WO2000040627A1 - Polymerdispersionen - Google Patents

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WO2000040627A1
WO2000040627A1 PCT/EP2000/000091 EP0000091W WO0040627A1 WO 2000040627 A1 WO2000040627 A1 WO 2000040627A1 EP 0000091 W EP0000091 W EP 0000091W WO 0040627 A1 WO0040627 A1 WO 0040627A1
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polyelectrolyte
polymer dispersion
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polymer
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PCT/EP2000/000091
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Stefan Dreher
Bernd Reck
Michael Seufert
Christian Pfaff
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D125/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D125/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C09D125/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C09D125/06—Polystyrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J125/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J125/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C09J125/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C09J125/06—Polystyrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/50—Aqueous dispersion, e.g. containing polymers with a glass transition temperature (Tg) above 20°C
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    • C08L2666/00—Composition of polymers characterized by a further compound in the blend, being organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials, non-macromolecular organic substances, inorganic substances or characterized by their function in the composition
    • C08L2666/02—Organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials
    • C08L2666/04—Macromolecular compounds according to groups C08L7/00 - C08L49/00, or C08L55/00 - C08L57/00; Derivatives thereof

Definitions

  • the present invention relates to a polymer dispersion which contains polymer particles of units of ethylenically unsaturated monomers dispersed in an aqueous medium, a process for its preparation and its use as binders for various purposes.
  • Polymer dispersions are generally stabilized using ionic surfactants (see R.J. Hunter "The zeta potential in colloidal science", Academic Press (1981) London). Suitable compounds for this are e.g. Alkyl sulfates, alkyl sulfonates and alkyl phosphonates and alkyl aryl sulfonates. The ethoxylated derivatives of these classes of substances are also frequently used.
  • water-soluble polymers so-called protective colloids, are also used as stabilizers for polymer dispersions (see D. N. "Polymeric stabilization of colloidal dispersions", Academic Press (1983) London).
  • O-92/00335 describes the use of polyvinyl alcohol for stabilizing (meth) acrylate copolymer dispersions, using 1-5% by weight of protective coloid, based on the amount of monomer. To increase the latex stability, small amounts of ionic or non-ionic surfactants are added to the polyvinyl alcohol-stabilized dispersions.
  • DE-A-3111602 describes styrene-acrylate copolymer dispersions which also contain polyvinyl alcohol as a protective colloid.
  • Latices that are stabilized with ionic surfactants are also unstable at high ionic strengths, for example after the addition of concentrated electrolyte solutions.
  • polymer dispersions which have a different stability behavior are desired for a number of processes. For example, when binding fibrous materials, such as wood, glass, textile or natural fibers, a latex would be advantageous, which can be precipitated by simple dilution with water, but at the same time shows high shear and electrolyte stability.
  • precipitants generally have to be added. be set.
  • EP-A-123234 describes the use of anion-stabilized styrene latexes for binding mineral fiber moldings using, for example, aluminum sulfate solutions as precipitants.
  • EP-A-735061 describes cation-stabilized polymer dispersions which can be used as binding agents for binding fibrous materials using borax solution.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a polymer dispersion which can be coagulated by simple dilution with water and at the same time exhibits high shear and electrolyte stability.
  • this object is achieved by a polymer dispersion which contains polymer particles dispersed in an aqueous medium from units of ethylenically unsaturated monomers, a water-soluble polymeric polyelectrolyte which bears a large number of ionic groups of uniform charge character or groups which can be ionized for this purpose along a polymeric framework, and contains an ionic surfactant carries an ionic group with a charge character opposite to the polymeric polyelectrolyte or a group that can be ionized for this purpose.
  • Ionic groups of uniform charge character mean groups which carry either one or more negative charges or one or more positive charges, only one group of each charge type occurring in one molecule of the polyelectrolyte.
  • groups ionizable to ionic groups denotes uncharged groups which are easily dissolved in aqueous solution, e.g. by protonation or deprotonation, can be converted into ionic groups.
  • anionic polyelectrolyte denotes a polymeric compound which carries negatively charged groups and / or groups which can be ionized to negatively charged groups.
  • “Cationic polyelectrolyte” denotes a polymeric compound which carries positively charged groups and / or groups which can be ionized to form positively charged groups.
  • “cationic surfactant” means a surface active molecule that carries a positively charged group or one that is ionizable to such a group.
  • compositions according to the invention can also contain nonionic surfactants, for example in an amount from 1-50% by weight, preferably less than 30% by weight, based on the ionic surfactant.
  • compositions according to the invention can be obtained by radical polymerization of at least one ethylenically unsaturated monomer in the presence of the water-soluble polymeric electrolyte and the ionic surfactant.
  • the invention also relates to a process for the preparation of a polymer dispersion, in which, in an aqueous medium, at least one ethylenically unsaturated monomer in the presence of a combination of a polymeric polyelectrolyte which carries a large number of ionic groups of uniform charge character or groups which can be ionized along a polymeric structure. and an ionic surfactant which carries an ionic group with a charge character opposite to the polymeric polyelectrolyte or a group which can be ionized thereon, is radically polymerized.
  • the polymerization of the ethylenically unsaturated monomer takes place in the presence of both the polymeric polyelectrolyte and the oppositely charged surfactant. If only the polyelectrolyte or the ionic surfactant is introduced during the polymerization and an oppositely charged surfactant or polyelectrolyte is added after the end of the polymerization, the polymer dispersion may coagulate.
  • the mixture of polyelectrolyte and oppositely charged surfactant must be soluble in the aqueous medium and should not form any water-insoluble constituents, such as coacervates. It is preferred that the polyelectrolyte has a number-average degree of polymerization of less than 2000, in particular less than 1000. The lower limit of the degree of polymerization of the polyelectrolyte is generally 10, preferably 20.
  • the polyelectrolyte used according to the invention has either an anionic or a cationic charge character.
  • Preferred anionic polyelectrolytes are those polymers which are composed of units of ethylenically unsaturated monomers and 20-100% by weight, preferably 50 to 100, particularly preferably 80 to 100% by weight, based on the total monomer units, of one or more monomers included, which are selected under
  • ethylenically unsaturated C 3 -C 1 -monocarboxylic acids their alkali metal salts and / or ammonium salts, for example acrylic acid, methacrylic acid, dimethylacrylic acid, ethyl acrylic acid, allylacetic acid or vinyl acetic acid; ethylenically unsaturated C 4 -C 8 dicarboxylic acids, their half esters, anhydrides, alkali metal salts and / or ammonium salts, for example maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, mesaconic acid, methylene malonic acid, citraconic acid.
  • alkali metal salts and / or ammonium salts for example acrylic acid, fumaric acid, itaconic acid, mesaconic acid, methylene malonic acid, citraconic acid.
  • Anionic polyelectrolytes can also be obtained starting from ethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acid anhydrides, optionally in a mixture with the carboxylic acids mentioned.
  • the anhydride functions are converted into carboxylic acid groups under the polymerization conditions, for example in the case of solution or emulsion polymerization in an aqueous medium, or following the polymerization by reaction with an acid or base.
  • Useful ethylenically unsaturated carboxylic anhydrides are, in particular, maleic anhydride, itaconic anhydride or methylmalonic anhydride;
  • ethylenically unsaturated sulfonic acids e.g. Allylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, methailylsulfonic acid, vinylsulfonic acid, 3-sulfopropyl acrylate or 3-sulfopropyl methacrylate;
  • ethylenically unsaturated sulfuric acid semi-esters such as vinyl sulfate
  • ethylenically unsaturated phosphonic acids e.g. Vinylphosphonic acid, allylphosphonic acid or acrylamidomethylpropanephosphonic acid.
  • Up to 80% by weight, preferably up to 50% by weight, particularly preferably up to 20% by weight, of the monomer units of the polyelectrolyte can consist of one or more non-ionic or non-ionizable monomers which are selected from C 1 -C 2 -alkyl or hydroxyalkyl esters of ethylenically unsaturated C -C ⁇ o-monocarboxylic acids or C -Cs-dicarboxylic acids, for example methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate,
  • linear, branched or cyclic olefins and diolefins e.g. Ethene, propene, butene, butadiene, 1-pentene, cyclopentene, 1-hexene, 1-heptene, styrene or its derivatives, such as ⁇ -methylstyrene, indene, dicyclopentadiene or higher ole
  • the anionic polyelectrolytes can be used in the acid form or in partially neutralized or completely neutralized form.
  • Bases such as alkali or alkaline earth metal hydroxides such as NaOH or KOH, ammonia, higher aliphatic and aromatic amines, alkanolamines are suitable for neutralization.
  • anionically modified polysaccharides such as carboxymethyl cellulose or dextran sulfate or salts thereof are suitable as anionic polyelectrolytes.
  • Particularly useful anionic polyelectrolytes are copolymers of maleic acid and acrylic acid.
  • cationic polyelectrolytes preference is given to those polymers which are composed of units of ethylenically unsaturated monomers and 20-100% by weight, preferably 50 to 100% by weight, particularly preferably 80 to 100% by weight, based on the contain entire monomer units, units of one or more monomers which are selected from quaternary ammonium groups or protonatable amino groups-bearing ethylenically unsaturated monomers.
  • Quaternary ammonium groups are understood to mean ammonium ions which have four radicals other than H on the nitrogen atom.
  • “Protonatable amino groups” refer to protonatable or quaternizable amines with 1 to 3 residues on the nitrogen atom other than H.
  • Quaternary ammonium group-bearing ethylenically unsaturated monomers can be obtained by reacting the corresponding monomers containing amino groups with quaternizing agents.
  • Suitable quaternizing agents are customary alkylating agents, for example dimethyl sulfate, diethyl sulfate, methyl chloride, ethyl chloride or benzyl chloride.
  • Ethylenically unsaturated monomers with protonatable amine groups are, for example, amino-C 6 -C 6 -alkyl (meth) acrylates or vinyl- or allyl-substituted nitrogen-containing heteroaromatics.
  • Examples include dimethylaminoethyl acrylate hydrochloride, diallyldimethylammonium chloride, List dimethylaminoethyl acrylate methosulfate, dimethylaminopropyl methacrylamide methochloride, dimethylaminopropyl methacrylamide methosulfate, vinyl pyridinium salts or 1-vinylimidazolium salts.
  • Up to 80% by weight, preferably up to 50% by weight, particularly preferably up to 20% by weight, of the monomer units of the cationic polyelectrolyte can consist of the above-mentioned nonionic or non-ionizable monomers.
  • the cationic polyelectrolytes if they carry protonatable amino groups, can be used in base form or in partially or completely protonated form.
  • mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid are suitable for protonation.
  • the polyelectrolytes are expediently prepared by radical-initiated polymerization, in particular solution polymerization.
  • the implementation of the polymerization and auxiliaries are described below in connection with the preparation of the dispersed polymer particles.
  • composition according to the invention further contains a surfactant which carries a charge opposite to the polyelectrolyte.
  • Suitable anionic surfactants are e.g. Alkyl sulfates such as the fatty alcohol sulfates;
  • Alkyl sulfonates such as the paraffin sulfonates; Alkenyl sulfonates;
  • Alkylarylsulfonates such as alkylbenzenesulfonates
  • Alkylaryl phosphates Alkyl, alkenyl or alkylaryl phosphonates;
  • Methyl carboxylates of ethoxylated alkyl alcohols such as the fatty alcohol polyglycol ether methyl carboxylates; C 6 -C 22 carboxylic acids.
  • alkyl or alkenyl represents Cg-C 22 -, preferably C 1 -C -alkyl or alkenyl.
  • the degree of ethoxylation is 1 to 100, preferably 2 to 50 EO units.
  • Preferred anionic surfactants are ethoxylated alkyl sulfates or sulfonates and ethoxylated alkyl aryl sulfates or sulfonates.
  • the anionic surfactants can be in the form of the alkali metal salts, preferably the sodium or potassium salt, or in the form of ammonium salts and as soluble salts of organic bases, such as mono-, di- or triethanol or other substituted amines, such as triethylamine, pyridine, piperidine or morpholine , are available.
  • Cationic surfactants which can be used are those which contain quaternary ammonium groups or protonatable amino groups.
  • Preferred cationic surfactants are quaternary ammonium salts or amines or their protonated forms, each comprising at least one hydrocarbon chain of at least 6 carbon atoms.
  • the hydrocarbon chain can e.g. have up to 40 carbon atoms. It can be saturated or mono- or polyunsaturated.
  • R m is Cg-C 2 -alkyl, Cg-C 22 -alkenyl, aryl-Cs-C 2 -alkyl or aryl-C 6 -C 22 -alkenyl, where the alkenyl radical can have 1 to 3 double bonds ,
  • R v , R w , R x , R y and R z which can be the same or different, for - (CHRCH 2 -0- n H f where R is H or CH 3 and n is 1 to 25, or C ⁇ -C 4 alkyl or C 5 -C cycloalkyl, which is optionally substituted by one or more hydroxyl groups, or have the meanings given for R m , or R x and R y together with the nitrogen atom to which they are bonded form a saturated 5- to 8-membered ring which may optionally have further heteroatoms selected from O, N and S, or R x , R y and R z together with the nitrogen atom to which they are attached, represent a 5- to 8-membered aromatic ring;
  • R n is -C -alkylene, preferably propylene;
  • X represents an anion, for example a halide, such as Cl " or Br ⁇ , or sulfate, nitrate; methyl sulfate, ethyl sulfate; and
  • p can have the values 0 or 1.
  • Aryl is preferably phenyl.
  • Suitable are e.g. C ⁇ -Ci ⁇ -alkyltrimethylammonium chloride or bromide, ditallow dimethylammonium chloride or
  • Laurylbenzyldimethylammonium chloride Laurylbenzyldimethylammonium chloride.
  • R m has the meaning given above
  • R, R b and R c which may be the same or different, are H, - (CHRCH 2 -0 -) - nH ⁇ where R is H or CH 3 and n is 1 to 25, or C ⁇ -C - Alkyl or C 5 -C 7 cycloalkyl, which is optionally substituted by one or more hydroxyl groups, or have the meanings given for R m , or R a and R b together with the nitrogen atom to which they are attached, a saturated 5th - Form to 8-membered ring, which may optionally have further heteroatoms selected from O, N and S, R n is C ⁇ -C alkylene, preferably propylene; and p can have the values 0 or 1.
  • Cg-Cig mono- or dialkylamines e.g. Mono or dioleyl, coco or taig fat or synthetic C ⁇ -Ci ⁇ mono or dialkylamines.
  • Ethoxylated or propoxylated derivatives of these compounds are also suitable. Examples of such substances are commercial products sold under the names NORAMOX and DINORAMOX (from ELF-ATOCHEM) and LUTENSOL FA (from BASF AG).
