WO2010139683A1 - Feinteilige, kationische, wässrige polymerdispersionen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

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    • D21H17/375—Poly(meth)acrylamide

Definitions

  • the invention relates to finely divided, cationic, aqueous polymer dispersions which are obtainable by a two-stage polymerization, wherein a cationic prepolymer is prepared as dispersant in the first polymerization stage and then in an aqueous solution of this prepolymer in the presence of ethylenically unsaturated monomers performs an emulsion polymerization, method their manufacture and their use as sizing agents for paper, cardboard and cardboard.
  • A1 aqueous copolymer dispersions are known which are obtainable by a two-stage polymerization in an aqueous phase, wherein initially a copolymer of an acid group-containing monomer and an ethylenically unsaturated monomer having a tertiary or quaternary amino group or a nitrogen-containing heterocyclic Copoly- polymerized in an aqueous phase group and then added with further copolymerization styrene and / or acrylonitrile I and optionally (meth) acrylic acid esters and optionally further olefinically unsaturated monomers and polymerized.
  • the polymer dispersions thus prepared are used as sizing agents for paper.
  • A1 cationic aqueous copolymer dispersions are known which are prepared by emulsion copolymerization of olefinically unsaturated monomers in the presence of cationic polymeric dispersants / protective colloids.
  • a prepolymer is synthesized by solution polymerization of hydrophobic ethylenically unsaturated monomers with monomers containing quaternary or ternary nitrogens in water-miscible solvents, preferably alcohols or acetone.
  • hydrophobic monomers such as styrene, acrylonitrile, (meth) acrylic acid esters and / or butadiene, optionally with up to 10 wt.
  • hydrophobic monomers such as styrene, acrylonitrile, (meth) acrylic acid esters and / or butadiene, optionally with up to 10 wt.
  • the monomers are chosen so that the glass transition temperature of the copolymer between -15 and + 60 0 C is located.
  • the dispersions thus obtainable are used as coating agents for paper, leather or textile fabrics and as sizing agents for paper.
  • EP 0 051 144 A1 describes amphoteric, finely divided, aqueous polymer dispersions which are prepared by a two-stage polymerization.
  • a low molecular weight prepolymer is synthesized in a solution copolymerization in a water-miscible solvent, the monomer mixture used in addition to other monomers, each per mole of a Containing nitrogen-containing monomers which carries an amino group and / or a quaternary amino nano group, 0.5 mol to 1, 5 moles of an ethylenically unsaturated carboxylic acid.
  • the prepolymer is then dispersed in water and reacted in an emulsion polymerization with nonionic, ethylenically unsaturated monomers using customary water-soluble initiators.
  • the resulting dispersions are used as a mass and surface sizing agent for paper.
  • EP 0 058 313 A1 discloses cationic sizing agents for paper, which are obtainable by first preparing a water-soluble cationic terpolymer consisting of N, N-dimethylaminoethyl acrylate and / or methacrylate, styrene and acrylonitrile by solution polymerization in an alcohol , After a subsequent quaternization reaction, at least 10% of the N, N-dimethylamino groups present should be quaternized and the remaining protonated.
  • This terpolymer is used as an emulsifier in the subsequent free-radically initiated emulsion polymerization of a monomer mixture of acrylonitrile / methacrylonitrile and (meth) acrylic acid esters.
  • a cationic sizing agent for paper is described, which is also prepared by a two-stage process.
  • a Terpo- lymerisat is prepared by methylaminoethyl acrylate, a monomer mixture consisting of N 1 N-di- and / or methacrylate, polymerized styrene and acrylonitrile in a solution polymerization in an alcohol.
  • at least 10% of the N, N-dimethylamino groups are quaternized while the remainder are in protonated form.
  • the terpolymer is used as an emulsifier in the free-radically initiated emulsion polymerization of a monomer mixture containing up to 90% by weight of acrylonitrile and / or methacrylonitrile, 5 to 95% by weight of styrene and 5 to 95% by weight of (meth) acrylic ester.
  • cationic, finely divided, aqueous polymer dispersions are known, which are used as a mass and surface sizing agent for paper.
  • the preparation of the dispersion also takes place in a two-stage process in which a solution polymer is first synthesized in a saturated C 1 - to C 6 -carboxylic acid, which is subsequently used in an emulsion polymerization of an optionally substituted styrene and a (meth) acrylic ester.
  • the emulsion polymerization is carried out using conventional, water-soluble initiators, e.g. Peroxides together with redox systems.
  • WO 05/121195 A1 discloses further finely divided, amphoteric, aqueous polymer dispersions which are suitable as sizing agents for paper, cardboard and paperboard. These dispersions are also prepared in a two-stage process. First, a prepolymer of a (meth) acrylic ester and / or (meth) acrylamide with a free, protonated and / or quaternized amino group, a gege optionally substituted styrene, optionally acrylonitrile and / or methacrylonitrile, an acid group-containing ethylenically unsaturated monomer and optionally a different nonionic ethylenically unsaturated monomer produced.
  • a prepolymer of a (meth) acrylic ester and / or (meth) acrylamide with a free, protonated and / or quaternized amino group a gege optionally substituted styrene, optionally acrylonitrile and /
  • aqueous solution of the prepolymer thus obtained is then subjected to an emulsion polymerization with at least one nonionic ethylenically unsaturated monomer.
  • This at least one ethylenically unsaturated monomer may be an optionally substituted styrene, a di- to Ci ⁇ - (meth) acrylic acid ester and optionally different nonionic, ethylenically unsaturated monomers.
  • WO 08/071690 A1 describes a further finely divided, cationic polymer dispersion which is likewise used as sizing agent for paper, board and cardboard.
  • a prepolymer of a (meth) acrylic acid ester, an optionally substituted styrene, optionally acrylonitrile or (meth) acrylonitrile, an ethylenically unsaturated carboxylic acid or carboxylic anhydride and optionally a different, ethylenically unsaturated monomer is prepared.
  • aqueous solution of the prepolymer is then in an emulsion polymerization with acrylonitrile and / or methacrylonitrile, a d- to C 4 - reacted acrylic or methacrylic esters and, if appropriate, different therefrom, nonionic monomers - acrylic acid or methacrylic acid, a C ⁇ - to Ci. 4
  • the object is achieved according to the invention with finely divided, cationic, aqueous polymer dispersions which are obtainable by emulsion polymerization of ethylenically unsaturated monomers in an aqueous solution of a cationic prepolymer as dispersant, the cationic prepolymer initially being prepared in the presence of polymerization initiators by polymerizing
  • solution polymerization and / or emulsion polymerization is carried out in the presence of from 0 to 10% by weight of at least one polymerization regulator.
  • the molar amount of the cationic and / or basic monomers (a) incorporated into the prepolymer will always be higher than the amount of the anionic monomers (c) in order for the prepolymer to be cationic.
  • the cationic prepolymer which acts as a dispersant or protective colloid for the emulsion polymerization, is prepared in a first stage of the polymerization. This is a solution polymer which can optionally be stored for a longer time. It is usually used immediately after its preparation in the second stage of the polymerization as a dispersant.
  • the cationic prepolymer is obtainable by polymerizing the abovementioned monomer mixtures (a), (b), (c) and optionally (d) in the presence of at least one polymerization initiator.
  • group (a) For the preparation of the prepolymer used as monomers of group (a) is a mixture of at least two different, cationic or basic (meth) acrylic acid esters, each having an amino group and / or quaternary ammonium group, and / or different, cationic or basic (meth ) Acrylic amides, each carrying an amino group and / or quaternary ammonium group.
  • a mixture of at least one (meth) acrylic acid ester and at least one (meth) acrylamide is used.
  • the prepolymer which is prepared in the first polymerization stage contains as component (a) nitrogen-containing monomers which carry an amino group and / or a quaternary ammonium group.
  • Such compounds having an amino group are those of the general formula (I):
  • A O, NH,
  • R 3 H, CH 3
  • the compounds having quaternary ammonium groups can be characterized by the following formula (II):
  • the compounds of the formula (II) are generally referred to as cationic monomers, those of the formula (I) as basic monomers.
  • Basic, ethylenically unsaturated Len monomers are, for example, acrylic and methacrylic esters of amino alcohols such as N, N-dimethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, N-di- ethylaminoethylacrylat 1 N, N, N-diethylaminoethyl methacrylate, N, N-dimethylaminopropyl acrylate, N, N -Dimethylaminopropylmethacrylat, N, N-dibutylaminopropyl acrylate, N 1 N-di- butylaminopropylmethacrylat, N, N-dimethylaminoneopentyl acrylate, amino group-containing derivatives of acrylamide or methacrylamide
  • the quaternary compounds of formula (II) are obtained by reacting the basic monomers of formula (I) with known quaternizing agents, e.g. with methyl chloride, benzyl chloride, ethyl chloride, butyl bromide, dimethyl sulfate and diethyl sulfate or epichlorohydrin. These monomers lose their basic character in the quaternary form.
  • known quaternizing agents e.g. with methyl chloride, benzyl chloride, ethyl chloride, butyl bromide, dimethyl sulfate and diethyl sulfate or epichlorohydrin.
  • N, N, N-trimethylammoniumethyl acrylate chloride N, N, N-trimethylammoniumethyl methacrylate chloride, N, N, N-trimethylammonium ethylmethacrylamide chloride, N, N, N-trimethylammoniumpropylacrylamide chloride, N, N , N-trimethylammoniumpropylmethacrylamide chloride, N, N, N-trimethylammonium ethylacrylamide chloride, and the corresponding methosulfates and sulfates.
  • the monomers of group (a) are selected from N, N-
  • Preferred quaternizing agent is methyl chloride.
  • the monomers of group (a) are used in the preparation of the prepolymer in an amount of 15 to 40 wt .-%, preferably from 20 to 35 wt .-%, based on the monomer mixture (a) to (d).
  • the monomers of group (b) used are optionally substituted styrenes, such as styrene, ⁇ -methylstyrene or ethylstyrene.
  • the monomers of group (b) are contained in 40 to 70 wt .-%, preferably 50 to 70 wt .-%, in the monomer mixture of (a) to (d).
  • Examples of monomers of group (c) are ethylenically unsaturated C3- to C ⁇ -carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, monoesters of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids such as monomethylmaleinate, monomethylfumarate, monoethylmaleinate, monoethylfumarate monopropylmaleinate, monopropylfumarate , Mono-n-butyl maleate and mono-n-butyl-fumarate and styrenecarboxylic acids and ethylenically unsaturated anhydrides such as maleic anhydride and itaconic anhydride.
  • ethylenically unsaturated C3- to C ⁇ -carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid,
  • the anhydride groups of Monomers hydrolyzed to carboxyl groups.
  • the anhydride groups are hydrolyzed before the second polymerization stage, namely when the polymer solution obtained in the first polymerization stage is diluted with water.
  • monomers (c) are monomers containing sulfonic acid and phosphonic acid groups, such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and vinylphosphonic acid.
  • the acid group-containing monomers can be used in the form of the free acid groups and partially or completely neutralized with alkali metal bases, alkaline earth metal bases, ammonia and / or amines neutralized form.
