy czym proces prowadzi sie w pierwszym stop¬ niu w temperaturze 60±2°C przez 1—1,5 godz. wykorzystujac od 15—30% inicjatora i reduktora oraz 15—30% mieszaniny monomerów, skladajacej sie z akrylonitrylu 5—30%, estrów kwasu akrylo¬ wego lub metakrylowego, alkoholi alifatycznych, zawierajacych w czasteczce 2—6 atomów wegla — a w szczególnosci akrylanu butylu w ilosci 30— —80% kwasów alkenokarboksylowych, a w szcze¬ gólnosci kwasu akrylowego i/lub metakrylowego w ilosci 1,5—20%, a takze monomerów sieciujacych, a w szczególnosci metakrylamidu i/lub akrylamidu w ilosci 0,5—8%, tworzacych w calkowitej ilosci fazy wodnej, zawierajacej emulgatory jonowe i/lub niejonowe stabilna dyspersje kopolimeru, a w dru¬ gim stopniu w temperaturze 60±5°C przez 2—5 godzin w obecnosci bufora stabilizujacego pH dys¬ persji, dozujac w sposób ciagly, pozostala ilosc ini¬ cjatora i reduktora, co najmniej w 3—6 równych porcjach. ERRATA lam 4, wiersz 49. jest: 8,0 kg metakrylowego, powinno byc: 8,0 kg kwasu metakrylowego.