  • the amines can be modified by mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, strong organic acids such as chloroacetic acid or polymeric acids e.g. Polyacrylic acid or its copolymers are protonated.
  • compositions of the invention may optionally also contain a nonionic surfactant.
  • Suitable representatives of this class are, for example, polyalkylene oxide adducts, such as Ethylene oxide-propylene oxide block copolymers, fatty acid esters of polyhydroxy compounds, for example sorbitan alkyl esters, glyceralkyl esters, fatty acid alkylolamidooxethylates and addition products of 3-40 mol, preferably 4-20 mol, ethylene oxide with fatty alcohols, alkylphenols, fatty acids, fatty amines, fatty acid amides, or alkanesulfonamides.
  • Nonionic surfactants of the amine oxide or sulfoxide type are also suitable.
  • Particularly stable polymer dispersions are obtained if the ionic surfactant and - if present - the non-ionic surfactant are ethoxylated surfactants.
  • the degree of ethoxylation is preferably 2 to 50.
  • preference is given to ethoxylated alkyl, alkenyl or alkylarylsulfonates and sulfates and ethoxylated Cg-C ⁇ g mono- or dialkylamines.
  • compositions according to the invention contain polymer particles composed of units of ethylenically unsaturated monomers dispersed in an aqueous medium. All free-radically polymerizable monomers can be used to produce them.
  • the polymer is composed of: 60-100% by weight, preferably 80-100% by weight, based on the total weight of the monomers, of an ethylenically unsaturated monomer without functional groups (main monomer) and 0-40% by weight. %, preferably 0-20% by weight, of at least one functional group-containing monomer (co-monomer).
  • the main monomer is preferably selected from esters from ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated mono- or dicarboxylic acids, preferably having 3-6 C atoms, such as acrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid with C ⁇ -C ⁇ 2 -, preferably C ⁇ -Cg- and in particular C ⁇ -Cs alkanols.
  • esters are in particular methyl, ethyl, n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, n-pentyl, iso-pentyl and 2-ethylhexyl acrylate and methacrylate; vinyl aromatic compounds such as styrene, ⁇ -methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes; Vinyl esters of C ⁇ -C ⁇ g mono- or dicarboxylic acids, such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl n-butyrate, vinyl laurate and vinyl stearate; Butadiene, propene and ethene.
  • Particularly preferred main monomers are styrene, methyl methacrylate, n-butyl acrylate, ethyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, butadiene and vinyl acetate.
  • Suitable comonomers are in particular: ⁇ , ⁇ -unsaturated mono- or dicarboxylic acids and their salts or anhydrides such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride and itaconic acid; linear 1-olefins, branched-chain 1-olefins or cyclic olefins, such as butene, isobutene, pentene, cyclopentene, Witches or cyclohexene.
  • oligo-olefins with a terminal double bond such as, for example, oligopropene or oligohexene, prepared using metallocene catalysis are also suitable; Acrylonitrile, methacrylonitrile; Vinyl and allyl alkyl ethers with 1-40 carbon atoms in the alkyl radical, where the alkyl radical can also carry further substituents such as a hydroxyl group, an amino or diamino group or one or more alkoxylate groups, such as, for example, methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, propyl vinyl ether and 2- Ethylhexyl vinyl ether; Acrylamides and alkyl-substituted acrylamides, such as acrylamide, methacrylamide,
  • N, N-dimethylacrylamide and N-methylolmethacrylamide monomers containing sulfone groups, e.g. Allylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, vinylsulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid or their corresponding alkali or ammonium salts; C ⁇ -C hydroxyalkyl esters of
  • C 3 -C 6 mono- or dicarboxylic acids in particular acrylic acid, methacrylic acid or maleic acid, or their derivatives or esters alkoxylated with 2-50 mol ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or mixtures thereof or with 2-50 mol ethylene oxide, Propylene oxide, butylene oxide or mixtures thereof alkoxylated C ⁇ -C ⁇ g alcohols with the acids mentioned, such as, for example, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate or methyl polyglycol methacrylate; Vinylphosphonic acid, dimethyl vinylphosphonate and other phosphorus-containing monomers; Alkylaminoalkyl (meth) acrylates or alkylamino (meth) acrylamides or their quaternization products, such as 2- (N, N-dimethylamino) ethyl methacrylate or 2- (, N, -trimethylammonium) eth
  • Trimethoxysilylpropyl methacrylate Monomers containing glycidyl groups, e.g. Glycidyl methacrylate.
  • Particularly preferred comonomers are acrylic acid, methacrylic acid, acrylonitrile, acrylamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate and glycidyl methacrylate.
  • the polyelectrolytes and the ionic surfactant are preferably used in a weight ratio on a solid basis of 20: 1 to 1: 1, in particular 10: 1 to 2: 1.
  • the number average polymer Degree of risk of the polyelectrolyte is preferably ⁇ 2000, in particular ⁇ 1000. It is generally greater than 10.
  • the weight ratio of polyelectrolyte to polymer particles is preferably 5: 1 to 1:10, in particular 1: 1 to 1: 3. If a non-ionic surfactant is also used, it is preferably used in an amount of 1-50% by weight, based on the ionic surfactant, in particular less than 30% by weight.
  • this generally contains about 5 to 40% by weight of polyelectrolyte and 2.5 to 15% by weight of ionic surfactant.
  • the polymer dispersion according to the invention is preferably prepared by aqueous emulsion polymerization, batch, semi-continuous or continuous operation being possible. It has proven to be advantageous to initially introduce the polymeric polyelectrolyte and the ionic surfactant at least partially, in particular essentially completely, and to add the monomers in bulk or in dissolved or emulsified form for the preparation of the polymer particles. Preferred is the addition as a monomer emulsion, which by a portion of the ionic surfactant, e.g. 5-50 wt .-% of the total amount, or is stabilized by the optional non-ionic surfactant.
  • the polymerization is preferably carried out in the presence of radical-forming compounds (initiators). These compounds preferably require 0.05-10, particularly preferably 0.2-5% by weight, based on the monomers used in the polymerization.
  • Suitable polymerization initiators are, for example, peroxides, hydroperoxides, peroxodisulfates, percarbonates, peroxoesters, hydrogen peroxide and azo compounds.
  • initiators which can be water-soluble or water-insoluble are hydrogen peroxide, dibenzoyl peroxide, dicyclohexylperoxodicarbonate, dilauroyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, di-tert-butyl peroxide,
  • the initiators can be used alone or in a mixture with one another, e.g. Mixtures of hydrogen peroxide and sodium peroxodisulfate. Water-soluble initiators are preferably used for the polymerization in aqueous medium.
  • regulators can be used for this, such as, for example, compounds containing organic SH groups, such as 2-mercaptoethanol, 2-mercaptopropanol, mercaptoacetic acid, tert-butyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan and tert-dodecyl mercaptan,
  • organic SH groups such as 2-mercaptoethanol, 2-mercaptopropanol, mercaptoacetic acid, tert-butyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan and tert-dodecyl mercaptan
  • Hydroxylammonium salts such as hydroxylammonium sulfate, formic acid, sodium bisulfite or isopropanol.
  • the polymerization regulators are generally used in amounts of 0.05-5% by weight, based on the monomers.
  • crosslinking agents are compounds with two or more ethylenically unsaturated groups, such as diacrylates or dimethacrylates of at least dihydric saturated alcohols, such as, for example.
  • Ethylene glycol diacrylate
  • Neopentyl glycol dimethacrylate, 3-methylpentanediol diacrylate and 3-methylpentanediol dimethacrylate The acrylic acid and methacrylic acid esters of alcohols with more than two OH groups can also be used as crosslinking agents, e.g. Trimethylolpropane triacrylate or trimethylolpropane trimethacrylate.
  • Another class of crosslinkers are diacrylates or dimethacrylates of polyethylene glycols or polypropylene glycols with molecular weights of 200-9000 each.
  • block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide or copolymers of ethylene oxide and propylene oxide which contain the ethylene oxide and propylene oxide units in a statistically distributed manner can also be used.
  • the oligomers of ethylene oxide or propylene oxide are also suitable for the production of the crosslinking agents, for example. Diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacryla, Tetraethylene glycol diacrylate and / or tetraethylene glycol dimethacrylate.
  • crosslinking agents are vinyl acrylate, vinyl methacrylate, vinyl itaconate, adipic acid divinyl ester, butanediol divinyl ether, trimethylol propane trivinyl ether, allyla acrylate, allyl methacrylate, pentaerythritol triallyl ether, triallylsaccharose, pentaalallysaccharide, methylenediaminophenyl methylene, methylenediaminophenyl methacrylate, methylenediaminophenol
  • Triallyl cyanurate, tetraallylsilane, tetravinylsilane and bis- or polyacrylsiloxanes (eg Tegomere ® from Th. Goldschmidt AG).
  • the crosslinkers are preferably used in amounts of 10 ppm to 5% by weight, based on the monomers to be polymerized.
  • the polymer dispersion is generally prepared in water as the dispersing medium.
  • water-miscible organic solvents such as alcohols and ketones, for example methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, acetone or methyl ethyl ketone, can also be present in a proportion of up to about 30% by volume.
  • a stable, finely divided polymer dispersion is formed.
  • the particle sizes can be determined by the methods customary for aqueous emulsion polymers. For example, the particle sizes determined by means of quasi-elastic light scattering are generally in the range from 30-1500 nm, preferably 40-500 nm.
  • the particle size distribution can be monomodal or polymodal.
  • the dispersed polymer particles generally have a weight-average molecular weight of 1000 to 5,000,000, preferably 5,000 to 2,000,000.
  • compositions according to the invention generally have a non-volatile content (solids content) in the range from 20-70% by weight, in particular 25-55% by weight.
  • the viscosity of the composition according to the invention (with a solids content of 40% by weight) is in the range from 10-3000 mPas, measured with a rotary viscometer in accordance with DIN 53019 at 23 ° C. and a shear rate of 250 s _1 . Viscosities of 20-2000 mPas, in particular 20-1000 mPas, are preferred.
  • the polymer dispersions according to the invention are notable for high shear and electrolyte stability.
  • the dispersed polymer particles can generally be precipitated (coagulated) by simply diluting the polymer dispersion with an aqueous medium, such as water.
  • the aqueous medium preferably contains no conventional precipitants, such as polyvalent metal ions, for example Al 3+ .
  • the polymer dispersion is generally diluted with 2 to 10 times the volume of aqueous medium.
  • the polymer dispersions according to the invention lead to a coherent film which has high mechanical strength and high water resistance.
  • Subsequent tempering of the films at temperatures of more than 60 ° C, preferably more than 120 ° C, can generally increase the hardness and strength of the material significantly. This increase in hardness can e.g. can be measured by measuring the König pendulum hardness in accordance with DIN 53157.
  • the polymer dispersions according to the invention are particularly suitable as binders for moldings, textile fabrics, adhesives or for coating purposes. They are particularly suitable as thermally curable laminating adhesives. When prepared as a binder for various purposes, the polymer dispersions can also contain other customary auxiliaries.
  • the compositions according to the invention can contain a reaction accelerator (catalyst), but they are preferably present without such a reaction accelerator.
  • Suitable reaction accelerators are e.g. Alkali metal hypophosphites, phosphites, polyphosphates, dihydrogen phosphates, polyphosphoric acid, hypophosphoric acid, phosphoric acid, alkylphosphinic acid or oligomers or polymers of these salts and acids.
  • Strong acids such as e.g. Sulfuric acid or p-toluenesulfonic acid.
  • Polymeric sulfonic acids e.g. Poly (acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid), poly (vinylsulfonic acid), poly (p-styrenesulfonic acid), poly (sulfopropyl methacrylate) and polymeric phosphonic acids such as e.g. Poly (vinylphosphonic acid) and copolymers derived therefrom with the comonomers described above are suitable.
  • organotitanates and organozirconates such as Triethanol titanate, titanium chelate ETAM and tetrabutyl zirconate, e.g. are distributed by the Hüls company.
  • compositions according to the invention can furthermore contain customary additives depending on the intended use.
  • they can contain bactericides or fungicides.
  • they can contain water repellents to increase the water resistance of the treated substrates. Suitable water repellents are common aqueous paraffin dispersions or silicones.
  • the compositions can also contain wetting agents, thickeners, plasticizers, retention agents, pigments and fillers.
  • compositions according to the invention can contain conventional fire protection agents, such as e.g. Contain aluminum silicates, aluminum hydroxides, borates and / or phosphates.
  • conventional fire protection agents such as e.g. Contain aluminum silicates, aluminum hydroxides, borates and / or phosphates.
  • compositions frequently also contain coupling reagents, such as alkoxysilanes, for example 3-aminopropyltriethoxysilane, soluble or emulsifiable oils as lubricants and dust binders, and wetting aids.
  • coupling reagents such as alkoxysilanes, for example 3-aminopropyltriethoxysilane, soluble or emulsifiable oils as lubricants and dust binders, and wetting aids.
  • compositions according to the invention can contain customary auxiliaries in coating and impregnation technology.
  • these are finely divided inert fillers, such as aluminum silicates, quartz, precipitated or pyrogenic silica, light and heavy spar, talc, dolomite or calcium carbonate; coloring pigments, such as titanium white, zinc white, iron oxide black, etc., foam inhibitors, such as modified dimethylpolysiloxanes, and adhesion promoters and preservatives.
  • compositions according to the invention can also be used in a mixture with other binders, such as, for example, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins or phenol-formaldehyde resins, and with epoxy resins.
  • binders such as, for example, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins or phenol-formaldehyde resins, and with epoxy resins.
  • the invention further relates to a method for producing two- or three-dimensional structures, in which a polymer dispersion is brought into contact with a particulate or fibrous substrate and is subjected to a curing step.
  • the invention relates in particular to a method for producing two- or three-dimensional structures, in which a polymer dispersion according to the invention, a particulate or fibrous substrate and an aqueous phase are brought into contact with one another, the polymer particles being coagulated, excess aqueous phase being removed if necessary and the mixture of substrate and coagulated polymer particles is subjected to a curing step.
  • Tap water is particularly suitable as the aqueous phase.
  • the contacting of dispersions, substrate and aqueous phase can take place, for example, by adding a polymer dispersion according to the invention to an aqueous slurry or suspension of the substrate.
  • substrate slurries or suspensions Pensions are found in various industrial processes, such as pulp pulps in paper manufacture or slurries of wood fibers in particle board manufacture.
  • Excess water phase is removed e.g. by pressing, e.g. via a fourdrinier screen, membrane presses, etc.
  • the substrate can first be mixed with a polymer dispersion according to the invention and the mixture can be mixed with an aqueous phase.
  • the curing step is preferably carried out by heating.
  • the water contained in the composition evaporates and the composition hardens.
