WO2010089142A1 - Vinylacetat-ethylen-copolymerdispersionen und damit behandelte textile flächengebilde - Google Patents

Vinylacetat-ethylen-copolymerdispersionen und damit behandelte textile flächengebilde Download PDF

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WO2010089142A1
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ethylene
ethylene copolymer
textile
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Harmin MÜLLER
Paul Stuart Wormald
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Celanese Emulsions Gmbh
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Definitions

  • Vinyl acetate-ethylene copolymer dispersions and textile fabrics treated therewith Vinyl acetate-ethylene copolymer dispersions and textile fabrics treated therewith
  • the present invention relates to vinyl acetate-ethylene dispersions ("VAE dispersions), which are particularly suitable for the treatment of textile fabrics and the textile fabrics treated therewith, which are particularly suitable as floor coverings or as belts.
  • VAE dispersions vinyl acetate-ethylene dispersions
  • Modern floor coverings can consist of a wide variety of material combinations. So it may be textile surfaces, such as nonwovens, stabilized with a binder; or they are pile fabrics, in which threads are incorporated into a base surface and by application of a
  • Binders are fixed in the base.
  • floor coverings may have multiple layers which have been laminated together by binders or adhesives.
  • a back layer is attached to these laminates on the side facing away from the tread surface. This serves on the one hand to fix the materials which the
  • binders made from a wide variety of plastics have already been used in the past (see WO 90/00967 A1). Frequently, styrene-butadiene latex is used. There have also been ready proposals to use VAE copolymer dispersions for this purpose. Examples thereof can be found in GB 1,442,806 A, EP 0 432 391, EP 0 864685 A1, US Pat. No. 5,084,503 A and US Pat. No. 5,124,394 A.
  • EP 1 008 689 A2 describes crosslinkable carpet backing coatings comprising a VAE copolymer dispersion derived from 4 to 25% by weight of ethylene, 67 to 95% by weight of vinyl acetate and 0.1 to 8% by weight of an ethylenically unsaturated hydroxy-functional monomer and a selected crosslinking agent.
  • a VAE copolymer dispersion derived from 4 to 25% by weight of ethylene, 67 to 95% by weight of vinyl acetate and 0.1 to 8% by weight of an ethylenically unsaturated hydroxy-functional monomer and a selected crosslinking agent.
  • dispersions which are stabilized by protective colloid / emulsifier combinations. Details of the properties of the dispersions used, such as ethylene content, glass transition temperature or particle sizes of the VAE copolymer are not disclosed.
  • VAE copolymer dispersions which are suitable for coating carpets.
  • the used VAE copolymer is relatively soft and has a glass transition temperature in the range of 0 to -40X.
  • the ethylene content of these copolymers is correspondingly high.
  • VAE copolymers are generally characterized by a comparatively high content of polymerized ethylene units from; the content of ethylene units is typically well above 10% by weight, based on the total amount of monomers used. Such VAE copolymer dispersions lead to a good
  • VAE copolymer dispersions are also known for other uses.
  • DE 60 2004000 117 T2 describes the introduction of a self-crosslinking
  • the binders described include vinyl ester-ethylene copolymers which are derived from 65-85% by weight of a vinyl ester, 5-30% by weight of ethylene and optionally up to 12% by weight of a crosslinking monomer.
  • the dispersions are relatively soft due to their ethylene content of more than 5% by weight. These dispersions are unlikely to achieve the dimensional stability typical of carpets or belts. The dimensional stability of the wipes impregnated therewith is not improved, which is not required in this application area.
  • DE 10 2006 037 318 A1 discloses a process for the application of a dispersion adhesive by means of nozzle application.
  • a dispersion adhesive by means of nozzle application.
  • vinyl ester-ethylene copolymers are used, which are from 40-95 wt.% Of vinyl esters, up to 45 % By weight of ethylene and up to 60% by weight of further monomers copolymerizable therewith.
  • the VAE copolymer dispersions specifically disclosed in this document have ethylene contents of significantly more than 5% by weight.
  • DE 102004 023 374 A1 describes preservative-free coating compositions comprising a selected vinyl ester copolymer and a strongly basic agent for adjusting a pH of the dispersion to a value above 10. Described are copolymers derived from vinyl acetate, ethylene and versatic acids. The ethylene content of these copolymers is typically 15 to 20% by weight.
  • the average particle diameters of the dispersions obtained are comparatively coarse and are typically between 0.8 and 1.2 ⁇ m (d w ).
  • Copolymer emulsions stabilized with a polyethylene glycol-polyvinyl alcohol mixture are derived from 50-95% by weight of vinyl acetate and 5-30% by weight of ethylene and optionally up to 10% by weight of further monomers copolymerizable therewith.
  • a polyethylene glycol-polyvinyl alcohol mixture is used as the stabilizing system. Again, the average particle diameter of the resulting dispersions should be comparatively coarse, typically in the range of well above 500 nm (d w ).
  • DE 29 49 154 A1 describes a process for the preparation of vinyl acetate-ethylene copolymer dispersions derived from 60-95% by weight of vinyl acetate, 5-40% by weight.
  • Ethylene and optionally small amounts of other monomers copolymerizable with it The polymerization takes place in the presence of a stabilization system from emulsifier and protective colloid. Vinyl acetate and emulsifier are added in portions during the polymerization.
  • DE 26 01 200 A1 describes an aqueous dispersion of a vinyl acetate-ethylene copolymer containing an epoxide component.
  • the epoxide content is 0.5 to
  • the emulsion polymerization can be carried out in the presence of emulsifiers and / or protective colloids.
  • No. 5,180,771 A discloses a dispersion comprising a vinyl acetate-ethylene copolymer with 60-94% by weight of vinyl acetate units, 5-30% by weight of ethylene units and 1-10% by weight of crosslinking units and containing 1-45% by weight of tetramethylolglycoluril ,
  • VAE copolymer dispersions which are distinguished by good flexural strength combined with low brittleness, which do not require plasticizers or only small amounts of plasticizers and are outstandingly suitable for use as binders for textile fabrics, especially those which are used as floor coverings or belts. These VAE copolymer dispersions are also characterized by a good dimensional stability and feel.
  • the object of the present invention is therefore to provide VAE
  • Copolymer dispersions with the above property profile.
  • the present invention relates to a vinyl acetate-ethylene copolymer dispersion, which is from 60 to 99 wt .-% vinyl acetate, 1 to 4 wt.%, Preferably 1 to 3 wt.%, And most preferably 2-3 wt.% Of ethylene and optionally up to
  • the copolymer has a glass transition temperature of +15 to +32 0 C, an average particle diameter d w of 50 to 500 nm and having at least 1 wt.% Of emulsifiers and 0-2 wt .% of protective colloids is stabilized, wherein in the case of stabilizer systems of emulsifiers and protective colloids, the amount of emulsifier is at least twice as large, preferably at least three times as large as the amount of protective colloid.
  • vinyl acetate-ethylene copolymer is to be understood as meaning a vinyl acetate copolymer which comprises at least vinyl acetate and of
  • the VAE copolymer dispersion according to the invention is stabilized mainly by emulsifiers. This means that stabilizers used either only emulsifiers or combinations of emulsifiers and
  • Protective colloids wherein in these combinations, the amount of emulsifier is to be chosen well above the amount of protective colloid.
  • the viscosity of the vinyl ester-ethylene copolymer dispersions according to the invention is usually 100 to 10,000 mPas, in particular 200 to 6,000 mPas and very particularly preferably 400 to 4,000 mPas.
  • the viscosity is measured with a Brookfield viscometer at 25 0 C using spindle 5 at 20 revolutions per minute (rpm) for the purposes of this description.
  • These viscosity data refer to dispersions having a solids content in the range of 40 to 70 wt .-%, based on the total mass of the dispersion. Dilution lowers the viscosity accordingly.
  • the VAE copolymers of the dispersion of the invention have glass transition temperatures between +15 and + 32 ° C, preferably from +20 to +30 0 C.
  • the ianaeste glass transition temperature between +15 to + 32 ° C, preferably from +20 to +30 0 C.
  • the glass transition temperature is determined by DSC For purposes of the present specification Measurement determined at a heating rate of 10
  • the copolymers of the dispersion according to the invention are further characterized by very low average particle diameters. These are given in the form of d w values and are between 50 and 500 nm, preferably between 100 and 300 nm.
  • the particle size distribution is determined for the purposes of the present invention by means of laser aerosol spectroscopy.
  • the distribution width plays a minor role in the application according to the invention. Typical distribution widths OJu n are in the range of 1.02 to 6.
  • the vinyl acetate-ethylene copolymer dispersions of the invention are particularly suitable as binders and as adhesives for textile fabrics and provide a very good balance between dimensional stability and flexibility. It has been found that vinyl acetate-ethylene copolymers having a comparatively small proportion of ethylene units and a high proportion of very fine polymer particles can be used excellently for this application.
  • the VAE copolymer dispersions of the invention are prepared by free-radical emulsion polymerization of at least vinyl acetate and at least ethylene and are stabilized mainly by emulsifiers.
  • the monomer combination is selected such that the copolymers of the VAE copolymer dispersions according to the invention have glass transition temperatures in the range specified above.
  • Heterogeneous systems, such as core-shell or hemispheres may have multiple glass transition temperatures; in this case, at least one glass transition temperature is within the limits mentioned above, while the glass transition temperature of the other phase may also be above these limits.
  • Copolymer derived from further copolymerizable with at least one monoethylenically unsaturated group-containing monomers are the per se known radically polymerizable monomers into consideration. However, these should be selected such that vinyl ester ethylene
  • Copolymers having the above glass transition temperatures arise.
  • polymers can be produced with homogeneous and heterogeneous morphologies.
  • the further monomers which are copolymerizable with vinyl acetate and ethylene and have at least one monoethylenically unsaturated group can be subdivided into those which have at least one functional group which gives the VAE copolymer a specific reactive property ("functional monomers") and those which do not have functional group
  • Non-functional monomers These non-functional monomers can be used, for example, for adjusting the glass transition temperature or the hydrophobic or hydrophilic properties of the VAE copolymer.
  • the proportion of functional monomers in the VAE copolymer can be between 0 and 10
  • the proportion of non-functional monomers in the VAE copolymer may be between 0 and 20% by weight, preferably between 0 and 10% by weight, the total amount of functional and non-functional monomers being not more than 30% by weight.
  • Examples of functional monomers are ethylenically unsaturated acids, such as mono- or dicarboxylic acids, sulfonic acids or phosphonic acids. Instead of the free acids and their salts, preferably alkali metal or ammonium salts can be used.
  • acrylic acid methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, vinylsulfonic acid, vinylphosphonic acid, styrenesulfonic acid, half esters of maleic or fumaric acid and itaconic acid with monohydric aliphatic saturated alcohols of chain length C- 1- C- IS and their alkali metal and Ammonium salts or (meth) acrylic acid esters of sulfoalkanols, for example
  • functional monomers are ethylenically unsaturated monomers which have at least one amide, epoxy, hydroxyl, N-methylol, trialkoxysilane or carbonyl group.
  • ethylenically unsaturated epoxy compounds such as glycidyl methacrylate or glycidyl acrylate; ethylenically unsaturated N-methylol compounds such as N-methylol acrylate or methacrylate; or the methacrylic and acrylic acid CrCg hydroxyalkyl esters, such as n-hydroxyethyl, n-hydroxypropyl or n-hydroxybutyl acrylate and methacrylate; and compounds such as diacetone acrylamide and acetylacetoxyethyl acrylate or methacrylate; or amides of ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as acrylamide or methacrylamide.
  • Particular preference is given to using a combination of acrylamide with N-methylolacrylamide.
  • These VAE copolymers are characterized by a particularly low tendency to
  • Non-functional monomers are vinyl esters which are not vinyl acetate.
  • vinyl esters of monocarboxylic acids having from one to eighteen carbon atoms such as vinyl formate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl benzoate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl esters of ⁇ -branched carboxylic acids having 5 to 11 carbon atoms in the acid radical ( ® Versatic acids), vinyl ester of pivalin -
  • Vinyl esters of versatic acids in particular VeoVa® 9, VeoVa® 10 and VeoVa® 11, are preferred.
  • non-functional monomers are alpha olefins which are not
  • Ethylene are or vinyl aromatics. Examples of these are propylene, 1-butylene, 2-butylene, styrene or ⁇ -methylstyrene.
  • non-functional monomers are esters of ethylenically unsaturated monocarboxylic acids or diesters of ethylenically unsaturated
  • Dicarboxylic acids Preferably, these are esters of alcohols having one to eighteen carbon atoms.
  • examples of such non-functional monomers are methyl methacrylate or acrylate, butyl methacrylate or acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate or acrylate, dibutyl maleate or dioctyl maleate.
  • VAE dispersions according to the invention comprises vinyl acetate-ethylene copolymers which additionally comprise from 0.5 to 20 parts by weight of esters of acrylic acid and / or of esters of methacrylic acid and / or of diesters of maleic acid with monohydric saturated alcohols, in particular butyl acrylate ( BuA) and / or 2 ethylhexyl acrylate (2-EHA) and / or dibutyl maleate and / or Dioctylmaleinat, polymerized.
  • BuA butyl acrylate
  • 2-EHA ethylhexyl acrylate
  • Dioctylmaleinat dioctylmaleinat
  • the solids content of the VAE copolymer dispersions according to the invention is typically 40 to 70% by weight, preferably 45 to 60% by weight, based on the total mass of the dispersion, more preferably between 48 and 55%. These dispersions can be diluted in use, the viscosity changes accordingly.
  • the VAE copolymer dispersion according to the invention contains emulsifiers, in particular nonionic emulsifiers E1 and / or anionic emulsifiers E2. If combinations of nonionic emulsifiers with anionic emulsifiers are used, the ratio of E1: E2 is usually 1: 1 to
  • the VAE copolymer dispersion may additionally contain small amounts of polymeric stabilizers (protective colloids).
  • nonionic emulsifiers E1 are acyl, alkyl, oleyl and alkylaryl oxethylate. These products are commercially available, for example, under the name
  • Genapol®, Lutensol® or Emulan® available include, for example, ethoxylated mono-, di- and tri-alkylphenols (EO degree: 3 to 50, alkyl substituent radical: C 4 to C 12 ) and ethoxylated fatty alcohols (EO degree: 3 to 80; alkyl radical: C 8 to C) 3 6), especially Ci 2 -Ci 4 fatty alcohol (3-40) ethoxilate, Ci 3 Ci 5 -Oxoalkohol (3-40) ethoxilate, Ci 6 C 18 fatty alcohol (11-80) ethoxilate, Cio-oxo-alcohol (3 -40) ethoxylates, C 13 -OxO alcohol (3-40) ethoxylates, polyoxyethylene sorbitan monooleate with 20 ethylene oxide groups, copolymers of ethylene oxide and propylene oxide with a minimum content of 10% by weight ethylene oxide, the polyethylene oxide (4-40) ether of oleyl alcohol as well
  • nonionic emulsifiers E1 1 to 8 wt.%, Preferably 1 to 5 wt.%, Particularly preferably 1 to 4 wt.%, Based on the total main monomer amount, are typically used on nonionic emulsifiers E1. It is also possible to use mixtures of nonionic emulsifiers.