  • the monomers of group (c) are contained in an amount of 0.5 to 5% by weight, preferably 0.7 to 3.5% by weight in the monomer mixture of (a) to (d).
  • the monomer mixtures used to prepare the prepolymer may optionally contain nonionic, ethylenically unsaturated monomers (d) other than the monomers (b).
  • monomers include amides such as acrylamide, methacrylamide, N-methylacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylacrylamide and N-ethylmethacrylamide; Vinyl compounds such as vinyl acetate, vinyl propionate or vinylformamide; C 1 - to C 18- (meth) acrylic esters, for example methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, isopropyl acrylate, isopropyl methacrylate, n-, iso- and tert-butyl acrylate, n-, iso- and tert-butyl methacrylate , Hexyl acrylate, hexyl meth
  • the monomers of group (d) are in an amount up to 20 wt .-%, usually in an amount up to 10 wt .-%, based on the total amount of the monomers (a) to (d) contained in the monomer mixture.
  • the sum of the data in% by weight for the monomers (a) to (d) is always 100.
  • cationic prepolymer is obtained by polymerizing (a) 15 to 40% by weight of a mixture of at least two compounds selected from N, N-dimethylaminopropylmethacrylamide, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and N, N-dimethylaminoethyl acrylate,
  • the monomers (a) to (d) are polymerized in the manner of a solution polymerization in a water-partially to completely miscible solvent, which may contain up to 15 wt .-% water. Preference is given to using virtually anhydrous solvents.
  • the solvents usually contain up to about 1 wt .-% water.
  • Suitable solvents are C 1 - to C 3 -carboxylic acids such as formic acid, acetic acid and propionic acid, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, amides such as dimethylformamide and dimethyl sulfoxide, carbonates such as propylene or ethylene carbonate and tetrahydrofuran. If one uses acid group-free solvents, neutralizing the acid group-containing monomers (c), preferably before the polymerization. Anhydrous formic acid, anhydrous acetic acid or isopropanol are preferably used in the first polymerization stage. The remaining reactants are then preferably also used in anhydrous form.
  • C 1 - to C 3 -carboxylic acids such as formic acid, acetic acid and propionic acid
  • alcohols such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol
  • the solution polymerization in the first polymerization stage takes place in the presence of polymerization initiators which form radicals under the polymerization conditions, at temperatures in the range from 20 to 160 ° C., preferably 60 to 120 ° C. If the polymerization temperature should be above the boiling point of the solvent used, The polymerization is carried out under elevated pressure, for example in an autoclave equipped with a stirrer.
  • azoisobutyrodinitrile for example azoisobutyrodinitrile, tert-butyl peroctoate, tert-butyl perbenzoate, benzoyl peroxide, tert-butyl perpivalate, lauroyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, tert Butyl hydroperoxide and hydrogen peroxide optionally in the presence of heavy metal cations such as cations of iron, cerium or manganese.
  • azoisobutyrodinitrile for example azoisobutyrodinitrile, tert-butyl peroctoate, tert-butyl perbenzoate, benzoyl peroxide, tert-butyl perpivalate, lauroyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, tert Butyl hydroperoxide and hydrogen peroxide optionally in the presence of heavy metal cations such as cations of iron, cerium or
  • the monomers are used in the first polymerization stage with respect to the solvent in an amount such that polymer solutions having a polymer content of 15 to 70 wt .-%, preferably 30 to 65 wt .-% is obtained.
  • the polymers are preferably clearly soluble in the organic, partially to fully water-miscible solvent.
  • the solution polymers prepared in the first stage are used as dispersant / protective colloid or possibly as seed for the subsequent emulsion polymerization. For this purpose it is necessary to add water to the solution of the prepolymer or to introduce the polymer solution in water. You get an aqueous polymer solution which may also contain disperse fractions (colloidal solution), from which the organic solvent which may be partially or completely miscible with water may optionally be distilled off under reduced pressure.
  • the cationic prepolymers prepared in the first step have a relatively low molecular weight, e.g. Mw of 1000 to 100,000, preferably 5000 to 50,000 (determined by light scattering).
  • Mw molecular weight
  • the determination of the molecular weight distribution and the weight-average molecular weight can be carried out by methods known to the person skilled in the art, for example gel permeation chromatography, light scattering or ultracentrifugation.
  • the concentration of the solution polymer prepared in the first polymerization step in the water-added polymer solution is, for example, 2 to 35, preferably 15 to 25,% by weight.
  • the water-added solution of the prepolymer is then used in the second stage of the polymerization as a template or emulsifier / protective colloid or possibly as a seed for the emulsion polymerization.
  • the production of the emulsion polymer takes place in a second polymerization stage.
  • a mixture of monomers is polymerized
  • the monomers of group (i) correspond to those of group (b) from the cationic prepolymer.
  • the monomers of group (ii) include (meth) acrylic acid esters of Cr to Ci8 alcohols.
  • Monomers (ii) are, for example, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, sec-butyl acrylate, isobutyl acrylate, tert-butyl acrylate, ethylhexyl acrylate, n-octyl acrylate, cyclohexyl acrylate, decyl acrylate, dodecyl acrylate, tetradecyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, sec-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, tert-butyl meth
  • n-butyl acrylate and part are preferably used n-butyl acrylate and part. Butyl acrylate each alone or in any mixtures. In such mixtures of n-butyl acrylate and tert. Butyl acrylate, the weight ratio is usually 3: 1 to 1: 3. But also Ethylhexylacrylat and Ethylhexylmethacrylat come into consideration.
  • Monomers of group (iii) are vinyl esters of linear or branched C 1 -C 30 -carboxylic acids.
  • Such carboxylic acids are saturated and unbranched, such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid (hexanoic acid), heptanoic acid, caprylic acid (octanoic acid), pelargonic acid, capric acid (decanoic acid), undecanoic acid, lauric acid (dodecanoic acid), tridecanoic acid, myristic acid (tetradecanoic acid).
  • canic acid pentadecanoic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, nonadecanic acid, arachic acid, behenic acid, lignoceric acid (tetracosanic acid), cerotinic acid, melissic acid (triacontanoic acid).
  • saturated, branched carboxylic acids such as, for example, isobutyric acid, isovaleric acid (3-methylbutyric acid) and tubercolostearic acid, and also highly branched saturated carboxylic acid.
  • versatic acids such as pivalic acid, neohexanoic acid, neoheptanoic acid, neo-octanoic acid, neononanoic acid and neodecanoic acid.
  • Suitable acids are Vinylester of linear or branched Ci-C3o-carboxylic example, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate, Versaticklareviny- esters, vinyl acetate, Propylheptanklarevinylester, neodecanoate (VeoVa ® 10 Hexion Specialty Chemicals), vinyl neononanoate (VeoVa ® 9 Hexion Specialty Chemicals) as well as vinyl pelargonate.
  • Suitable monomers of group (iv) are, for example, acrylamide, methacrylamide, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, N-Ci to Ci8-alkylacrylamides,
  • N-Cr to C 18 -alkyl methacrylamides N-vinyl amides, C 1 to C 18 -alkyl vinyl ethers, hydroxyalkyl esters and also esters of monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids with C 2 -C 4 -polyalkylene glycols.
  • the monomers of group (iv) furthermore include the monoethylenically unsaturated monomers already mentioned under (a) which have at least one amino group which can be protonated in an aqueous medium and / or one quaternary ammonium group.
  • crosslinking monomers examples include butanediol diacrylate, butanediol dimethacrylate, hexanediol diacrylate, hexanediol dimethacrylate, glycol diacrylate, glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, diacrylates and dimethacrylates of alkoxylated dihydric alcohols, divinylurea and / or conjugated diolefins such as butadiene or isoprene.
  • a reactive functional group for example an oxirane group, a reactive carbonyl group, for example an acetoacetato group, an isocyanate group, an N-hydroxymethyl group, an N-alkoxymethyl group, a trialkylsilyl group, a trialkoxysilyl group or another nucleophile-reactive group.
  • the polymerization of the monomers (i), (ii), optionally (iii) and optionally (iv) is carried out by the method of emulsion polymerization, i. the monomers to be polymerized are present in the polymerization mixture as an aqueous emulsion.
  • the cationic prepolymers described above are used.
  • the emulsion polymerization is usually carried out in the temperature range from 40 to 150, preferably 60 to 90 0 C in the presence of conventional amounts of preferably water-soluble polymerization initiators. In most cases, from 0.2 to 4, preferably 0.5 to 2 wt .-% of at least one initiator, based on the monomers to be polymerized, a.
  • Suitable initiators are, for example, azo compounds, peroxides, hydroperoxides, hydrogen peroxide, inorganic peroxides and redox systems such as combinations of hydrogen peroxide and ascorbic acid or tert-butyl hydroperoxide and ascorbic acid.
  • the redox systems may also contain heavy metal cations such as cerium manganese or iron (II) ions for activation.
  • the monomers can either be metered directly into the feedstock or they can be fed to the polymerization batch in the form of an aqueous emulsion or miniemulsion.
  • emulsifier for example a part of the water-diluted prepolymer from the first polymerization stage as emulsifier or to emulsify the monomers with the aid of customary nonionic, anionic, cationic or amphoteric emulsifiers in water.
  • Usual emulsifiers are used only if necessary. The amounts used are for example 0.05 to 3 wt .-% and are preferably in the range of 0.5 to 2 wt .-%. Common emulsifiers are described in detail in the literature, see, for example, M. Ash, I. Ash, Handbook of Industrial Surfactants, Third Edition, Synapse Information Resources. Inc. Examples of customary emulsifiers are the reaction products of long-chain monohydric alcohols (C10 to C22-Al).
  • emulsifiers are, for example, sodium alkylsulfonates, sodium alkylsulfates, sodium dodecylbenzenesulfonate, sulfosuccinic esters, quaternary alkylammonium salts, alkylbenzylammonium salts, such as dimethyl-C 2 - to cis-alkylbenzylammonium chlorides, primary, secondary and tertiary fatty amine salts, quaternary amidoamine compounds, alkylpyridinium salts, alkylimidazolinium salts and alkyloxazolinium.
  • no emulsifiers are used.
  • the metering of the monomers for carrying out the emulsion polymerization can be carried out continuously or batchwise.
  • the metering of the monomers can be carried out as a mixture or separately or in the manner of a stepwise or gradient procedure.
  • the addition over the dosing period may be uniform or non-uniform, i. take place with changing metering speed.
  • the solution polymerization and / or the emulsion polymerization are carried out in the presence of polymerization regulators.
  • Suitable regulators are, for example, mercaptans such as ethyl mercaptan, n-butyl mercaptan, tert-butyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan or tert-dodecyl mercaptan, thioglycolic acid or carbon tetrabromide id.
  • suitable regulators from the class of terpenes preferably from the class of monocyclic terpenes, and particularly preferably from the group of menthadienes. Among the mentioned regulators of the group of Menthadiene terpinolene is particularly preferred.
  • the amounts of regulator are, for example, 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight.
  • the pH of the reaction mixture in the second polymerization stage is for example in the range from 1 to 5, in most cases it is 2 to 4.
  • a postpolymerization is expediently carried out after completion of the actual polymerization.
