PL232646B1 - Sposób wytwarzania dyspersji polimerowej o podwyższonej elastyczności z udziałem surowca bioodnawialnego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dyspersji polimerowej o podwyższonej elastyczności z udziałem surowca bioodnawialnego zwłaszcza do produkcji klejów dla przemysłu meblarskiego.

Powszechnie znane są sposoby polimeryzacji emulsyjnej octanu winylu z udziałem nadtlenków, stabilizowane poli(alkoholami winylowymi). Homopolimer octanu winylu charakteryzuje się wysoką wartością temperatury zeszklenia (Tg), która wynosi 28°C, co skutkuje otrzymywaniem kruchej, mało elastycznej spoiny. Polepszenie elastyczności błon dyspersji polioctanowej uzyskiwane jest dzięki dodaniu plastyfikatorów wewnętrznych lub zewnętrznych. Plastyfikatory zewnętrzne nie są wbudowane w łańcuch polimerowy, co może prowadzić do ich emisji do środowiska. W poszukiwaniu rozwiązania tego problemu, przy zachowaniu elastyczność błon dyspersji i minimalnej temperatury tworzenia filmu (MTTF) poniżej 15°C, w opisie europejskim EP2326692 otrzymywany klej oparty na poli(octanie winylu) zawiera m.in. 4% wagowe wysokowrzącego rozpuszczalnika organicznego. Wśród wymienionych rozpuszczalników są m.in.: glikol dietylenowy i jego estry lub etery, Polysolvan O, ftalan dibutylu, ftalan dimetylu, ftalan di(butyloglikolu), ftalan benzylobutylu, benzoesan propyloglikolu, ftalan diizobutylu, estry kwasu benzoesowego, estry kwasu sebacynowego, ftalan diizoksylilu, diglikol, metylodiglikol, diglym, Carbitol, diglikol dietylowy, octan etylodiglikolu, octan butylodiglikolu i inne. W europejskim opisie patentowym EP2057241 polepszenie elastyczności uzyskiwane jest m.in. przez dodatek plastyfikatora zawierającego tereftalan di-n-butylu.

Innym znanym sposobem polepszania właściwości błon dyspersji poli(octanu winylu) jest plasty-fikacja wewnętrzna, czyli kopolimeryzacja z udziałem monomerów o niskim Tg, co wpływa na zwiększenie elastyczności błon dyspersji oraz obniżenie MTTF.