  • anionic emulsifiers E2 are sodium, potassium and ammonium salts of straight-chain aliphatic carboxylic acids of chain length C 2 -C 20 , sodium hydroxyoctadecane sulfonate, sodium, potassium and ammonium salts of hydroxy fatty acids of chain length C 12 -C 20 and their sulfonation or sulfation and or acetylation products, alkyl sulfates, also as triethanolamine salts, alkyl (Cio-C 2 o) sulfonates, alkyl (Cio-C 2 o) -arylsulfonate
  • Succinic acid or phosphates of polyethoxylated alkanols or alkylphenols.
  • 0.1 to 3% by weight preferably 0.1 to 2% by weight, particularly preferably 0.5 to 1.5% by weight, are typically obtained from anionic emulsifiers E2 on the total main monomer amount. It is also possible to use mixtures of anionic emulsifiers.
  • emulsifiers E1 to E2 can vary within wide limits, for example between 50: 1 and 1: 1.
  • the VAE copolymer dispersions according to the invention may also contain subsequently added water-soluble or water-dispersible polymers and / or subsequently added emulsifiers.
  • the total amount of emulsifier based on the total amount of monomers, 1 to 8 wt.%, Preferably 1 to 6 wt.%, Particularly preferably 1 to 4 wt.%.
  • the vinyl ester-ethylene copolymer dispersions according to the invention may contain protective colloids, preferably polyvinyl alcohols and / or their modifications.
  • protective colloids if present, are generally present only in comparatively low concentrations, for example in up to 2% by weight, based on the total amount of the main monomers used.
  • the vinyl ester polymer dispersions used according to the invention preferably contain no or up to 1% by weight, based on the total amount of the main monomers used, of protective colloids.
  • the protective colloids are water-soluble or water-dispersible polymers which are present during the emulsion polymerization and stabilize the resulting dispersion.
  • Emulsifiers are low molecular weight compounds which stabilize the emulsion and the resulting product.
  • protective colloids are water-soluble or water-dispersible polymeric modified natural substances, such as cellulose ethers, for example methyl, ethyl, Hydroxyethyl or carboxymethylcellulose; water-soluble or water-dispersible polymeric synthetic substances, such as polyvinylpyrrolidone or polyvinyl alcohols or their copolymers (with or without residual acetyl content), partially esterified or acetalated or etherified with saturated polyvinyl alcohol.
  • cellulose ethers for example methyl, ethyl, Hydroxyethyl or carboxymethylcellulose
  • water-soluble or water-dispersible polymeric synthetic substances such as polyvinylpyrrolidone or polyvinyl alcohols or their copolymers (with or without residual acetyl content), partially esterified or acetalated or etherified with saturated polyvinyl alcohol.
  • the protective colloids can be used singly or in combination. In the case of combinations, they each differ in their molecular weights or they differ in their molecular weights and their chemical composition, such as the degree of hydrolysis.
  • polyvinyl alcohols these may have been modified in some way hydrophobic or hydrophilic.
  • VAE copolymer dispersions according to the invention may be further customary for the formulation of binders or adhesives. Supplements included.
  • film-forming auxiliaries such as white spirit, Texanol ®, TXIB ®, butyl glycol, butyl diglycol, Butyldipropylenglykol and Butyltripropylenglykol;
  • Wetting agents such as AMP 90 ®, ® TegoWet.280, Fluowet ® PE; Thickeners, such as polyacrylates or polyurethanes as Borchigel L75 ® and Tafigel PUR 60 ®; Defoamers, eg mineral oil or silicone defoamers; UV stabilizers, such as Tinuvin ® 1130; Means for adjusting the pH; Preservatives; subsequently added stabilizing polymers, such as polyvinyl alcohol or cellulose ethers, fillers, such as
  • Chalk or calcium carbonate pigments such as carbon black, and other additives and adjuvants common in the formulation of binders or adhesives.
  • the proportion of these additives in the VAE dispersions according to the invention can vary within wide limits and is selected by the skilled worker with regard to the desired field of application.
  • further latexes known in this field for example SBR dispersions
  • the proportion of these additional dispersions can be up to 30% by weight.
  • the dispersion according to the invention can be formulated with a high filler or pigment content.
  • typically up to 80% by weight of these solids can be incorporated into the dispersion.
  • Plasticizers are in the VAE copolymer dispersions of the invention in the
  • VOC very low content of VOC, in particular VOC contents of less than 1000 ppm, particularly preferably less than 500 ppm, based on the total mass of the dispersion.
  • VOC organic substances are to be understood in the context of this description, which have a boiling point of less than 25O 0 C and having no acid function.
  • VAE copolymer dispersions according to the invention are prepared by free-radical emulsion polymerization of the monomers in the presence of at least one emulsifier. Examples are listed above.
  • the emulsion polymerization can be carried out, for example, as a batch process with presentation of the total amount of monomers at the beginning of the polymerization; Alternatively, a feed process can be used in which the addition of the monomers takes place during the polymerization by continuous feed; but it can also be a part of the monomers, for example up to 50 wt.%, Preferably up to 25 wt.%, To Initially be submitted, and the remainder are fed during the polymerization.
  • the continuous feed and up to 25% monomer feed process is particularly simple and can be carried out in a short polymerization time, for example in 1 to 4 hours.
  • the polymerization can also be carried out in a manner known per se in several stages with different monomer combinations or in different pressure stages, resulting in polymer dispersions with particles of heterogeneous morphology.
  • the polymerization of the ethylenically unsaturated monomers takes place in the presence of at least one initiator for the free-radical polymerization of the ethylenically unsaturated monomers.
  • Suitable initiators for the free radical polymerization for starting and continuing the polymerization during the preparation of the dispersions are all known initiators which are capable of initiating a free radical, aqueous polymerization in heterophase systems.
  • These may be peroxides, e.g. Alkali metal and / or ammonium peroxodisulfates or azo compounds, in particular water-soluble azo compounds.
  • redox initiators can be used.
  • redox initiators tertiary butyl hydroperoxide and / or hydrogen peroxide in combination with reducing agents such as with sulfur compounds, e.g. the sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid, Brüggolit FF6 and FF7, Rongalit C, sodium sulfite, sodium disulfite, sodium thiosulfate and acetone bisulfite adduct, or with
  • Ascorbic acid or with reducing sugars The amount of initiators or combinations of initiators used in the process is within the scope of that customary for aqueous polymerizations in heterophasic systems. As a rule, the amount of initiator used will not exceed 5% by weight, based on the total amount of monomers to be polymerized.
  • the amount of initiators used based on the total amount of the monomers to be polymerized, 0.05 to 2.0 wt.%.
  • the addition may be done separately or together with other components such as emulsifiers or monomer emulsions.
  • the molecular weight of the polymers of the aqueous VAE dispersions can be controlled by adding small amounts of one or more of the molecular weight
  • regulators are generally used in an amount of up to 2% by weight, based on the monomers to be polymerized. All substances known to the person skilled in the art can be used as regulators. Preferred are e.g. organic thio compounds, silanes, allyl alcohols and aldehydes.
  • the polymerization temperature is generally 20 to 150 0 C and preferably 50 to 120 0 C.
  • the polymerization usually takes place under pressure, preferably between 2 and
  • aqueous vinyl ester polymer dispersion substantially free of odorants such as residual monomers and other volatile organic ingredients. This can be done in a manner known per se, for example physically by distillative removal (in particular via
  • the lowering of the residual monomers can also be effected chemically by free-radical postpolymerization, in particular by the action of redox initiator systems, as described, for example, in US Pat. are described in DE-A-4,435,423, carried out. Preference is given to postpolymerization with a redox initiator system comprising at least one organic peroxide and also an organic and / or inorganic sulfite and / or sulfinic acid derivatives.
  • Particularly preferred is a combination of physical and chemical methods, wherein after lowering the residual monomer content by chemical post-polymerization further reduction of the residual monomer content by means of physical methods to preferably ⁇ 2000 ppm, more preferably ⁇ 1000 ppm, in particular ⁇ 100 ppm.
  • the polymerization is usually carried out at a pH in the range of less than or equal to 9.
  • buffer systems such as, for example, sodium acetate or phosphate buffer systems, can be used.
  • a pH range of 2 to 9 is favorable, preferably a pH is in the
  • the VAE copolymer dispersion of the invention can be used preferably as a binder for textile fabrics, in particular as a binder for carpets, carpet tiles or belts, or for bonding a wide variety of layers of textile fabrics, in particular carpets, carpet tiles or belts. It has been found that the dispersions used according to the invention have good compatibility with pigments and fillers.
  • the invention further relates to a fabric treated with the VAE copolymer dispersion described above.
  • treatment means impregnation and / or coating of the textile fabric.
  • the VAE copolymer dispersion can penetrate completely into the textile fabric and impregnate it continuously, with the binder forming physical and / or chemical interactions with the textile fibers.
  • the VAE copolymer dispersion forms a separate layer on a surface of the textile fabric, but partially penetrates into the textile fabric and forms physical and / or chemical interactions with the textile fibers. Between these two
  • the treatment can be carried out during the manufacture of the textile fabric, for example to stabilize an unconsolidated nonwoven fabric and / or subsequently on at least one side of the textile fabric
  • the textile fabric is to be used as floor covering, e.g. Carpet or as a carpet tile, or used as a belt, this coating and partial impregnation of the side, which faces away from the tread side or the user-facing side;
  • this coating and partial impregnation of the side which faces away from the tread side or the user-facing side;
  • at least one secondary coating and partial impregnation of the side which faces away from the tread side or the user-facing side;
  • the invention therefore preferably relates to a textile composite comprising a fabric which is coated with the above-described vinyl ester-ethylene copolymer dispersion and partially impregnated, and which is bonded to at least one further backing layer on the side coated therewith.
  • the VAE dispersions can be used advantageously in the production of woven carpets or tufted carpets.
  • the emulsion is applied in undiluted or diluted form to the back of a woven or tufted fabric.
  • the polymer Upon drying, the polymer imparts to the carpet excellent tuft bonding, dimensional stability and improved plying properties.
  • the invention therefore preferably relates to a textile fabric in the form of a woven carpet or a tufted carpet, which is coated on the side facing away from the tread side with the above-described VAE dispersion and partially impregnated.
  • textile fabrics having a basis weight of from 1000 to 3000 g / m 2 , preferably from 1200 to 2500 g / m 2 .
  • the VAE dispersions can also be used for the bonding of a secondary back coating of carpets.
  • the emulsion is applied to the secondary back coating and then combined with the textile surface which forms the tread.
  • the invention also preferably relates to a textile fabric in the form of a carpet, in which a textile surface is adhesively bonded on the side facing away from the tread side with a secondary back coating, wherein the bonding between the two layers is achieved by the above-described VAE method.
  • VAE dispersions relate to their use in the manufacture of rugs from heavy nonwovens for temporary use.
  • a high basis weight nonwoven is treated with the VAE
  • the invention also preferably relates to a textile fabric in the form of a carpet, in which a textile surface based on a heavy nonwoven is impregnated with the above-described VAE dispersion.
  • nonwovens having a basis weight of 200 to 600 g / m 2 , preferably from 250 to 500 g / m 2 are preferably used.
  • VAE dispersions relate to their use in the manufacture of belts, especially those for transport safety.
  • the VAE dispersion gives the belts sufficient rigidity and fixes pigments. These straps are used in the transport industry, e.g. around
  • the invention also preferably relates to a textile fabric in the form of a belt in which a textile surface is impregnated with the VAE dispersion described above, preferably with a VAE dispersion containing filler and / or pigments.
  • textile fabrics having a basis weight of 500 to 3000 g / m 2 , preferably of 1000 to 2000 g / m 2 .
  • a textile fabric As a textile fabric, a wide variety of types can be used. Examples of this are nonwovens, fabrics, scrims or knitted fabrics.
  • pile materials can be used; these are coated on the side facing away from the pile with the VAE copolymer dispersion according to the invention and partially impregnated.
  • tufted pile fabrics are used; these may have open and / or closed loops.
  • One type of modern floor coverings is made of a base fabric and an associated pile.
  • the pile is connected to the base fabric and covers it on the kick side.
  • these textile fabrics are provided with a backing layer. On the one hand, this serves to fix the pile in the base fabric and, on the other hand, determines the pedaling comfort significantly.
  • Textile floor coverings of the type described above are generally referred to in the trade as "carpet flooring", whereby such carpet is sold and laid both as a sheet product and in the form of carpet tiles.
  • Textile floor coverings can be woven, tufted or needle felted and tufted carpets are distinguished by designs with closed loops, eg boucle carpets, or constructions with cut tufts, eg velor carpets
  • the textile fiber usually nylon, is tufted according to the sewing machine principle
  • the base fabric ensures dimensional stability and the pile provides the appearance and a part of the ride comfort.
  • the abovementioned textile composites are provided on the reverse with layers of flexible plastic in a manner known per se.
  • One of these layers serves mainly to fix the textile fibers introduced into the base fabric or to fix the textile fabric. Binders based on VAE copolymer dispersions have already been used in the past for this purpose.
  • Another plastic layer, called secondary backing layer for example of natural rubber, styrene-butadiene latices, polyvinyl chloride or polyurehanes, is generally between 2 and 8 mm thick and contributes due to their elastomeric property significantly to pedaling comfort.
  • the aforementioned secondary backing layer is foamed in the rule and then results in a so-called foam backing.
  • the foam backing also ensures temperature and sound insulation and generally also has a relatively good service life.
  • the secondary backing layer is typically bonded to the fabric by lamination. For example, a direct connection to the primary backing layer may be made or an adhesive layer may be applied between the primary and secondary backing layers.
  • a secondary backing layer conventional materials can be used. Examples of this are foam or compact foam backing or nonwoven fabrics, which optionally with other textile fabrics, such as woven or knitted fabric, are connected or meshed, whereby the back layer is reinforced in the longitudinal or longitudinal and transverse directions. If required, the secondary backing layer is electrostatically dissipative and can be made textile-like in terms of feel and appearance.
  • secondary backing layers with a basis weight of 100 to 900 g / m 2 and a thickness of 0.5 to 10 mm are usually used.