  • the polymer dispersion after completion of the main polymerization for example, an initiator from the group of hydrogen peroxide, peroxides, hydroperoxides and / or azo starters.
  • suitable reducing agents such as ascorbic acid or sodium bisulfite
  • oil-soluble, sparingly soluble in water initiators are used, for. B.
  • customary organic peroxides such as dibenzoyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, cumyl hydroperoxide or bis- cyclohexylperoxidicarbonat used.
  • the reaction mixture is heated, for example, to a temperature corresponding to the temperature at which the main polymerization was carried out or which is lower by up to 20 ° C., preferably up to 10 ° C.
  • the main polymerization is complete when the polymerization initiator is consumed or the monomer conversion is, for example, at least 98%, preferably at least 99.5%.
  • tert-butyl hydroperoxide is preferably used.
  • the polymerization is carried out for example in a temperature range of 40 to 110 0 C, usually 50 to 105 0 C.
  • finely divided, aqueous polymer dispersions are obtained which, due to the composition of the prepolymer, have cationic properties.
  • the mean particle size of the dispersed particles is, for example, 5 to 250 nm, preferably ⁇ 100 nm, particularly preferably 10 to 60 nm.
  • the average particle size can be determined by methods known to the person skilled in the art, for example laser correlation spectroscopy, ultracentrifugation or CHDF. Another measure of the particle size of the dispersed polymer particles is the LD value.
  • the particular polymer dispersion to be investigated is measured in 0.1% by weight aqueous adjustment in a cuvette with an edge length of 2.5 cm with light of wavelength 600 nm.
  • the average particle size can be calculated from the measured values, cf. B. Verner, M.
  • the polymer concentration of the aqueous dispersions obtained in the emulsion polymerization is, for example, 15 to 45, preferably 25 to 35 wt .-%.
  • the invention also provides a process for the preparation of the finely divided, cationic, aqueous polymer dispersions described above, which are obtainable by emulsion polymerization of ethylenically unsaturated monomers in an aqueous solution of a cationic prepolymer as dispersant, wherein the cationic prepolymer first in the presence of polymerization by polymerization of
  • solution polymerization and / or emulsion polymerization is carried out in the presence of from 0 to 10% by weight of at least one polymerization regulator.
  • the finely divided, cationic aqueous polymer dispersions described above are used as sizing agents for paper, board and cardboard. They can be used for the production of all types of paper, e.g. of writing and printing papers as well as packaging papers and papers for the packaging of liquids. They are particularly suitable for the surface sizing of paper products.
  • the dispersions according to the invention can be processed with all process methods suitable for surface sizing, but they can also be used for engine sizing.
  • the aqueous polymer dispersions are usually diluted by addition of water to a polymer content of, for example, 0.05 to 5% by weight. The amount of polymer dispersion depends on the desired degree of sizing of the papers or paper products to be finished.
  • Such preparation solutions may optionally contain other substances, e.g. Starch, dyes, optical brighteners, biocides, solidifiers for paper, fixatives, defoamers, retention aids and / or dehydrating agents.
  • the sizing agent dispersion can be applied to paper, cardboard or cardboard by means of a size press or other application units such as film press, speed sizer or gate-roll.
  • the amount of polymer thus applied to the surface of paper products is, for example, 0.005 to 1.0 g / m 2 , preferably 0.01 to 0.5 g / m 2 .
  • the polymer dispersions according to the invention exhibit an excellent sizing effect on all papers produced with different fiber types of unbleached softwood, unbleached hardwood, unbleached hardwood, bleached softwood, bleached hardwood, bleached hardwood, deinking fibers or mixtures of different fiber types even at very low dosage.
  • the dispersions of the invention show a very good compatibility with the usual starches, for example potato starch, corn starch, wheat starch, tapioca starch.
  • the dispersions of the invention show a complete sizing formation immediately after the production and drying of the paper web.
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1, 5 g of 10 wt .-% sodium iron (II) sulfate solution and 10 g of 10 wt .-% strength ascorbic acid solution were added 20 g of 5 wt .-% hydrogen peroxide solution within 30 min at 80 0 C was added. Thereafter, at 80 ° C., a mixture of 40 g of styrene and 225 g of tert-butyl acrylate was metered in over a period of 120 minutes. At the same time 80 g of a 5 wt .-% were in a separate feed
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1.5 g of 10% strength by weight iron (II) sulfate solution and 10 g of 10% strength by weight ascorbic acid solution, 20 g of 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over the course of 30 minutes at 80 ° C. Thereafter, at 80 ° C., a mixture of 40 g of styrene and 225 g of tert-butyl acrylate was metered in over a period of 120 minutes. At the same time 80 g of a 5 wt .-% were in a separate feed
  • Hydrogen peroxide solution was added over a period of 150 min. After the end of the Initiatorzulaufs was postpolymerized for 30 min. Subsequently, 5 g of a 10% strength by weight ascorbic acid solution were added. Thereafter, 20 g of a 5 wt .-% - hydrogen peroxide solution were added within 5 min. Then the reaction mixture was stirred for 30 min, and was cooled to 70 0 C. Finally, 5 g of a commercial defoamer (Afranil ® T of BASF SE) and 65 g of deionized water were added and cooled to room temperature.
  • a commercial defoamer Afranil ® T of BASF SE
  • the feed of 8.8 g of tert-butyl peroctoate in 18.2 g of isopropanol was started and metered in within 60 min.
  • the reaction mixture was then continued at 105 0 C for 60 min.
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water.
  • 1, 5 g of 10 wt .-% sodium iron (II) sulfate solution and 10 g of 10 wt .-% - ascorbic acid solution 20 g of 5 wt .-% hydrogen peroxide solution within 30 min at 80 0 C was added.
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1.5 g of 10% strength by weight iron (II) sulfate solution and 10 g
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water and then cooled to 75 ° C. After addition of 1.5 g of 10% strength by weight iron (II) sulfate solution and 5 g of a 20% strength by weight reducing agent solution (Bruggol® FF6 from Brüggemann), 20 g of 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added of 30 min at 75 0 C was added. The addition of 35 g of styrene was then carried out and immediately the monomer feed consisting of a mixture of 20 g of styrene and 220 g of tert-butyl acrylate was started and metered in over a period of 120 min.
  • II iron
  • a 20% strength by weight reducing agent solution Bruggol® FF6 from Brüggemann
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1.5 g of 10% strength by weight iron (II) sulfate solution and 10 g
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1, 5g 10 wt .-% iron (II) sulfate solution and 10 g
  • 10% strength by weight ascorbic acid solution was added to 80 g of 5% strength by weight hydrogen peroxide solution at 80 ° C. over a period of 30 minutes. Thereafter, at 80 ° C., a mixture of 40 g of styrene and 225 g of tert-butyl acrylate was metered in over a period of 120 minutes. At the same time, in a separate feed, 80 g of a 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over a period of 150 minutes. After the end of the Initiatorzulaufs was postpolymerized for 30 min. Subsequently, 5 g of a 10% strength by weight ascorbic acid solution were added.
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1, 5 g of 10 wt .-% sodium iron (II) sulfate solution and 10 g of 10 wt .-% - ascorbic acid solution, 20 g of 5 wt .-% hydrogen peroxide solution within 30 min at 80 0 C was added. Thereafter, at 80 ° C., a mixture of 40 g of styrene, 225 g of tert-butyl acrylate and 2.5 g of terpinolene was metered in over a period of 120 minutes.
  • II sodium iron
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1.5 g of 10% strength by weight iron (II) sulfate solution and 10 g
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1, 5 g of 10 wt .-% sodium iron (II) sulfate solution and 10 g of 10 wt .-% strength ascorbic acid solution were 20g 5% hydrogen peroxide solution was added over 30 min at 80 0 C. Thereafter, at 80 0 C, a mixture of 53 g of styrene and 212 g of tert-butyl acrylate over a period of 120 min added. At the same time, in a separate feed, 80 g of a 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over a period of 150 minutes.
  • II sodium iron
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1, 5 g of 10 wt .-% sodium iron (II) sulfate solution and 10 g of 10 wt .-% strength ascorbic acid solution were added 20 g of 5 wt .-% hydrogen peroxide solution within 30 min at 80 0 C was added. Thereafter, at 80 0 C, a mixture of 53 g of styrene and 212 g of tert-butyl acrylate over a period of 120 min added. At the same time, in a separate feed, 80 g of a 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over a period of 150 minutes.
  • II sodium iron
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1.5 g of 10% strength by weight iron (II) sulfate solution and 10 g
  • the homogeneous polymer composition was then mixed at 85 ° C. with 870 g of deionized water. After addition of 1.5 g of 10% strength by weight iron (II) sulfate solution and 10 g
  • 10% strength by weight ascorbic acid solution was added to 80 g of 5% strength by weight hydrogen peroxide solution at 80 ° C. over a period of 30 minutes. Thereafter, at 80 0 C, a mixture of 55 g of styrene and 220 g of tert-butyl acrylate over a period of 120 min added. At the same time, in a separate feed, 80 g of a 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over a period of 150 minutes. After the end of the Initiatorzulaufs was postpolymerized for 30 min and cooled to 70 0 C. Subsequently, 10 g of a 10% strength by weight ascorbic acid solution were added and the mixture was stirred for a further 20 minutes.
  • the homogeneous polymer mass was then added at 60 0 C within 30 min with 971, 5 g of deionized water. After addition of 7.5 g of a 1% strength by weight iron (II) sulfate solution and 5 g of a 10% strength by weight ascorbic acid solution, 20 g of 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over the course of 30 minutes. Thereafter, at 60 0 C, a mixture of 119.2 g of styrene and 1 19.2 g of tert-butyl acrylate over a period of 120 min added. At the same time, in a separate feed, 80 g of a 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over a period of 150 minutes. After the end of the initiator feed was for 60 min at 60 0 C nachpolymeri- Siert and the reaction mixture then cooled.
  • a finely divided polymer dispersion having a solids content of 26.5% by weight and an LT value (0.1%) of 87.5% was obtained.
  • the homogeneous polymer composition was then added at 60 0 C within 30 min with 971, 5 g of deionized water. After addition of 7.5 g of a 1% by weight iron (II) sulfate solution and 5 g of a 10% by weight ascorbic acid solution, 20 g 5 wt .-% hydrogen peroxide solution added within 30 min. Thereafter, at 60 0 C, a mixture of 119.2 g of styrene and 1 19.2 g of tert-butyl acrylate over a period of 120 min added. At the same time, in a separate feed, 80 g of a 5% strength by weight hydrogen peroxide solution were added over a period of 150 minutes. After the end of the Initiatorzulaufs was postpolymerized at 60 0 C for 60 min and the reaction mixture then cooled.
  • iron (II) sulfate solution After addition of 7.5 g of a 1% by weight iron (II) sulf
  • a finely divided polymer dispersion having a solids content of 30.9% by weight and an LT value (0.1%) of 56.6% was obtained.
  • the dispersions of the invention and the comparative dispersions were applied by means of a laboratory size press on the test paper (100% waste paper, 80 g / m 2 basis weight, unsized). An aqueous solution of degraded corn starch was adjusted to the desired concentration. The dispersions to be tested were then metered into the starch solution so that the size press liquor contained 60 g / l of a degraded corn starch and 0.1-1.5 g / l of the dispersions.