  • hardening means the chemical change in the composition, e.g. networking by forming covalent bonds between the various constituents of the compositions, formation of ionic interactions and clusters, formation of hydrogen bonds.
  • physical changes in the binder can take place during the curing, e.g. Phase conversions or phase inversion.
  • the curing temperatures are between 75 and 250 ° C, preferably between 90 and 200 ° C, particularly preferably between 100 and 180 ° C.
  • the duration and the temperature of the heating influence the degree of hardening.
  • the curing can also take place in two or more stages. For example, in a first step, the curing temperature and time are selected so that only a low degree of curing is achieved and largely complete curing takes place in a second step. This second step can take place spatially and temporally separately from the first step. This enables, for example, the use of the compositions according to the invention for the production of semi-finished products impregnated with binder, which can be deformed and hardened elsewhere.
  • Fibers, chips or chips can be considered as particulate or fibrous substrates. This can be from renewable raw materials or synthetic or natural fibers, e.g. from clothing waste. Sisal, jute, flax, coconut fibers, Ke- called naf, banana fibers, hemp and cork. Wood fibers or wood chips are particularly preferred.
  • the moldings preferably have a density of 0.2-1.4 g / cm 3 at 23 ° C.
  • plates and molded parts with an irregular contour can be considered as shaped bodies.
  • Their thickness is generally at least 1 mm, preferably at least 2 mm, and their surface area is typically 200 to 200,000 cm 2 .
  • automotive interior parts such as door linings, dashboards, parcel shelves, come into consideration.
  • the amount by weight of the binder used is generally 0.5-50% by weight, preferably 1-40% by weight (binder solid), based on the substrate (fibers, chips or chips).
  • the mixture of fibers, chips and chips and the binder can e.g. pre-dried at temperatures of 10-150 ° C and then, e.g. at temperatures of 50-250 ° C, preferably 100-240 ° C and particularly preferably 120-225 ° C and pressures of generally 2-1000 bar, preferably 10-750 bar, particularly preferably 20-500 bar to the molded articles .
  • the binders are particularly suitable for the production of wood-based materials such as chipboard and wood fiber boards (see Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th edition 1976, volume 12, pp. 709-727), which are produced by gluing split wood, e.g. Wood chips and wood fibers can be produced.
  • the water resistance of wood-based materials can be increased by adding a commercially available aqueous paraffin dispersion or other hydrophobicizing agent to the binder, or adding these hydrophobicizing agents to the fibers, chips or chips beforehand or afterwards.
  • chipboard is well known and is described for example in H.J. Deppe, K. Ernst Paperback of chipboard technology, 2nd edition, Verlag Leinfelden 1982, described.
  • Chips are preferably used whose average chip size is between 0.1 and 4 mm, in particular 0.2 and 2 mm, and which contain less than 6% by weight of water. However, it is also possible to use significantly coarser chips and those with a higher moisture content.
  • the binder is applied to the wood chips as evenly as possible, the weight ratio of binder to wood chips preferably being 0.02: 1 to 0.3: 1. A uniform distribution can be achieve wisely by spraying the binder in finely divided form onto the chips.
  • the glued wood chips are then spread into a layer with a surface that is as uniform as possible, the thickness of the layer depending on the desired thickness of the finished chipboard.
  • the scattering layer is at a temperature of e.g. 100-250 ° C, preferably from 120-225 ° C by using pressures of usually 10-750 bar pressed to a plate.
  • the pressing times required can vary within a wide range and are generally between 15 seconds and 30 minutes.
  • plastic fibers e.g. Polypropylene, polyethylene, polyester, polyamide or polyacrylonitrile can be used. These plastic fibers can also act as cobinders in addition to the binder according to the invention.
  • the proportion of plastic fibers is preferably less than 50% by weight, in particular less than 30% by weight and very particularly preferably less than 10% by weight, based on all chips, chips or fibers.
  • the fibers can be processed using the method practiced with wood fiber boards.
  • preformed natural fiber mats can also be impregnated with the binders according to the invention, optionally with the addition of a wetting aid.
  • the impregnated mats are then e.g. at temperatures between 100-250 ° C and pressures between 10-100 bar pressed into sheets or molded parts.
  • the substrates impregnated with the binders according to the invention preferably have a residual moisture content of 3-20% by weight, based on the substrate to be bound.
  • the moldings obtained according to the invention have a low water absorption, a low swelling in thickness after storage in water, good strength and are free from formaldehyde.
  • the polymer dispersions according to the invention can furthermore be used for the production of abrasive paper and abrasive articles by the customary production processes carried out with phenolic resin as a binder.
  • a layer of binder is first applied to a suitable backing paper as a base binder (expediently
  • abrasive grit 10 g / m 2 ).
  • the desired amount of abrasive grit is sprinkled into the damp base binder.
  • a Coating layer applied eg 5 g / m 2 ).
  • the paper coated in this way is then tempered for curing (for example for 5 minutes at 170 ° C.).
  • the polymer dispersions according to the invention are also suitable as core sand binders for the production of molds and cores for metal casting by the customary processes. They are also suitable as binders for mold insulation boards and mineral fiber insulation materials.
  • compositions of the invention can be used for coating purposes, e.g. use as a binder for coating and impregnating compositions for boards made of organic and / or inorganic fibers, non-fibrous mineral fillers and starch and / or aqueous polymer dispersions.
  • the coating and impregnation compounds give the panels a high flexural modulus. The manufacture of such plates is known.
  • the components of the composition according to the invention are generally contained in the coating composition in an amount of 1-65% by weight.
  • the proportion of inert fillers is generally 0-85% by weight, the water proportion is at least 10% by weight.
  • compositions are used in the customary manner by application to a substrate, for example by spraying, rolling, pouring or impregnation.
  • the amounts applied, based on the dry content of the composition, are generally 2-100 g / m 2 .
  • compositions according to the invention can also be used as binders for textile fabrics.
  • the binder is applied to a structure of fibers, any excess is removed and the binder is hardened.
  • the fibers are, for example, nonwovens made from cellulose, cellulose acetate, esters and ethers of cellulose, cotton, hemp, animal fibers, such as wool or hair, and in particular nonwovens made from synthetic or inorganic fibers, for example aramid, carbon, polyacrylonitrile, polyester, mineral -, PVC or glass fibers.
  • the compositions according to the invention can contain the following additives, for example: silicates, silicones, boron-containing compounds, lubricants, wetting agents.
  • the binder is preferably in the weight ratio fiber / binder (solid) from 10: 1 to 1: 1, particularly preferably from 6: 1 to 3: 1 on the raw fiber fleece e.g. applied by coating, impregnation, watering.
  • drying is generally carried out preferably at 100-400 ° C., in particular 130-280 ° C., very particularly preferably 130-230 ° C. over a period of preferably 10 seconds to 10 minutes, in particular from 10 seconds to 3 minutes.
  • the bonded nonwoven fabric obtained has a high strength in the dry and wet state.
  • the binders according to the invention allow, in particular, short drying times and also low drying temperatures.
  • the bonded nonwoven fabrics are suitable for use as or in roofing membranes, as substrate materials for wallpapers or as inliners or substrate material for floor coverings, e.g. made of PVC.
  • the bonded nonwovens When used as roofing membranes, the bonded nonwovens are generally coated with bitumen.
  • compositions according to the invention can be used to impregnate paper and then gently dry them according to the known methods, so-called laminates, e.g. for decorative applications.
  • laminates e.g. for decorative applications.
  • these are laminated onto the substrate to be coated under the action of heat and pressure, the conditions being chosen such that the binder cures.
  • the solids content was determined from the weight loss of a sample of 1 g, which was dried for 2 hours at 120 ° C. in a forced-air drying cabinet.
  • the viscosity of the samples was determined with the aid of a rotary viscometer (Rheomat) from Paar Physica at a shear rate of 250 s _1 according to DIN 53109 at 23 ° C.
  • the K value of the polyelectrolytes was measured in 1% aqueous solution analogously to DIN 53726.
  • Example 1 Example 1 :
  • the remaining amount of feed 1 and the remaining amount of feed 2 were then fed in spatially separated at 85 ° C. in the course of 4 hours.
  • the polymer produced in this way contains 39.2% of non-volatile components and has a pH of 4.6.
  • the viscosity of the composition obtained is 589 mPas.
  • Feed 1 200 g of styrene and 150 g of n-butyl methacrylate
  • Feed 2 100 g of fully demineralized water and 5 g of sodium peroxodisulfate
  • the polymer prepared in this way contains 37.5% of non-volatile components and has a pH of 3.7.
  • the viscosity of the composition obtained is 854 mPas.
  • Feed 1 350 g of n-butyl acrylate
  • Feed 2 10 g of tert-butyl hydroperoxide (10% aqueous solution) 5
  • Feed 3 5 g sodium bisulfite (20% aqueous solution) 40 g demineralized water
  • Sokalan CP 12 S 50% by weight aqueous solution of an acrylic acid / maleic acid copolymer, average composition approx. 50:50% by weight AS: MS
  • pH approx. 1.8, average molar mass Mw 3000
  • the polymer thus prepared contains 63.7% of non-volatile components and has a pH of 1.5.
  • Feed 1 500 g styrene 450 g methyl methacrylate 115 500 g 2-hydroxyethyl acrylate
  • Feed 2 80 g of fully demineralized water and 1100 g of sodium peroxodisulfate
  • the polymer thus prepared contains 28.3% non-volatile and has a pH of 3.6.
  • the viscosity of the composition obtained is 272 mPas.
  • Feed 1 60 g styrene 60 g methyl methacrylate
  • Feed 2 60 g of fully demineralized water 2 g of sodium peroxodisulfate
  • Luviquat FC 905 from BASF, 40% by weight aqueous solution of a quaternized vinylimidazole-vinylpyrrolidone copolymer, pH 6.0; K value
  • demineralized water 200 g
  • the polymer produced in this way contains 29.7% of non-volatile components and has a pH of 3.2.
  • the viscosity of the composition obtained is 32 mPas.
  • Feed 1 108 g of methyl methacrylate, 72 g of 2-ethylhexyl acrylate
  • Feed 2 60 g of fully demineralized water and 1.8 g of sodium peroxodisulfate
  • the remaining amount of feed 1 and the remaining amount of feed 2 were then fed in spatially separated at 85 ° C. in the course of 3 h.
  • the polymer prepared in this way contains 36.9% of non-volatile components and has a pH of 2.1.
  • the viscosity of the composition obtained is 398 mPas.
  • Feed 1 125 g of methyl methacrylate, 125 g of n-butyl acrylate and 2.5 g of methacrylic acid
  • Feed 2 100 g of fully demineralized water, 2.5 g of sodium peroxodisulfate
  • Sokalan HP 80 from BASF, 35% by weight aqueous solution of an acrylic acid-methylpolyglycol methacrylate copolymer, pH 7.2; K value 26
  • 80 g of Lipamin OK and 321 g of demineralized water.
  • the reaction mixture is polymerized at 85 ° C. for 10 min.
  • the remaining amount of feed 1 and the remaining amount of feed 2 were then fed in spatially separated at 85 ° C. in the course of 4 hours.
  • the polymer thus prepared contains 29.0% of non-volatile components and has a pH of 6.4.
  • the viscosity of the composition obtained is 28 mPas.
  • Feed 2 80 g of fully demineralized water
  • Wako V 50 (Wako, Azo radical starter)
  • Feed 2 60 g of fully demineralized water 2 g of sodium peroxodisulfate
  • Feed 2 200 g of fully demineralized water and 5 g of sodium peroxodisulfate
  • Feed 1 280 g of n-butyl acrylate and 100 g of methyl methacrylate
  • Feed 2 100 g of fully demineralized water and 4 g of sodium peroxodisulfate
  • Disponil FES 77 and 900 g of fully demineralized water were placed in a 4 1 glass vessel with an anchor stirrer (120 rpm). At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The reaction mixture is polymerized at 85 ° C. for 10 min. The remaining amount of feed 1 and the remaining amount of feed 2 were then fed in spatially separated at 85 ° C. in the course of 4 hours.
  • Feed 2 100 g of fully demineralized water 5.5 g of sodium peroxodisulfate
  • Feed 2 60 g of fully demineralized water 2.2 g of sodium peroxodisulfate
  • Luviquat FC 905 from BASF, 40% by weight aqueous solution of a quaternized vinylimidazole-vinylpyrrolidone copolymer, pH 6.0; K value
  • 200 g of Steinapol NLS from BASF, 15% by weight aqueous solution of sodium lauryl sulfate
  • 303 g of demineralized water A clear turbidity occurred which did not disappear even when the temperature rose.
  • the reaction mixture is polymerized at 85 ° C. for 10 min.
  • the remaining amount of feed 1 and the remaining amount of feed 2 were then fed in spatially separated at 85 ° C. in the course of 4 hours.
  • a latex with a high proportion of coagulum was obtained which was not filterable or processable.
  • Lutensol AT 18 from BASF, 20% by weight aqueous solution of a fatty alcohol ethoxylate, medium
  • Feed 2 100 g of fully demineralized water, 2.0 g of sodium peroxodisulfate
  • Table 1 shows the stability of the dispersions obtained according to the above examples.
  • the test for dilutability was carried out by adding the respective sample dropwise to about 50 g of deionized water at 23 ° C. with stirring. If precipitation or speck formation occurred, the sample is considered unstable to dilution with water.
  • the shear stability was determined by shearing the undiluted samples with Checked using a Dispermat for 10 min at 10,000 rpm. The sample was then spread on a glass slide and examined for coagulate or specks (fine coagulate). If there is a significant increase in coagulate or specks compared to the unsheared sample, the sample is not considered to be shear stable.
  • the electrolyte stability is checked by dropwise addition of the respective sample to about 50 g of aqueous CaCl 2 solution of a defined concentration with stirring at 23 ° C. If coagulation occurs, the electrolyte stability of the sample has been exceeded.
  • Table 1 shows the CaCl 2 concentration at which the respective sample is still stable.
  • composition according to the invention is that the hardness and strength of the film obtained after drying can generally be significantly increased by subsequent tempering at temperatures above 80 ° C., preferably above 120 ° C.
  • This increase in hardness can be measured, for example, by measuring the König pendulum hardness in accordance with DIN 53157.
  • films of approximately 100 mm in thickness were produced from samples of patent examples 1, 4 and 8 on glass substrates by drying at 23 ° C. for several days. The pendulum hardness of these films was untempered and determined after annealing for 10 min at 100 ° C or 160 ° C. A pendulum hardness measuring device from Byk Mallinckrodt GmbH was used.