  • carpets are rendered antistatic by mixing them with conductive fibers that cause a reduction in surface resistance.
  • the textile surface according to the invention can basically be produced in various ways.
  • the person skilled in the art, the production methods of textile surfaces are known.
  • both a solidified and a consolidated nonwoven fabric can be used for the production of the textile surface according to the invention.
  • An unconsolidated nonwoven fabric can by means of a Nähwirkmaschines, z. B. by the so-called Maliwatt process, solidified. It is also possible to process an already consolidated nonwoven fabric, the z. B. was solidified by mechanical, chemical or thermal process steps.
  • nonwovens are also known as filament nonwovens, which are subdivided into filaments (continuous fibers) deposited Nonwovens, so-called spunbonds, or nonwovens formed by deposited fibers according to the melt-blown principle.
  • spunbonds or nonwovens formed by deposited fibers according to the melt-blown principle.
  • a particularly cost-effective variant of a nonwoven fabric is textile surfaces of ribbon material.
  • Ribbon material which is known in textile technology and is used in many cases is generally produced by the flat film extrusion process, the extruded flat film being cut into strips of corresponding width.
  • raw materials are both polyolefins, polyamides and polyesters in question, ie the same materials from which the
  • Nonwoven fabric can be produced.
  • the nonwoven fabric can also be connected to another textile fabric, for example a woven or knitted fabric made of filament yarn or fiber yarn.
  • filament yarn is meant a yarn consisting of several continuous filaments with or without rotation, wherein the filaments may also have a textured form. The latter is used in a texturing process. giving the otherwise very smooth filament yarn a textile look by giving the filament yarn a high bulk.
  • polyolefins and polyamides or polyesters can be used as raw materials.
  • Fiber yarns in particular staple fiber yarns, are understood to mean those which are produced from fibers of corresponding length, which are generally produced by the ring spinning or the rotor spinning process.
  • polyolefins such as polypropylene or polyethylene, polyamides and polyesters as
  • the invention also relates to the use of the VAE copolymer dispersion described above for the treatment of fabrics, in particular those used in the manufacture of floor coverings or belts. These applications require excellent dimensional stability.
  • the following examples illustrate the invention without limiting it.
  • Spectra Physics with a laser power of 2 W and a wavelength of 532 nm.
  • a Bialkali photocathode Type 4517 Burle (formerly RCA) is used.
  • the scattered radiation of the previously spray-dried individual particles was detected at an angle of 40 °.
  • the signal evaluation takes place with a multichannel analyzer of the company TMCA with 1024 channels.
  • 0.2 ml of the sample to be tested was diluted in 100 ml of ultrapure water with a conductivity of 18.2 ⁇ S / m.
  • the sample was sprayed over a Beckman nozzle and dried with nitrogen.
  • the resulting individual particles were neutralized with beta radiation (Kr-85) and then examined by the single particle light scattering experiment.
  • Kr-85 beta radiation
  • the number and mass fractions of the distribution in the range of 80 nm to 550 nm were calculated and output as average values d n , d w , d z and d w / d n .
  • the measurement of the glass transition temperature was carried out with a Mettler DSC 820 at 10 K / min. The second heating curve was evaluated.
  • Samples were prepared by saturating Whatman Paper # 1 to an addition level of 20 wt% emulsion. The samples were taken before the Experiment for 24 hours at 23 0 C and conditioned at 50% relative humidity.
  • Whatman paper is commonly used in comparative polymer film turns in carpets because it is a very uniform substrate.
  • Tensile testing was done on a Lloyd LR100K instrument using a 100 KN load cell. The following test settings were used: pulling speed: 100 mm per minute; 50 mm wide sample piece; Distance of the jaws: 200 mm. The sample was stretched to break and the force recorded in N per 50 mm. The results were presented as averages of four measurements with the same substrate.
  • the test was carried out as described above with the change that the sample was immersed in deionized water for one hour before the experiment.
  • Samples were prepared by saturating Whatman Paper # 1 to an addition level of 20 wt% emulsion. The samples were conditioned for 24 hours at 23 ° C and at 50% relative humidity before testing.
  • Samples were prepared by saturating Whatman Paper # 1 to an addition level of 20 wt% emulsion. The samples were conditioned for 24 hours at 23 ° C and at 50% relative humidity before testing.
  • the sample was exposed in a Mathis Lab Dryer for the desired period of time (eg 1 minute) of the desired temperature (180 0 C and 200 0 C) and the degree of yellowing was determined with a Minolta spectrophotometer CM3600d. The results were given in the form of the yellowness index according to DIN 6167. The higher the number found, the stronger the yellowing of the sample.
  • the stiffness of the sample was compared to a carpet back-coated with a standard SBR latex using the method described below.
  • the binder dispersion was diluted to a 25% solids content and applied to a woven carpet (Axminster type based on
  • the 20 cm x 20 cm x 1 cm specimens were dried for 8 minutes in a Mathis Lab Dry machine at 110 ° C. and the stiffness and flexural strength were determined manually. A scale of 1 to 6 was used, with a 6 given for very stiff samples and a 1 for very elastic samples.
  • the binder dispersion was diluted to a 25% solids content and applied to a woven carpet (polyester / polyamide-based type of axmin ester, untreated basis weight: 1600 g / m 2 ).
  • the order amount was 100 g / m 2 solids in each case.
  • the 20 cm x 20 cm x 1 cm samples were dried for 8 minutes in a Mathis Lab Dry apparatus at 110 ° C. and the fracture behavior was determined manually by ear. The fracture behavior was characterized as "yes" or "no".
  • the textile floor coverings to be examined consist of a mixture of goat hair wool and sheep wool in the ratio of 50% by weight to 50% by weight.
  • the binder (dispersion) is diluted with water to a solids content of 25% and applied to the back of the textile flooring sample gross sponge spread well. The amount of 200 g of dry polymer per square meter of carpet is abandoned. Thereafter, the sample is dried for 30 min at 130 0 C and then 24 h at 23 0 C / 50% rel. Humidity stored.
  • the Polnoppenauszugskraft is based on the ISO 4919 at 23 0 C / 50% rel. Humidity is determined by applying the force in a tension-elongation machine
  • Weight is measured at which a loop detaches from the textile floor covering. The result is measured and expressed in kg. The test is repeated a total of five times and the mean is formed. The error of the measurement is approx. 20%.
  • aqueous solution consisting of the following constituents was initially charged in a pressure apparatus with anchor stirrer (150 rpm), jacket heating and metering pumps and a volume of 26.3 l:
  • the polyvinyl alcohol was previously each dissolved in a 15% solution at 90 0 C for 2 hours.
  • the apparatus was freed from atmospheric oxygen.
  • 5% of the vinyl acetate (total amount 12269 g) was metered into the reactor.
  • the ethylene valve was opened and 6.8% ethylene (total 314 g) pressed at about 10 bar.
  • the temperature was raised to 65 0 C.
  • the initiator 1 28 g of sodium peroxodisulfate in 223 g of e-water
  • the remainder of vinyl acetate was added in 210 minutes and opened the ethylene valve until the entire amount of ethylene in the reactor.
  • the pressure remains at max. about 15 bar.
  • an initiator solution 2 13 g of sodium peroxodisulfate in 223 g of e-water
  • the mixture was heated to 85 0 C within 50 minutes and held at this temperature for 1 hour. Subsequently, the batch was cooled. Subsequently, a redox treatment (t-butyl hydroperoxide / Brüggolit FF6) and / or a physical treatment to reduce the residual monomers was carried out.
  • Brookfield viscosity (23 ° C., spindle 3, 20 rpm): 2200 mPas
  • Residual monomer content ⁇ 0.1%
  • Example 1 In a printing apparatus as in Example 1, the following dispersion was prepared. In this case, a method with a short polymerization time was used.
  • Celvol ® 504 (15% in DI water, polyvinyl alcohol Celanese)
  • Emulsogen EPN 287 ® 70% in DI water, nonionic emulsifier based on an ethoxylate of Clariant
  • the polyvinyl alcohol was previously dissolved in a 15% solution at 90 ° C. for 2 hours.
  • the apparatus was freed from atmospheric oxygen. 20% of the monomer mixture (total amount: 12292 g) was added to the reactor within 10 min. dosed.
  • the ethylene valve was opened at room temperature and ethylene to a pressure of about 10 bar.
  • the reactor was heated to an internal temperature of 65 0 C.
  • the initiator 1 28.6 g of sodium peroxodisulfate in 227 g of e-water
  • the ethylene valve was opened (maximum 15 bar) and the remaining 80% of the monomer mixture, within about 45 minutes, was opened. dosed that one
  • Dry substance 54.1% pH (electrode measurement): 4.3 Brookfield viscosity (23 ° C., spindle 4, 20 rpm): 1920 mPas
  • Residual monomer content ⁇ 0.1%
  • Example 5 Comparative Example: VAE Dispersion with a Larger Amount of Ethylene (Not According to the Invention)
  • Brookfield viscosity (23 ° C., spindle 3, 20 rpm): 3000 mPas
  • Residual monomer content ⁇ 0.1% glass transition temperature of the polymer (10 K / min): 14 ° C.
  • Example 6 Comparison: SBR Latex Litex T 6820 from Polymer Latex
  • Litex® T 6820 is a commercial product of Polymer Latex
  • Example 7 (Comparative vinyl acetate homopolymer, without plasticizer, Mowilith DC)
  • Mowilith ® DC is a commercial product from Celanese Emulsions GmbH.
  • the comparative latex is a typical SBR latex for carpet backings having 59 weight percent styrene monomer units.
  • the latex was prepared by emulsion polymerization, is anionic stabilized and has a solids content of 50 wt .-% and a particle size between 150 and 300 nm.
  • the example of the invention shows a clear higher and therefore improved pimple pullout force than the comparative example (No. 8, Table 1).
  • the ethylene content of the VAE copolymers used in the dispersions according to the invention causes an internal plasticizer effect. This roughly corresponds to the behavior of an SBR latex.
  • the VAE copolymer dispersion used according to the invention has a number of advantages. This is an improved flame resistance; Thus, formulations with less content of flame retardants can be used. Also, the combustion of a back-coated textile product according to the invention produces less smoke.
  • the VAE copolymer dispersion is odorless, can be formulated with low VOC or even VOC, giving the backcoated textile product excellent aging resistance.
  • Vinyl acetate homopolymer dispersions usually require external plasticizers. These can migrate during use.
  • the textile products according to the invention come without plasticizer.
  • the dispersion can be prepared by short process time methods (e.g., 3 to 5 hour process times, from reactor vacancy to reactor blank).

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Abstract

Beschrieben werden Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersionen, die insbesondere für die Behandlung von textilen Flächengebilde geeignet sind sowie die damit behandelten textilen Flächengebilde, welche sich insbesondere als Fussbodenbeläge oder als Gurte eignen. Die Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersionen zeichnen sich durch einen niedrigen Gehalt an Ethlyeneinheiten, vergleichsweise hohe Glasübergangstemperaturen sowie durch eine geringe Teilchengröße aus.

Description

Beschreibung
Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersionen und damit behandelte textile Flächengebilde
Die vorliegende Erfindung betrifft Vinylacetat-Ethylen Dispersionen („VAE- Dispersionen), die sich insbesondere für die Behandlung von textilen Flächengebilden eignen sowie die damit behandelten textilen Flächengebilde, welche sich insbesondere als Fussbodenbeläge oder als Gurte eignen.
Moderne Fußbodenbeläge können aus unterschiedlichsten Materialkombinationen bestehen. So kann es sich um textile Flächen, beispielsweise Nonwovens, handeln, die mit einem Binder stabilisiert sind; oder es handelt sich um Florstoffe, bei denen Fäden in eine Grundfläche eingearbeitet sind und durch Applikation eines
Bindemittels in der Grundfläche fixiert werden. Darüber hinaus können Fußbodenbeläge mehrere Schichten aufweisen, welche durch Bindemittel bzw. Klebstoffe miteinander laminiert wurden. Neben der eigentlichen Trittfläche ist bei diesen Laminaten auf der von der Trittfläche abgewandten Seite eine Rückenschicht angebracht. Diese dient einerseits dem Fixieren der Materialien, welche die
Trittfläche ausbilden und bestimmt andererseits den Trittkomfort massgeblich.
Für das Stabilisieren der textilen Flächen bzw. für das Laminieren verschiedenster Schichten wurden in der Vergangenheit bereits Binder aus unterschiedlichsten Kunststoffen eingesetzt (vergl. WO 90/00967 A1). Häufig wird Styrol-Butadien Latex eingesetzt. Es hat auch bereit Vorschläge gegeben, für diesen Zwecke VAE- Copolymerdispersionen einzusetzten. Beispiele dafür finden sich in GB 1,442,806 A, EP 0 432 391 , EP 0 864685 A1 , US 5,084,503 A und US 5,124,394 A.
EP 1 008 689 A2 beschreibt vernetzbare Teppichrückenbeschichtungen enthaltend eine VAE-Copolymerisatdispersion abgeleitet von 4 bis 25 Gew. % Ethylen, 67 bis 95 Gew. % Vinylacetat und 0,1 bis 8 Gew. % eines ethylenisch ungesättigten hydroxyfunktionellen Monomers sowie ein ausgewähltes Vernetzungsmittel. Nach der Beschreibung werden Dispersionen eingesetzt, die durch Schutzkolloid- / Emulgatorkombinationen stabilisiert sind. Einzelheiten zur den Eigenschaften der eingesetzten Dispersionen, wie Ethylengehalt, Glasübergangstemperatur oder Teilchengrößen des VAE-Copolymeren sind nicht offenbart.
WO 2006/0071157 A1 beschreibt VAE-Copolymerdispersionen, die sich zur Beschichtung von Teppichen eignen. Das eingesetzte VAE-Copolymer ist relativ weich eingestellt und weist eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 0 bis -40X auf. Der Ethylengehalt dieser Copolymeren ist entsprechend hoch.
Die bisher für dieses Einsatzgebiet vorgeschlagenen VAE-Copolymeren zeichnen sich im allgemeinen durch einen vergleichsweise hohen Gehalt an einpoly- merisierten Ethyleneinheiten aus; typischerweise liegt der Gehalt an Ethylen- einheiten deutlich über 10 Gew, %, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Monomeren. Derartige VAE-Copolymerdispersionen führen zu einer guten
Verklebefestigkeit. Die Dimensionsstabilität der beschichteten Produkte ist allerdings noch verbesserungsbedürftig.
