PL201146B1 - Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów styrenowo-akrylowych - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów styrenowo-akrylowych polegający na emulsyjnej polimeryzacji mieszaniny styrenu i (met)akrylanu butylu dozowanej do fazy wodnej złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, bufora, inicjatora wolnorodnikowego, środka sieciującego, którym jest (met)akrylamid i regulatora lepkości, którym jest akrylan sodu, znamienny tym, że do fazy wodnej dodaje się (met)akrylamid w takiej ilości, że jego stosunek wagowy do ilości akrylanu sodu wynosi od 1 : 0,7 do 1 : 1,6, przy czym, w odniesieniu do 100 części wagowych mieszaniny monomerów, łączna ilość (met)akrylamidu i akrylanu sodu zawiera się w granicach 1,4 do 4,0 części wagowych.

Description

(22) Data zgłoszenia: 09.08.2004

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (19) PL (11) 201146 (13) B1 (51) Int.Cl.

C08F 212/08 (2006.01) C08F 220/06 (2006.01) C08F 220/12 (2006.01) C08F 220/56 (2006.01) (54) Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów styrenowo-akrylowych (73) Uprawniony z patentu:

Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników,Toruń,PL SYNTHOS DWORY spółka z ograniczoną odpowiedzialnością,Oświęcim,PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

20.02.2006 BUP 04/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.03.2009 WUP 03/09 (72) Twórca(y) wynalazku:

Marian Starzak,Oświęcim,PL Wanda Sporysz,Oświęcim,PL Piotr Mikołajewicz,Oświęcim,PL Andrzej Grzywa,Oświęcim,PL Andrzej Cebulski,Oświęcim,PL (74) Pełnomocnik:

Jan Michalak (57) Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów styrenowo-akrylowych polegający na emulsyjnej polimeryzacji mieszaniny styrenu i (met)akrylanu butylu dozowanej do fazy wodnej złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, bufora, inicjatora wolnorodnikowego, środka sieciującego, którym jest (met)akrylamid i regulatora lepkości, którym jest akrylan sodu, znamienny tym, że do fazy wodnej dodaje się (met)akrylamid w takiej ilości, że jego stosunek wagowy do ilości akrylanu sodu wynosi od 1 : 0,7 do 1 : 1,6, przy czym, w odniesieniu do 100 części wagowych mieszaniny monomerów, łączna ilość (met)akrylamidu i akrylanu sodu zawiera się w granicach 1,4 do 4,0 części wagowych.

PL 201 146 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów styrenowo-akrylowych, przydatnych zwłaszcza do wytwarzania wyrobów dekoracyjno-ochronnych ogólnego stosowania, takich jak tynki i farby do wymalowań zewnętrznych i wewnętrznych obiektów budowlanych.

Znane sposoby wytwarzania dyspersji do wyżej wymienionych celów na ogół zawierają obok styrenu i alkiloestrów, monomery, nośniki reaktywnych grup karboksylowych i/lub amidowych. Przykłady takich sposobów znane są między innymi z pat. polskich 126 989, 182 021 i zgłoszenia pat. 329 792. Na przykład według polskiego zgłoszenia pat. 329 792 polimeryzację prowadzi się w ten sposób, że styren, akrylan butylu, kwas (met)akrylowy i dodatkowo (met)akrylan laurylu oraz inicjator wolnorodnikowy dozuje się do fazy wodnej zawierającej emulgatory niejonowy i anionowy, bufor, regulator lepkości i środek sieciujący, przy czym 50 - 60% użytego do polimeryzacji inicjatora dodaje się jednorazowo do fazy wodnej, 35 - 45% inicjatora dozuje się po upływie 0,5 - 1,5 godziny po rozpoczęciu dozowania monomerów i kończy równocześnie z zakończeniem dozowania monomerów, po czym pozostały inicjator dodaje się porcjami. Tak otrzymane dyspersje mają zróżnicowaną strukturę cząstek o rozmiarze 110 - 150 nm, określoną sposobem wprowadzania inicjatora w czasie polimeryzacji. Cząstki polimeru łatwo ulegają koalescencji wykazując jednocześnie dużą twardość końcową. Polimeryzacja mieszaniny styrenu i akrylanów znanymi sposobami może powodować tworzenie się w dyspersjach koagulatu w wyniku powstawania cząstek o dużych rozmiarach, rzędu 500 - 1000 nm i więcej, o małej stabilności.

Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów styrenowo-akrylowych, według wynalazku, polegający na emulsyjnej polimeryzacji mieszaniny styrenu i (met)akrylanu butylu dozowanych do fazy wodnej o temperaturze 78 - 79°C złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, buforu, inicjatora wolnorodnikowego, środka sieciującego, którym jest (met)akrvlamid i regulatora lepkości, którym jest akrylan sodu charakteryzuje się tym. że do fazy wodnej dodaje się (met)akrylamid w takiej ilości, by jego proporcja do akrylanu sodu wyniosła od 1 : 0,7 do 1 : 1,6, korzystnie 1 : 1,33, przy czym, akrylan sodu powstaje w fazie wodnej z kwasu akrylowego i wodorotlenku sodu użytego w nadmiarze. Ponadto w odniesieniu do 100 części wagowych mieszaniny monomerów, łączna ilość (met)akrylamidu i akrylanu sodu zawiera się w granicach 1,4 do 4,0 części wagowych. Po zadozowaniu monomerów polimeryzacje prowadzi się korzystnie w temperaturze 80°C do jej zakończenia.

W sposobie według wynalazku, do sporządzania fazy wodnej najczęściej stosuje się, w częściach wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych monomerów użytych do polimeryzacji: 14 - 17,5 woda odmineralizowana, 2,4 - 3 oksyetylowane alkohole tłuszczowe jako emulgator niejonowy, 0,95 - 1,2 alkilosulfonian sodu jako emulgator anionowy, 0,29 - 0,36 octan sodu jako bufor, 0,59 - 0,75 nadsiarczan potasu jako inicjator, 0,8 - 1,5 (met)akrylarmd jako środek sieciujący, 0,8 - 1,9 akrylan sodu jako regulator lepkości tworzący się w fazie wodnej (in staru nascendi) z kwasu akrylowego i wodorotlenku sodu dodawanego w nadmiarze. Jako monomery stosuje się styren w ilości 40 - 50 części wagowych i odpowiednio 50 - 60 części wagowych akrylami butylu lub metakrylanu butylu.

W sposobie według wynalazku, w miejsce nadsiarczanu potasu można stosować inny inicjator wolnorodnikowy, o zbliżonej skuteczności inicjacji, a także inne niż wymienione akrylany i emulgatory. W miejsce (met)akrylamidu można użyć N-hydroksymetylo(met)akrylamid. W celu regulacji pH po polimeryzacji można stosować dodatek wody amoniakalnej lub aminy organicznej.

Dyspersje otrzymane sposobem według wynalazku zachowują dużą stabilność przy określonej proporcji regulatora lepkości, jakim jest powstający w czasie procesu z (met)akrylanu sodu polimetakrylan sodu do środka sieciującego, którym jest (met)akrylamid.

Dyspersje otrzymane sposobem według wynalazku najczęściej mają cząstki o średnim rozmiarze 400 - 450 nm i szerokim rozkładzie rozmiarów, ich lepkość zawiera się w granicach 2400 - 3000 mPa-s, mają temperaturę zeszklenia polimeru (Tg) w przedziale 11 - 13°C, minimalną temperaturę tworzenia filmu (MTTF) w przedziale 6 - 8°C, tworzą powłoki zachowujące elastyczność w długim okresie użytkowania, dlatego doskonale nadają się do wytwarzania między innymi rynków i farb stosowanych zarówno do wykończeń powierzchni wewnętrznych jak i zewnętrznych narażonych na działanie czynników atmosferycznych.

Wynalazek ilustrują przykłady wykonania.