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Abstract

Beschrieben wird eine Polymerdispersion, enthaltend i) in einem wässrigen Medium dispergierte Polymerpartikel aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere, ii) einen wasserlöslichen polymeren Polyelektrolyten, der entlang eines polymeren Gerüstes eine Vielzahl ionischer Gruppen einheitlichen Ladungscharakters oder hierzu ionisierbarer Gruppen trägt, und iii) ein ionisches Tensid, das eine ionische Gruppe mit zu dem polymeren Polyelektrolyten entgegengesetztem Ladungscharakter oder eine hierzu ionisierbare Gruppe trägt. Die Polymerdispersion kann durch einfaches Verdünnen mit Wasser koaguliert werden.

Description

Polymerdispersionen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymerdispersion, die in einem wässrigen Medium dispergierte Polymerpartikel aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere enthält, ein Verfahren zu ih- rer Herstellung und ihre Verwendung als Bindemittel für verschiedene Zwecke.
Polymerdispersionen werden in der Regel durch Verwendung ionischer Tenside stabilisiert, (s. R.J. Hunter "The zeta potential in colloidal science", Academic Press (1981) London). Geeignete Verbindungen hierzu sind z.B. Alkylsulfate, Alkylsulfonate und Alkylphosphonate sowie Alkylarylsulfonate. Die ethoxylierten Derivate dieser Substanzklassen werden ebenfalls häufig verwendet. Neben Tensiden werden auch wasserlösliche Polymere, sog. Schutz- kolloide, als Stabilisatoren für Polymerdispersionen eingesetzt (s. D.H. Napper "Polymeric stabilization of colloidal disper- sions", Academic Press (1983) London). Die O-92/00335 beschreibt die Verwendung von Polyvinylalkohol zur Stabilisierung von (Meth)acrylat-Copolymer Dispersionen, wobei 1-5 Gew.-% Schutzkol- loid, bezogen auf die Monomermenge, eingesetzt werden. Zur Erhöhung der Latexstabilität werden den Polyvinylalkohol-stabilisier- ten Dispersionen geringe Mengen ionischer oder nicht-ionischer Tenside zugesetzt. In der DE-A-3111602 werden Styrolacrylat-Copo- lyiner-Dispersionen beschrieben, die ebenfalls Polyvinylalkohol als Schutzkolloid enthalten.
Polymerdispersionen, die unter Verwendung von Tensiden oder Schutzkolloiden stabilisiert sind, zeigen ein charakteristisches Stabilitätsverhalten. Bei Verdünnung mit Wasser behalten sie ih- ren kolloidalen Charakter, wohingegen die Einwirkung starker
Scherkräfte oder hoher Temperaturen in der Regel zur Koagulation führt. Latizes, die mit ionischen Tensiden stabilisiert sind, sind außerdem bei hohen Ionenstärken, z.B. nach Zugabe von konzentrierten Elektrolytlösungen, instabil. Für eine Reihe von Ver- fahren sind jedoch Polymerdispersionen erwünscht, die ein abweichendes Stabilitätsverhalten aufweisen. So wäre bei der Bindung von faserigen Materialien, z.B. von Holz-, Glas-, Textil- oder Naturfasern, ein Latex vorteilhaft, der sich durch einfaches Verdünnen mit Wasser ausfällen läßt, gleichzeitig jedoch eine hohe Scher- und Elektrolytstabilität zeigt. Bei Verwendung der oben beschriebenen herkömmlichen Polymerdispersionen zur Bindung der genannten Materialien müssen in der Regel Fällungsmittel einge- setzt werden. Die EP-A-123234 beschreibt die Verwendung von anio- nenstabilisierten Styrollatizes zur Bindung von Mineralfaser- Formkörpern unter Einsatz von z.B. Aluminiumsulfatlösungen als Fällungsmittel. In der EP-A-735061 werden kationenstabilisierte Polymerdispersionen beschrieben, die unter Verwendung von Borax- Lösung als Fällungsmittel zur Bindung von faserigen Materialien eingesetzt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Polymerdispersion bereitzustellen, die durch einfaches Verdünnen mit Wasser koaguliert werden kann und gleichzeitig eine hohe Scher- und Elektrolytstabilität zeigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Polymerdispersion gelöst, die in einem wässrigen Medium dispergierte Polymerpartikel aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere, einen wasserlöslichen polymeren Polyelektrolyten, der entlang eines polymeren Gerüstes eine Vielzahl ionischer Gruppen einheitlichen Ladungscharakters oder hierzu ionisierbarer Gruppen trägt, und ein ionisches Tensid enthält das eine ionische Gruppe mit zu dem polymeren Polyelektrolyten entgegengesetztem Ladungscharakter oder eine hierzu ionisierbare Gruppe trägt.
Unter "ionischen Gruppen einheitlichen Ladungscharakters" werden Gruppen verstanden, die entweder eine oder mehrere negative Ladungen oder eine oder mehrere positive Ladungen tragen, wobei in einem Molekül des Polyelektrolyten nur Gruppen jeweils eines Ladungstyps vorkommen. Der Begriff "zu ionischen Gruppen ionisierbare Gruppen" bezeichnet ungeladene Gruppen, die in wässriger Lö- sung leicht, z.B. durch Protonierung oder Deprotonierung, in ionische Gruppen überführt werden können. Im Folgenden bezeichnet der Begriff "anionischer Polyelektrolyt" eine polymere Verbindung, die negativ geladene Gruppen und/oder zu negativ geladenen Gruppen ionisierbare Gruppen trägt. "Kationischer Polyelektrolyt" bezeichnet eine polymere Verbindung, die positiv geladene Gruppen und/oder zu positiv geladenen Gruppen ionisierbare Gruppen trägt. Gleichfalls bezeichnet "kationisches Tensid" ein oberflächenaktives Molekül, das eine positiv geladene Gruppe oder eine zu einer solchen ionisierbare Gruppe trägt.
In den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen liegen demzufolge entweder anionische Polyelektrolyte in Verbindung mit kationischen Tensiden oder kationische Polyelektrolyte in Verbindung mit anionischen Tensiden vor. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können darüber hinaus nicht-ionische Tenside, z.B. in einer Menge von 1-50 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 30 Gew.-%, bezogen auf das ionische Tensid, enthalten.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind durch radikalische Polymerisation wenigstens eines ethylenisch ungesättigten Monomers in Gegenwart des wasserlöslichen polymeren Elektrolyten und des ionischen Tensids erhältlich. Demzufolge betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Polymerdispersion, bei dem in einem wässrigen Medium wenigstens ein ethylenisch un- gesättigtes Monomer in Gegenwart einer Kombination eines polymeren Polyelektrolyten, der entlang eines polymeren Gerüstes eine Vielzahl ionischer Gruppen einheitlichen Ladungscharakters oder hierzu ionisierbarer Gruppen trägt, und eines ionischen Tensids, das eine ionische Gruppe mit zu dem polymeren Polyelektrolyten entgegengesetztem Ladungscharakter oder eine hierzu ionisierbare Gruppe trägt, radikalisch polymerisiert wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Polymerisation des ethylenisch ungesättigten Monomers in Gegenwart sowohl des polymeren Polyelektro- lyten als auch des entgegengesetzt geladenen Tensids erfolgt. Wird nur der Polyelektrolyt oder das ionische Tensid bei der Polymerisation vorgelegt, und ein entgegengesetzt geladenes Tensid bzw. Polyelektrolyt nach dem Ende der Polymerisation dazugegeben, so kann es zur Koagulation der Polymerdispersion kommen.
Das Gemisch aus Polyelektrolyt und entgegengesetzt geladenem Tensid muß im wässrigen Medium löslich sein und soll keine wasserunlöslichen Bestandteile, wie Koazervate, bilden. Es ist bevorzugt, dass der Polyelektrolyt einen zahlenmittleren Polymerisationsgrad von weniger als 2000, insbesondere weniger als 1000, aufweist. Die Untergrenze des Polymerisationsgrades des Polyelektrolyten liegt im Allgemeinen bei 10, vorzugsweise bei 20.
Der erfindungsgemäß verwendete Polyelektrolyt weist entweder an- ionischen oder kationischen Ladungscharakter auf. Als anionische Polyelektrolyte sind solche Polymere bevorzugt, die aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere aufgebaut sind und 20-100 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 100, besonders bevorzugt 80 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomereinheiten, eines oder mehrerer Monomere enthalten, die ausgewählt sind unter
ethylenisch ungesättigten C3-Cιo-Monocarbonsäuren, deren Alkalimetallsalzen und/oder Ammoniumsalzen, z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Dimethylacrylsäure, Ethylacrylsäure, Allylessigsäure oder Vinylessigsäure; ethylenisch ungesättigten C4-C8-Dicarbonsäuren, deren Halbestern, Anhydriden, Alkalimetallsalzen und/oder Ammoniumsalzen, z.B. Maleinsäure, Fumarsäure, Itakonsäure, Mesakonsäure, Methylenmalonsäure, Citrakonsäure. Anionische Polyelektrolyte können auch ausgehend von ethylenisch ungesättigten Mono- und Di- carbonsäureanhydriden, gegebenenfalls im Gemisch mit den erwähnten Carbonsäuren, erhalten werden. Die Anhydridfunktionen werden unter den Polymerisationsbedingungen, beispielsweise bei der Lö- sungs- oder Emulsionspolymerisation im wässrigen Medium, oder im Anschluß an die Polymerisation durch Umsetzung mit einer Säure oder Base in Carbonsäuregruppen überführt. Brauchbare ethylenisch ungesättigte Carbonsäureanhydride sind insbesondere Maleinsäureanhydrid, Itakonsäureanhydrid oder Methylmalonsäureanhydrid;
ethylenisch ungesättigte Sulfonsäuren, z.B. Allylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Methailylsulfonsäure, Vinylsulfonsäure, Acrylsäure-3-sulfopropylester oder Methacrylsäure-3-sulfopropylester;
ethylenisch ungesättigten Schwefelsäurehalbestern wie Vinylsulfat;
ethylenisch ungesättigten Phosphonsäuren, z.B. Vinylphosphonsäure, Allylphosphonsäure oder Acrylamidomethylpropanphosphonsäure.
Bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 50 Gew.-%, besonders bevor- zugt bis zu 20 Gew.-%, der Monomereinheiten des Polyelektrolyten können aus einem oder mehreren nicht-ionischen bzw. nicht-ionisierbaren Monomeren bestehen, die ausgewählt sind unter Cι-C2o-Alkyl- oder Hydroxyalkylestern von ethylenisch ungesättigten C -Cχo-Monocarbonsäuren oder C -Cs-Dicarbonsäuren, z.B. Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat,
Methylmethacrylat, Stearylacrylat, Maleinsäurediethylester, Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat,
Hydroxyethylmethacrylat; (Meth)acrylsäureestern von alkoxylierten Cχ-Ci8-Alkoholen, die mit 2-50 mol Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Mischungen davon umgesetzt sind; Amiden, und N- substituierten Amiden von monoethylenisch ungesättigten C -Cιo-Monocarbonsäuren oder C -Cg-Dicarbonsäuren, z.B. Acrylamid, Methacrylamid, N-Alkylacrylamide oder N,N-Dialkylacrylamide mit jeweils 1-18 C-Atomen in der Alkylgruppe wie N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, Maleinsäuremonomethylhexylamid oder
Acrylamidoglycolsäure; Acrylnitril und Methacrylnitril; Vinyle- stern, z.B. Vinylformiat , Vinylacetat, Vinylpropionat, wobei diese nach auch ganz oder teilweise verseift vorliegen können; N-Vinylverbindungen, z.B. N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylformamid, N-Vinyl-N-methylformamid, 1-Vinylimidazol oder l-Vinyl-2-methylimidazol; Vinylethern von alkoxylierten Cι-Cχ8-Alkoholen und Vinylethern von Polyalkylenoxiden wie
Polyethylenoxid, Polypropylenoxid oder Polybutylenoxid; linearen, verzweigten oder cyclischen Olefinen und Diolefinen, z.B. Ethen, Propen, Buten, Butadien, 1-Penten, Cyclopenten, 1-Hexen, 1-Hepten, Styrol oder dessen Derivate, wie α-Methylstyrol, Inden, Dicyclopentadien oder reaktive Doppelbindungen tragenden höheren Olefinen, wie Oligopropen und Polyisobuten.
Die anionischen Polyelektrolyte können in der Säureform oder in teilneutralisierter oder vollständig neutralisierter Form einge- setzt werden. Zur Neutralisation sind Basen, wie Alkali- oder Er- dalkalihydroxide, wie NaOH oder KOH, Ammoniak, höhere aliphati- sche und aromatische Amine, Alkanolamine, geeignet.
Außerdem sind als anionische Polyelektrolyte anionisch modifi- zierte Polysaccharide, wie Carboxymethylcellulose oder Dextran- sulfat bzw. Salze davon geeignet. Besonders brauchbare anionische Polyelektrolyte sind Copolymere aus Maleinsäure und Acrylsäure.
Unter den kationischen Polyelektrolyten sind solche Polymere be- vorzugt, die aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere aufgebaut sind und 20-100 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 80 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomereinheiten, Einheiten eines oder mehrerer Monomere enthalten, die ausgewählt sind unter quaternäre Ammoniumgruppen oder protonierbare Aminogruppen tragenden ethylenisch ungesättigten Monomeren. Unter "quaternären Ammoniumgruppen" werden Ammoniumionen verstanden, die am Stickstoffatom vier von H verschiedene Reste tragen. "Protonierbare Aminogruppen" bezeichnen protonierbare bzw. quaternierbare Amine mit 1 bis 3 von H verschiedenen Resten am Stickstoffatom.
Quaternäre Ammoniumgruppen tragende ethylenisch ungesättigte Monomere können durch Umsetzung der entsprechenden Aminogruppen enthaltenden Monomere mit Quaternisierungsmitteln erhalten wer- den. Geeignete Quaternisierungsmittel sind übliche Alkylierungs- mittel, z.B. Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Methylchlorid, Ethylchlorid oder Benzylchlorid. Ethylenisch ungesättigte Monomere mit protonierbaren Amingruppen sind z.B. Amino-C -C6-al- kyl(meth)acrylate oder vinyl- oder allylsubstituierte Stickstoff- haltige Heteroaromaten. Als Beispiele lassen sich Dimethylaminoethylacrylat-hydrochlorid, Diallyldimethylammoniumchlorid, Dimethylaminoethylacrylat-methosulfat, Dimethylaminopropylmethacrylamid-methochlorid, Dimethylaminopropylmethacrylamid-methosulfat, Vinylpyridiniumsalze oder 1-Vinylimidazoliumsalze anführen.
Bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 50 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, der Monomereinheiten des kationischen Polyelektrolyten können dabei aus den vorstehend genannten nichtionischen bzw. nicht-ionisierbaren Monomeren bestehen. Die katio- nischen Polyelektrolyte können, soweit sie protonierbare Aminogruppen tragen, in Basenform oder in teilweise oder vollständig protonierter Form eingesetzt werden. Zur Protonierung sind beispielsweise Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure, geeignet.