VAE-Copolymerdispersionen sind auch für andere Einsatzzwecke bekannt. So beschreibt DE 60 2004000 117 T2 das Einbringen eines selbstvernetzenden
Polymers in ein Vliestoffbindemittel zur Verbesserung der Nassfestigkeit eines befeuchteten Wischtuches. Als Bindemittel werden unter anderem Vinylester- Ethylen-Copolymerisate beschrieben, die sich von 65-85 Gew. % eines Vinylesters, 5-30 Gew. % an Ethylen sowie gegebenenfalls bis zu 12 Gew. % eines ver- netzenden Monomeren ableiten. Die Dispersionen sind aufgrund ihres Ethylen- gehalts von mehr als 5 Gew. % relativ weich eingestellt. Diese Dispersionen dürften die Dimensionsstabilität, wie sie bei Teppichen oder Gurten üblich ist, nicht erreichen. Die Dimensionsstabilität der damit imprägnierten Wischtücher wird nicht verbessert, was bei diesem Anwendungsgebiet auch nicht erforderlich ist.
DE 10 2006 037 318 A1 offenbart ein Verfahren zur Applikation eines Dispersionsklebstoffes mittels Düsenauftrag. Dabei kommen vorzugsweise Vinylester-Ethylen- Copolymere zum Einsatz, die sich von 40-95 Gew. % von Vinylestem, bis zu 45 Gew. % Ethylen und bis zu 60 Gew. % an weiteren damit copolymerisierbaren Monomeren ableiten. Die konkret in dieser Schrift offenbarten VAE-Copolymer- dispersionen weisen Ethylengehalte von deutlich über 5 Gew. % auf.
DE 102004 023 374 A1 beschreibt konservierungsfreie Beschichtungsmittel enthaltend ein ausgewähltes Vinylester-Copolymer und ein stark basisches Agens zum Einstellen eines pH Werts der Dispersion auf einen Wert oberhalb von 10. Beschrieben werden Copolymere abgeleitet von Vinylacetat, Ethylen und Versatic- Säuren. Der Ethylengehalt dieser Copolymeren beträgt typischerweise 15 bis 20 Gew. %.
DE 691 15 448 T2 beschreibt Vinylacetat-Ethyien-Copolyrneremulsionen mit verbesserter Naßhaftung. Diese leiten sich von 70-98 Gew. % Vinylacetat und 2-30 Gew. % Ethylen sowie gegebenenfalls bis zu 10 Gew. % weiteren damit copolymerisierbaren Monomeren ab. Als Stabilisierungssystem wird eine temäre
Mischung von Polyvinylalkoholen verwendet. Die mittleren Teilchendurchmesser der erhaltenen Dispersionen sind vergleichsweise grob und liegen typischerweise zwischen 0,8 und 1 ,2 μm (dw).
DE 600 15285 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Vinylacetat-Ethylen-
Copolymeremulsionen stabilisiert mit einer Polyethylenglykol-Polyvinylalkohol- mischung. Die Copolymeren leiten sich von 50-95 Gew. % Vinylacetat und 5-30 Gew. % Ethylen sowie gegebenenfalls bis zu 10 Gew. % weiteren damit copolymerisierbaren Monomeren ab. Als Stabilisierungssystem wird eine Polyethylenglykol-Polyvinylalkoholmischung verwendet. Auch hier dürften die mittleren Teilchendurchmesser der erhaltenen Dispersionen vergleichsweise grob sein typischerweise im Bereich von deutlich oberhalb von 500 nm (dw) liegen.
DE 29 49 154 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Vinylacetat-Ethylen- Copolymerdispersionen abgeleitet von 60-95 Gew. % Vinylacetat, 5-40 Gew. %
Ethylen und gegebenenfalls geringe Mengen weiterer damit copolymerisierbarer Monomerer. Die Polymerisation erfolgt in Gegenwart eines Stabilisierungssystems aus Emulgator und Schutzkolloid. Vinylacetat und Emulgator werden während der Polymerisation portionsweise zugesetzt.
DE 26 01 200 A1 beschreibt eine wässrige Dispersion eines eine Epoxidkomponente enthaltenden Vinylacetat-Ethylen-Copolymerisats. Der Epoxidanteil beträgt 0,5 bis
60 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der bei der Copolymerisation eingesetzten Monomeren. Der Anteil an Vinylacetat bzw. an Ethylen beträgt 60-95 Gew. % bzw. 5-40 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmonomermenge. Die Emulsionspolymerisation kann in Gegenwart von Emulgatoren und/oder von Schutzkolloiden durchgeführt werden.
US-5, 180,771 A offenbart eine Dispersion enthaltend ein Vinylacetat-Ethylen- Copolymer mit 60-94 Gew. % Vinylacetateinheiten, 5-30 Gew. % Ethyleneinheiten und 1-10 Gew. % Vernetzereinheiten sowie enthaltend 1-45 Gew. % and Tetramethylolglycoluril.
Bei der Auswahl von Behandlungsmitteln für Fußbodenbeläge ist einerseits auf eine ausreichend hohe Biegesteifheit (Dimensionsstabilität) des aus dem Binder gebildeten Films bzw. imprägnierten Flächengebildes zu achten; andererseits darf der Film bzw. das imprägnierte Flächengebilde nicht zu spröde sein, um ein Brechen des textilen Flächengebildes beim Gebrauch zu verhindern.
In der Vergangenheit hat man beim Einsatz von Vinylacetat-Homopolymerdis- persionen („Vac-Homopolymerdispersionen") für diesen Zweck in der Regel Weichmacher zugesetzt, um das geforderte Eigenschaftsprofil einzustellen. Bisher eingesetzte VAE-Copolymerdispersionen verkleben die Fasern zwar gut, sind aber zu weich, um eine befriedigende Dimensionsstabilität zu erreichen. Außerdem neigen Weichmacher zur Migration und sind daher nach Möglichkeit zu vermeiden.
Es wurden jetzt ausgewählte VAE-Copolymerdispersionen gefunden, die sich durch eine gute Biegesteifigkeit kombiniert mit einer geringen Sprödigkeit auszeichnen, die ohne Weichmacher oder mit nur geringen Anteilen an Weichmachern auskommen und die sich hervorragend für den Einsatz als Bindemittel für textile Flächengebilde, insbesondere solchen, die als Fußbodenbeläge oder als Gurte eingesetzt werden, eignen. Diese VAE-Copolymerdispersionen zeichnen sich darüber hinaus durch eine gute Dimensionsstabilität und Haptik aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung von VAE-
Copolymerdispersionen mit dem oben genannten Eigenschaftsprofil.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion, die sich von 60 bis 99 Gew.-% Vinylacetat, 1 bis 4 Gew. %, vorzugsweise 1 bis 3 Gew. %, und ganz besonders bevorzugt 2-3 Gew. % Ethylen und gegebenenfalls bis zu
30 Gew. % weiteren damit copolymerisierbaren Monomeren ableitet, wobei das Copolymere eine Glasübergangstemperatur von +15 bis +32 0C aufweist, einen mittleren Teilchendurchmesser dw von 50 bis 500 nm besitzt und mit mindestens 1 Gew. % an Emulatoren und 0-2 Gew. % an Schutzkolloiden stabilisiert ist, wobei im Falle von Stabilisatorsystemen aus Emulgatoren und Schutzkolloiden die Menge an Emulgator mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens dreimal so groß ist, wie die Menge an Schutzkolloid.
Unter Vinylacetat-Ethylen-Copolymer ist im Rahmen dieser Beschreibung ein Vinylacetatcopolymer zu verstehen, das sich mindestens von Vinylacetat und von
Ethylen ableitet.
Die erfindungsgemäße VAE-Copolymerdispersion ist hauptsächlich durch Emulgatoren stabilisiert. Dies bedeutet, dass als Stabilisatoren entweder nur Emulgatoren eingesetzt werden oder Kombinationen von Emulgatoren und
Schutzkolloiden, wobei in diesen Kombinationen die Emulgatormenge deutlich über der Menge an Schutzkolloid zu wählen ist.
Die Viskosität der erfindungsgemäßen Vinylester-Ethylen-Copolymerdispersionen beträgt üblicherweise 100 bis 10.000 mPas, insbesondere 200 bis 6.000 mPas und ganz besonders bevorzugt 400 bis 4.000 mPas. Für die Zwecke dieser Beschreibung erfolgt die Viskositätsmessung mit dem Brookfield-Viskosimeter bei 250C unter Verwendung der Spindel 5, bei 20 Umdrehungen pro Minute (Upm). Diese Viskositätsangaben beziehen sich auf Dispersionen mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 40 bis 70 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Dispersion. Bei einer Verdünnung erniedrigt sich die Viskosität entsprechend.
Die VAE-Copolymeren der erfindungsgemäßen Dispersion weisen Glasübergangstemperaturen zwischen +15 und +32°C, vorzugsweise von +20 bis +30 0C auf. Bei heterogenen Systemen, wie zum Beispiel Kern-Schale oder Hemisphären, ist die tiefeste Glasübergangstemperatur zwischen +15 bis +32°C, vorzugsweise von +20 bis +300C. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird die Glasübergangs- temperatur durch DSC-Messung bestimmt mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10
K/Minute.
Die Copolymeren der erfindungsgemäßen Dispersion sind des weiteren durch sehr geringe mittlere Teilchendurchmesser gekennzeichnet. Diese werden in der Form von dw-Werten angegeben und liegen zwischen 50 und 500 nm, vorzugsweise zwischen 100 und 300 nm. Die Bestimmung der Teilchengrößenverteilung erfolgt für die Zwecke der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der Laseraerosolspektroskopie. Die Verteilungsbreite spielt bei der erfindungsgemäßen Anwendung eine untergeordnete Rolle. Typische Verteilungsbreiten OJun liegen im Bereich von 1,02 bis 6.
Überraschend wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Vinylacetat-Ethylen- Copolymerdispersionen sich besonders gut als Binder sowie als Klebstoffe für textile Flächengebilde eignen und eine sehr gute Balance zwischen Dimensionsstabilität und Flexibilität ergeben. Es wurde gefunden, dass sich Vinylacetat-Ethylen- Copolymere mit einem vergleichsweise geringen Anteil an Ethyleneinheiten und einem hohen Anteil an sehr feinen Polymerteilchen ausgezeichnet für diese Anwendung einsetzen lassen. Durch den gezielten Einbau eines bestimmten Anteils an „weichem" Monomer Ethylen, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Comonomeren, wie Acrylaten, lassen sich die Verarbeitungs- und Gebrauchs- eigenschaften der erfindungsgemäßen VAE-Copolymerisate steuern.
Die erfindungsgemäßen VAE-Copolymerdispersionen werden durch radikalische Emulsionspolymerisation von wenigstens Vinylacetat und wenigstens Ethylen hergestellt und werden hauptsächlich durch Emulgatoren stabilisiert. Die Monomer- kombination wird so gewählt, dass die Copolyrπereπ der erfindungsgemäßen VAE- Copolymerdispersionen Glasübergangstemperaturen im oben angegebenen Bereich aufweisen. Heterogene Systeme, wie zum Beispiel Kern-Schale oder Hemisphären, können mehrere Glasübergangstemperaturen aufweisen; in diesem Falle bewegt sich mindestens eine Glasübergangstemperatur in den oben genannten Grenzen, während sich die Glasübergangstemperatur der anderen Phase sich auch oberhalb dieser Grenzen bewegen kann.
Neben dem Vinylacetat und dem Ethylen kann das erfindungsgemäße VAE-
Copolymer sich von weiteren damit copolymerisierbaren wenigstens eine monoethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisenden Monomeren ableiten. Als wenigstens eine monoethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisende Monomere kommen die an sich bekannten radikalisch polymerisierbaren Monomeren in Betracht. Diese sind allerdings so auszuwählen, dass Vinylester-Ethylen-
Copolymere mit den oben angegebenen Glasübergangstemperaturen entstehen.
Dabei können Polymere mit homogenen und heterogenen Morphologien erzeugt werden.
Die weiteren mit Vinylacetat und Ethylen copolymerisierbaren wenigstens eine monoethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisenden Monomeren können unterteilt werden in solche, welche mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die dem VAE-Copolymer eine bestimmte reaktive Eigenschaft verleiht („funktionelle Monomeren") und in solche, welche keine derartige funktionelle Gruppe aufweisen
(„nicht-funktionelle Monomeren"). Diese nicht-funktionellen Monomeren können beispielsweise zum Einstellen der Glasübergangstemperatur oder der hydrophoben bzw. hydrophilen Eigenschaften des VAE-Copolymeren eingesetzt werden.
Der Anteil der funktionellen Monomeren im VAE-Copolymer kann zwischen 0 und 10
Gew. %, vorzugsweise zwischen 0 und 5 Gew. % betragen. Der Anteil der nicht-funktionellen Monomeren im VAE-Copolymer kann zwischen 0 und 20 Gew. %, vorzugsweise zwischen 0 und 10 Gew. % betragen, wobei die Gesamtmenge von funktionellen und nicht-funktionellen Monomeren nicht mehr als 30 Gew. % beträgt.
Beispiele für funktionelle Monomere sind ethylenisch ungesättigte Säuren, wie Mono- oder Dicarbonsäuren, Sulfonsäuren oder Phosphonsäuren. Anstelle der freien Säuren können auch deren Salze, vorzugsweise Alkali- oder Ammoniumsalze eingesetzt werden.
Beispiele dafür sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Vinylsulfonsäure, Vinylphosphonsäure, Styrolsulfonsäure, Halbester der Malein- bzw. Fumarsäure und der Itaconsäure mit einwertigen aliphatischen gesättigten Alkoholen der Kettenlänge C-I-C-IS sowie deren Alkali- und Ammoniumsalze oder (Meth)acrylsäureester von Sulfoalkanolen, beispielsweise
Natrium-2-sulfoethylmethacrylat.
Weitere Beispiele für funktionelle Monomere sind ethylenisch ungesättigte Monomere, die wenigstens eine Amid-, Epoxy-, Hydroxy-, N-Methylol-, Trialkoxy- silan- oder Carbonylgruppe aufweisen.