  • the sizing effect of the dispersions obtained according to Examples 1-13 and Comparative Examples 1 and 2 was then determined by surface application to the unsized test paper.
  • the paper was passed twice through the size press, with an average weight increase of approximately 65% being achieved.
  • the drying of the surface-sized papers was performed on a drying cylinder at 90 0 C. Subsequently, the papers over night in a conditioned room (23 0 C, 50% rel. Humidity) stored before the sizing degree was determined.

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Abstract

Feinteiligen, kationischen, wässrigen Polymerdispersionen, die erhältlich sind durch Emulsionspolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren in einer wässrigen Lösung eines kationischen Vorpolymerisats als Dispergiermittel, wobei zunächst das kationische Vorpolymerisat in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren durch Polymerisieren von (a) 15 bis 40 Gew.-% einer Mischung von mindestens zwei verschiedenen (Meth)acrylsäureestern, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe aufweisen, und/oder (Meth)acrylamiden, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe tragen, (b) 40 bis 85 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (c) 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Säuregruppen enthaltenden ethylenisch ungesättigten Monomers und (d) 0 bis 20 Gew.-% mindestens eines von (b) verschiedenen, nichtionischen, ethylenisch ungesättigten Monomers, wobei die Summe aus (a) + (b) + (c) + (d) = 100 Gew.-% ergibt, in einer Lösungspolymerisation in einem mit Wasser teilweise bis vollständig mischbaren Lösemittel hergestellt wird, die Lösung/Dispersion des Vorpolymerisats dann mit Wasser versetzt wird und anschließend in der wässrigen Lösung des Vorpolymerisats eine Emulsionspolymerisation in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren eines Monomerengemisches aus (i) 0 bis 29 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (ii) 50 bis 100 Gew.-% mindestens eines C1- bis C18-(Meth)acrylsäureesters, (iii) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines Vinylesters linearer oder verzweigter C1-C30-Carbonsäuren und (iv) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines von (i), (ii) und (iii) verschiedenen, nichtionischen ethylenisch ungesättigten Monomers, wobei die Summe aus (i) + (ii) + (iii) + (iv) = 100 Gew.-% ergibt, und die Lösungspolymerisation und/oder Emulsionspolymerisation in Gegenwart von 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Polymerisationsreglers durchgeführt wird.

Description

Feinteilige, kationische, wässrige Polymerdispersionen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft feinteilige, kationische, wässrige Polymerdispersionen, die durch eine zweistufige Polymerisation erhältlich sind, wobei man in der ersten Polymerisationsstufe ein kationisches Vorpolymerisat als Dispergiermittel herstellt und anschließend in einer wässrigen Lösung dieses Vorpolymerisats in Gegenwart von ethylenisch ungesättigten Monomeren eine Emulsionspolymerisation durchführt, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Leimungsmittel für Papier, Pappe und Karton.
Aus der DE 24 52 585 A1 sind wässrige Copolymerisat-Dispersionen bekannt, die durch eine zweistufige Polymerisation in wässriger Phase erhältlich sind, wobei man zunächst ein Copolymerisat aus einem säuregruppenhaltigen Monomer und einem ethylenisch ungesättigten Monomer mit einer tertiären oder quaternären Aminogruppe oder einer Stickstoff enthaltenden heterocyclischen Gruppe in wässriger Phase copo- lymerisiert und dann unter weiterer Copolymerisation Styrol und/oder Acrylnitri I und gegebenenfalls (Meth)acrylsäureester sowie gegebenenfalls weitere olefinisch unge- sättigte Monomere zufügt und auspolymerisiert. Die so hergestellten Polymerdispersionen werden als Leimungsmittel für Papier verwendet.
Aus der DE 24 54 397 A1 sind kationische wässrige Copolymerisat-Dispersionen bekannt, die durch Emulsions-Copolymerisation olefinisch ungesättigter Monomere in Gegenwart kationischer polymerer Dispergiermittel/Schutzkolloide hergestellt werden. Dazu wird ein Vorpolymerisat durch Lösungspolymerisation von hydrophoben ethylenisch ungesättigten Monomeren mit Monomeren, die quaternäre oder ternäre Stickstoffe enthalten, in mit Wasser mischbaren Lösemitteln, vorzugsweise Alkohole oder Aceton, synthetisiert. Nach Zugabe von Wasser und Ameisensäure, um tertiäre Amino- gruppen zu protonieren, werden anschließend in der wässrigen Lösung des Vorpolymerisats nach Art einer Emulsionspolymerisation hydrophobe Monomere wie Styrol, Acrylnitril, (Meth)acrylsäureester und/oder Butadien, gegebenenfalls mit bis zu 10 Gew.-% an α,ß-monoolefinisch ungesättigten Carbonsäuren copolymerisiert. Die Monomere werden so gewählt, dass die Glastemperatur des Copolymerisates zwi- sehen -15 und +60 0C liegt. Die so erhältlichen Dispersionen werden als Überzugsmittel für Papier, Leder oder textile Flächengebilde und als Leimungsmittel für Papier verwendet.
In der EP 0 051 144 A1 werden amphotere, feinteilige, wässrige Polymerdispersionen beschrieben, die durch eine zweistufige Polymerisation hergestellt werden. In der ersten Stufe der Herstellung wird in einer Lösungscopolymerisation in einem mit Wasser mischbaren Lösemittel ein niedermolekulares Vorpolymerisat synthetisiert, wobei die verwendete Monomermischung neben weiteren Monomeren, jeweils pro Mol eines stickstoffhaltigen Monomers, das eine Aminogruppe und/oder eine quartäre Ami- nogruppe trägt, 0,5 Mol bis 1 ,5 Mol einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure enthält. Das Vorpolymerisat wird anschließend in Wasser dispergiert und in einer Emulsionspolymerisation mit nichtionischen, ethylenisch ungesättigten Monomeren unter Ver- wendung üblicher wasserlöslicher Initiatoren umgesetzt. Die erhaltenen Dispersionen werden als Masse- und Oberflächenleimungsmittel für Papier verwendet.
Aus der EP 0 058 313 A1 sind kationische Leimungsmittel für Papier bekannt, die dadurch erhältlich sind, dass man zunächst ein wasserlösliches kationisches Terpolymer bestehend aus N,N-Dimethylaminoethylacrylat und/oder -methacrylat, Styrol und Ac- rylnitril durch Lösungspolymerisation in einem Alkohol herstellt. Nach einer sich anschließenden Quarternisierungsreaktion sollen mindestens 10 % der enthaltenen N,N-Dimethylaminogruppen quaternisiert und die restlichen protoniert vorliegen. Dieses Terpolymerisat wird als Emulgator bei der sich daran anschließenden radikalisch initiierten Emulsionspolymerisation eines Monomergemisches von Acrylnitril/Meth- acrylnitril und (Meth)acrylsäureestern eingesetzt.
In der US 4,659,431 wird ein kationisches Leimungsmittel für Papier beschrieben, das ebenfalls nach einem zweistufigen Verfahren hergestellt wird. Zunächst wird ein Terpo- lymerisat hergestellt, indem man eine Monomermischung bestehend aus N1N-Di- methylaminoethylacrylat und/oder -methacrylat, Styrol und Acrylnitril nach Art einer Lösungspolymerisation in einem Alkohol polymerisiert. Nachfolgend werden mindestens 10 % der N,N-Dimethylamino-Gruppen quaternisiert, während die restlichen in protonierter Form vorliegen. Das Terpolymerisat wird als Emulgator bei der radikalisch initiierten Emulsionspolymerisation einer Monomermischung verwendet, die bis zu 90 Gew.-% Acrylnitril und /oder Methacrylnitril, 5 bis 95 Gew.-% Styrol und 5 bis 95 Gew.-% (Meth)acrylsäureester enthält.
Aus der EP 1 180 527 A1 sind kationische, feinteilige, wässrige Polymerdispersionen bekannt, die als Masse- und Oberflächenleimungsmittel für Papier verwendet werden. Die Herstellung der Dispersion erfolgt ebenfalls in einem zweistufigen Verfahren, bei dem zunächst in einer gesättigten d- bis Cβ-Carbonsäure ein Lösungspolymerisat synthetisiert wird, das anschließend in einer Emulsionspolymerisation eines gegebenenfalls substituierten Styrols und eines (Meth)acrylsäureesters eingesetzt wird. Die Emulsionspolymerisation wird unter Verwendung üblicher, wasserlöslicher Initiatoren, z.B. Peroxide zusammen mit Redox-Systemen, durchgeführt.
Aus der WO 05/121195 A1 sind weitere feinteilige, amphotere , wässrige Polymerdispersionen bekannt, die sich als Leimungsmittel für Papier, Pappe und Karton eignen. Diese Dispersionen werden ebenfalls in einem zweistufigen Verfahren hergestellt. Zunächst wird ein Vorpolymerisat aus einem (Meth)acrylsäureester und/oder (Meth)acryl- amid mit einer freien, protonierten und/oder quaternisierten Aminogruppe, einem gege- benenfalls substituierten Styrol, gegebenenfalls Acrylnitril und/oder Methacrylnitril, ein Säuregruppen enthaltendes ethylenisch ungesättigtes Monomer sowie gegebenenfalls ein davon verschiedenes nichtionisches ethylenisch ungesättigtes Monomer hergestellt. Eine wässrige Lösung des so erhaltenen Vorpolymerisats wird anschließend ei- ner Emulsionspolymerisation mit mindestens einem nichtionischen ethylenisch ungesättigten Monomer unterworfen. Diese mindestens eine ethylenisch ungesättigte Monomer kann ein gegebenenfalls substituiertes Styrol, ein d- bis Ciβ- (Meth)acrylsäureesters und gegebenenfalls davon verschiedenen nichtionischen, ethylenisch ungesättigten Monomeren sein.
WO 08/071690 A1 beschreibt eine weitere feinteilige, kationische Polymerdispersion, die ebenfalls als Leimungsmittel für Papier, Pappe und Karton eingesetzt wird. In dem zweistufigen Verfahren wird zunächst ein Vorpolymerisat aus einem (Meth)acrylsäure- ester, einem gegebenenfalls substitutierten Styrol, gegebenenfalls Acrylnitril oder (Meth)acrylnitril, eine ethylenisch ungesättigte Carbonsäure oder Carbonsäureanhydrid und gegebenenfalls ein davon verschiedenes, ethylenisch ungesättigtes Monomer hergestellt. Eine wässrige Lösung des Vorpolymerisats wird anschließend in einer Emulsionspolymerisation mit Acrylnitril und/oder Methacrylnitril, einem d- bis C4- Acrylsäure- oder Methacrylsäureester, einem Cβ- bis Ci4- Acrylsäure- oder Methacrylsäureester und gegebenenfalls davon verschiedenen, nichtionischen Monomeren umgesetzt.