PL 201 146 B1

P r z y k ł a d I

Do polimeryzatora wprowadza się 15,88 części wagowych wody odmineralizowanej, w której rozpuszczono 2,72 części wagowych oksyetylowanych alkoholi tłuszczowych, 1,05 części alkilosulfonianu sodu, 0,33 części wagowych octanu sodu, 1,6 części wagowych akrylami sodu powstającego przez wprowadzenie do fazy wodnej 1,24 części wagowych kwasu akrylowego i 0,61 części wasowych wodorotlenku sodu oraz 1,2 metakrylamidu w postaci 6-procentowego roztworu wodnego i ustala temperaturę polimeryzacji na 78 - 79°C. Następnie dodaje się 0,66 części nadsiarczanu potasu w postaci 4 procentowego roztworu wodnego i do tak przygotowanej fazy wodnej w czasie 4 godzin, dozuje się 100 części wagowych mieszaniny monomerów o składzie: styren 44,77 części wagowych i akrylan butylu 55,23 części wagowych. Po zakończeniu dozowania monomerów polimeryzację prowadzi się w temperaturze 80°C do jej zakończenia, po czym zawartość polimeryzatora wygrzewa się w tej temperaturze w czasie 2 godzin.

Stosunek metakrylamidu do akrylami sodu wynosi 1 : 1,33.

Otrzymuje się dyspersję o Tg 12°C, MTTF 7°C, zawartości substancji stałej 49,6 procent, lepkości według Brookfielda 2650 mPa-s i średnim rozmiarze cząstek 412 nm.

P r z y k ł a d II

Polimeryzacje prowadzi się jak w przykładzie I. Faza wodna składa się, w częściach wagowych: 14,8 woda odmineralizowana, 2,5 oksyetylowane alkohole tłuszczowe, 0,98 alkilosulfonian sodu, 0,35 octan sodu, 1,8 akrylan sodu, powstały w fazie wodnej z 1,39 kwasu akrylowego i 0,68 wodorotlenku sodu, 1,3 akrylamid w postaci 6-procentowego roztworu wodnego sodu i na końcu dodanego inicjatora w ilości 0,62 części wagowych. Do fazy wodnej dozuje się mieszaninę 42 części wagowych styrenu i 58 części wagowych akrylanu butylu. Stosunek akrylamidu do akrylanu sodu wynosi 1 : 1,38.

Otrzymuje się dyspersję o Tg 11°C, MTTF 6°C, zawartości substancji stałej 50 procent, lepkości według Brookfielda 2800 mPa-s i średnim rozmiarze cząstek 410 nm.

P r z y k ł a d III

Polimeryzację prowadzi się jak w przykładzie I. Faza wodna składa się, w częściach wagowych: 17,2 woda odmineralizowana, 2,9 oksyetylowane alkohole tłuszczowe, 1,15 alkilosulfonian sodu, 0,3 octan sodu, 0,9 N-hydroksymetylometakrylamid w postaci 6-procentowego roztworu wodnego, 0,92 akrylan sodu, powstały w fazie wodnej z 0,71 kwasu akrylowego i 0,35 wodorotlenku sodu i na końcu dodanego inicjatora w ilości 0,7 części wagowych. Do fazy wodnej dozuje się mieszaninę 48 części wagowych styrenu i 52 części wagowych metakrylanu butylu. Stosunek N-hydroksymetylometakrylamid do akrylanu sodu wynosi 1 : 1,02.

Otrzymuje się dyspersję o Tg 12°C, MTTF 8°C, zawartości substancji stałej 48,5 procent, lepkości według Brookfielda 2500 mPa-s i średnim rozmiarze cząstek 440 nm.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów styrenowo-akrylowych polegający na emulsyjnej polimeryzacji mieszaniny styrenu i (met)akrylanu butylu dozowanej do fazy wodnej złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, bufora, inicjatora wolnorodnikowego, środka sieciującego, którym jest (met)akrylamid i regulatora lepkości, którym jest akrylan sodu, znamienny tym, że do fazy wodnej dodaje się (met)akrylamid w takiej ilości, że jego stosunek wagowy do ilości akrylanu sodu wynosi od 1 : 0,7 do 1 : 1,6, przy czym, w odniesieniu do 100 części wagowych mieszaniny monomerów, łączna ilość (met)akrylamidu i akrylanu sodu zawiera się w granicach 1,4 do 4,0 części wagowych.