Besonders vorteilhaft sind dabei ethylenisch ungesättigte Epoxidverbindungen, wie Glycidylmethacrylat oder Glycidylacrylat; ethylenisch ungesättigte N-Methylol- verbindungen, wie N-Methylolacrylat oder -methacrylat; oder die Methacrylsäure- und Acrylsäure-CrCg-Hydroxyalkylester, wie n-Hydroxyethyl-, n-Hydroxypropyl- oder n-Hydroxybutylacrylat und -methacrylat; sowie Ver-bindungen, wie Diaceton- acrylamid und Acetylacetoxyethylacrylat bzw. -methacrylat; oder Amide ethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, wie Acrylamid oder Methacrylamid. Besonders bevorzugt wird eine Kombination von Acrylamid mit N-Methylolacrylamid eingesetzt. Diese VAE-Copolymeren zeichnen sich durch eine besonders geringe Tendenz zur
Formaldehydabspaltung aus. Beispiele für nicht-funktionelle Monomere sind Vinylester, die nicht Vinylacetat sind. Beispiele dafür sind Vinylester von ein bis achtzehn Kohlenstoffatome aufweisenden Monocarbonsäuren, wie Vinylformiat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylisobutyrat, Vinylbenzoat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinylester von α-verzweigten Carbonsäuren mit 5 bis 11 Kohlenstoffatomen im Säurerest (®Versaticsäuren), Vinylester der Pivalin-,
2-Ethylhexan-, Laurin-, Palmitin-, Myristin- und Stearinsäure. Vinylester von Versatiesäuren, insbesondere VeoVa® 9, VeoVa® 10 und VeoVa® 11 , sind bevorzugt.
Weitere Beispiele für nicht-funktionelle Monomere sind alpha-Olefine, die nicht
Ethylen sind, oderVinylaromaten. Beispiele dafür sind Propylen, 1-Butylen, 2- Butylen, Styrol oder α-Methylstyrol.
Weitere Beispiele für nicht-funktionelle Monomere sind Ester von ethylenisch ungesättigten Monocarbonsäuren oder Diester von ethylenisch ungesättigten
Dicarbonsäuren. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Ester von Alkoholen mit ein bis achtzehn Kohlenstoffatomen. Beispiele für solche nicht-funktionellen Monomere sind Methylmethacrylat oder -acrylat, Butyl-methacrylat oder -acrylat, 2-Ethylhexyl- methacrylat oder -acrylat, Dibutylmaleinat oder Dioctylmaleinat.
Eine besonders bevorzugte Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion leitet sich von einem Vinylacetat-Ethylen-Copolymer ab, das durch Emulsionspolymerisation von Vinylacetat und Ethylen sowie gegebenenfalls mindestens einem weiteren damit copolymerisierbaren Monomer in Gegenwart mindestens eines nichtionischen Emulgators und/oder mindestens eines anionischen Emulgators erhalten wurde, wobei gegebenenfalls bis zu 2 Gew. %, bezogen auf Gesamthauptmonomer (= Vinylacetat, Ethylen und gegebenenfalls verwendetes nicht-funktionelles Monomer) eines molekular oder dispers in Wasser löslichen Polymeren anwesend sein kann.
Bevorzugt eingesetzte Emulgatoren sind dabei nichtionische Emulgatoren mit
Alkylenoxidgruppen und/oder anionische Emulgatoren mit Sulfat-, Sulfonat-, Phosphat- und/oder Phosphonatgruppen, die gegebenenfalls zusammen mit molekular oder dispers in Wasser löslichen Polymeren, vorzugsweise zusammen mit Polyvinylalkohol, eingesetzt werden.
Eine andere bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen VAE-Dispersionen enthält Vinylacetat-Ethylen-Copolymere, die zusätzlich 0,5 bis 20 Gewichtsteile von Estern der Acrylsäure und/oder von Estern der Methacrylsäure und/oder von Diestem der Maleinsäure mit einwertigen gesättigten Alkholen, insbesondere Butylacrylat (BuA) und/oder 2 Ethylhexylacrylat (2-EHA) und/oder Dibutylmaleinat und/oder Dioctylmaleinat, einpolymerisiert erhalten.
Der Feststoffanteil der erfindungsgemäßen VAE-Copolymerdispersionen beträgt typischerweise 40 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 60 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmasse der Dispersion, besonders bevorzugt zwischen 48 und 55 %. Diese Dispersionen können bei der Anwendung verdünnt werden, wobei sich die Viskosität entsprechend ändert.
Die erfindungsgemäße VAE-Copolymerdispersion enthält Emulgatoren, insbesondere nichtionische Emulgatoren E1 und/oder anionische Emulgatoren E2. Werden Kombinationen von nichtionischen Emulgatoren mit anionischen Emulgatoren eingesetzt, so beträgt das Verhältnis von E1 : E2 üblicherweise 1:1 bis
50 : 1. Die VAE-Copolymerdispersion kann zusätzlich geringe Mengen an polymeren Stabilisatoren (Schutzkolloide) enthalten.
Beispiele für nichtionische Emulgatoren E1 sind Acyl-, Alkyl-, Oleyl- und Alkylaryl- oxethylate. Diese Produkte sind beispielsweise im Handel unter der Bezeichnung
Genapol®, Lutensol® oder Emulan® erhältlich. Hierunter fallen beispielsweise ethoxilierte Mono-, Di- und Tri-Alkylphenole (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylsubstituenten- rest: C4 bis C12) sowie ethoxilierte Fettalkohole (EO-Grad: 3 bis 80; Alkylrest: C8 bis C36), speziell Ci2-Ci4-Fettalkohol(3-40)ethoxilate, Ci3Ci5-Oxoalkohol(3-40)ethoxilate, Ci6C18-Fettalkohol(11-80)ethoxilate, Cio-Oxoalkohol(3-40)ethoxilate, C13-OxO- alkohol(3-40)ethoxilate, Polyoxyethylensorbitanmonooleat mit 20 Ethylenoxid- gruppen, Copolymere aus Ethylenoxyd und Propylenoxyd mit einem Mindestgehalt von 10 Gew.-% Ethylenoxid, die Polyethylenoxid(4-40)-Ether von Oleylalkohol sowie die Polyethenoxid(4-40)-Ether von Nonylphenol. Besonders geeignet sind die Polyethylenoxid(4-40)-Ether von Fettalkoholen, insbesondere von Oleylalkohol, Stearylalkohol oder Cn Alkylalkoholen.
An nichtionischen Emulgatoren E1 werden typischerweise 1 bis 8 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.%, besonders bevorzugt 1 bis 4 Gew. %, bezogen auf die Gesamthauptmonomermenge, verwendet. Es lassen sich auch Gemische von nichtionischen Emulgatoren einsetzen.
Beispiele für anionische Emulgatoren E2 sind Natrium-, Kalium- und Ammoniumsalze von geradkettigen aliphatischen Carbonsäuren der Kettenlänge C12-C20, Natriumhydroxyoctadecansulfonat, Natrium-, Kalium- und Ammoniumsalze von Hydroxyfettsäuren der Kettenlänge C12-C20 und deren Sulfonierungs- bzw. Sulfatierungs- und/oder Acetylierungsprodukte, Alkylsulfate, auch als Triethanolaminsalze, Alkyl-(Cio-C2o)-sulfonate, Alkyl(Cio-C2o)-arylsulfonate
DimethyldialkyKCβ-CiβJ-ammoniumchlorid, und ihre Sulfierungsprodukte, Lignin- sulfonsäure sowie deren Calcium-, Magnesium-, Natrium- und Ammoniumsalze, Harzsäuren, hydrierte und dehydrierte Harzsäuren sowie deren Alkalisalze, dodecyliertes Diphenyletherdisulfonsaures Natrium, Natriumlaurylsulfat, sulfatierte Alkyl- oder Arylethoxylate mit einem Ethoxylierungsgrad zwischen 1 und 10, beispielsweise ethoxyliertes Natriumlaurylethersulfat (EO-Grad 3) oder ein Salz eines Bisesters, vorzugsweise eines Bis-C4-Ci8-Alkylesters, einer sulfonierten Dicarbonsäure mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen oder ein Gemisch dieser Salze, vorzugsweise sulfonierte Salze von Estern der Bernsteinsäure, besonders bevorzugt um Salze, wie Alkalimetallsalze, von Bis-C4-Ci8-Alkylestem sulfonierter
Bernsteinsäure, oder Phosphate von polyethoxylierten Alkanolen oder Alkylphenolen.
Besonderes bevorzugt werden Emulgatoren eingesetzt, welche keine Alkylphenylethoxylate enthalten.
An anionischen Emulgatoren E2 werden typischerweise 0,1 bis 3 Gew.%, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.%, besonders bevorzugt 0,5 bis 1,5 Gew. %, bezogen auf die Gesamthauptmonomermenge, verwendet. Es lassen sich auch Gemische von anionischen Emulgatoren einsetzen.
Es lassen sich auch Gemische von nichtionischen und anionischen Emulgatoren einsetzen. Der Gewichtsanteil von Emulgatoren E1 zu E2 kann in weiten Bereichen schwanken, beispielsweise zwischen 50:1 und 1 :1.
Zusätzlich zu den während der Emulsionspolymerisation eingesetzten Emulgatoren und gegebenenfalls Schutzkolloiden können die erfindungsgemäßen VAE-Copolymerdispersionen noch nachträglich zugesetzte wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymere und/oder nachträglich zugesetzte Emulgatoren enthalten.
Typischerweise beträgt der Gesamtanteil an Emulgatoren, bezogen auf die Gesamtmonomermenge, 1 bis 8 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 6 Gew.%, besonders bevorzugt 1 bis 4 Gew. %.
Neben Emulgatoren können die erfindungsgemäßen Vinylester-Ethylen-Copolymer- dispersionen Schutzkolloide, vorzugsweise Polyvinylalkohole und/oder deren Modifikationen, enthalten. Schutzkolloide - falls anwesend - liegen in der Regel nur in vergleichsweise geringen Konzentrationen vor, beispielsweise in bis zu 2 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Hauptmonomeren. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäß eingesetzten Vinylesterpolymerdispersionen keine oder bis zu 1 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Hauptmonomeren, an Schutzkolloiden.
Bei den Schutzkolloiden handelt es sich um wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymere, die während der Emulsionspolymerisation anwesend sind und die entstehende Dispersion stabilisieren. Emulgatoren sind niedermolekulare Verbindungen, welche die Emulsion sowie das entstandene Produkt stabilisieren.
Beispiele für Schutzkolloide sind wasserlösliche oder wasserdispergierbare polymere modifizierte Naturstoffe, wie Celluloseether, z.B. Methyl-, Ethyl-, Hydroxyethyl- oder Carboxymethylcellυlose; wasserlösliche oder wasser- dispergierbare polymere synthetische Substanzen, wie Polyvinylpyrrolidon oder Polyvinylalkohole oder deren Copolymere (mit oder ohne Restacetylgehalt), teilweise veresterter oder acetalisierter oder mit gesättigten Resten veretherter Polyvinylalkohol.
Die Schutzkolloide können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Im Falle von Kombinationen unterscheiden sie sich jeweils in ihren Molekulargewichten oder sie unterscheiden sich in ihren Molekulargewichten und ihrer chemischen Zusammensetzung wie zum Beispiel dem Hydrolysegrad.
Bevorzugt werden Polyvinylalkohole eingesetzt; diese können in irgendeiner Art hydrophob bzw. hydrophil modifiziert worden sein.
Gegebenenfalls können die erfindυngsgemäßen VAE-Copolymerdispersionen noch weitere für die Formulierung von Bindemitteln bzw. Klebstoffen an sich übliche . Zusätze enthalten.
Dazu zählen beispielsweise Filmbildehilfsmittel, wie Testbenzin, Texanol®, TxiB®, Butylglykol, Butyldiglykol, Butyldipropylenglykol und Butyltripropylenglykol;
Netzmittel, wie AMP 90®, TegoWet.280®, Fluowet PE®; Verdicker, wie Polyacrylate oder Polyurethane, wie Borchigel L75® und Tafigel PUR 60®; Entschäumer, z.B. Mineralöl- oder Silikonentschäumer; UV-Schutzmittel, wie Tinuvin 1130®; Mittel zum Einstellen des pH-Wertes; Konservierungsmittel; nachträglich zugesetzte stabilisierenden Polymere, wie Polyvinylalkohol oder Celluloseether, Füllstoffe, wie
Kreide oder Calciumcarbonat, Pigmente, wie Ruß, und andere Additive und Hilfsmittel, wie sie zur Formulierung von Bindemitteln oder Klebstoffen üblich sind verwendet werden.
Der Anteil dieser Zusätze in den erfindungsgemäßen VAE-Dispersionen kann in weiten Bereichen schwanken und wird vom Fachmann in Hinblick auf das gewünschte Anwendungsgebiet ausgewählt. Bei der Anwendung als Beschichtungsmittel für Fußbodenbeläge können z.B. weitere auf diesem Gebiet bekannte Latices, z.B. SBR-Dispersionen, mit der erfindungsgemäßen Dispersion kombiniert werden. Der Anteil dieser zusätzlichen Dispersionen kann bis zu 30 Gew. % betragen.
Ferner ist hervorzuheben, dass die erfindungsgemäße Dispersion mit einem hohen Füllstoff- oder Pigmentgehalt formuliert werden kann. So lassen sich typischerweise bis zu 80 Gew. % an diesen Feststoffen in die Dispersion einbringen.
Weichmacher sind in den erfindungsgemäßen VAE-Copolymerdispersionen in der
Regel nicht enthalten, obgleich die Anwesenheit geringer Anteile nicht ausgeschlossen ist.
Bevorzugte erfindungsgemäßen VAE-Copolymerdispersionen zeichnen sich durch einen sehr geringen Gehalt an VOC aus, insbesondere VOC-Gehalte von weniger als 1000 ppm, besonders bevorzugt kleiner als 500 ppm, bezogen auf die Gesamtmasse der Dispersion. Unter VOC sind im Rahmen dieser Beschreibung organische Substanzen zu verstehen, die einen Siedepunkt von kleiner als 25O0C aufweisen und die keine Säurefunktion aufweisen.
Die erfindungsgemäßen VAE-Copolymerdispersionen werden durch radikalische Emulsionspolymerisation der Monomeren in Gegenwart mindestens eines Emulgators hergestellt. Beispiele dafür sind oben aufgezählt.
Die Herstellung wässriger Polymerdispersionen ist vielfach vorbeschrieben und dem
Fachmann daher bekannt [vgl. z.B. Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 8, S. 659 ff (1987)].
Die Emulsionspolymerisation kann beispielsweise als Batchverfahren unter Vorlage der Gesamtmenge an Monomeren zu Beginn der Polymerisation erfolgen; alternativ kann ein Zulaufverfahren eingesetzt werden, bei dem der Zusatz der Monomeren während der Polymerisation durch kontinuierlichen Zulauf erfolgt; es kann aber auch ein Teil der Monomeren, z.B. bis zu 50 Gew. %, vorzugsweise bis zu 25 Gew. %, zu Beginn vorgelegt werden, und der Rest während der Polymerisation zugeführt werden.
Das mit kontinuierlichem Zulauf und bis zu 25 % Monomervorlage durchgeführte Verfahren ist besonders einfach und lässt sich in kurzer Polymerisationszeit durchführen, beispielsweise in Zeiten von 1 bis 4 Stunden.