Es besteht jedoch ein kontinuierlicher Bedarf in der Papierindustrie an neuen, wirksameren Masse- und Oberflächenleimungsmitteln für die Herstellung von Papier, Pappe und Karton.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, weitere Polymerdispersionen zur Verfügung zu stellen, die gegenüber den bekannten Polymerdispersionen eine verbesserte Wirksamkeit als Leimungsmittel für Papier haben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit feinteiligen, kationischen, wässrigen Polymerdispersionen, die erhältlich sind durch Emulsionspolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren in einer wässrigen Lösung eines kationischen Vorpolymerisats als Dispergiermittel, wobei zunächst das kationische Vorpolymerisat in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren durch Polymerisieren von
a) 15 bis 40 Gew.-% einer Mischung von mindestens zwei verschiedenen
(Meth)acrylsäureestern, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe aufweisen, und/oder (Meth)acrylamiden, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe tragen, b) 40 bis 85 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, c) 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Säuregruppen enthaltenden ethylenisch ungesättigten Monomers und d) 0 bis 20 Gew.-% mindestens eines von (b) verschiedenen, nichtionischen, ethy- lenisch ungesättigten Monomers,
wobei die Summe aus (a) + (b) + (c) + (d) = 100 Gew.-% ergibt,
in einer Lösungspolymerisation in einem mit Wasser teilweise bis vollständig mischbaren Lösemittel hergestellt wird, die Lösung/Dispersion des Vorpolymerisats dann mit Wasser versetzt wird und anschließend in der wässrigen Lösung des Vorpolymerisats eine Emulsionspolymerisation in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren eines Mo- nomerengemisches aus
(i) 0 bis 29 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (ii) 50 bis 100 Gew.-% mindestens eines d- bis Ci8-(Meth)acrylsäureesters, (iii) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines Vinylesters linearer oder verzweigter Ci-C3o-Carbonsäuren und
(iv) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines von (i), (ii) und (iii) verschiedenen, nichtionischen ethylenisch ungesättigten Monomers,
wobei die Summe aus (i) + (ii) + (iii) + (iv) = 100 Gew.-% ergibt,
und die Lösungspolymerisation und/oder Emulsionspolymerisation in Gegenwart von 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Polymerisationsreglers durchgeführt wird.
Die molare Menge der kationischen und/oder basischen Monomeren (a), die in das Vorpolymerisat eingebaut wird, ist selbstverständlich immer höher als die Menge der anionischen Monomeren (c), damit das Vorpolymerisat kationisch ist.
Das kationische Vorpolymerisat, das als Dispergiermittel bzw. Schutzkolloid für die Emulsionspolymerisation fungiert, wird in einer ersten Stufe der Polymerisation herge- stellt. Es handelt sich hierbei um ein Lösungspolymerisat, das gegebenenfalls längere Zeit gelagert werden kann. Üblicherweise verwendet man es unmittelbar nach seiner Herstellung in der zweiten Stufe der Polymerisation als Dispergiermittel.
Das kationische Vorpolymerisat ist erhältlich durch Polymerisieren der obengenannten Monomermischungen (a), (b), (c) und gegebenenfalls (d) in Gegenwart mindestens eines Polymerisationsinitiators.
Für die Herstellung des Vorpolymerisats verwendet man als Monomere der Gruppe (a) eine Mischung von mindestens zwei verschiedenen, kationischen oder basischen (Meth)acrylsäureestern, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe aufweisen, und/oder verschiedenen, kationischen oder basischen (Meth)acryl- amiden, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe tragen. Selbstverständlich können sowohl nur Mischungen von mindestens zwei verschiedenen (Meth)acrylsäureestern als auch von mindestens zwei verschiedenen (Meth)acryl- amiden eingesetzt werden. Es ist auch möglich, dass eine Mischung von mindestens einem (Meth)acrylsäureester und mindestens einem (Meth)acrylamid verwendet wird.
Das Vorpolymerisat, das in der ersten Polymerisationsstufe hergestellt wird, enthält als Komponente (a) stickstoffhaltige Monomere, die eine Aminogruppe und/oder eine quar- täre Ammoniumgruppe tragen.
Derartige Verbindungen mit einer Aminogruppe sind solche der allgemeinen Formel (I):
Figure imgf000007_0001
in der
A = O, NH,
B = CnH2n, mit n = eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8,
R1, R2 = CmH2m+i, m = eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 4 und
R3 = H, CH3
bedeuten.
Die Verbindungen mit quartären Ammoniumgruppen können mit Hilfe der folgenden Formel (II) charakterisiert werden:
Figure imgf000007_0002
in der
X- = OH-, Cl-, Br, CH3-OSO3",
R4 = CmH2m+i, m = eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 4, und die übrigen Substituenten die zuvor genannte Bedeutung haben,
bedeuten.
Die Verbindungen der Formel (II) werden in der Regel als kationische Monomere, die der Formel (I) als basische Monomere bezeichnet. Basische, ethylenisch ungesättigte Monomere sind beispielsweise Acrylsäure- und Methacrylsäureester von Aminoalkoho- len, z.B. N,N-Dimethylaminoethylacrylat, N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat, N1N-Di- ethylaminoethylacrylat, N,N-Diethylaminoethylmethacrylat, N,N-Dimethylaminopropyl- acrylat, N,N-Dimethylaminopropylmethacrylat, N,N-Dibutylaminopropylacrylat, N1N-Di- butylaminopropylmethacrylat, N,N-Dimethylaminoneopentylacrylat, Aminogruppen enthaltende Derivate des Acrylamids oder Methacrylamids, wie N,N-Dimethylaminoethyl- acrylamid, N,N-Dimethylaminoethylmethacrylamid, N,N-Dimethylaminopropylacrylamid und N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid
Die quartären Verbindungen der Formel (II) werden erhalten, indem man die basischen Monomere der Formel (I) mit bekannten Quaternisierungsmitteln umsetzt, z.B. mit Methylchlorid, Benzylchlorid, Ethylchlorid, Butylbromid, Dimethylsulfat und Diethylsulfat oder Epichlorhydrin. Diese Monomere verlieren in der quartären Form ihren basischen Charakter. Als Beispiele seien genannt: N,N,N-Trimethylammoniumethylacrylat- Chlorid, N,N,N-Trimethylammoniumethylmethacrylat-Chlorid, N,N,N-Trimethylammo- niumethylmethacrylamid-Chlorid, N,N,N-Trimethylammoniumpropylacrylamid-Chlorid, N,N,N-Trimethylammoniumpropylmethacrylamid-Chlorid, N,N,N-Trimethylammonium- ethylacrylamid-Chlorid, sowie die entsprechenden Methosulfate und Sulfate.
Vorzugsweise sind die Monomere der Gruppe (a) aus gewählt aus N, N-
Dimethylaminopropylmethacrylamid, N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat und N1N-Di- methylaminoethylacrylat, jeweils in Form des Salzes mit mindestens einer Mineralsäure oder Carbonsäure und/oder in quartärer Form eingesetzt. Bevorzugt in Betracht kommendes Quaternisierungsmittel ist Methylchlorid.
Die Monomere der Gruppe (a) werden bei der Herstellung des Vorpolymerisats in einer Menge von 15 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Monomerenmischung (a) bis (d), eingesetzt.
Für die Herstellung des Vorpolymerisats verwendet man als Monomere der Gruppe (b) gegebenenfalls substituierte Styrole wie Styrol, α-Methylstyrol oder Ethylstyrol. Die Monomere der Gruppe (b) sind zu 40 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-%, in der Monomermischung aus (a) bis (d) enthalten.
Beispiele für Monomere der Gruppe (c) sind ethylenisch ungesättigte C3- bis Cβ-Car- bonsäuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Ethacrylsäure, Crotonsäure, Monoester von ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren wie Monomethylmaleinat, Monomethylfumarat, Monoethylmaleinat, Monoethylfumarat Monopropylmaleinat, Monopropylfumarat, Mono-n-butylmaleinat und Mono-n-butylfu- marat sowie Styrolcarbonsäuren und ethylenisch ungesättigte Anhydride wie Maleinsäureanhydrid und Itaconsäureanhydrid. In Abhängigkeit vom Wassergehalt des in der ersten Polymerisationsstufe eingesetzten Lösemittels werden die Anhydridgruppen der Monomere zu Carboxylgruppen hydrolysiert. Die Anhydridgruppen werden in jedem Fall vor der zweiten Polymerisationsstufe hydrolysiert, wenn nämlich die in der ersten Polymerisationsstufe erhaltene Polymerlösung mit Wasser verdünnt wird. Außerdem eignen sich als Monomere (c) Sulfonsäure- und Phosphonsäuregruppen enthaltende Monomere wie 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und Vinylphosphonsäure. Die Säuregruppen enthaltenden Monomere können in Form der freien Säuregruppen sowie in teilweise oder vollständig mit Alkalimetallbasen, Erdalkalimetallbasen, Ammoniak und/oder Aminen neutralisierter Form eingesetzt werden. Zur Neutralisation der Säuregruppen der Monomere verwendet man beispielsweise Natronlauge, Kalilauge, Soda, Natriumhydrogencarbonat, Ammoniak, Trimethylamin, Triethylamin, Morpholin, Etha- nolamin, Diethanolamin, Triethanolamin oder Diethylentriamin. Es ist selbstverständlich möglich, zwei oder mehrere Basen als Neutralisierungsmittel einzusetzen. Vorzugsweise werden aus dieser Monomergruppe Acrylsäure und Methacrylsäure oder Mischungen aus Acrylsäure und Methacrylsäure in beliebigem Verhältnis eingesetzt. Die Monomere der Gruppe (c) sind in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,7 bis 3,5 Gew.-% in der Monomermischung aus (a) bis (d) enthalten.
Die zur Herstellung des Vorpolymerisats verwendeten Monomermischungen können gegebenenfalls nichtionische, ethylenisch ungesättigte Monomere (d) enthalten, die von den Monomere (b) verschieden sind. Beispiele für solche Monomere sind Amide wie beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, N-Methylacrylamid, N-Methylmethacryl- amid, N-Ethylacrylamid und N-Ethylmethacrylamid; Vinylverbindungen wie Vinylacetat, Vinylpropionat oder Vinylformamid; d- bis Ci8-(Meth)acrylsäureester wie beispielsweise Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Pro- pylmethacrylat, Isopropylacrylat, Isopropylmethacrylat, n-, iso- und tert.-Butylacrylat, n-, iso- und tert.-Butylmethacrylat, Hexylacrylat, Hexylmethacrylat, Ethylhexylacrylat, Ethylhexylmethacrylat, Cyclohexylacrylat, Cyclohexylmethacrylat, n-Decylacrylat, De- cylmethacrylat, Laurylacrylat, Laurylmethacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat oder Ester der Acrylsäure bzw. Methacrylsäure, die durch Umsetzung mindestens ei- ner Ethylenoxideinheit hergestellt wurden, beispielsweise Hydroxyethylmethacrylat oder Diethylenglykolmonomethacrylat. Es ist selbstverständlich möglich, auch Mischungen der genannten Monomere zu verwenden. Falls die Monomere der Gruppe (d) verwendet werden, so sind sie in einer Menge bis zu 20 Gew.-%, meistens in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Monomere (a) bis (d) in der Monomermischung enthalten.