Stosowane monomery, o niższej niż octan winylu temperaturze zeszklenia, to m.in. maleinian dibutylu, akrylan butylu, akrylan 2-etyloheksylu, ester winylowy kwasu neodekanowego Versatic 10. Jest to metoda powszechnie stosowana i przez lata ulepszana, m.in. w opisie patentowym PL175943 mieszaninę monomerów stanowi octan winylu w ilości 50-90% mas. i maleinian dibutylu w ilości 10-50% mas., gdzie na polepszenie właściwości dyspersji wpływa dobór układu buforowego.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku sposób wytwarzania dyspersji polimerowej na bazie poli(octanu winylu) oraz kompozycja dyspersji polimerowej na bazie poli(octanu winylu). Zgodnie z wynalazkiem, kompozycja zawiera wodną dyspersję octanu winylu, wodę zmiękczoną, hydroksyetylocelu-lozę, heksametafosforan sodu, poliakrylan sodu, dyspersję krzemianu sodu w oleju mineralnym, glikol metapropylenowy, mikronizowany węglan wapnia i ewentualnie mieszaniny izotiazolinonu. Sposób wytwarzania kompozycji polega na dodawaniu w trakcie mieszania do kompozycji początkowej wody zawierającej środki zwilżające, zwiększające lepkość, dyspergujące, konserwujące, węglan wapnia i wodną dyspersję octanu winylu.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania dyspersji polimerowej o podwyższonej elastyczności z udziałem surowca bioodnawialnego, polegający na przygotowaniu roztworów, inicjacji, polimeryzacji emulsyjnej prowadzonej w temperaturze od 77 do 81 °C w obecności koloidów ochronnych, emulgatorów niejonowych, inicjatora i buforu, chłodzeniu i filtracji. Charakteryzuje się tym, że wodę deminerali-zowaną w ilości od 45 do 48% mas., przyjmując całość receptury za 100% mas., podgrzewa się od 38 do 40°C, po czym zasypuje poli(alkoholami winylowymi) typu I (lepkość roztworu wodnego 4% od 10 do 30 mPa-s), w ilości od 1,00 do 1,50% mas. i typu II (lepkość roztworu wodnego 4% od 30 do 60 mPa-s) w ilości od 1,00 do 1,50% mas. i dodaje emulgator niejonowy w ilości od 0,10 do 0,20% mas. Powstałą wodę emulsyjną podgrzewa się do temperatury od 68 do 70°C, następnie do zbiornika monomerów wprowadza akrylowany epoksydowany olej sojowy (AESO ang. Acrylate Epoxidized Soybean Oil), w ilości od 7 do 14% mas. oraz octan winylu w ilości od 33 do 40% mas. Całość miesza się przez 2 do 4 godzin z prędkością mieszadła od 25 do 30 obr/min. Do reaktora z wodą emulsyjną dodaje się bufor - trójwodny octan sodu, w ilości od 0,05 do 0,10% mas., następnie do reaktora w temperaturze od 58 do 60°C, wprowadza się w czasie od 10 do 20 minut 13% roztwór kwasu winowego w wodzie demine-ralizowanej, w ilości od 0,15 do 0,25% mas., następnie w temperaturze od 68 do 70°C, dodaje się 5% mas. z mieszaniny monomerów, kolejno dodaje się w ciągu 5 do 10 minut roztwór inicjatora I, stanowiący 9% wodny roztwór nadtlenku wodoru, w ilości od 0,05 do 0,15% mas. i prowadzi proces inicjacji polimeryzacji w temperaturze nieprzekraczającej 80°C. Po ustabilizowaniu temperatury w procesie polimeryzacji dodaje się pozostałą część monomerów w czasie 5 godzin oraz inicjator II, stanowiący 0,3% wodny roztwór nadtlenku wodoru, w ilości od 2,00 do 2,50% mas. w czasie 6 godzin. Następnie całość wygrzewa się w temperaturze od 79 do 81 °C przez 60 minut. W kolejnym kroku chłodzi do temperatury od 55 do 58°C i dodaje roztwór biocydu, w ilości od 0,10 do 0,15% mas. Po schłodzeniu do temperatury 35 do 40°C dyspersję filtruje się, po czym pakuje do opakowań.

Sposób według wynalazku pozwala na otrzymanie dyspersji pozbawionej wysokowrzących rozpuszczalników i standardowych komonomerów. Monomer bioodnawialny w postaci akrylowanego epoksydowanego oleju sojowego (AESO ang. Acrylate Epoxidized Soybean Oil) wpływa korzystnie na elastyczność otrzymywanej błony polimerowej, przy zmniejszonym udziale octanu winylu. W porównaniu z homopolimerem octanu winylu obserwujemy wzrost elastyczności na poziomie 15:25%. Dodatkowo nie jest konieczne stosowanie innych klasycznych komonomerów. Dyspersja według wynalazku będzie charakteryzować się również niską MTTF na poziomie 10:15°C, przy zmniejszonym udziale klasycznych monomerów. Akrylowany epoksydowany olej sojowy stanowi od 15 do 30% mas., mieszaniny monomerów. Dodatkowo użycie epoksydowanego oleju sojowego pozwala na otrzymanie dyspersji bardziej przyjaznej środowisku.