Die Polymerisation kann auch in an sich bekannter Weise in mehreren Stufen mit unterschiedlichen Monomerkombinationen oder in unterschiedlichen Druckstufen erfolgen, wobei Polymerdispersionen mit Teilchen heterogener Morphologie entstehen.
Die Polymerisation der ethylenisch ungesättigten Monomeren erfolgt in Gegenwart mindestens eines Initiators für die radikalische Polymerisation der ethylenisch ungesättigten Monomeren.
Als Initiatoren für die radikalische Polymerisation zum Starten und Weiterführen der Polymerisation während der Herstellung der Dispersionen kommen alle bekannten Initiatoren in Betracht, die in der Lage sind, eine radikalische, wässrige PoIy- merisation in Heterophasensystemen zu starten.
Es kann sich dabei um Peroxide, wie z.B. Alkalimetall- und/oder Ammonium- peroxodisulfate oder um Azoverbindungen, insbesondere um wasserlösliche Azoverbindungen, handeln.
Als Polymerisationsinitiatoren können auch sogenannte Redoxinitiatoren verwendet werden. Beispiele dafür sind tert.-Butylhydroperoxid und/oder Wasserstoffperoxid in Kombination mit Reduktionsmitteln, wie mit Schwefelverbindungen, z.B. dem Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure, Brüggolit FF6 und FF7, Rongalit C, Natriumsulfit, Natriumdisulfit, Natriumthiosulfat und Acetonbisulfitaddukt, oder mit
Ascorbinsäure oder mit reduzierenden Zuckern. Die Menge der im Verfahren eingesetzten Initiatoren oder Kombinationen von Initiatoren bewegt sich im Rahmen der für wässrige Polymerisationen in Heterophasensystemen üblich ist. In der Regel wird die Menge des eingesetzten Initiators 5 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge der zu polymerisierenden Monomeren, nicht überschreiten.
Vorzugsweise beträgt die Menge der eingesetzten Initiatoren, bezogen auf die Gesamtmenge der zu polymerisierenden Monomeren, 0,05 bis 2,0 Gew. %.
Dabei kann die Gesamtmenge an Initiator bereits zu Beginn der Polymerisation vorgelegt werden oder bevorzugt wird ein Teil des Initiators zu Beginn vorgelegt und der Rest wird nach dem Starten der Polymerisation in ein oder mehreren Schritten oder kontinuierlich zugegeben. Die Zugabe kann getrennt erfolgen oder zusammen mit anderen Komponenten, wie Emulgatoren oder Monomeremulsionen.
Es ist auch möglich, die Emulsionspolymerisation unter Verwendung eines Saatlatex zu starten, beispielsweise unter Vorlage von 0,5 bis 15 Gew. % einer Dispersion.
Das Molekulargewicht der Polymerisate der wässrigen VAE-Dispersionen kann durch Zugabe geringer Mengen einer oder mehrerer das Molekulargewicht regelnder
Substanzen eingestellt werden. Diese sogenannten Regler werden im allgemeinen in einer Menge von bis zu 2 Gew. %, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren, eingesetzt. Als Regler können alle dem Fachmann bekannten Substanzen eingesetzt werden. Bevorzugt sind z.B. organische Thioverbindungen, Silane, Allylalkohole und Aldehyde.
Die Polymerisationstemperatur beträgt im allgemeinen 20 bis 150 0C und bevorzugt 50 bis 1200C.
Die Polymerisation findet üblicherweise unter Druck statt, bevorzugt zwischen 2 und
150 bar, besonders bevorzugt 2 bis 35 bar. Im Anschluss an die eigentliche Polymerisationsreaktion kann es wünschenswert und/oder erforderlich sein, die erhaltene wässrige Vinylesterpolymerdispersion weitgehend frei von Geruchsträgern, wie z.B. Restmonomeren und anderen flüchtigen, organischen Bestandteilen zu gestalten. Dies kann in an sich bekannter Weise beispielsweise physikalisch durch destillative Entfernung (insbesondere über
Wasserdampfdestillation) oder durch Abstreifen mit einem inerten Gas erreicht werden. Ferner kann die Absenkung der Restmonomeren auch chemisch durch radikalische Nachpolymerisation, insbesondere durch Einwirkung von Redox- initiatorsystemen, wie sie z.B. in der DE-A-4,435,423 beschrieben sind, erfolgen. Bevorzugt ist eine Nachpolymerisation mit einem Redoxinitiatorsystem aus mindestens einem organischen Peroxid sowie einem organischen und/oder anorganischen Sulfit und/oder Sulfinsäurederivaten.
Besonders bevorzugt ist eine Kombination aus physikalischen und chemischen Methoden, wobei nach einer Absenkung des Restmonomer-Gehaltes durch chemische Nachpolymerisation die weitere Absenkung des Restmonomergehaltes mittels physikalischer Methoden auf vorzugsweise <2000 ppm, besonders bevorzugt <1000 ppm, insbesondere <100 ppm erfolgt.
Die Polymerisation wird üblicherweise bei einem pH-Wert im Bereich von kleiner / gleich 9 durchgeführt. Zur Einstellung des pH-Wertes der VAE-Copolymerdispersion können prinzipiell Puffersysteme, wie beispielsweise Natriumacetat oder Phosphatpuffersysteme, verwendet werden.
Bevorzugt ist ein pH-Bereich von 2 bis 9 günstig, bevorzugt ist ein pH-Wert im
Bereich zwischen 3 und 8.
Die erfindungsgemäße VAE-Copolymerdispersion lässt sich bevorzugt als Bindemittel für textile Flächengebilde, insbesondere als Bindemittel für Teppiche, Teppichfliesen oder Gurte, oder zum Verkleben verschiedenster Schichten von textilen Flächengebilden, insbesondere von Teppichen, Teppichfliesen oder Gurten, einsetzen. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Dispersionen eine gute Verträglichkeit mit Pigmenten und Füllstoffen aufweisen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein textiles Flächengebilde, das mit der oben beschriebenen VAE-Copolymerdispersion behandelt ist.
Unter Behandlung im Sinne der vorliegenden Beschreibung ist ein Imprägnieren und/oder ein Beschichten des textilen Flächengebildes zu verstehen. Die VAE- Copolymerdispersion kann dabei in einem Extremfall vollständig in das textile Flächengebilde eindringen und dieses durchgehend imprägnieren, wobei der Binder mit den Textilfasern physikalische und/oder chemische Wechselwirkungen eingeht. In einem anderen Extremfall bildet die VAE-Copolymerdispersion auf einer Oberfläche des textilen Flächengebildes eine separate Schicht aus, dringt dabei aber teilweise auch in das textile Flächengebilde ein und bildet mit den Textilfasern physikalische und/oder chemische Wechselwirkungen aus. Zwischen diesen beiden
Extremfällen sind sämtliche Übergangsformen möglich.
Die Behandlung kann während der Herstellung des textilen Flächengebildes erfolgen, beispielsweise um einen unverfestigten Vliesstoff zu stabilisieren und/oder nachträglich kann auf mindestens einer Seite des texilen Flächengebildes eine
Beschickung sowie eine Teilimprägnierung erfolgen. Soll das textile Flächengebilde als Fußbodenbelag, z.B. Teppich oder als Teppichfliese, oder als Gurt eingesetzt werden, so erfolgt diese Beschichtung sowie Teilimprägnierung von der Seite, welche der Trittseite bzw. der dem Benutzer zugewandten Seite abgewandt ist; außerdem ist bei dieser Anwendung vorzugsweise mindestens eine sekundäre
Rückenschicht vorgesehen.
Die Erfindung betrifft daher vorzugsweise einen Textilverbundstoff umfassend ein textiles Flächengebilde, das mit der oben beschriebenen Vinylester-Ethylen- Copolymerdispersion beschichtet und teilimprägniert ist und das auf der damit beschichteten Seite mit mindestens einer weiteren Rückenschicht verbunden ist. Die VAE-Dispersionen lassen sich vorteilhafterweise bei der Herstellung von Webteppichen oder von getufteten Teppichen einsetzen. Bei dieser Technik wird die Emulsion in unverdünnter oder in verdünnter Form auf der Rückseite eines geweben oder getufteten Flächengebildes aufgebracht. Nach dem Trocknen verleiht das Polymer dem Teppich eine ausgezeichnete Tuftbindung, Dimensionsstabilität und verbesserte Lageeigenschaften.
Die Erfindung betrifft daher vorzugsweise ein textiles Flächengebilde in der Form eines Webteppichs oder eines getufteten Teppichs, das auf der von der Trittseite abgewandten Seite mit der oben beschriebenen VAE-Dispersion beschichtet und teilimprägniert ist.
Bei dieser Variante werden vorzugsweise textile Flächengebilde mit einem Flächengewicht von 1000 bis 3000 g/m2, vorzugsweise von 1200 bis 2500 g/m2 eingesetzt.
Die VAE-Dispersionen lassen sich auch für die Verklebung einer sekundären Rückenbeschichtung von Teppichen einsetzen. Dazu wird die Emulsion auf die sekundäre Rückenbeschichtung aufgetragen und anschließend mit der textilen Fläche, welche die Trittfläche bildet, kombiniert.
Die Erfindung betrifft außerdem vorzugsweise ein textiles Flächengebilde in der Form eines Teppichs, bei dem eine textile Fläche auf der von der Trittseite abgewandten Seite mit einer sekundären Rückenbeschichtung verklebt ist, wobei die Verklebung zwischen beiden Schichten durch die oben beschriebene VAE-
Dispersion erfolgt ist.
Eine weitere Anwendung der VAE-Dispersionen betrifft deren Einsatz beim Herstellen von Teppichen aus schweren Nonwovens für den zeitweisen Gebrauch. In dieser Anwendung wird ein Nonwoven mit hohem Flächengewicht mit der VAE-
Dispersion vollständig imprägniert. Nach dem Trocknen erhält man ein Produkt mit sehr guter Lebensdauer, Dimensionsstabilität und Haptik. Die Erfindung betrifft außerdem vorzugsweise ein textiles Flächengebilde in der Form eines Teppichs, bei dem eine textile Fläche auf der Basis eines schweren Nonwovens mit der oben beschriebenen VAE-Dispersion imprägniert ist. Bei dieser Variante werden vorzugsweise Nonwovens mit einem Flächengewicht von 200 bis 600 g/m2, vorzugsweise von 250 bis 500 g/m2 eingesetzt.
Noch eine weitere Anwendung der VAE-Dispersionen betrifft deren Einsatz beim Herstellen von Gurten, insbesondere solchen für die Transportsicherung. Die VAE- Dispersion verleiht den Gurten eine ausreichende Steifigkeit und dient zur Fixierung von Pigmenten. Diese Gurte werden in der Transportindustrie eingesetzt, z.B. um
Lasten auf Lastkraftwagen während des Transports zu sichern.
Die Erfindung betrifft außerdem vorzugsweise ein textiles Flächengebilde in der Form eines Gurtes, bei dem eine textile Fläche mit der oben beschriebenen VAE- Dispersion imprägniert ist, vorzugsweise mit einer Füllstoff- und/oder Pigmenten enthaltenden VAE-Dispersion.
Bei dieser Variante werden vorzugsweise textile Flächengebilde mit einem Flächengewicht von 500 bis 3000 g/m2, vorzugsweise von 1000 bis 2000 g/m2 eingesetzt.
Als textile Flächengebilde lassen sich unterschiedlichste Typen einsetzen. Beispiele dafür sind Vliesstoffe, Gewebe, Gelege oder Gewirke. Vorteilhafterweise lassen sich auch Florstoffe einsetzen; diese sind auf der dem Flor abgewandten Seite mit der erfindungsgemäßen VAE-Copolymerdispersion beschichtet und teilimprägniert.
Insbesondere werden getuftete Florstoffe eingesetzt; diese können offene und/oder geschlossene Schlingen aufweisen.
Ein Typ moderner Fυssbodenbeläge ist aus einem Grundgewebe und einem damit verbundenen Flor gefertigt. Der Flor ist mit dem Grundgewebe verbunden und bedeckt dieses auf der Trittseite. Auf der dem Flor abgewandten Seite sind diese textilen Flächengebilde mit einer Rückenschicht versehen. Diese dient einerseits dem Fixieren des Flors im Grundgewebe und bestimmt andererseits den Trittkomfort massgeblich. Textile Fussbodenbeläge der vorgehen beschreibenen Art werden im Handel allgemein als „Teppichboden" bezeichnet, wobei derartiger Teppichboden sowohl als Bahnenware als auch in der Form von Teppichfliesen verkauft und verlegt wird. Textile Fussbodenbeläge können gewebt, getuftet oder nach der Nadelfilztechnik hergestellt werden. Bei den Web- und Tufting-Tepichen unterscheidet man Konstruktionen mit geschlossenen Schlingen, z.B. Boucle-Teppiche, oder Konstruktionen mit aufgeschnittenen Flornoppen, z.B. Velour-Teppiche. Bei den Tufting Teppichen wird die Textilfaser, in der Regel Polyamid, nach dem Tuftingverfahren gemäß dem Nähmaschinenprinzip in das fertige Grundgewebe eingesetzt. Das Grundgewebe sorgt dabei für eine Dimensionstabilität und der Flor für das Aussehen und einen Teil desTrittkomforts.
Die vorgenannten Textilverbundstoffe werden darüber hinaus in an sich bekannter Weise rückseitig mit Schichten aus flexiblem Kunststoff versehen. Eine dieser Schichten, primäre Rückenschicht genannt, dient hauptsächlich dem Fixieren der in das Grundgewebe eingebrachten Textilfasern oder dem Fixieren des textilen Flächengebildes. Für diesen Zweck wurden in der Vergangenheit bereits Binder auf der Basis von VAE-Copolymerdispersionen eingesetzt. Eine weitere Kunststoffschicht, sekundäre Rückenschicht genannt, beispielsweise aus Naturkautschuk, aus Styrol-Butadien-Latices, aus Polyvinylchlorid oder aus Polyurehanen, ist im allgemeinen zwischen 2 und 8 mm dick und trägt aufgrund ihrer elastomeren Eigenschaft wesentlich zum Trittkomfort bei. Die vorgenannte sekundäre Rückenschicht wird in der Regel geschäumt und ergibt dann einen sogenannten Schaumrücken. Nebem dem bereits genannten Trittkomfort sorgt der Schaumrücken auch für eine Temperatur- und Schallisolation und besizt im allgemeinen auch eine relativ gute Lebensdauer. Die sekundäre Rückenschicht wird in der Regel mit dem textilen Flächengebilde durch Laminieren verbunden. Dazu kann kann beispielsweise eine direkte Verbindung mit der primären Rückenschicht erfolgen oder es kann eine Klebschicht zwischen primärer und sekundärer Rückenschicht angebracht werden.