Die Summe der Angaben in Gew.-% für die Monomere (a) bis (d) beträgt immer 100.
Bevorzugt werden feinteilige, kationische Polymerdispersionen, worin das kationische Vorpolymerisat durch Polymerisieren von (a) 15 bis 40 Gew.-% einer Mischung aus mindestens zwei Verbindungen ausgewählt aus N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, N,N-Dimethylamino- ethylmethacrylat und N,N-Dimethylaminoethylacrylat,
(b) 40 bis 85 Gew.-% Styrol, und (c) 0,5 bis 5 Gew.-% Acrylsäure und/oder Methacrylsäure
erhältlich ist.
In der ersten Polymerisationsstufe werden die Monomere (a) bis (d) nach Art einer Lö- sungspolymerisation in einem mit Wasser teilweise bis vollständig mischbaren Lösemittel, das bis zu 15 Gew.-% Wasser enthalten kann, polymerisiert. Vorzugsweise setzt man praktisch wasserfreie Lösemittel ein. Die Lösemittel enthalten meistens bis zu ca. 1 Gew.-% Wasser. Beispiele für geeignete Lösemittel sind d- bis C3-Carbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure, Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol und Isopropanol, Ketone wie Aceton und Methylethylketon, Amide wie Di- methylformamid sowie Dimethylsulfoxid, Carbonate wie Propylen- oder Ethylencarbo- nat und Tetrahydrofuran. Falls man säuregruppenfreie Lösemittel einsetzt, neutralisiert man die Säuregruppen enthaltenden Monomere (c) vorzugsweise vor der Polymerisation. In der ersten Polymerisationsstufe verwendet man vorzugsweise wasserfreie A- meisensäure, wasserfreie Essigsäure oder Isopropanol. Die übrigen Reaktionsteilnehmer werden dann bevorzugt ebenfalls in wasserfreier Form eingesetzt.
Die Lösungspolymerisation in der ersten Polymerisationsstufe erfolgt in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren, die unter den Polymerisationsbedingungen Radikale bilden, bei Temperaturen in dem Bereich von 20 bis 160 0C, vorzugsweise 60 bis 120 0C. Falls die Polymerisationstemperatur oberhalb des Siedepunktes des eingesetzten Lösemittels liegen sollte, führt man die Polymerisation unter erhöhtem Druck beispielsweise in einem mit einem Rührer ausgestatteten Autoklaven durch. Vorzugsweise verwendet man solche Initiatoren, die sich in dem organischen, mit Wasser mischbaren Lösemittel lösen, beispielsweise Azoisobuttersäuredinitril, tert.-Butylperoctoat, tert.-Butylperben- zoat, Benzoylperoxid, tert.-Butylperpivalat, Lauroylperoxid, Di-tert.-Butylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid sowie Wasserstoffperoxid gegebenenfalls in Gegenwart von Schwermetallkationen wie beispielsweise Kationen von Eisen, Cer oder Mangan.
Die Monomere werden in der ersten Polymerisationsstufe in Bezug auf das Lösemittel in einer solchen Menge eingesetzt, dass man Polymerlösungen mit einem Polymergehalt von 15 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 65 Gew.-% erhält. Die Polymere sind in dem organischen, mit Wasser teilweise bis vollständig mischbaren Lösemittel vorzugsweise klar löslich. Die in der ersten Stufe hergestellten Lösungspolymerisate wer- den als Dispergiermittel/Schutzkolloid oder evtl. als Saat für die nachfolgende Emulsionspolymerisation benutzt. Dazu ist es erforderlich, zur Lösung des Vorpolymerisats Wasser hinzuzugeben bzw. die Polymerlösung in Wasser einzubringen. Man erhält eine wässrige Polymerlösung, die auch disperse Anteile enthalten kann (kolloidale Lösung), aus der das organische, mit Wasser teilweise bis vollständig mischbare Lösemittel gegebenenfalls unter vermindertem Druck abdestilliert werden kann.
Die in der ersten Stufe hergestellten kationischen Vorpolymerisate haben eine relativ niedrige Molmasse, z.B. Mw von 1000 bis 100000, vorzugsweise 5000 bis 50000 (bestimmt durch Lichtstreuung). Die Bestimmung der Molgewichtsverteilung und des massenmittleren Molgewichtes kann durch dem Fachmann bekannte Methoden wie beispielsweise Gelpermeationschromatographie, Lichtstreuung oder Ultrazentrifugation durchgeführt werden.
Die Konzentration des in der ersten Polymerisationsstufe hergestellten Lösungspolymerisats in der mit Wasser versetzten Polymerlösung beträgt beispielsweise 2 bis 35, vorzugsweise 15 bis 25 Gew.-%. Die mit Wasser versetzte Lösung des Vorpolymeri- sats wird dann in der zweiten Stufe der Polymerisation als Vorlage bzw. Emulga- tor/Schutzkolloid oder evtl. als Saat für die Emulsionspolymerisation verwendet.
In der wässrigen Lösung des Vorpolymerisats erfolgt in einer zweiten Polymerisationsstufe die Herstellung des Emulsionspolymerisats. Hierfür polymerisiert man ein Mono- mergemisch aus
(i) 0 bis 29 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (ii) 50 bis 100 Gew.-% mindestens eines d- bis Ci8-(Meth)acrylsäureesters, (iii) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines Vinylesters linearer oder verzweigter Ci-C3o-Carbonsäuren und
(iv) 0 bis 30 Gew.-% eines von den Monomeren (i), (ii) und (iii) verschiedenen nichtionischen Monomers,
wobei die Summe aus (i) + (ii) + (iii) + (iv) = 100 Gew.-% ergibt.
Die Monomere der Gruppe (i) entsprechen denen der Gruppe (b) aus dem kationischen Vorpolymerisat.
Zu den Monomeren der Gruppe (ii) gehören (Meth)acrylsäureester von Cr bis Ci8- Alkoholen. Monomere (ii) sind beispielsweise Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, Isopropylacrylat, n-Butylacrylat, sek.-Butylacrylat, Isobutylacrylat, tert.-Butylacrylat, Ethylhexylacrylat, n-Octylacrylat, Cyclohexylacrylat, Decylacrylat, Dodecylacrylat, Tetradecylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Propyl- methacrylat, Isopropylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, sek.-Butylmethacrylat, Isobu- tylmethacrylat, tert.-Butylmethacrylat, Ethylhexylmethacrylat, n-Octylmethacrylat, Cyc- lohexylmethacrylat, Decylmethacrylat, Dodecylmethacrylat und Tetradecylmethacrylat. Aus dieser Gruppe von Monomeren setzt man vorzugsweise n-Butylacrylat und teil. -Butylacrylat jeweils allein oder in beliebigen Mischungen ein. In solchen Mischungen aus n-Butylacrylat und tert. -Butylacrylat beträgt das Gewichtsverhältnis üblicherweise 3:1 bis 1 :3. Aber auch Ethylhexylacrylat und Ethylhexylmethacrylat kommen in Betracht.
Monomere der Gruppe (iii) sind Vinylester linearer oder verzweigter Ci-C3o-Carbon- säuren. Derartige Carbonsäuren sind gesättigt und unverzweigt, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure (Hexansäure), Heptansäure, Caprylsäure (Octansäure), Pelargonsäure, Caprinsäure (Decansäure), Undecansäure, Laurylsäure (Dodecansäure), Tridecansäure, Myristinsäure (Tetrade- cansäure), Pentadecansäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Nonade- cansäure, Arachinsäure, Behensäure, Lignocerinsäure (Tetracosansäure), Cerotinsäu- re, Melissinsäure (Triacontansäure). Erfindungsgemäß eignen sich auch gesättigte, verzweigte Carbonsäure wie beispielsweise Isobuttersäure, Isovaleriansäure (3-Me- thylbuttersäure) und Tubercolostearinsäure sowie stark verzweigte gesättigte Carbonsäure. Letztere sind unter dem Begriff Versatic-Säuren bekannt, wie beispielsweise Pivalinsäure, Neohexansäure, Neoheptansäure, Neooctansäure, Neononansäure und Neodecansäure. Geeignete Vinylester von linearen oder verzweigten Ci-C3o-Carbon- säuren sind beispielsweise Vinyllaurat, -stearat, Vinylpropionat, Versaticsäureviny- lester, Vinylacetat, Propylheptansäurevinylester, Neodecansäurevinylester (VeoVa® 10 der Firma Hexion Specialty Chemicals), Neononansäurevinylester (VeoVa® 9 der Firma Hexion Specialty Chemicals) sowie Vinylpelargonat.
Als Monomere der Gruppe (iv) eignen sich beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, N-Methylolacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, N-Ci- bis Ci8-Alkylacrylamide,
N-Cr bis Ci8-Alkylmethacrylamide, N-Vinylamide, d- bis Cis-Alkylvinylether, Hydroxy- alkyl-ester sowie Ester von monoethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren mit C2-C4-Polyalkylenglykolen.
Zu den Monomeren der Gruppe (iv) zählen weiterhin die schon unter (a) genannten monoethylenisch ungesättigte Monomere, die wenigstens eine im wässrigen Medium protonierbare Aminogruppe und/oder eine quartäre Ammoniumgruppe aufweisen.
Außerdem können als Monomere (iv) auch vernetzend wirkende Monomere eingesetzt werden. Beispiele für solche Vernetzer sind Butandioldiacrylat, Butandioldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Hexandioldimethacrylat, Glykoldiacrylat, Glykoldimethacrylat, Tri- methylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Pentaerythrittriacrylat, Pen- taerythrittetraacrylat, Diacrylate und Dimethacrylate von alkoxylierten zweiwertigen Alkoholen, Divinylharnstoff und/oder konjugierte Diolefine wie Butadien oder Isopren.
Je nach Anwendungszweck können die Monomeren der Gruppe (iv) auch sogenannte funktionale Monomere umfassen, d.h. Monomere, die neben einer polymerisierbaren C=C-Doppelbindung auch noch eine reaktive funktionelle Gruppe aufweisen, beispielsweise eine Oxirangruppe, eine reaktive Carbonylgruppe, z.B. eine Acetoace- tylgruppe, eine Isocyanat-Gruppe, eine N-Hydroxymethylgruppe, eine N-Alkoxy- methylgruppe, eine Trialkylsilylgruppe, eine Trialkoxysilylgruppe oder eine sonstige, gegenüber Nucleophilen reaktive Gruppe.
Bevorzugt wird ein Monomerengemisch aus
(i) 0 bis 29 Gew.-% Styrol, (ii) 71 bis 100 Gew.-% n-Butylacrylat, tert.-Butylacrylat oder Mischungen aus n-Butylacrylat und tert.-Butylacrylat im Gewichtsverhältnis 3:1 bis 1 :3.
Die Polymerisation der Monomeren (i), (ii), gegebenenfalls (iii) und gegebenenfalls (iv) erfolgt nach der Methode einer Emulsionspolymerisation, d.h. die zu polymerisierenden Monomeren liegen in der Polymerisationsmischung als wässrige Emulsion vor. Zum Stabilisieren der Monomeremulsionen verwendet man die oben beschriebenen kationischen Vorpolymerisate.