P r z y k ł a d w y k o n a n i a I W przykładzie wykonania sposób wytwarzania dyspersji polimerowej o podwyższonej elastyczności z udziałem surowca bioodnawialnego, polega na przygotowaniu roztworów, inicjacji, polimeryzacji emulsyjnej prowadzonej w temperaturze od 77 do 79°C, w obecności koloidów ochronnych, emulgatorów niejonowych, inicjatora i buforu, chłodzeniu i filtracji. Wodę demineralizowaną wprowadza się do zbiornika w ilości 48,00% mas., przyjmując całość receptury za 100% mas., podgrzewa się do 40°C, po osiągnięciu wymaganej temperatury zasypuje poli(alkoholami winylowymi) typu I (lepkość 4% roztworu wodnego od 10 do 30 mPa-s), w ilości 1,50% mas., i typu II (lepkość 4% roztworu wodnego od 30 do 60 mPa-s), w ilości 1,00% mas., następnie dodaje się emulgator niejonowy, etoksylowany 22 molami tlenku etylenu nienasycony alkohol naturalny C16-C18, w ilości 0,10% mas. Powstałą wodę emulsyjną podgrzewa się do temperatury 68°C. Następnie do zbiornika monomerów wprowadza akrylowany epoksydowany olej sojowy (AESO ang. Acrylate Epoxidized Soybean Oil) w ilości 12% mas. oraz octan winylu w ilości 35% mas. Całość miesza się przez 3 godziny z prędkością mieszadła 25 obr/min. W efekcie powstaje jednorodna mieszanina o jasnożółtym zabarwieniu. Do reaktora z wodą emulsyjną dodaje się bufor - trójwodny octan sodu, w ilości 0,05% mas. i ogrzewa do temperatury 68°C. W temperaturze 58°C wprowadza się do reaktora w czasie 10 min. 13% roztwór wodny kwasu winowego, w ilości 0,15% mas. W temperaturze 68°C dodaje 5% mas. z mieszaniny monomerów, następnie dodaje w ciągu 5 minut roztwór inicjatora I, stanowiący 9% wodny roztwór nadtlenku wodoru, w ilości 0,05% mas. i prowadzi się proces inicjacji polimeryzacji w temperaturze nieprzekraczającej 79°C. Po ustabilizowaniu temperatury w procesie polimeryzacji dodaje pozostałą część monomerów w czasie 5 godzin oraz inicjator II, stanowiący 0,3% wodny roztwór nadtlenku wodoru, w ilości 2,00% mas. w czasie 6 godzin, wygrzewa w temperaturze 79°C przez 60 minut. Następnie reaktor chłodzi się do temperatury 55°C i dodaje roztwór biocydu, stanowiący mieszaninę tetrahydro-1,3,4,6-tetrakis(hydroksymetylo)imi-dazo[4,5-d]imidazol-2,5(1H,3H)-dionu (TMDA), 5-chloro-2-metylo-2H-izotiazol-3-onu (CIT) i formaldehydu, w ilości 0,15% mas. Po schłodzeniu do temperatury 35°C dyspersję filtruje się, po czym pakuje do opakowań.

P r z y k ł a d w y k o n a n i a II W przykładzie wykonania sposób wytwarzania dyspersji polimerowej o podwyższonej elastyczności z udziałem surowca bioodnawialnego, polega na przygotowaniu roztworów, inicjacji, polimeryzacji emulsyjnej prowadzonej w temperaturze od 79 do 81 °C w obecności koloidów ochronnych, emulgatorów niejonowych, inicjatora i buforu, chłodzeniu i filtracji. Wodę demineralizowaną wprowadza się do zbiornika w ilości 47% mas., przyjmując całość receptury za 100% mas., podgrzewa się do 40°C, po osiągnięciu wymaganej temperatury zasypuje poli(alkoholami winylowymi) typu I (lepkość 4% roztworu wodnego od 10 do 30 mPa-s), w ilości 1,20% mas. i typu II (lepkość 4% roztworu wodnego od 30 do 60 mPa-s), w ilości 1,50% mas., następnie dodaje emulgator niejonowy, etoksylowany 22 molami tlenku etylenu nienasycony alkohol naturalny C16-C18, w ilości 0,20% mas. Powstałą wodę emulsyjną podgrzewa się do temperatury 70°C. Następnie do zbiornika monomerów wprowadza się akrylowany epoksydowany olej sojowy (AESO ang. Acrylate Epoxidized Soybean Oil) w ilości 14% mas. oraz octan winylu w ilości 33% mas. Całość miesza się przez 4 godziny z prędkością mieszadła 30 obr/min. W efekcie powstaje jednorodna mieszanina o jasnożółtym zabarwieniu. Do reaktora z wodą emulsyjną dodaje się bufor - trójwodny octan sodu w ilości 0,10% mas. i całość ogrzewa do temperatury 70°C, po czym do reaktora w temperaturze 60°C wprowadza się, w czasie 20 min., 13% roztwór wodny kwasu winowego, w ilości 0,25% mas., następnie w temperaturze 70°C, dodaje się 5% mas. z mieszaniny monomerów. Kolejno dodaje się w ciągu 10 minut roztwór inicjatora I, stanowiący 9% wodny roztwór nadtlenku wodoru w ilości 0,15% mas., i prowadzi proces inicjacji polimeryzacji w temperaturze nieprze-kraczającej 80°C. Po ustabilizowaniu temperatury w procesie polimeryzacji dodaje się pozostałą część monomerów w czasie 5 godzin oraz inicjator II, stanowiący 0,3% wodny roztwór nadtlenku wodoru, w ilości 2,50% mas. w czasie 6 godzin. Następnie całość wygrzewa się w temperaturze 81°C przez 60 minut. Następnie chłodzi do temperatury 58°C i dodaje roztwór biocydu stanowiący mieszaninę te-trahydro-1,3,4,6-tetrakis(hydroksymetylo)imidazo[4,5-d]imidazol-2,5(1 H,3H)-dionu (TMDA), 5-chloro-2--metylo-2H-izotiazol-3-onu (CIT) i formaldehydu, 0,10% mas. Po schłodzeniu do temperatury poniżej 40°C dyspersję filtruje się, po czym pakuje do opakowań.