Als sekundäre Rückenschicht können übliche Materialien eingesetzt werden. Beispiele dafür sind Schaum- oder Kompaktschaumrücken oder Vliesstoffe, welche gegebenenfalls mit werteren textilen Flächengebilden, wie Gewebe oder Gewirke, verbunden oder vermascht sind, wodurch die Rückenschicht in Längs- oder in Längs- und Querrichtung verstärkt wird. Das sekundäre Rückenschicht wird bei Bedarf elektrostatisch ableitfähig ausgerüstet und kann entsprechend in Haptik und Optik textil gestaltet werden.
Um einen ausreichenden Trittkomfort je nach Verlegesituation zu erzielen, werden üblicherweise sekundäre Rückenschichten mit einem Flächengewicht von 100 bis 900 g/m2 und einer Dicke von 0,5 bis 10 mm eingesetzt.
Um die erfindungsgemäße textile Fläche kann in fachüblicher Weise modifiziert und an den gewünschten Verwendungszweck angepasst werden. So werden Teppiche in der Regel antistatisch ausgerüsten, indem diese mit leitfähigen Fasern durchmischt werden, die eine Herabsetzung des Oberflächen-Widerstandes bewirken.
Die erfindungsgemäße textile Fläche kann grundsätzlich in verschiedener Weise hergestellt werden. Dem Fachmann sind die Herstellungsweisen von textilen Flächen bekannt.
Generell können alle Typen von Fasern und Fasermischungen genutzt werden. Geht man beispielsweise von der üblichen Herstellung von Spinnfaservliesen aus, so wird dieser in den Prozeßstufen "Öffnen - Mischen - Feinöffnen - Vliesbildung - Verfestigen" in eine handelsfähige Ware übergeführt.
Weiterhin kann für die Herstellung der erfindungsgemäßen textile Fläche sowohl ein u n verfestigter als auch ein verfestigter Vliesstoff eingesetzt werden. Ein unver- festigter Vliesstoff kann mittels eines Nähwirkverfahrens, z. B. durch das sogenannte Maliwatt-Verfahren, verfestigt werden. Es ist auch möglich, einen bereits verfestigten Vliesstoff zu verarbeiten, der z. B. durch mechanische, chemische oder thermische Verfahrensschritte verfestigt wurde.
Als Vliesstoffe eignen sich neben den Spinnfaservliesen auch sogenannte Filament- vliese, die unterteilt werden in durch abgelegte Filamente (Endlosfasem) gebildete Vliesstoffe, sogenannte Spunbonds, oder aber durch abgelegte Fasern nach dem Melt-Blown-Prinzip gebildete Vliesstoffe. Auch hier kann das Verfestigen der Vliesstoffe nach den bereits beschriebenen Methoden erfolgen.
Eine besonders kostengünstige Variante eines Vliesstoffes stellen textile Flächen aus Bändchenmaterial dar. Bändchenmaterial, das in der Textiltechnik bekannt ist und in vielen Fällen eingesetzt wird, wird in der Regel nach dem Flachfolien- extrusionsverfahren hergestellt, wobei die extrudierte Flachfolie in Bändchen entsprechender Breite geschnitten wird. Als Rohstoffe kommen sowohl Polyolefine, Polyamide und Polyester infrage, also dieselben Materialien, aus denen auch der
Vliesstoff hergestellt sein kann.
Der Vliesstoff kann auch mit einem weiteren textilen Flächengebilde, beispielsweise einem Gewebe oder Gewirke aus Filamentgarn oder aus Fasergarn verbunden sein. Unter Filamentgarn versteht man ein Garn, das aus mehreren Endlosfäden mit oder ohne Drehung besteht, wobei die Endlosfäden auch eine texturierte Form haben können. Bei letzteren wird in einem Texturierprozeß. dem ansonsten sehr glatten Filamentgarn ein textiles Aussehen verliehen, indem man dem Filamentgarn einen hohen Bausch verleiht. Auch hier können als Rohstoffe sowohl Polyolefine als auch Polyamide oder Polyester verwendet werden.
Unter Fasergarnen, insbesondere Stapelfasergarnen, werden solche verstanden, die aus Fasern entsprechender Länge hergestellt werden, die in der Regel nach dem Ringspinn- oder dem Rotorspinn-Verfahren hergestellt werden. Auch hier eignen sich Polyolefine, wie Polypropylen oder Polyethylen, Polyamide und Polyester als
Rohstoffe.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der oben beschriebenen VAE- Copolymerdispersion zur Behandlung von textilen Flächengebilden, insbesondere von solchen, die bei der Herstellung von Fußbodenbelägen oder Gurten eingesetzt werden. Bei diesen Anwendungen ist eine asugezeichnete Dimensionsstabilität gefordert. Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen.
Messmethoden
Messung der Partikelqrößenverteilung
Die Partikelgröße wurde mit Hilfe der Laser-Aerosol-Spektroskopie bestimmt. Sie ist in der Publikation „Kunstharz Nachrichten 28, Characterization and quality assurance of polymer dispersions, Oktober 1992, Dr. J. Paul Fischer" beschrieben. Die Methode verwendet als Lichtquelle einen Nd:YVO4 Laser (Millenia II) der Firma
Spectra Physics mit einer Laserstärke von 2 W und einer Wellenlänge von 532 nm. Als Detektor wird eine Bialkali Photokathode Typ 4517 der Firma Burle (ehemals RCA) verwendet. Die Streustrahlung der zuvor sprühgetrockneten Einzelteilchen wurde in einem Winkel von 40° detektiert. Die Signalauswertung findet mit einem Mehrkanalanalysator der Firma TMCA mit 1024 Kanälen statt.
Als Probenvorbereitung wurden 0,2 ml der zu untersuchenden Probe in 100 ml hochreinem Wasser mit einer Leitfähigkeit von 18,2 μS/m verdünnt. Die Probe wurde über eine Beckmann-Düse versprüht und mit Stickstoff getrocknet. Die dabei entstehenden Einzelpartikel mit Betastrahlung (Kr-85) neutralisiert und danach über das Einzelpartikellichtstreuexperiment untersucht. Als Ergebnis wurden die Zahlen- und Massenanteile der Verteilung im Bereich von 80 nm bis 550 nm berechnet und als Mittelwerte dn, dw, dz und dw/dn ausgegeben.
Glasüberganqstemperatur
Die Messung der Glasübergangstemperatur wurde mit einem Mettler DSC 820 bei 10 K/min durchgeführt. Ausgewertet wurde die zweite Aufheizkurve.
Zugfestigkeit, trocken und naß
Die Proben wurden durch Sättigung von Whatman Papier Nr. 1 bis zu einer Zugabemenge von 20 Gew. % an Emulsion hergestellt. Die Proben wurden vor dem Versuch 24 Stunden lang bei 230C und bei 50 %iger relativer Feuchtigkeit konditioniert.
Whatman Papier wird üblicherweise bei Vergleichsversuchen für Polymerfilman- Wendungen in Teppichen eingesetzt, da es ein sehr einheitliches Substrat darstellt.
Es kann angenommen werden, dass die erhaltenen Ergebnisse einen Indikator für die Leistung bei Teppichanwendungen darstellen.
Die Prüfung der Zugfestigkeit erfolgte an einem Lloyd LR100K Gerät unter Verwendung eine 100 KN Belastungszelle. Dabei wurden folgende Testeinstellungen verwendet: Zuggeschwindigkeit: 100 mm pro Minute; 50 mm breites Probenstück; Abstand der Klemmbacken: 200 mm. Die Probe wurde bis zum Bruch gestreckt und es wurde die Kraft in N pro 50 mm aufgezeichnet. Die Ergebnisse wurden als Mittelwerte von vier Messungen mit dem gleichen Substrat dargestellt.
Für die Ermittlung der Zugfestigkeit an einer nassen Probe wurde der Test wie oben beschrieben durchgeführt mit der Änderung, dass die Probe vor dem Versuch eine Stunde lang in deionisiertes Wasser getaucht wurde.
Wassertropfentest
Die Proben wurden durch Sättigung von Whatman Papier Nr. 1 bis zu einer Zugabemenge von 20 Gew. % an Emulsion hergestellt. Die Proben wurden vor dem Versuch 24 Stunden lang bei 23°C und bei 50 %iger relativer Feuchtigkeit konditioniert.
Ein Wassertropfen von 0,3 ml wurde durch eine Bürette auf die Probe aufgebracht und eine Stoppuhr wurde angestellt. Sobald der Wassertropfen verschwunden war, festgestellt durch visuelle Inspektion, wurde die auf der Stoppuhr angezeigte Zeit notiert und dieses als Ergebnis notiert. Hydrophile Bindemittel zeigen typischerweise
Ergebnisse im Bereich von 1 bis 15 Minuten; hydrophobe Bindemittel zeigen Ergebnisse von mehr als 1 Stunde. Verqilbungstest
Die Proben wurden durch Sättigung von Whatman Papier Nr. 1 bis zu einer Zugabemenge von 20 Gew. % an Emulsion hergestellt. Die Proben wurden vor dem Versuch 24 Stunden lang bei 23°C und bei 50 %iger relativer Feuchtigkeit konditioniert.
Die Probe wurde in einem Mathis Lab Dryer für die gewünschte Zeitspanne (z.B. 1 Minute) der gewünschten Temperatur ausgesetzt (1800C bzw. 2000C) und das Ausmaß der Vergilbung wurde mit einem Minolta CM3600d Spektrophotometer bestimmt. Die Ergebnisse wurden in der Form des Vergilbungsindex nach DIN 6167 angegeben. Je höher die festgestellte Zahl war, umso stärker war die Vergilbung der Probe.
Steifheit (Dimensionsstabilität)
Die Steifheit der Probe wurde mit einem Teppich, der mit einem Standard SBR Latex rückenbeschichtet war mit Hilfe der nachstehend beschriebenen Methode verglichen. Die Bindemitteldispersion wurde auf einen 25 %-igen Feststoffgehalt verdünnt und auf einen Webteppich aufgetragen (Axminstertyp auf der Basis von
Polyester / Polyamid; Flächengewicht unbehandelt: 1600 g/m2). Die Auftragsmenge betrug jeweils 100 g/m2 Festsubstanz. Die Probenstücke von 20 cm x 20 cm x 1 cm wurden 8 Minuten lang in einem Mathis Lab Dry Gerät bei 1100C getrocknet und die Steifheit und Biegefestigkeit wurde manuell ermittelt. Dabei wurde eine Skala von 1 bis 6 verwendet, wobei für sehr steife Proben eine 6 vergeben wurde und für sehr elastische Proben eine 1.
Bruchverhalten bei 180 °
Die Bindemitteldispersion wurde auf einen 25 %-igen Feststoffgehalt verdünnt und auf einen Webteppich aufgetragen (Axminstertyp auf der Basis von Polyester / Polyamid; Flächengewicht unbehandelt: 1600 g/m2). Die Auftragsmenge betrug jeweils 100 g/m2 Festsubstanz. Die 20 cm x 20 cm x 1 cm großen Probenstücke wurden 8 Minuten lang in einem Mathis Lab Dry Gerät bei 1100C getrocknet und das das Bruchverhalten wurde manuell durch das Gehör ermittelt. Das Bruchverhalten wurde mit "ja" oder "nein" charakterisiert.
Polnoppenauszugskraft bei textilen Fußbodenbelägen (Tuft anchoraqe test)
Die zu untersuchenden textilen Bodenbelagsproben bestehen aus einer Mischung von Ziegenhaarwolle und Schafswolle im Verhältnis von 50 Gew. % zu 50 Gew. %. Der Binder (Dispersion) wird mit Wasser bis zu einem Feststoff von 25 % verdünnt und auf der Rückseite der textilen Bodenbelagsprobe manuel mit einem Schwamm gut verteilt aufgebracht. Dabei wird die Menge von 200 g Trockenpolymer pro Quadratmeter Teppich aufgegeben. Danach wird die Probe 30 min bei 130 0C getrocknet und anschließend 24 h bei 23 0C / 50 % rel. Luftfeuchtigkeit gelagert. Die Polnoppenauszugskraft wird in Anlehnung an die ISO 4919 bei 23 0C / 50 % rel. Luftfeuchtigkeit bestimmt, indem in einer Zug-Dehnungsmaschine die Kraft/das
Gewicht gemessen wird, bei der sich eine Schlaufe vom textilen Bodenbelag löst. Das Ergebnis wird in kg gemessen und angegeben. Der Test wird insgesamt fünfmal wiederholt und der Mittelwert gebildet. Der Fehler der Messung liegt bei ca. 20 %.
Beispiele
Beispiel 1 : Herstellung einer erfindυngsgemäßen Polvmerdispersion - 4 Gew. % Ethylen
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer Dispersion mit 4 Gew.-% an Ethylen, bezogen auf die Menge an Hauptmonomer (= Ethylen + Vinylacetat).
In einer Druckapparatur mit Ankerrührer (150 UpM), Mantelheizung und Dosierpumpen und einem Volumen von 26,3 I wurde eine wäßrige Lösung, bestehend aus folgenden Bestandteilen vorgelegt:
9495 g E-Wasser (entionisiertes Wasser) 534 g Celvol® 523 Lösung (15 %ig in E-Wasser, Polyvinylalkohol von Celanese)
32 g Natriumacetat (wasserfrei) 213 g Natriumethensulfonat (30 %ig) 533 g Emulsogen® EPN 287 (70 %ig in E-Wasser, nichtionischer
Emulgator auf Basis eines Ethoxylats von Clariant) 416 g Texapon® K 12/15 (15 %ig in E-Wasser, Natriumdodecylsulfat von Cognis) 5,0 g Natriumdisulfit 0,03 g Mohrsches Salz
Der Polyvinylalkohol wurde zuvor je in einer 15 %igen Lösung bei 90 0C 2 Stunden lang gelöst. Die Apparatur wurde von Luftsauerstoff befreit. 5 % der Vinylacetat- menge (Gesamtmenge: 12269 g) wurde in den Reaktor dosiert. Das Ethylenventil wurde geöffnet und 6,8 % Ethylen (Gesamtmenge 314 g) aufgedrückt bei ca. 10 bar.
Gleichzeitig wurde die Temperatur auf 65 0C erhöht. Bei 55 0C wurde der Initiator 1 (28 g Natriumperoxodisulfat in 223 g E-Wasser) schnell hinzudosiert. Wenn die 65 0C erreicht waren, wurde der Rest Vinylacetat in 210 Minuten hinzudosiert und das Ethylenventil so lange geöffnet, bis die gesamte Menge Ethylen im Reaktor ist. Der Druck bleibt bei max. ca. 15 bar. Nach 180 Minuten der Vinylacetatdosierung wurde eine Initiatorlösung 2 (13 g Natriumperoxodisulfat in 223 g E-Wasser) hinzudosiert.