Die Herstellung der Polyelektrolyte erfolgt zweckmäßigerweise durch radikalisch initiierte Polymerisation, insbesondere Lösungspolymerisation. Die Durchführung der Polymerisation und Hilfsstoffe sind nachstehend im Zusammenhang mit der Herstellung der dispergierten Polymerpartikel beschrieben.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält ferner ein Tensid, das eine zu dem Polyelektrolyten entgegengesetzte Ladung trägt.
Geeignete anionische Tenside sind z.B. Alkylsulfate, wie die Fettalkoholsulfate;
Schwefelsäurehalbester ethoxylierter Alkylalkohole, wie die
Fettalkoholpolyglycolethersulfate;
Schwefelsäurehalbester ethoxylierter C4-C9-Alkylphenole;
Alkylsulfonate, wie die Paraffinsulfonate; Alkenylsulfonate;
Alkylarylsulfonate, wie Alkylbenzolsulfonate;
Alkylglycerylethersulfonate;
Alkylphosphate und Dialkylphosphate;
Alkylarylphosphate; Alkyl-, Alkenyl- oder Alkylarylphosphonate;
Mono- und Dialkylester der Sulfobernsteinsäure; ein- oder mehrfach kernsulfonierte Monoalkylbiphenylether;
Methylcarboxylate ethoxylierter Alkylalkohole, wie die Fettalko- holpolyglycolethermethylcarboxylate; C6-C22-Carbonsäuren.
In der vorstehenden Aufzählung steht Alkyl bzw. Alkenyl, soweit nicht anders angegeben, für Cg-C22-, vorzugsweise Cι -Cιs-Alkyl bzw. -Alkenyl. Soweit ethoxylierte Verbindungen aufgeführt sind, beträgt der Ethoxylierungsgrad 1 bis 100, vorzugsweise 2 bis 50 EO-Einheiten. Bevorzugte anionische Tenside sind ethoxylierte Alkylsulfate oder -sulfonate sowie ethoxylierte Alkylarylsulfate oder -sulfonate.
Die anionischen Tenside können in Form der Alkalimetallsalze, vorzugsweise des Natrium- oder Kaliumsalzes, oder in Form von Ammoniumsalzen sowie als lösliche Salze organischer Basen, wie Mono-, Di- oder Triethanol- oder anderer substituierter Amine, wie Triethylamin, Pyridin, Piperidin oder Morpholin, vorliegen.
Als kationische Tenside können solche verwendet werden, die quaternäre Ammoniumgruppen oder protonierbare Aminogruppen enthalten.
Bevorzugte kationische Tenside sind quaternäre Ammoniumsalze oder Amine bzw. deren protonierte Formen, die jeweils mindestens eine Kohlenwasserstoffkette von wenigstens 6 Kohlenstoffatomen umfassen. Die Kohlenwasserstoffkette kann z.B. bis zu 40 Kohlenstoffa- tome aufweisen. Sie kann gesättigt oder einfach oder mehrfach ungesättigt sein.
Ammoniumsalze der allgemeinen Formel
Figure imgf000009_0001
sind bevorzugt, worin Rm für Cg-C 2-Alkyl, Cg-C22-Alkenyl, Aryl- Cs-C 2-Alkyl oder Aryl-C6-C22-Alkenyl steht, wobei der Alkenylrest 1 bis 3 Doppelbindungen aufweisen kann,
Rv, Rw, Rx, Ry und Rz, die gleich oder verschieden sein können, für -(CHRCH2-0- nH f wobei R für H oder CH3 und n für 1 bis 25 steht, oder Cι-C4-Alkyl oder C5-C -Cycloalkyl stehen, das gegebe- nenfalls durch eine oder mehrere Hydroxylgruppen substituiert ist, oder die für Rm angegebenen Bedeutungen besitzen, oder Rx und Ry gemeinsam mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gesättigten 5- bis 8-gliedrigen Ring bilden, der gegebenenfalls weitere Heteroatome aufweisen kann, die unter O, N und S ausgewählt sind, oder Rx, Ry und Rz gemeinsam mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, für einen 5- bis 8-gliedrigen aromatischen Ring stehen;
Rn für Cι-C -Alkylen, vorzugsweise Propylen, steht; X für ein Anion, z.B. ein Halogenid, wie Cl" oder Br~ , oder Sulfat, Nitrat; Methylsulfat, Ethylsulfat steht; und p die Werte 0 oder 1 einnehmen kann. Aryl steht vorzugsweise für Phenyl.
Geeignet sind z.B. Cβ-Ciβ-Alkyltrimethylammoniumchloride oder -bromide, Ditalgdimethylammoniumchlorid oder
Laurylbenzyldimethylammoniumchlorid. Weitere Beispiele sind Pipe- ridiniumgruppen enthaltende kationische Tenside und Pyridinium-, Imidazolinium-, Oxazolinium- oder Pyrimidingruppen enthaltende kationische Tenside, z.B. N-Laurylpyridiniumchlorid.
Weiter sind Amine der allgemeinen Formel
Figure imgf000010_0001
bevorzugt, in der
Rm die oben angegebene Bedeutung besitzt,
R , Rb und Rc, die gleich oder verschieden sein können, für H, -(CHRCH2-0-)- nH ^ wobei R für H oder CH3 und n für 1 bis 25 steht, oder Cχ-C -Alkyl oder C5-C7-Cycloalkyl stehen, das gegebenenfalls durch eine oder mehrere Hydroxylgruppen substituiert ist, oder die für Rm angegebenen Bedeutungen besitzen, oder Ra und Rb gemeinsam mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gesättigten 5- bis 8-gliedrigen Ring bilden, der gegebenenfalls weitere Heteroatome aufweisen kann, die unter O, N und S ausge- wählt sind, Rn für Cχ-C -Alkylen, vorzugsweise Propylen, steht; und p die Werte 0 oder 1 einnehmen kann.
Hierzu zählen natürliche Cg-Cig-Mono- oder -Dialkylamine, z.B. Mono- oder Dioleyl-, -Cocos- oder -Taigfett oder synthetische Cβ-Ciβ-Mono- oder Dialkylamine. Ebenfalls geeignet sind ethoxylierte oder propoxylierte Derivate dieser Verbindungen. Beispiele für derartige Substanzen sind unter der Bezeichnung NORAMOX und DINORAMOX (Fa. ELF-ATOCHEM) sowie LUTENSOL FA (Fa. BASF AG) ver- triebene Handelsprodukte. Die Amine können durch Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, starke organische Säuren, wie Chloressigsäure, oder polymere Säuren, z.B. Poly- acrylsäure oder deren Copolymere, protoniert werden.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können wahlweise außerdem ein nicht-ionisches Tensid enthalten. Geeignete Vertreter dieser Klasse sind z.B. Polyalkylenoxid-Addukte, wie Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymerisate, Fettsäureester von Polyhydroxyverbindungen, z.B. Sorbitanalkylester, Glycerinalkylester, Fettsäurealkylolamidooxethylate sowie Anlagerungsprodukte von 3-40 mol, vorzugsweise 4-20 mol, Ethylenoxid an Fettalkohole, Alkylphenole, Fettsäuren, Fettamine, Fettsäureamide, oder Alkansulfonamide. Auch nicht-ionische Tenside vom Typ der Aminoxide oder Sulfoxide sind geeignet.
Besonders stabile Polymerdispersionen werden erhalten, wenn das ionische Tensid und - soweit vorhanden - das nicht-ionische Tensid ethoxylierte Tenside darstellen. Der Ethoxylierungsgrad beträgt vorzugsweise 2 bis 50. Im einzelnen sind bevorzugt ethoxylierte Alkyl-, Alkenyl- oder Alkylarylsulfonate und -sulfate sowie ethoxylierte Cg-Cχg- Mono- oder Dialkylamine.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten in einem wässrigen Medium dispergierte Polymerpartikel aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere. Zu deren Herstellung können alle radikalisch polymerisierbaren Monomere eingesetzt werden. Im All- gemeinen ist das Polymerisat aufgebaut aus: 60-100 Gew.-%, vorzugsweise 80-100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines ethylenisch ungesättigten Monomers ohne funktioneile Gruppen ( Hauptmonomer) und 0-40 Gew.-%, vorzugsweise 0-20 Gew.-%, wenigstens eines funktioneile Gruppen aufweisenden Monomers (Co- monomer) .
Das Hauptmonomer ist vorzugsweise ausgewählt unter Estern aus vorzugsweise 3-6 C-Atomen aufweisenden, α,ß-monoethylenisch ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren, wie Acrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itakonsäure mit Cχ-Cχ2-, vorzugsweise Cχ-Cg- und insbesondere Cχ-Cs-Alkanolen. Derartige Ester sind insbesondere Methyl-, Ethyl-, n-Butyl, iso-Butyl-, tert-Butyl-, n-Pentyl, iso-Pentyl- und 2-Ethylhexylacrylat und -methacrylat; vinylaromatische Verbindungen wie Styrol, α-Methylstyrol, o-Chlorstyrol oder Vinyltoluole; Vinylestern von Cχ-Cχg-Mono- oder Dicarbonsäuren, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyl-n-butyrat , Vinyllaurat und Vinylstearat; Butadien, Propen und Ethen.
Besonders bevorzugte Hauptmonomere sind Styrol, Methylmethacrylat, n-Butylacrylat, Ethylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Butadien und Vinylacetat.
Geeignete Comonomere sind insbesondere: α,ß-ungesättigte Mono- oder Dicarbonsäuren sowie deren Salze oder Anhydride wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid und Itakonsäure; lineare 1-Olefine, verzweigtkettige 1-Olefine oder cyclische Olefine, wie z.B. Buten, Isobuten, Penten, Cyclopenten, Hexen oder Cyclohexen. Des weiteren sind auch unter Metallocenka- talyse hergestellte Oligoolefine mit endständiger Doppelbindung, wie z.B. Oligopropen oder Oligohexen geeignet; Acrylnitril, Methacrylnitril; Vinyl- und Allylalkylether mit 1-40 Kohlenstoff- atomen im Alkylrest, wobei der Alkylrest noch weitere Substituen- ten wie eine Hydroxylgruppe, eine Amino- oder Diaminogruppe oder eine bzw. mehrere Alkoxylatgruppen tragen kann, wie z.B. Methylvinylether, Ethylvinylether, Propylvinylether und 2-Ethylhexylvinylether; Acrylamide und alkylsubstituierte Acrylamide, wie z.B. Acrylamid, Methacrylamid,
N,N-Dimethylacrylamid und N-Methylolmethacrylamid; sulfongruppenhaltige Monomere, wie z.B. Allylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure , Vinylsulfonsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure oder deren entsprechende Alkali- oder Ammoniumsalze; Cχ-C -Hydroxyalkylester von
C3-C6-Mono- oder Dicarbonsäuren (siehe oben), insbesondere der Acrylsäure, Methacrylsäure oder Maleinsäure, oder deren mit 2-50 mol Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Mischungen davon alkoxylierte Derivate oder Ester von mit 2-50 mol Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Mischungen davon alkoxylierten Cχ-Cχg-Alkoholen mit den erwähnten Säuren, wie z.B. Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat oder Methylpolyglycolmethacrylat; Vinylphosphonsäure, Vinylphosphonsäuredimethylester u.a. phosphorhaltige Monomere; Alkylaminoalkyl(meth)acrylate oder Alkylamino(meth) acrylamide oder deren Quaternisierungsprodukte, wie z.B. 2-(N,N-Dimethylamino)-ethylmethacrylat oder 2- ( ,N, -Trimethylammonium) -ethylmethacrylat-chlorid; Allylester von Cχ-C3o-Monocarbonsäuren; N-Vinylverbindungen wie N-Vinylformamid, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylimidazol, N-Vinylcarbazol oder N-Vinylcaprolactam;
Diallyldimethylammoniumchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylchlorid, Acrolein, Methacrolein; 1, 3-Diketogruppen enthaltende Monomere wie z.B. Acetoacetoxyethyl(meth)acrylat oder Diacetonacrylamid, harnstoffgruppenhaltige Monomere, wie Ureidoethyl(meth)acrylat, Acrylamidoglycolsäure, Methacrylamidoglykolatmethylether; Silylgruppen enthaltende Monomere, wie z.B.
Trimethoxysilylpropylmethacrylat; Glycidylgruppen enthaltende Monomere, wie z.B. Glycidylmethacrylat.
Besonders bevorzugte Comonomere sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylnitril, Acrylamid, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat und Glycidylmethacrylat.
Die Polyelektrolyte und das ionische Tensid werden vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis auf Feststoffbasis von 20:1 bis 1:1, insbesondere 10:1 bis 2:1, eingesetzt. Der zahlenmittlere Polyme- risationsgrad des Polyelektrolyten ist vorzugsweise < 2000, insbesondere < 1000. Er ist im Allgemeinen größer als 10. Das Gewichtsverhältnis von Polyelektrolyt zu Polymerpartikeln beträgt vorzugsweise 5:1 bis 1:10, insbesondere 1:1 bis 1:3. Soweit ein nicht-ionisches Tensid mitverwendet wird, wird dieses vorzugsweise in einer Menge von 1-50 Gew.-%, bezogen auf das ionische Tensid, insbesondere weniger als 30 Gew.-%, eingesetzt.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymerdispersion enthält diese in der Regel etwa 5 bis 40 Gew.-% Polyelektrolyt und 2,5 bis 15 Gew.-% ionisches Tensid.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerdispersion erfolgt vorzugsweise durch wässrige Emulsionspolymerisation, wobei eine absatzweise, semikontinuierliche oder kontinuierliche Fahrweise möglich ist. Es erwies sich als vorteilhaft, den polymeren Polyelektrolyten und das ionische Tensid zumindest teilweise, insbesondere im wesentlichen vollständig, vorzulegen und die Monomere zur Herstellung der Polymerpartikel in Substanz oder in gelöster oder emulgierter Form dazuzugeben. Bevorzugt ist die Zugabe als Monomeremulsion, die durch eine Teilmenge des ionischen Tensids, z.B. 5-50 Gew.-% der Gesamtmenge, oder durch das fakultativ vorhandene nicht-ionische Tensid stabilisiert ist.
Die Polymerisation wird vorzugsweise in Gegenwart von Radikale bildenden Verbindungen (Initiatoren) durchgeführt. Man benötigt von diesen Verbindungen vorzugsweise 0,05-10, besonders bevorzugt 0,2-5 Gew.-%, bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzten Monomeren.