Die Emulsionspolymerisation erfolgt meistens in dem Temperaturbereich von 40 bis 150, vorzugsweise 60 bis 90 0C in Gegenwart üblicher Mengen an vorzugsweise wasserlöslichen Polymerisationsinitiatoren. Meistens setzt man 0,2 bis 4, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-% mindestens eines Initiators, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomere, ein. Als Initiatoren kommen beispielsweise Azoverbindungen, Peroxide, Hydroperoxide, Wasserstoffperoxid, anorganische Peroxide und Redox-Systeme wie Kombinationen von Wasserstoffperoxid und Ascorbinsäure oder tert.-Butylhydroperoxid und Ascorbinsäure in Betracht. Die Redox-Systeme können außerdem zur Aktivierung noch Schwermetallkationen wie Cer- Mangan- oder Eisen(ll)-Ionen enthalten.
Bei der Emulsionspolymerisation kann man die Monomere entweder direkt in die Vor- läge dosieren oder man kann sie in Form einer wässrigen Emulsion oder Miniemulsion dem Polymerisationsansatz zuführen. Um die Monomere in Wasser zu emulgieren kann man beispielsweise einen Teil des mit Wasser verdünnten Vorpolymerisates aus der ersten Polymerisationsstufe als Emulgator benutzen oder man emulgiert die Monomere mit Hilfe üblicher nichtionischer, anionischer, kationischer oder amphoterer Emulgatoren in Wasser.
Übliche Emulgatoren werden nur gegebenenfalls eingesetzt. Die angewendeten Mengen betragen beispielsweise 0,05 bis 3 Gew.-% und liegen vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 bis 2 Gew.-%. Übliche Emulgatoren sind in der Literatur eingehend be- schrieben, siehe beispielsweise M. Ash, I. Ash, Handbook of Industrial Surfactants, Third Edition, Synapse Information Resources. Inc.. Beispiele für übliche Emulgatoren sind die Umsetzungsprodukte von langkettigen einwertigen Alkoholen (C10- bis C22-AI- kanole) mit 4 bis 50 Mol Ethylenoxid und/oder Propylenoxid pro Mol Alkohol oder etho- xylierte Phenole oder mit Schwefelsäure veresterte alkoxylierte Alkohole, die meistens in mit Alkalilaugen neutralisierter Form verwendet werden. Weitere übliche Emulgato- ren sind beispielsweise Natriumalkylsulfonate, Natriumalkylsulfate, Natriumdodecyl- benzolsulfonat, Sulfobernsteinsäureester, quartäre Alkylammoniumsalze, Alkylbenzyl- ammoniumsalze, wie Dimethyl-Ci2- bis Cis-alkylbenzylammoniumchloride, primäre, sekundäre und tertiäre Fettaminsalze, quartäre Amidoaminverbindungen, Alkylpyridini- umsalze, Alkylimidazoliniumsalze und Alkyloxazoliniumsalze. Bevorzugt werden jedoch keine Emulgatoren eingesetzt.
Die Dosierung der Monomere zur Durchführung der Emulsionspolymerisation kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Bei Verwendung einer Monome- renmischung kann die Dosierung der Monomere als Mischung oder getrennt bzw. in der Art einer Stufen- oder Gradientenfahrweise erfolgen. Dabei kann die Zugabe über den Dosierzeitraum gleichmäßig oder ungleichmäßig, d.h. mit wechselnder Dosiergeschwindigkeit erfolgen. Durch Zugabe einer Teilmenge des Monomers in die wässrige Lösung/Dispersion des Vorpolymerisates enthaltende Vorlage ist die Dosierung mittels einer Quellfahrweise möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Lösungspolymerisation und/oder die Emulsionspolymerisation in Gegenwart von Polymerisationsreglern durchgeführt. Geeignete Regler sind beispielsweise Mercaptane wie Ethylmercaptan, n-Butylmercaptan, tert.-Butylmercaptan, n- Dodecylmercaptan oder tert.-Dodecylmercaptan, Thioglykolsäure oder Kohlenstofftetrabrom id. Des Weiteren sind geeignete Regler aus der Klasse der Terpene, bevorzugt aus der Klasse der monozyklischen Terpene, und besonders bevorzugt aus der Gruppe der Menthadiene. Unter den genannten Reglern der Gruppe der Menthadiene ist Terpinolen ganz besonders bevorzugt. Falls Polymerisationsregler eingesetzt werden, so betragen die Mengen an Regler beispielsweise 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%.
Der pH-Wert des Reaktionsgemisches liegt in der zweiten Polymerisationsstufe beispielsweise in dem Bereich von 1 bis 5 meistens beträgt er 2 bis 4.
Um die restlichen Monomeren möglichst weitgehend aus der Polymerdispersion zu entfernen, führt man nach Abschluss der eigentlichen Polymerisation zweckmäßigerweise eine Nachpolymerisation durch. Hierfür setzt man der Polymerdispersion nach Beendigung der Hauptpolymerisation beispielsweise einen Initiator aus der Gruppe Wasserstoffperoxid, Peroxide, Hydroperoxide und/oder Azostarter zu. Die Kombination der Initiatoren mit geeigneten Reduktionsmitteln, wie beispielsweise Ascorbinsäure oder Natriumbisulfit, ist ebenfalls möglich. Bevorzugt werden öllösliche, in Wasser schwerlösliche Initiatoren verwendet, z. B. übliche organische Peroxide wie Dibenzoyl- peroxid, Di-tert.-Butylperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Cumylhydroperoxid oder Bis- cyclohexylperoxidicarbonat eingesetzt. Zur Nachpolymerisation wird das Reaktionsgemisch beispielsweise auf eine Temperatur erhitzt, die der Temperatur entspricht, bei der die Hauptpolymerisation durchgeführt wurde oder die um bis zu 20 0C, vorzugsweise bis zu 10 0C niedriger liegt. Die Hauptpolymerisation ist beendet, wenn der Polyme- risationsinitiator verbraucht ist bzw. der Monomerumsatz beispielsweise mindestens 98 %, vorzugsweise mindestens 99,5 % beträgt. Zur Nachpolymerisation wird vorzugsweise tert.-Butylhydroperoxid eingesetzt. Die Polymerisation wird beispielsweise in einem Temperaturbereich von 40 bis 110 0C, meistens 50 bis 105 0C durchgeführt.
In der zweiten Polymerisationsstufe erhält man feinteilige, wässrige Polymerdispersionen, die aufgrund der Zusammensetzung des Vorpolymerisats kationische Eigenschaften haben. Die mittlere Teilchengröße der dispergierten Teilchen beträgt beispielsweise 5 bis 250 nm, vorzugsweise <100 nm, besonders bevorzugt 10 bis 60 nm. Die mittlere Teilchengröße kann durch dem Fachmann bekannte Methoden wie beispielsweise Laserkorrelationsspektroskopie, Ultrazentrifugation oder CHDF bestimmt werden. Ein weiteres Maß für die Teilchengröße der dispergierten Polymerteilchen ist der LD-Wert. Zur Bestimmung des LD-Wertes (Lichtdurchlässigkeit) wird die jeweils zu untersuchende Polymerdispersion in 0,1 Gew.-%iger wässriger Einstellung in einer Küvette mit einer Kantenlänge von 2,5 cm mit Licht der Wellenlänge 600 nm vermessen. Aus den Messwerten kann die mittlere Teilchengröße errechnet werden, vgl. B. Verner, M.
Bärta, B. Sedläcek, Tables of Scattering Functions for Spherical Particles, Prag 1976, Edice Marco, Rada D-DATA, SVAZEK D-1.
Die Polymerkonzentration der bei der Emulsionspolymerisation anfallenden wässrigen Dispersionen beträgt beispielsweise 15 bis 45, vorzugsweise 25 bis 35 Gew.-%.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen feinteiligen, kationischen, wässrigen Polymerdispersionen, die erhältlich sind durch Emulsionspolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren in einer wässrigen Lösung eines kationischen Vorpolymerisats als Dispergiermittel, wobei zunächst das kationische Vorpolymerisat in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren durch Polymerisieren von
(a) 15 bis 40 Gew.-% einer Mischung von mindestens zwei verschiedenen (Meth)acrylsäureestern, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe aufweisen, und/oder (Meth)acrylamiden, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe tragen,
(b) 40 bis 85 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols,
(c) 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Säuregruppen enthaltenden ethylenisch ungesättigten Monomers und
(d) 0 bis 20 Gew.-% mindestens eines von (b) verschiedenen, nichtionischen, ethylenisch ungesättigten Monomers, wobei die Summe aus (a) + (b) + (c) + (d) = 100 Gew.-% ergibt,
in einer Lösungspolymerisation in einem mit Wasser teilweise bis vollständig mischbaren Lösemittel hergestellt wird, die Lösung/Dispersion des Vorpolymerisats dann mit Wasser versetzt wird und anschließend in der wässrigen Lösung des Vorpolymerisats eine Emulsionspolymerisation in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren eines Mo- nomerengemisches aus
(i) 0 bis 29 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (ii) 50 bis 100 Gew.-% mindestens eines d- bis Ci8-(Meth)acrylsäureesters, (iii) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines Vinylesters linearer oder verzweigter
Ci-C3o-Carbonsäuren und
(iv) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines von (i), (ii) und (iii) verschiedenen, nichtionischen ethylenisch ungesättigten Monomers,
wobei die Summe aus (i) + (ii) + (iii) + (iv) = 100 Gew.-% ergibt,
und die Lösungspolymerisation und/oder Emulsionspolymerisation in Gegenwart von 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Polymerisationsreglers durchgeführt wird.
Die oben beschriebenen feinteiligen, kationischen wässrigen Polymerdispersionen werden als Leimungsmittel für Papier, Pappe und Karton verwendet. Sie können für die Herstellung sämtlicher Papiersorten verwendet werden, z.B. von Schreib- und Druckpapieren sowie Verpackungspapieren und Papieren für die Verpackung von Flüssigkei- ten. Sie eignen sich dabei insbesondere für die Oberflächenleimung von Papierprodukten. Dabei können die erfindungsgemäßen Dispersionen mit allen bei der Oberflächenleimung geeigneten Verfahrensmethoden verarbeitet werden, sie können jedoch auch zur Masseleimung eingesetzt werden. Für die Anwendung als Leimungsmittel verdünnt man die wässrigen Polymerdispersionen durch Zugabe von Wasser meistens auf einen Polymergehalt von beispielsweise 0,05 bis 5 Gew.-%. Die Menge an Polymerdispersion richtet sich nach dem gewünschten Leimungsgrad der auszurüstenden Papiere oder Papierprodukte. Solche Präparationslösungen können gegebenenfalls weitere Stoffe enthalten z.B. Stärke, Farbstoffe, optische Aufheller, Biozide, Verfestiger für Papier, Fixiermittel, Entschäumer, Retentionsmittel und/oder Entwässerungsmittel.