Nach Ende der Vinylacetatdosierung wurde der Ansatz innerhalb 50 Minuten auf 85 0C aufgeheizt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurde der Ansatz abgekühlt. Anschließend wurde noch eine Redoxbehandlung (t-Butyl- hydroperoxid / Brüggolit FF6) und/oder eine physikalische Behandlung zur Reduzierung der Restmonomeren durchgeführt.
Charakteristische Daten der Beispieldispersion 1 Trockensubstanz: 53,5 % pH (Elektrodenmessung): 4,7
Viskosität nach Brookfield (23 0C, Spindel 3, 20 rpm): 2200 mPas
Restmonomergehalt: < 0,1 % Glasübergangstemperatur des Polymerisats (10 K/min): 27 0C Teilchengrößenverteiluπg (LAS): dw = 218 nm
(Wdn = 1 ,39
Beispiel 2: Herstellung einer erfindungsgemäßen Polymerdispersion - 2.5 Gew.
% Ethylen
Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Änderung, dass nur 2,5 Gew.-% Ethylen bzgl. Hauptmonomer (= Ethylen + Vinylacetat) verwendet wurden. Der Anteil an Vinylacetat wurde entsprechend erhöht.
Charakteristische Daten der Beispieldispersion 2
Trockensubstanz: 53,2 % pH (Elektrodenmessung): 4,6 Viskosität nach Brookfield (23 0C, Spindel 3, 20 rpm): 1700 mPas
Restmonomergehalt: < 0,1 %
Glasübergangstemperatur des Polymerisats (10 K/min): 30 0C Teilchengrößenverteilung (LAS): dw = 186 nm dw/dn = 1 ,35
Beispiel 3: Herstellung einer erfindungsgemäßen Polymerdispersion - 2,5 Gew. % Ethylen, ohne Schutzkolloid
Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Änderung, dass nur 2,5 Gew.-% Ethylen bzgl. Hauptmonomer (= Ethylen + Vinylacetat) verwendet wurde und dass kein Polyvinylalkohol verwendet wurde. Der Anteil an Vinylacetat wurde entsprechend erhöht.
Charakteristische Daten der Beispieldispersion 3
Trockensubstanz: 54,0 % pH (Elektrodenmessung): 4,6
Viskosität nach Brookfield (23 0C, Spindel 3, 20 rpm): 1400 mPas Restmonomergehalt: < 0,1 %
Glasübergangstemperatur des Polymerisats (10 K/min): 28 0C Teilchengrößenverteilung (LAS): dw = 166 nm dw/dn = 1 ,25
Beispiel 4 (erfindungsqemäß)
In einer Druckapparatur wie in Beispiel 1 wurde folgende Dispersion hergestellt. Dabei wurde ein Verfahren mit kurzer Polymerisationszeit eingesetzt.
Vorlage
9661 g E-Wasser (entionisiertes Wasser)
543 g Celvol® 504 (15 %ig in E-Wasser, Polyvinylalkohol der Celanese) 543 g Emulsogen® EPN 287 (70 %ig in E-Wasser, nichtionischer Emulgator auf Basis eines Ethoxylats von Clariant)
423 g Texapon K12/15® (15 %ig in E-Wasser, ionischer sulfathaltiger
Emulgator von Cognis)
217 g Natriumethensulfonat (30 %ig in E-Wasser) 32,5 g Natriumacetat 5,1 g Natriumdisulfit
0,03 g Mohr'sches Salz
Monomer
12292 g Vinylacetat Ethylenmenge
512 g Ethylen
Der Polyvinylalkohol wurde zuvor in einer 15 %igen Lösung bei 90 0C 2 Stunden lang gelöst.
Die Apparatur wurde von Luftsauerstoff befreit. 20 % der Monomermischung (Gesamtmenge: 12292 g) wurde in den Reaktor innerhalb 10 min. dosiert. Das Ethylenventil wurde bei Raumtemperatur geöffnet und Ethylen bis zu einem Druck von ca. 10 bar aufgedrückt. Der Reaktor wurde auf eine Innentemperatur von 650C aufgeheizt. Beim Erreichen von 35 °C wurde der Initiator 1 (28,6 g Natriumperoxo- disulfat in 227 g E-Wasser) innerhalb von ca. 8 min. hinzugegeben. Nach dem Erreichen von 65 0C wurde das Ethylenventil geöffnet (max. 15 bar) und es wurden die restlichen 80 % der Monomermischung, innerhalb ca. 45 min. dosiert, daß eine
Innentemperatur von ca. 110 0C gehalten werden konnte. Entsprechend mußte die Kühlung eingestellt werden (in diesem Fall bei 95 0C). Sobald die Innentemperatur abzusinken begann, wurde mit der Dosierung von Initiator 2 (16,1 g Natrium- peroxodisulfat in 227 g E-Wasser) begonnen (etwa 7 min nach Beginn der Monomerdosierung). Nachdem die Monomerdosierung zu Ende war, lief die
Dosierung von Initiator 2 noch etwa 30 min nach. Danach wurde noch eine Stunde bei 85 0C nachgeheizt, um den Restmonomergehalt zu senken.
Charakteristische Daten der Beispieldispersion 4
Trockensubstanz: 54,1 % pH (Elektrodenmessung): 4,3 Viskosität nach Brookfield (23°C, Spindel 4, 20 rpm): 1920 mPas
Restmonomergehalt: <0,1 %
Glasübergangstemperatur des Polymerisats (10 K/min): 28 0C
Teilchengrößenverteilung (LAS): dw = 180 nm dw/dn = 1 ,19
Beispiel 5: Verqleichbeispiel: VAE Dispersion mit einer größeren Menge Ethylen (nicht erfindunqsgemäß)
Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Änderung, dass 12 Gew.-% Ethylen bzgl. Hauptmonomer (= Ethylen + Vinylacetat) verwendet wurde. Die Menge an
Vinylacetat wurde entsprechend erniedrigt.
Charakteristische Daten der Beispieldispersion 5 Trockensubstanz: 54,5 % pH (Elektrodenmessung): 4,6
Viskosität nach Brookfield (230C, Spindel 3, 20 rpm): 3000 mPas
Restmonomergehalt: < 0,1 % Glasübergangstemperatur des Polymerisats (10 K/min): 140C
Teilchengrößenverteilung (LAS): dw = 215 nm djdπ = 1 ,5
Beispiel 6 (Vergleich. SBR Latex Litex T 6820 von Polymer Latex)
Litex® T 6820 ist ein kommerzielles Produkt der Firma Polymer Latex
Beispiel 7 (Vergleich. Vinylacetat-Homopolymer, ohne Weichmacher. Mowilith DC)
Mowilith® DC ist ein kommerzielles Produkt der Firma Celanese Emulsions GmbH.
Beispiel 8 (Vergleich, mittelharter SBR-Latex mit 59% Styrol)
Der Vergleichslatex ist ein typischer SBR-Latex für Teppich-Rückenbeschichtυngen mit 59 Gew.-% Styrol-Monomereinheiten. Der Latex wurde durch Emulsionspolymerisation hergestellt, ist anionsch stabilisiert und weist einen Feststoffgehalt von 50 Gew.-% sowie eine Teilchengröße zwischen 150 and 300 nm auf.
Anwendungstechnische Prüfungen
Die Ergebnisse der anwendungstechnischen Prüfungen von verschiedenen
Dispersionenen auf verschiedenen Substraten sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 : Anwendungstechnische Prüfungen
Figure imgf000034_0001
Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse der Zugfestigkeiten, des Wassertropfentests und der Vergilbungstests belegen, dass die erfindungsgemäß 0 eingesetzten Bindemittel den textilen Flächengebilden ähnliche Eigenschaften verleihen wie herkömmliche für Teppich-Rückenbeschichtungen eingesetzte steife SBR-Latices. Die Ergebnisse zeigen darüber hinaus, dass die Haptik der erfindungsgemäß beschichteten Teppiche vergleichbar ist mit den Standardprodukten. Darüber hinaus stellt die sogenannte Polnoppenauszugskraft 5 bei textilen Fußbodenbelägen ein Maß für die Bindefestigkeitsfähigkeit einer
Dispersion dar. Das erfindungsgemäße Beispiel (Nr. 2, Tabelle 1 ) zeigt eine deutlich höhere und damit verbesserte Polnoppenauszugskraft als das Vergleichsbeispiel (Nr. 8, Tabelle 1).
Der Ethylengehalt der in den erfindungsgemäßen Dispersionen eingesetzten VAE- Copolymeren bewirkt einen inneren Weichmachereffekt. Dieses entspricht in etwa dem Verhalten eines SBR-Latex. Im Vergleich zu SBR-Latex weist die erfindungsgemäß eingesetzte VAE-Copolymerdispersion eine Reihe von Vorteilen auf. Dabei handelt es sich um eine verbesserte Flammbeständigkeit; somit lassen sich Formulierungen mit weniger Gehalt an Flammschutzmitteln einsetzen. Auch entsteht bei der Verbrennung eines erfindungsgemäß rückenbeschichteten Textilprodukts weniger Rauch. Darüber hinaus ist die VAE-Copolymerdispersion geruchsneutral, kann mit einem geringen Gehalt an flüchtigen organischen Bestandteilen ("VOC") oder sogar ohne VOC formuliert werden, verleiht dem rückenbeschichteten Textilprodukt eine außerordentlich gute Alterungsbeständigkeit.
Vinylacetat-Homopolymerdispersionen benötigen in der Regel externe Weichmacher. Diese können während des Gebrauchs migrieren. Die erfindungsgemäßen Texilprodukte kommen ohne Weichmacher aus.
Ein weiterer Vorteil verglichen mit weicheren VAE-Copolymerdispersionen mit
Glasübergangstemperaturen unter 15 0C oder mit VA-Homopolymerdispersionen ist in der Kombination von erhöhter Steifheit mit verbesserten Bruchverhalten sowie in einer guten Dimensionsstabilität zu sehen.
Als weiterer Vorteil ist die einfache Emulsionsrezeptur zu sehen; die Dispersion kann durch Verfahren mit kurzen Verfahrensdauern hergestellt werden (z.B. Verfahrensdauern von 3 bis 5 Stunden, gerechnet von Reaktorleerstand zu Reaktorleerstand).

Claims

Patentansprüche:
1. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion, die sich von 60 bis 99 Gew.-% Vinylacetat, 1 bis 4 Gew. % Ethylen ableitet, wobei das Copolymere eine Glasübergangstemperatur von +15 bis +32 0C aufweist, einen mittleren
Teilchendurchmesser dw von 50 bis 500 nm besitzt und mit mindestens 1 Gew. % an Emulgatoren und 0-2 Gew. % an Schutzkolloiden stabilisiert ist, wobei im Falle von Stabilisatorsystemen aus Emulgatoren und Schutzkolloiden die Menge an Emulgator mindestens doppelt so groß ist, wie die Menge an Schutzkolloid.
2. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Vinylester-Ethylen-Copolymer sich von bis zu 30 Gew. % weiteren mit Vinylacetat und Ethylen copolymerisierbaren Monomeren ableitet.
3. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass deren Viskosität 400 bis 4.000 mPas, gemessen bei 25 °C mit dem Brookfield-Viskosimeter.
4. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vinylacetat-Ethylen-Copolymere einen
Ethylengehalt von 1 bis 3 Gew. % aufweist.
5. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasübergangstemperatur des Vinylacetat- Ethylen-Copolymeren zwischen +20 und +300C liegt.
6. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese als weiteres durch Polymerisation in Abwesenheit eines Schutzkolloids erhalten wurde.
7. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren mit Vinylacetat und Ethylen copolymerisierbaren Monomeren ausgewählt werden aus der Gruppe der ethylenisch ungesättigte Säuren, oder deren Salzen, der ethylenisch ungesättigten Monomere, die wenigstens eine Amid-, Epoxy-, Hydroxy-, N- Methylol-, Trialkoxysilan- oder Carbonylgruppe aufweisen, oder von Kombinationen von zwei oder mehreren Monomeren aus dieser Gruppe.
8. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren mit Vinylacetat und Ethylen copolymerisierbaren Monomeren ausgewählt werden aus der Gruppe der Vinylester, die nicht Vinylacetat sind, der alpha-Olefine, die nicht Ethylen sind, der Vinylaromaten, der Ester von ethylenisch ungesättigten Monocarbonsäuren oder der Diester von ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren.
9. Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulgatoren keine Alkylphenylethoxylate enthalten.
10. Textiles Flächengebilde behandelt mit einer Vinylacetat-Ethylen-Copolymer- dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in Form eines in Form eines Webteppichs oder eines getufteten Teppichs vorliegt, das auf der von der Trittseite abgewandten Seite mit der Vinylester-Ethylen-Copolymerdispersion beschichtet und teilimprägniert ist.
12. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Flächengebilde ein Flächengewicht von 1000 bis 3000 g/m2 aufweist.
13. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in Form eines Teppichs vorliegt, welches auf der von der Trittseite abgewandten Seite mit einer sekundären Rückenbeschichtung verklebt ist, wobei die Verklebung zwischen beiden Schichten durch die Vinylester-Ethylen- Copolymerisatdispersion erfolgt ist.
14. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in Form eines in Form eines Teppichs vorliegt, bei dem eine textile Fläche auf der Basis eines schweren Nonwovens mit der Vinylester-Ethylen- Copolymerisatdispersion imprägniert ist.
15. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Nonwoven ein Flächengewicht von 200 bis 600 g/m2 aufweist.
16. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in Form eines in Form eines Gurtes vorliegt, bei dem eine textile Fläche mit der Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion imprägniert ist.
17. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Flächengebilde ein Flächengewicht von 500 bis 3000 g/m2 aufweist.
18. Textiles Flächengebilde nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens eine textile Fläche aufweist, die ausgewählt wird aus der Gruppe Vliesstoff, Gewebe, Gelege, Gewirke und Florstoffe.
19. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Florstoff auf der dem Flor abgewandten Seite mit der Vinylacetat-Ethylen- Copolymerdispersion beschichtet und teilimprägniert ist.
20. Verwendung einer Vinylacetat-Ethylen-Copolymerdispersion nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 zur Imprägnierung und/oder Beschichtung von textilen Flächengebilden.
21. Verwendung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Flächengebilde bei der Herstellung von Fußbodenbelägen oder von Gurten eingesetzt werden.
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