Geeignete Polymerisationsinitiatoren sind beispielsweise Peroxide, Hydroperoxide, Peroxodisulfate, Percarbonate, Peroxoester, Wasserstoffperoxid und Azoverbindungen . Beispiele für Initiatoren, die wasserlöslich oder auch wasserunlöslich sein können, sind Wasserstoffperoxid, Dibenzoylperoxid, Dicyclohexylperoxodicarbonat, Dilauroylperoxid, Methylethylketonperoxid, Di-tert-Butylperoxid,
Acetylacetonperoxid, tert-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, tert-Butylperneodecanoat, tert-Amylperpivalat, tert-Butylperpivalat, tert-Butylperneohexanoat, tert-Butylper-2-ethylhexanoat, tert-Butylperbenzoat , Lithium-, Natrium-, Kalium- und Ammoniumperoxodisulfat,
Azodiisobutyronitril, 2,2' -Azobis ( 2-amidinopropan)dihydrochlorid, 2-(Carbamoylazo) isobutyronitril und 4 , 4-Azobis ( 4-cyanovaleriansäure) . Auch die bekannten Redox-Initiatorsysteme wie z.B. H02/Ascorbinsäure oder t-Butylhydroperoxid/Natriumhydroxymethansulfinat, können als Polymerisationsinitiatoren verwendet werden.
Die Initiatoren können allein oder in Mischung untereinander an- gewendet werden, z.B. Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Na- triumperoxodisulfat . Für die Polymerisation in wässrigem Medium werden bevorzugt wasserlösliche Initiatoren eingesetzt.
Um Polymerisate mit niedrigem mittleren Molekulargewicht herzu- stellen, ist es oft zweckmäßig, die Copolymerisation in Gegenwart von Reglern durchzuführen. Hierfür können übliche Regler verwendet werden, wie beispielsweise organische SH-Gruppen enthaltende Verbindungen, wie 2-Mercaptoethanol, 2-Mercaptopropanol, Mercaptoessigsäure, tert-Butylmercaptan, n-Octylmercaptan, n-Dodecylmercaptan und tert-Dodecylmercaptan,
Hydroxylammoniumsalze wie Hydroxylammoniumsulfat, Ameisensäure, Natriumbisulfit oder Isopropanol. Die Polymerisationsregler werden im Allgemeinen in Mengen von 0,05-5 Gew.-%, bezogen auf die Monomere, eingesetzt.
Um höhermolekulare Copolymerisate herzustellen, ist es oft zweckmäßig, bei der Polymerisation in Gegenwart von Vernetzern zu arbeiten . Solche Vernetzer sind Verbindungen mit zwei oder mehreren ethylenisch ungesättigten Gruppen, wie beispielsweise Diacrylate oder Dimethacrylate von mindestens zweiwertigen gesättigten Alkoholen, wie z .B . Ethylenglykoldiacrylat,
E thy lenglykoldimethacry lat , 1 , 2 -Propy lenglykoldiacry lat , 1 , 2-Propylenglykoldimethacrylat , Butandiol-1 , 4-diacrylat, Butandiol-1 , 4-dimethacrylat , Hexandioldiacrylat , Hexandioldimethacrylat , Neopentylglykoldiacrylat,
Neopentylglykoldimethacrylat, 3-Methylpentandioldiacrylat und 3-Methylpentandioldimethacrylat . Auch die Acrylsäure- und Methacrylsäureester von Alkoholen mit mehr als zwei OH-Gruppen können als Vernetzer eingesetzt werden, z .B . Trimethylolpropantriacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat . Eine weitere Klasse von Vernetzern sind Diacrylate oder Dimethacrylate von Polyethylenglykolen oder Polypropylenglykolen mit Molekulargewichten von jeweils 200-9000 .
Außer den Homopolymerisaten des Ethylenoxids bzw. Propylenoxids können auch Blockcopolymerisate aus Ethylenoxid und Propylenoxid oder Copolymerisate aus Ethylenoxid und Propylenoxid eingesetzt werden , die die Ethylenoxid- und Propylenoxid-Einheiten statistisch verteilt enthalten . Auch die Oligomeren des Ethylenoxids bzw. Propylenoxids sind für die Herstellung der Vernetzer geeignet , z .B . Diethylenglykoldiacrylat , Diethylenglykoldimethacrylat, Triethylenglykoldiacrylat , Triethylenglykoldimethacryla , Tetraethylenglykoldiacrylat und/oder Tetraethylenglykoldimethacrylat .
Als Vernetzer eignen sich weiterhin Vinylacrylat, Vinylmethacrylat, Vinylitaconat, Adipinsäuredivinylester, Butandioldivinylether, Trimethylolpropantrivinylether, Allylacrylat, Allylmethacrylat, Pentaerithrittriallylether, Triallylsaccharose, Pentaallylsaccharose, Pentaallylsucrose, Methylenbis(meth) acrylamid, Divinylethylenharnstoff, Divinylpropylenharnstoff, Divinylbenzol, Divinyldioxan,
Triallylcyanurat, Tetraallylsilan, Tetravinylsilan und Bis- oder Polyacrylsiloxane (z.B. Tegomere® der Th. Goldschmidt AG). Die Vernetzer werden vorzugsweise in Mengen von 10 ppm bis 5 Gew.-%, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomere, eingesetzt.
Die Herstellung der Polymerdispersion erfolgt in der Regel in Wasser als Dispergiermedium. Es können jedoch auch mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel, wie Alkohole und Ketone, beispielsweise Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Aceton oder Methylethylketon, bis zu einem Anteil von etwa 30 Vol.-% enthalten sein. Es entsteht eine stabile, feintei- lige Polymerisatdispersion. Die Teilchengrößen können nach den für wässrige Emulsionspolymerisate üblichen Verfahren bestimmt werden. Zum Beispiel liegen die mittels quasielastischer Licht- Streuung bestimmten Teilchengrößen im Allgemeinen im Bereich von 30-1500 nm, vorzugsweise 40-500 nm. Die Teilchengrößenverteilung kann monomodal oder polymodal sein.
Die dispergierten Polymerpartikel weisen im Allgemeinen ein ge- wichtsmittleres Molekulargewicht von 1000 bis 5 000 000, vorzugsweise 5000 bis 2 000 000, auf.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen haben im Allgemeinen einen Gehalt an nichtflüchtigen Anteilen (Feststoffgehalt) im Be- reich von 20-70 Gew.-%, insbesondere 25-55 Gew.-%. Die Viskosität der erfindungsgemäßen Zusammensetzung liegt (bei einem Feststoff- gehalt von 40 Gew.-%) im Bereich von 10-3000 mPas, gemessen mit einem Rotationsviskosimeter gemäß DIN 53019 bei 23°C und einer Schergeschwindigkeit von 250 s_1. Bevorzugt sind Viskositäten von 20-2000 mPas, insbesondere von 20-1000 mPas.
Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen zeichnen sich durch hohe Scher- und Elektrolytstabilität aus. Die dispergierten Polymerpartikel lassen sich in der Regel durch einfaches Verdünnen der Polymerdispersion mit einem wässrigen Medium, wie Wasser, ausfällen (koagulieren) . Das wässrige Medium enthält vorzugsweise keine üblichen Fällungsmittel, wie mehrwertige Metallionen, z.B. Al3+. Zum Ausfällen der Polymerpartikel wird die Polymerdispersion im Allgemeinen mit dem 2 bis 10-fachen Volumen an wässrigem Medium verdünnt.
Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen führen beim Trocknen bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur zu einem zusammenhängenden Film, der über hohe mechanische Festigkeit sowie hohe Wasserfestigkeit verfügt. Durch nachträgliches Tempern der Filme bei Temperaturen von mehr als 60°C, vorzugsweise mehr als 120°C, las- sen sich Härte und Festigkeit des Materials in der Regel deutlich erhöhen. Dieser Härteanstieg kann z.B. durch Messung der Pendelhärte nach König gemäß DIN 53157 gemessen werden.
Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen sind als Bindemittel insbesondere für Formkörper, textile Flächengebilde, Klebstoffe oder für Beschichtungszwecke geeignet. Sie sind insbesondere als thermisch härtbare Kaschierkleber geeignet. Bei der Zubereitung als Bindemittel für verschiedene Zwecke können die Polymerdispersionen noch weitere übliche Hilfsstoffe enthalten.
Soweit die Polymerpartikel Einheiten von Monomeren mit vernetzungsfähigen Seitengruppen enthalten, können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen einen Reaktionsbeschleuniger (Katalysator) enthalten, vorzugsweise jedoch liegen sie ohne einen derartigen Reaktionsbeschleuniger vor. Geeignete Reaktionsbeschleuniger sind z.B. Alkalimetallhypophosphite, -phosphite, -polyphosphate, -dihydrogenphosphate, Polyphosphorsäure, Hypophosphorsäure, Phosphorsäure, Alkylphosphinsäure oder Oligomere bzw. Polymere dieser Salze und Säuren.
Weiterhin sind als Katalysatoren geeignet starke Säuren, wie z.B. Schwefelsäure oder p-Toluolsulfonsäure. Auch polymere Sulfonsäu- ren, wie z.B. Poly(acrylamido-2-methylpropansulfonsäure) , Poly(vinylsulfonsäure) , Poly(p-styrolsulfonsäure) , Poly(sulfopropylmethacrylat) und polymere Phosphonsäuren, wie z.B. Poly(vinylphosphonsäure) sowie davon abgeleitete Copolymere mit den oben beschriebenen Comonomeren sind geeignet.
Weiterhin als Katalysatoren geeignet sind Organotitanate und Or- ganozirkonate wie z.B. Triethanoltitanat, Titanchelat ETAM und Tetrabutylzirkonat, die z.B. von der Fa. Hüls vertrieben werden.
Weiter können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen übliche Zusätze je nach Anwendungszweck enthalten. Beispielsweise können sie Bakterizide oder Fungizide enthalten. Darüber hinaus können sie Hydrophobierungsmittel zur Erhöhung der Wasserfestigkeit der behandelten Substrate enthalten. Geeignete Hydrophobierungsmittel sind übliche wässrige Paraffindispersionen oder Silicone. Weiter können die Zusammensetzungen Netzmittel, Verdickungsmittel, Pla- stifizierungsmittel, Retentionsmittel, Pigmente und Füllstoffe enthalten.
Schließlich können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen übliche Brandschutzmittel, wie z.B. Aluminiumsilikate, Aluminiumhydroxide, Borate und/oder Phosphate enthalten.
Häufig enthalten die Zusammensetzungen auch Kupplungsreagenzien, wie Alkoxysilane, beispielsweise 3-Aminopropyltriethoxysilan, lösliche oder emulgierbare Öle als Gleitmittel und Staubbindemittel sowie Benetzungshilfsmittel.
Ferner können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in der Be- schichtungs- und Imprägnierungstechnologie übliche Hilfsstoffe enthalten. Beispiele hierfür sind feinteilige inerte Füllstoffe, wie Aluminiumsilikate, Quarz, gefällte oder pyrogene Kieselsäure, Leicht- und Schwerspat, Talkum, Dolomit oder Calciumcarbonat; farbgebende Pigmente, wie Titanweiß, Zinkweiß, Eisenoxidschwarz etc., Schauminhibitoren, wie modifizierte Dimethylpolysiloxane, und Haftvermittler sowie Konservierungsmittel.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch in Abmischung mit anderen Bindemitteln, wie beispielsweise Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen oder Phenol-Formaldehyd- Harzen, sowie mit Epoxidharzen eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen von zwei- oder dreidimensionalen Gebilden, bei dem eine Polymerdispersion mit einem teilchen- oder faserförmigen Substrat in Kontakt gebracht wird und einem Härtungsschritt unterzogen wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von zwei- oder dreidimensionalen Gebilden, bei dem eine erfindungsgemäße Polymerdispersion, ein teilchen- oder faserförmiges Substrat und eine wässrige Phase miteinander in Kontakt gebracht werden, wobei die Polymerpartikel koaguliert werden, gegebenenfalls überschüssige wässrige Phase entfernt wird und das Gemisch von Substrat und koagulierten Polymerpartikeln einem Härtungsschritt unterzogen wird.
Als wässrige Phase kommt insbesondere Leitungswasser in Betracht. Das Inkontaktbringen von Dispersionen, Substrat und wässriger Phase kann z.B. erfolgen, indem eine erfindungsgemäße Polymerdispersion zu einer wässrigen Aufschlämmung oder Suspension des Substrats gegeben wird. Derartige Substrataufschlämmungen oder -sus- Pensionen sind in verschiedenen industriellen Prozessen anzutreffen, z.B. Zellstoff-Faserbreie bei der Papierherstellung oder Aufschlämmungen von Holzfasern bei der Spanplattenherstellung.
Das Entfernen überschüssiger Wasserphase erfolgt z.B. durch Abpressen, z.B. über ein Langsieb, Membranpressen, u.s.w.
Alternativ kann zuerst das Substrat mit einer erfindungsgemäßen Polymerdispersion gemischt werden und das Gemisch mit wässriger Phase versetzt werden.
Der Härtungsschritt erfolgt vorzugsweise durch Erhitzen. Beim Erhitzen verdampft das in der Zusammensetzung enthaltene Wasser und es kommt zur Härtung der Zusammensetzung. Diese Prozesse können nacheinander oder gleichzeitig ablaufen. Unter Härtung wird in diesem Zusammenhang die chemische Veränderung der Zusammensetzung verstanden, z.B. die Vernetzung durch Knüpfung von kovalenten Bindungen zwischen den verschiedenen Bestandteilen der Zusammensetzungen, Bildung von ionischen Wechselwirkungen und Clustern, Bildung von Wasserstoffbrücken. Weiterhin können bei der Härtung auch physikalische Veränderungen im Bindemittel ablaufen, wie z.B. Phasenumwandlungen oder Phaseninversion.
Die Härtungstemperaturen liegen zwischen 75 und 250°C, bevorzugt zwischen 90 und 200°C, besonders bevorzugt zwischen 100 und 180°C. Die Dauer und die Temperatur der Erwärmung beeinflussen den Aushärtungsgrad. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist, dass ihre Härtung bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgen kann.
Die Aushärtung kann auch in zwei oder mehr Stufen erfolgen. So kann z.B. in einem ersten Schritt die Härtungstemperatur und -zeit so gewählt werden, dass nur ein geringer Härtungsgrad erreicht wird und weitgehend vollständige Aushärtung in einem zwei- ten Schritt erfolgt. Dieser zweite Schritt kann räumlich und zeitlich getrennt vom ersten Schritt erfolgen. Dadurch wird beispielsweise die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zur Herstellung von mit Bindemittel imprägnierten Halbzeugen möglich, die an anderer Stelle verformt und ausgehärtet werden können.
Als teilchen- oder faserförmige Substrate kommen Fasern, Schnitzel oder Späne in Betracht. Dabei kann es sich um solche aus nachwachsenden Rohstoffen oder um synthetische oder natürliche Fasern, z.B. aus Kleiderabfällen handeln. Als nachwachsende Rohstoffe seien insbesondere Sisal, Jute, Flachs, Kokosfasern, Ke- naf, Bananenfasern, Hanf und Kork genannt. Besonders bevorzugt sind Holzfasern oder Holzspäne.