Claims (2)

1. Zastrzeżenie patentowe
2. 1. Sposób wytwarzania dyspersji polimerowej o podwyższonej elastyczności z udziałem surowca bioodnawialnego, polegający na przygotowaniu roztworów, inicjacji, polimeryzacji emulsyjnej prowadzonej w temperaturze od 77 do 81 °C w obecności koloidów ochronnych, emulgatorów niejonowych, inicjatora i buforu, chłodzeniu i filtracji, znamienny tym, że wodę demineralizo-waną w ilości od 45 do 48% masowych, przyjmując całość receptury za 100% masowych podgrzewa się od 38 do 40°C, po czym zasypuje polialkoholami winylowymi) typu I (lepkość 4% roztworu wodnego od 10 do 30 mPa-s), w ilości od 1,00 do 1,50% masowego typu II (lepkość 4% roztworu wodnego od 30 do 60 mPa-s), w ilości od 1,00 do 1,50% masowego, kolejno dodaje emulgator niejonowy, w ilości od 0,10 do 0,20% masowego, przy czym powstałą wodę emulsyjną podgrzewa się do temperatury od 68 do 70°C, następnie do zbiornika monomerów wprowadza się akrylowany epoksydowany olej sojowy w ilości od 7 do 14% masowych oraz octan winylu w ilości od 33 do 40% masowych całość miesza się przez 2 do 4 godzin z prędkością mieszadła od 25 do 30 obr/min., do reaktora z wodą emulsyjną dodaje bufor - trójwodny octan sodu w ilości od 0,05 do 0,10% masowego i ogrzewa do temperatury od 68 do 70°C, po czym do reaktora w temperaturze od 58 do 60°C wprowadza się w czasie od 10 do 20 minut roztwór kwasu winowego w ilości od 0,15 do 0,25% masowego, w temperaturze od 68 do 70°C, dodaje 5% masowych z mieszaniny monomerów, następnie dodaje w ciągu 5 do 1 0 minut roztwór inicjatora I, stanowiący wodny roztwór nadtlenku wodoru, w ilości od 0,05 do 0,15% masowego i prowadzi proces inicjacji polimeryzacji w temperaturze nieprzekraczającej 80°C, zaś po ustabilizowaniu temperatury w procesie polimeryzacji dodaje pozostałą część monomerów w czasie 5 godzin oraz inicjator II, stanowiący wodny roztwór nadtlenku wodoru, w ilości od 2,00 do 2,50% masowego w czasie 6 godzin, w kolejnym kroku całość wygrzewa się w temperaturze od 79 do 81°C przez 60 minut, następnie chłodzi do temperatury 55 do 58°C i dodaje roztwór biocydu, w ilości od 0,10 do 0,15% masowego, po schłodzeniu do temperatury 40°C dyspersję filtruje, po czym pakuje do opakowań.