Die Formkörper haben bevorzugt eine Dichte von 0,2-1,4 g/cm3 bei 23°C. Als Formkörper kommen insbesondere Platten und Formteile mit unregelmäßiger Kontur in Betracht. Ihre Dicke beträgt im Allgemeinen mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 2 mm, ihre Oberfläche beträgt typischerweise 200 bis 200 000 cm2. In Betracht kommen insbesondere Automobilinnenteile, z.B. Türinnenverkleidun- gen, Armaturenträger, Hutablagen.
Die Gewichtsmenge des verwendeten Bindemittels beträgt im Allgemeinen 0,5-50 Gew.-%, vorzugsweise 1-40 Gew.-% (Bindemittel fest), bezogen auf das Substrat (Fasern, Schnitzel oder Späne).
Die Mischung aus Fasern, Schnitzeln und Spänen und dem Bindemittel kann z.B. bei Temperaturen von 10-150°C vorgetrocknet werden und anschließend, z.B. bei Temperaturen von 50-250°C, vorzugsweise 100-240°C und besonders bevorzugt 120-225°C und Drücken von im allgemeinen 2-1000 bar, vorzugsweise 10-750 bar, besonders bevorzugt 20-500 bar zu den Formkörpern verpreßt werden.
Die Bindemittel eignen sich insbesondere zur Herstellung von Holzwerkstoffen wie Holzspanplatten und Holzfaserplatten (vgl. Ulimanns Encyclopädie der technischen Chemie, 4. Auflage 1976, Band 12, S. 709-727), die durch Verleimung von zerteiltem Holz, wie z.B. Holzspänen und Holzfasern, hergestellt werden können. Die Wasserfestigkeit von Holzwerkstoffen kann erhöht werden, indem man dem Bindemittel eine handelsübliche wässrige Paraffindis- persion oder andere Hydrophobierungsmittel zusetzt, bzw. diese Hydrophobierungsmittel vorab oder nachträglich den Fasern, Schnitzeln oder Spänen zusetzt.
Die Herstellung von Spanplatten ist allgemein bekannt und wird beispielsweise in H.J. Deppe, K. Ernst Taschenbuch der Spanplattentechnik, 2. Auflage, Verlag Leinfelden 1982, beschrieben.
Es werden bevorzugt Späne eingesetzt, deren mittlere Spangröße zwischen 0,1 und 4 mm, insbesondere 0,2 und 2 mm liegt, und die weniger als 6 Gew.-% Wasser enthalten. Es können jedoch auch deutlich grobteiligere Späne und solche mit höherem Feuchtigkeitsgehalt eingesetzt werden. Das Bindemittel wird möglichst gleichmäßig auf die Holzspäne aufgetragen, wobei das Gewichts- Verhältnis Bindemittel fest : Holzspäne vorzugsweise 0,02:1 bis 0,3:1 beträgt. Eine gleichmäßige Verteilung läßt sich beispiels- weise erreichen, indem man das Bindemittel in feinverteilter Form auf die Späne aufsprüht.
Die beleimten Holzspäne werden anschließend zu einer Schicht mit möglichst gleichmäßiger Oberfläche ausgestreut, wobei sich die Dicke der Schicht nach der gewünschten Dicke der fertigen Spanplatte richtet. Die Streuschicht wird bei einer Temperatur von z.B. 100-250°C, bevorzugt von 120-225°C durch Anwendung von Drük- ken von üblicherweise 10-750 bar zu einer Platte verpreßt. Die benötigten Preßzeiten können in einem weiten Bereich variieren und liegen im Allgemeinen zwischen 15 Sekunden bis 30 Minuten.
Auch andere Naturfaserstoffe, wie Sisal, Jute, Hanf, Flachs, Ko- kosfasern, Bananenfasern und andere Naturfasern können mit den Bindemitteln zu Platten und Formteilen verarbeitet werden. Die Naturfaserstoffe können auch in Mischungen mit Kunststoffasern, z.B. Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Polyamid oder Poly- acrylnitril verwendet werden. Diese Kunststoffasern können dabei auch als Cobindemittel neben dem erfindungsgemäßen Bindemittel fungieren. Der Anteil der Kunststoffasern beträgt dabei bevorzugt weniger als 50 Gew.-%, insbesondere weniger als 30 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf alle Späne, Schnitzel oder Fasern. Die Verarbeitung der Fasern kann nach dem bei den Holzfaserplatten praktizierten Verfahren erfol- gen. Es können aber auch vorgeformte Naturfasermatten mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln imprägniert werden, gegebenenfalls unter Zusatz eines Benetzungshilfsmittels. Die imprägnierten Matten werden dann im bindemittelfeuchten oder vorgetrockneten Zustand z.B. bei Temperaturen zwischen 100-250°C und Drücken zwi- sehen 10-100 bar zu Platten oder Formteilen verpreßt.
Bevorzugt haben die mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln imprägnierten Substrate beim Verpressen einen Restfeuchtegehalt von 3-20 Gew.-%, bezogen auf das zu bindende Substrat.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Formkörper haben eine geringe Wasseraufnahme, eine niedrige Dickenquellung nach Wasserlagerung, eine gute Festigkeit und sind formaldehydfrei.
Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen können weiterhin zur Herstellung von Schleifpapier und Schleifkörpern nach den üblichen mit Phenolharz als Bindemittel durchgeführten Herstellungsverfahren verwendet werden. Bei der Herstellung von Schleifpapieren wird auf ein geeignetes Trägerpapier zunächst eine Schicht Bindemittel als Grundbinder aufgetragen (zweckmäßigerweise
10 g/m2). In den feuchten Grundbinder wird die gewünschte Menge an Schleifkörn eingestreut. Nach einer Zwischentrocknung wird eine Deckbinderschicht aufgetragen (z.B. 5 g/m2). Das auf diese Weise beschichtete Papier wird anschließend zur Aushärtung noch (z.B. 5 Minuten lang bei 170°C) getempert.
Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen sind weiterhin geeignet als Kernsandbindemittel zur Herstellung von Gußformen und Kernen für den Metallguß nach den üblichen Verfahren. Sie sind ferner geeignet als Bindemittel für Kokillendämmplatten und Mineralfaserdämmstoffe .
Außerdem kann man die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen für Be- schichtungszwecke, z.B. als Bindemittel für Beschichtungs- und Imprägniermassen für Platten aus organischen und/oder anorganischen Fasern, nicht faserigen mineralischen Füllstoffen sowie Stärke und/oder wässrigen Polymerisatdispersionen verwenden. Die Beschichtungs- und Imprägniermassen verleihen den Platten einen hohen Biegemodul. Die Herstellung derartiger Platten ist bekannt.
Die Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sind in der Beschichtungsmasse im Allgemeinen in einer Menge von 1-65 Gew.-% enthalten. Der Anteil der inerten Füllstoffe liegt im Allgemeinen bei 0-85 Gew.-%, der Wasseranteil beträgt mindestens 10 Gew.-%.
Die Anwendung der Zusammensetzungen erfolgt in üblicher Weise durch Auftragen auf ein Substrat, beispielsweise durch Sprühen, Rollen, Gießen oder Imprägnieren. Die aufgetragenen Mengen, bezogen auf den Trockengehalt der Zusammensetzung, betragen im Allgemeinen 2-100 g/m2.
Die einzusetzenden Mengen an Zusatzstoffen sind dem Fachmann bekannt und richten sich im Einzelfall nach den gewünschten Eigenschaften und dem Anwendungszweck.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind auch als Bindemittel für textile Flächengebilde einsetzbar. Zur Herstellung der texti- len Flächengebilde wird das Bindemittel auf ein Gefüge von Fasern aufgebracht, gegebenenfalls ein Überschuß entfernt und das Bindemittel gehärtet.
Als Fasern sind z.B. Vliese aus Cellulose, Celluloseacetat, Ester und Ether der Cellulose, Baumwolle, Hanf, tierische Fasern, wie Wolle oder Haare und insbesondere Vliese von synthetischen oder anorganischen Fasern, z.B. Aramid-, Kohlenstoff-, Polyacrylnitril-, Polyester-, Mineral-, PVC- oder Glasfasern ge- eignet. Im Falle der Verwendung als Bindemittel für Faservliese können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen z.B. folgende Zusatzstoffe enthalten: Silikate, Silikone, borhaltige Verbindungen, Gleitmittel, Benetzungsmittel.
Das Bindemittel wird vorzugsweise im Gewichtsverhältnis Faser/ Bindemittel (fest) von 10:1 bis 1:1, besonders bevorzugt von 6:1 bis 3:1 auf das Rohfaservlies z.B. durch Beschichten, Imprägnieren, Tränken aufgebracht.
Nach dem Aufbringen des Bindemittels auf das Rohfaservlies erfolgt im Allgemeinen eine Trocknung vorzugsweise bei 100-400°C, insbesondere 130-280°C, ganz besonders bevorzugt 130-230°C über einen Zeitraum von vorzugsweise 10 Sekunden bis 10 Minuten, ins- besondere von 10 Sekunden bis 3 Minuten.
Das erhaltene, gebundene Faservlies weist eine hohe Festigkeit im trockenen und nassen Zustand auf. Die erfindungsgemäßen Bindemittel erlauben insbesondere kurze Trocknungszeiten und auch nie- drige Trocknungstemperaturen.
Die gebundenen Faservliese, insbesondere Glasfaservliese eignen sich zur Verwendung als bzw. in Dachbahnen, als Trägermaterialien für Tapeten oder als Inliner bzw. Trägermaterial für Fußbodenbe- läge z.B. aus PVC.
Bei der Verwendung als Dachbahnen werden die gebundenen Faservliese im Allgemeinen mit Bitumen beschichtet.
Mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen lassen sich durch Imprägnierung von Papier und anschließende schonende Trocknung nach den bekannten Verfahren sogenannte Laminate, z.B. für dekorative Anwendungen, herstellen. Diese werden in einem zweiten Schritt auf das zu beschichtende Substrat unter Einwirkung von Hitze und Druck auflaminiert, wobei die Bedingungen so gewählt werden, dass es zur Aushärtung des Bindemittels kommt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen. Der Feststoffgehalt wurde aus dem Gewichtsverlust einer Probe von 1 g bestimmt, die 2 h bei 120°C in einem Umluft-Trocken- schrank getrocknet wurde. Die Viskosität der Proben wurde mit Hilfe eines Rotationsviskosimeters (Rheomat) der Fa. Paar Physica bei einer Schergeschwindigkeit von 250 s_1 gemäß DIN 53109 bei 23°C bestimmt. Der K-Wert der Polyelektrolyte wurde in l%iger wässriger Lösung analog zu DIN 53726 gemessen. Beispiel 1 :
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 628 g Wasser, 682 g einer 44 Gew.-%igen wässrigen Lösung eines Na- trium(acrylamidopropansulfonat )-Homopolymerisats (pH-Wert 4,4; K- Wert 8,2), 250 g einer 40 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Lipamin OK (Fa. BASF, ethoxyliertes Oleylmonoamin, mittlerer Ethoxylie- rungsgrad=12; mit Dimethylsulfat permanent quaterniert) vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Ge- samtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpo- lymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 4 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 4,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so her- gestellte Polymerisat enthält 39,2% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 4,6. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 589 mPas.
Zulauf 1: 200 g Styrol 150 g n-Butylmethacrylat
150 g Ethylacrylat
Zulauf 2: 100 g vollentsalztes Wasser 5 g Natriumperoxodisulfat
Beispiel 2 :
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 359 g Wasser, 300 g einer 32 Gew.-%igen wässrigen Lösung eines Dime- thylaminoethylacrylat-Homopolymerisats (permanent quaterniert mit Dimethylsulfat; pH-Wert 4,0; K-Wert 10,8), 167 g einer 30 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Disponil FES 77 (Fa. Henkel, Fettethersulfat, mittlerer Ethoxylierungsgrad=30 ) vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge ei- nes Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge von Zuläufen 2 und 3 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymeri- siert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 3 h die Restmenge von Zulauf 1 , 2 und 3 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 37,5% nicht- flüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 3,7. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 854 mPas.
Zulauf 1: 350 g n-Butylacrylat
125 g Methylmethacrylat 150 g Acrylnitril 400 g vollentsalztes Wasser 33 g Disponil FES 77
Zulauf 2: 10 g tert-Butylhydroperoxid (10%ige wässrige Lösung) 5
Zulauf 3: 5 g Natriumbisulfit (20%ige wässrige Lösung) 40 g vollentsalztes Wasser
Beispiel 3: 10
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 1200 g Sokalan CP 12 S (50 Gew.-%ige wässrige Lösung eines Acrylsäure- Maleinsäure-Copolymerisats, mittlere Zusammensetzung ca. 50:50 Gew.-% AS:MS, pH-Wert ca. 1,8, mittlere molare Masse Mw=3000
15 g/mol) und 375 g einer 40 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Unipe- rol AC (Fa. BASF, ethoxyliertes Oleylmonoamin, mittlerer Ethoxy- lierungsgrad=12 ) vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird
20 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 3 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 3,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 63,7% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 1,5. Die Viskosität
25 der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 850 mPas.
Zulauf 1: 500 g Styrol 450 g Methylmethacrylat 115500 g 2-Hydroxyethylacrylat
30
Zulauf 2: 80 g vollentsalztes Wasser 1100 g Natriumperoxodisulfat
Beispiel 4 .
35
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 217 g einer 46 Gew.-%igen wässrigen Lösung eines Natriumstyrolsulfonat- Homopolymerisats (pH-Wert 4,7 ; K-Wert 12,0), 100 g Lipamin OK und 479 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentempe-
40 ratur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 4 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 4,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt
45 kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 28,3% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 3,6. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 272 mPas .
Zulauf 1: 60 g Styrol 60 g Methylmethacrylat
80 g Ethylhexylacrylat
Zulauf 2: 60 g vollentsalztes Wasser 2 g Natriumperoxodisulfat
Beispiel 5:
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 270 g von Luviquat FC 905 (Fa. BASF, 40 Gew.-%ige wässrige Lösung eines quaternierten Vinylimidazol-Vinylpyrrolidon-Copolymerisats, pH- Wert 6,0 ; K-Wert 14,8), 87 g Emulphor NPS 25 (Fa. BASF, 15 Gew.-%ige wässrige Lösung eines Nonylphenolethoxylats, mittlerer Ethoxylierungsgrad=25) und 200 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 4 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 4,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Poly- merisat enthält 29,7% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH- Wert von 3,2. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 32 mPas.
Zulauf 1: 108 g Methylmethacrylat 72 g 2-Ethylhexylacrylat
172 g vollentsalztes Wasser 18 g Lutensol AT 18 (Fa. BASF, 20 Gew.-%ige wässrige Lösung eines Fettalkoholethoxylats, mittlerer Ethoxylierungsgrad=18 )
Zulauf 2: 60 g vollentsalztes Wasser 1,8 g Natriumperoxodisulfat
Beispiel 6:
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 429 g So- kalan PA 80 S (35 Gew.-%igen wässrigen Lösung eines Acrylsäure- Homopolymerisats, pH-Wert ca. 1,8; mittlere molare Masse Mw=100 kg/mol), 25 g von Noramox C 11 (Fa. Elf-Atochem, ethoxyliertes Cocosfettamin, mittlerer Ethoxylierungsgrad=ll ) und 208 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 3 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 3,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zu- geführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 36,9% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 2,1. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 398 mPas.
Zulauf 1: 125 g Methylmethacrylat 125 g n-Butylacrylat 2,5 g Methacrylsäure
Zulauf 2: 100 g vollentsalztes Wasser 2,5 g Natriumperoxodisulfat
Beispiel 7
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 270 g von Sokalan HP 80 (Fa. BASF, 35 Gew.-%ige wässrige Lösung eines Acrylsäure-Methylpolyglycolmethacrylat-Copolymerisats , pH-Wert 7,2; K-Wert 26), 80 g Lipamin OK und 321 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C an- polymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 4 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 4,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 29,0% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 6,4. Die Viskosität der erhaltenen Zusam- mensetzung beträgt 28 mPas .
Zulauf 1: 32 g Styrol
128 g n-Butylacrylat 72 g 2-Hydroxyethylacrylat
Zulauf 2: 80 g vollentsalztes Wasser
1,6 g Wako V 50 (Fa. Wako, Azo-Radikalstarter)
Beispiel 8:
In einem 4-1 Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 240 g Sokalan CP 12 S, 87 g Cetyltrimethylammoniumbromid und 560 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 3 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 3,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 28,6% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 1,5. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 7 mPas .
Zulauf 1: 100 g Styrol
90 g Methylmethacrylat
10 g 2-Hydroxyethylacrylat
Zulauf 2: 60 g vollentsalztes Wasser 2 g Natriumperoxodisulfat
Vergleichsbeispiel V-l:
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 270 g von Sokalan CP 12 S, 250 g Disponil FES 77 und 875 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 3 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 3,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 35,2% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 1,9. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 18 mPas.
Zulauf 1: 250 g Styrol
225 g Methylmethacrylat
25 g 2-Hydroxyethylacrylat
Zulauf 2: 200 g vollentsalztes Wasser 5 g Natriumperoxodisulfat
Vergleichsbeispiel V-2 :
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 240 g einer 32 Gew.-%igen wässrigen Lösung eines Dimethylaminoethylacry- lat-Homopolymerisats (permanent quaterniert mit Dimethylsulfat; pH-Wert 4,0; K-Wert 10,8), 100 g Lipamin OK und 1200 g vollent- salztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 4 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 4,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 23,5% nichtflüch- tige Anteile und hat einen pH-Wert von 4,2. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 80 mPas.
Zulauf 1: 280 g n-Butylacrylat 100 g Methylmethacrylat
20 g Acrylnitril
20 g Lipa in OK
131 g vollentsalztes Wasser
Zulauf 2: 100 g vollentsalztes Wasser 4 g Natriumperoxodisulfat
Vergleichsbeispiel V-3:
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 183 g Disponil FES 77 und 900 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 4 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 4,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Nach dem Abkühlen wurden 330 g einer 32 Gew.-%igen wässrigen Lösung eines Dimethylamino- ethylacrylat-Homopolymerisats (permanent quaterniert mit Dime- thylsulfat; pH-Wert 4,0; K-Wert 10,8) zugesetzt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 39,5% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 3,9. Die Polymerdispersion war nicht stabil, es wurde allmähliche Sedimentation beobachtet.
Zulauf 1: 385 g n-Butylacrylat
138 g Methylmethacrylat 28 g Acrylnitril 37 g Disponil FES 77 167 g vollentsalztes Wasser
Zulauf 2: 100 g vollentsalztes Wasser 5,5 g Natriumperoxodisulfat
Vergleichsbeispiel V-4 :
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 83 g Lipamin OK und 602 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 3 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 3,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räum- lieh getrennt kontinuierlich zugeführt. Nach dem Abkühlen wurden 264 g von Sokalan HP 80 zugesetzt. Das so hergestellte Polymerisat enthält 26,0% nichtflüchtige Anteile und hat einen pH-Wert von 7,4. Die Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung beträgt 15 mPas .
Zulauf 1: 110 g Styrol
110 g n-Butylacrylat 11 g 2-Hydroxyethylacrylat
Zulauf 2 : 60 g vollentsalztes Wasser 2 , 2 g Natriumperoxodisulfat
Vergleichsbeispiel V-5 :
In einem 4 1-Glasgefäß mit Ankerrührer (120 Upm) wurden 300 g von Luviquat FC 905 (Fa. BASF, 40 Gew.-%igen wässrigen Lösung eines quaternierten Vinylimidazol-Vinylpyrrolidon-Copolymerisats, pH- Wert 6,0; K-Wert 14,8), 200 g Steinapol NLS (Fa. BASF, 15 Gew.-%ige wässrige Lösung von Natriumlaurylsulfat ) und 303 g vollentsalztes Wasser vorgelegt. Dabei trat eine deutliche Trübung auf, die auch bei Temperaturerhöhung nicht wieder verschwand. Bei einer Innentemperatur von 85°C wurden 5 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 1 und 10 Gew.-% der Gesamtmenge eines Zulauf 2 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 min bei 85°C anpolymerisiert. Anschließend wurden bei 85°C innerhalb von 4 h die Restmenge von Zulauf 1 und innerhalb von 4,5 h die Restmenge von Zulauf 2 räumlich getrennt kontinuierlich zugeführt. Es wurde ein Latex mit einem hohen Koagulat-Anteil erhalten, der nicht fil- trierbar oder weiterverarbeitbar war.
Zulauf 1: 120 g Methylmethacrylat
80 g 2-Ethylhexylacrylat
20 g Lutensol AT 18 (Fa. BASF, 20 Gew.-%ige wässrige Lösung eines Fettalkoholethoxylats, mittlerer
Ethoxylierungsgrad=18 )
Zulauf 2: 100 g vollentsalztes Wasser 2,0 g Natriumperoxodisulfat
In Tabelle 1 ist die Stabilität der nach den obigen Beispielen erhaltenen Dispersionen aufgeführt. Die Prüfung auf Verdünnbar- keit wurde durch tropfenweise Zugabe der jeweiligen Probe zu etwa 50 g vollentsalztem Wasser bei 23°C unter Rühren durchgeführt. Trat dabei ein Niederschlag oder eine Stippenbildung auf, so gilt die Probe als instabil gegenüber Verdünnung mit Wasser. Die Scherstabilität wurde durch Scherung der unverdünnten Proben mit Hilfe eines Dispermats für 10 min bei 10000 U/min geprüft. Anschließend wurde die Probe auf einem Glasträger verstrichen und auf Koagulat bzw. Stippen (Feinkoagulat) untersucht. Bei einer deutlichen Erhöhung an Koagulat bzw. Stippen im Vergleich zur un- gescherten Probe gilt die Probe als nicht scherstabil. Die Prüfung auf Elektrolytstabilität erfolgt durch tropfenweise Zugabe der jeweiligen Probe zu etwa 50 g wäßriger CaCl2-Lösung definierter Konzentration unter Rühren bei 23°C. Kommt es dabei zur Koagulation, ist die Elektrolytstabilität der Probe überschritten. In Tabelle 1 ist diejenige CaCl2-Konzentration angegeben, bei der die jeweilige Probe noch stabil ist.
Die erhaltenen Ergebnisse in Tabelle 1 machen deutlich, dass durch die Kombination eines Polyelektrolyten mit einem entgegen- gesetzt geladenen Tensid als Schutzkolloid-System bei der Emulsionspolymerisation Latizes erhalten werden, die eine hohe Elektrolyt- und vor allem Scherstabilität aufweisen, sich jedoch durch Verdünnen mit Wasser ausflocken lassen. Die Kombination gleich geladener Polyelektrolyte und Tenside hingegen führt zu Polymer-Dispersionen, die bei Verdünnung mit Wasser stabil sind. Die nachträgliche Zugabe eines Polyelektrolyten zu einer Polymer- Dispersion, die mit einem zum Polyelektrolyten entgegengesetzt geladenem Tensid stabilisiert ist, führt zu einem anderen Stabilitätsverhalten als die gleichzeitige Anwesenheit beider Kompo- nenten während der Emulsionspolymerisation. In der Regel flockt der Latex aus . Ein Vergleich von Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel V-5 macht deutlich, dass die Verwendung von ethoxylierten Tensiden die Stabilität der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in der Regel deutlich erhöht.
Tabelle 1: Stabilität der Patentbeispiele bei Verdünnung, Scherung und Elektrolytzusatz
Figure imgf000031_0001
* nachträglich zudosiert
Ein weiteres Charakteristikum der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist, dass sich Härte und Festigkeit des nach Trocknung er- haltenen Filmes durch nachträgliches Tempern bei Temperaturen oberhalb von 80°C, bevorzugt oberhalb von 120°C in der Regel deutlich erhöhen lassen. Dieser Härteanstieg kann z.B durch Messung der Pendelhärte nach König gemäß DIN 53157 gemessen werden. Zur Demonstration dieses Effektes wurden aus den Proben der Patent- beispiele 1, 4 und 8 Filme von etwa 100 mm Dicke auf Glasträger durch mehrtägiges Trocknen bei 23°C hergestellt. Die Pendelhärte dieser Filme wurde ungetempert sowie nach Temperung für 10 min bei 100°C bzw. 160°C bestimmt. Dabei wurde ein Pendelhärtemeßgerät der Fa. Byk Mallinckrodt GmbH verwendet. Die erhaltenen Ergeb- nisse, aufgeführt in Tabelle 2, machen deutlich, dass bereits ein zehnminütiges Tempern bei 100°C und insbesondere bei 160°C zu einem signifikanten Anstieg der Pendelhärte, also der Filmhärte führt. Tabelle 2: Pendelhärte (in Pendelsekunden) der Filme vor und nach der Temperung
Figure imgf000032_0001

Claims

Patentansprüche
1. Polymerdispersion, enthaltend
i) in einem wässrigen Medium dispergierte Polymerpartikel aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere,
ii) einen wasserlöslichen polymeren Polyelektrolyten, der entlang eines polymeren Gerüstes eine Vielzahl ionischer Gruppen einheitlichen Ladungscharakters oder hierzu ionisierbarer Gruppen trägt, und
iii) ein ionisches Tensid, das eine ionische Gruppe mit zu dem polymeren Polyelektrolyten entgegengesetztem Ladungscharakter oder eine hierzu ionisierbare Gruppe trägt.
2. Polymerdispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt und das ionische Tensid in einem Ge- wichtsverhältnis auf Feststoffbasis von 20:1 bis 1:1 vorliegen.
3. Polymerdispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich ein nicht-ionisches Tensid ent- hält.
4. Polymerdispersion nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere aufgebaut ist und zu 20-100 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomereinheiten, aus Einheiten e- thylenisch ungesättigter C3-Cg-Monocarbonsäuren; C4- bis Cs-Dicarbonsäuren oder deren Halbestern; Sulfonsäuren; Schwefelsäurehalbester oder Phosphonsäuren und/oder Salzen davon besteht und das ionische Tensid ein quaternares Ammoniumsalz ist, das mindestens eine Kohlenwasserstoffkette von wenigstens 6 Kohlenstoffatomen umfasst.
5. Polymerdispersion nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere aufgebaut ist und zu 20-100 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomereinheiten, aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Sulfonsäuren, Schwefelsäurehalbester oder Phosphonsäuren und/oder Salzen davon besteht und das ionische Tensid ein Amin, das mindestens eine Kohlenwas- serstoffkette von wenigstens 6 Kohlenstoffatomen umfasst, oder eine protonierte Form davon ist.
6. Polymerdispersion nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt aus Einheiten ethylenisch ungesättigter Monomere aufgebaut ist und zu 20-100 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomereinheiten, aus Einheiten mo-
5 noethylenisch ungesättigter Monomeren besteht, die eine quaternäre Ammoniumgruppe oder eine protonierbare Aminogruppe tragen.
7. Polymerdispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
10 dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt einen Polyme- risationsgrad von weniger als 2000 aufweist.
8. Polymerdispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerpartikel in einpoly-
15 merisierter Form enthalten:
60-100 Gew.-%, bezogen auf die gesamten Monomereinheiten, Cχ-Cχ2-Alkyl(meth)acrylate, vinylaromatische Verbindungen oder Vinylester von C2- bis Cχ2-Monocarbonsäuren und 20
0-40 Gew.-% (Meth)acrylsäure, (Meth)acrylnitril, C2- bis C8-Hydroxy(meth)acrylat, (Meth) acrylamid oder Glyci- dy1 (meth) acrylat.
25 9. Polymerdispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyelektrolyt und die Polymerpartikel in einem Gewichtsverhältnis auf Feststoffbasis von 5:1 bis 1:10 vorliegen.
30 10. Verfahren zur Herstellung einer Polymerdispersion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem wässrigen Medium wenigstens ein ethylenisch ungesättigtes Monomer in Gegenwart einer Kombination eines wasserlöslichen polymeren Polyelektrolyten, der entlang eines
35 polymeren Gerüstes eine Vielzahl ionischer Gruppen einheitlichen Ladungscharakters oder hierzu ionisierbarer Gruppen trägt, und eines ionischen Tensids, das eine ionische Gruppe mit zu dem polymeren Polyelektrolyten entgegengesetztem Ladungscharakter oder eine hierzu ionisierbare Gruppe trägt,
40 radikalisch polymerisiert.
11. Verwendung einer Polymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Bindemittel für Formkörper, textile Flächengebilde, Klebstoffe oder für Beschichtungszwecke. 45
12. Verfahren zum Herstellen von zwei- oder dreidimensionalen Gebilden, bei dem eine Polymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem teilchen- oder faserförmigen Substrat in Kontakt gebracht wird und einem Härtungsschritt unterzogen wird.
13. Verfahren zum Herstellen von zwei- oder dreidimensionalen Gebilden, bei dem eine Polymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ein teilchen- oder faserförmiges Substrat und eine wässrige Phase miteinander in Kontakt gebracht werden, wobei die Polymerpartikel koaguliert werden, gegebenenfalls überschüssige wässrige Phase entfernt wird und das Gemisch von Substrat und koagulierten Polymerpartikeln einem Härtungsschritt unterzogen wird.
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