Die Leimungsmitteldispersion kann auf Papier, Pappe oder Karton mittels einer Leimpresse oder anderen Auftragsaggregaten wie Filmpresse, Speedsizer oder Gate-roll aufgebracht werden. Die Menge an Polymer, die so auf die Oberfläche von Papierprodukten aufgetragen wird, beträgt beispielsweise 0,005 bis 1 ,0 g/m2, vorzugsweise 0,01 bis 0,5 g/m2. Die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen zeigen bereits bei sehr geringer Dosierung eine exzellente Leimungswirkung auf allen Papieren, hergestellt mit unterschiedlichen Fasertypen von ungebleichtem Nadelholz, ungebleichtem Laubholz, ungebleichtem Hartholz, gebleichtem Nadelholz, gebleichtem Laubholz, gebleichtem Hartholz, Deinking-Fasern oder Mischungen aus verschiedenen Fasertypen. Weiterhin zeigen die erfindungsgemäßen Dispersionen eine sehr gute Verträglichkeit mit den üblichen Stärken, zum Beispiel Kartoffelstärke, Maisstärke, Weizenstärke, Tapiokastärke. Außerdem zeigen die erfindungsgemäßen Dispersionen eine vollständige Leimungsausbildung unmittelbar nach der Herstellung und Trocknung der Papierbahn.
Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert.
Beispiele
Die Prozentangaben in den Beispielen bedeuten Gewichtsprozent, sofern aus dem Zusammenhang nichts anderes hervorgeht.
Beispiel 1
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 10 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 55 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpoly- merisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g 10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 40 g Styrol und 225 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen
Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert und auf 700C abgekühlt. Anschließend wurden 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben und für 20 min nachgerührt. Es erfolgte eine erneute Zugabe von 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 20 min nachgerührt. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30,4 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 92,2 % erhalten.
Beispiel 2
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 10 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 55 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpo- lymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1.5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10g 10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 40 g Styrol und 225 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen
Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 5 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben. Danach wurden innerhalb von 5 min 20 g einer 5 Gew.-%-igen Wasserstoffperoxidlösung zudosiert. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch für 30 min nachgerührt, wobei auf 70 0C abgekühlt wurde. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30,3 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 93,7 % erhalten.
Beispiel 3
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 10 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 55 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, 5 g Acrylsäure sowie 2,5 g Terpinolen in einem Zeitraum von 45 min bei 1050C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und in- nerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert. Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g 10 Gew.-%-iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mi- schung aus 40 g Styrol und 225 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 5 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben. Danach wurden innerhalb von 5 min 20 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung zudosiert. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 30 min nachgerührt, wobei auf 700C abgekühlt wurde. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 29,1 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 85,8 % erhalten.
Beispiel 4
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 10 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 55 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g
10 Gew.-%-iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 40 g Styrol, 225 g tert.-Butylacrylat sowie 2,5 g Terpinolen über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 5 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben. Danach wurden innerhalb von 5 min 20 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung zudosiert. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 30 min nachgerührt, wobei auf 70 0C abgekühlt wur- de. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der
BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 26,5 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 86,7 % erhalten.
Beispiel 5
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 155 g Styrol, 55 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 10 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpo- lymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt und anschließend auf 75 0C abgekühlt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 5 g einer 20 Gew.-%igen Reduktionsmittellösung (Brüggo- lit® FF6 der Firma Brüggemann) wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 75 0C zugegeben. Danach erfolgte die Zugabe von 35 g Sty- rol und sofort wurde der Monomerzulauf bestehend aus einer Mischung von 20 g Styrol und 220 g tert.-Butylacrylat gestartet und über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Parallel hierzu wurden 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min in einem getrennten Zulauf zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 60 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 5 g einer 20 Gew.- %igen Reduktionsmittellösung (Brüggolit® FF6 der Firma Brüggemann) sowie 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) zugegeben und für 30 min nachgerührt. Anschließend wurden erneut 5 g der 20 Gew.-%igen Reduktionsmittellösung (Brüggolit® FF6 der Firma Brüggemann) zugegeben, für 30 min nachgerührt und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30,3 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 91 ,1 Gew.-% erhalten.
Beispiel 6
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 30 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 5 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, 30 g N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopro- panol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g
10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 40 g Styrol und 225 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%-igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 5 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben. Danach wurden innerhalb von 5 min 20 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung zudosiert. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 30 min nachgerührt, wobei auf 700C abgekühlt wurde. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30,3 Gew.- % und einem LD-Wert (0,1 %) von 93,7 % erhalten.
Beispiel 7
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 30 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 5 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, 30 g N,N-Dimethylaminoethylmeth- acrylat, 5 g Acrylsäure sowie 2,5 g Terpinolen in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butyl- peroctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Re- aktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g
10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlö- sung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 40 g Styrol und 225 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 5 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben. Danach wurden innerhalb von 5 min 20 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung zudosiert. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 30 min nachgerührt, wobei auf 70 0C abgekühlt wurde. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 28,6 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 82,5 % erhalten.
Beispiel 8
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 30 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 5 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, 30 g N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopro- panol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g 10 Gew.-%-iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 40 g Styrol, 225 g tert.-Butylacrylat sowie 2,5 g Terpinolen über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 5 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben. Danach wurden innerhalb von 5min 20g einer 5%-igen Wasserstoffperoxidlösung zudosiert. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 30 min nachgerührt, wobei auf 70 0C abgekühlt wurde. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 26,5 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 88,4 % erhalten.
Beispiel 9
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 30 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 5 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, 30 g N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopro- panol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g
10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 40 g Styrol, 225 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Was- serstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben und für 20 min nachgerührt. Danach wurden erneut 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung hinzugesetzt und für 20 min nachgerührt. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 29,9 Gew.- % und einem LD-Wert (0,1 %) von 84, 8% erhalten.
Beispiel 10
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 30 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 5 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, 30 g N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopro- panol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde an- schließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g 10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20g 5%ige Wasserstoffperoxid lösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 53 g Styrol und 212 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben und für 20 min nachgerührt. Danach wurden erneut 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung hinzugesetzt und für 20 min nachgerührt. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30,4 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 82,4 % erhalten.
Beispiel 11
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 165 g Styrol, 10 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 55 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpoly- merisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g 10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 53 g Styrol und 212 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert und auf 700C abgekühlt. Anschließend wurden 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben und für 20 min nachgerührt. Es erfolgte eine erneute Zugabe von 10 g einer 10%-igen Ascorbinsäurelösung. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 20 min nachgerührt. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 29,8 Gew.- % und einem LD-Wert (0,1 %) von 93,1 % erhalten
Beispiel 12
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 155 g Styrol, 30 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 5 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, 30 g N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopro- panol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen(ll)sulfatlösung und 10 g
10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 55 g Styrol und 220 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert. Anschließend wurden 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben und für 20 min nachgerührt. Danach wurden erneut 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung hinzugesetzt und für 20 min nachgerührt. Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 31 ,3 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 74,6 % erhalten.
Beispiel 13
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 155 g Styrol, 10 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat, 55 g N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 60 min nachpo- lymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 85 0C mit 870 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 1 ,5 g 10 Gew.-%iger Eisen-(ll)sulfatlösung und 10 g
10 Gew.-%iger Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlö- sung innerhalb von 30 min bei 80 0C zugegeben. Danach wurde bei 80 0C eine Mischung aus 55 g Styrol und 220 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 30 min nachpolymerisiert und auf 70 0C abgekühlt. Anschlie- ßend wurden 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung zugegeben und für 20 min nachgerührt. Es erfolgte eine erneute Zugabe von 10 g einer 10 Gew.-%igen Ascorbinsäurelösung. Danach wurde das Reaktionsgemisch für 20 min nachgerührt, Zum Schluss wurden 5 g eines handelsüblichen Entschäumers (Afranil® T der BASF SE) sowie 65 g vollentsalztes Wasser zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30,4 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 72,6 % erhalten
Vergleichsbeispiel 1 , gemäß Beispiel 6 aus WO 05/121195 A1
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 133 g Styrol, 57 g N,N-Dimethylaminoethylmeth- acrylat sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wur- de anschließend bei 105 0C für 30 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde dann bei 60 0C innerhalb von 30 min mit 971 ,5 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 7,5 g einer 1 Gew.-%igen Ei- sen(ll)sulfatlösung und 5 g einer 10 Gew.-%-igen Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxid lösung innerhalb von 30 min zugegeben. Danach wurde bei 60 0C eine Mischung aus 119,2 g Styrol und 1 19,2 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zugegeben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 60 min bei 60 0C nachpolymeri- siert und das Reaktionsgemisch anschließend abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 26,5 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 87,5 % erhalten.
Vergleichsbeispiel 2, gemäß Beispiel 8 aus WO 05/121 195 A1
In einem 2I-Planschilffkolben mit Rührer und Innentemperaturmessung wurden 101 ,4 g wasserfreie Essigsäure (Eisessig) vorgelegt und unter Stickstoffatmosphäre auf 105 0C aufgeheizt. Unter Rühren wurden 133 g Styrol, 57 g N,N-Dimethylaminoethylacrylat sowie 5 g Acrylsäure in einem Zeitraum von 45 min bei 105 0C zudosiert. Zeitgleich mit dem Monomerzulauf wurde der Zulauf von 8,8 g tert.-Butylperoctoat in 18,2 g Isopropanol gestartet und innerhalb von 60 min zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend bei 105 0C für 30 min nachpolymerisiert.
Die homogene Polymermasse wurde anschließend bei 60 0C innerhalb von 30 min mit 971 ,5 g vollentsalztem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 7,5 g einer 1 Gew.-%igen Eisen(ll)sulfatlösung und 5 g einer 10 Gew.-%-igen Ascorbinsäurelösung wurden 20 g 5 Gew.-%ige Wasserstoffperoxidlösung innerhalb von 30 min zugegeben. Danach wurde bei 60 0C eine Mischung aus 119,2 g Styrol und 1 19,2 g tert.-Butylacrylat über einen Zeitraum von 120 min zudosiert. Zeitgleich wurden in einem getrennten Zulauf 80 g einer 5 Gew.-%igen Wasserstoffperoxidlösung in einem Zeitraum von 150 min zuge- geben. Nach Ende des Initiatorzulaufs wurde für 60 min bei 60 0C nachpolymerisiert und das Reaktionsgemisch anschließend abgekühlt.
Es wurde eine feinteilige Polymerdispersion mit einem Feststoffgehalt von 30,9 Gew.-% und einem LD-Wert (0,1 %) von 56,6 % erhalten.
Anwendungstechnische Prüfungen der nach den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erhaltenen Polymerisdispersionen
Zur anwendungstechnischen Prüfung der Oberflächenleimungswirkung wurden die erfindungsgemäßen Dispersionen sowie die Vergleichsdispersionen mittels einer Laborleimpresse auf das Prüfpapier (100 % Altpapier, 80 g/m2 Flächenmasse, ungeleimt) aufgetragen. Eine wässrige Lösung einer abgebauten Maisstärke wurde auf die gewünschte Konzentration eingestellt. Zu der Stärkelösung wurden dann die zu prüfenden Dispersionen dosiert, so dass die Leimpressenflotte 60 g/l einer abgebauten Mais- stärke sowie 0,1 - 1 ,5 g/l der Dispersionen enthielt.
Die Leimungswirkung der Dispersionen, die gemäß den Beispielen 1 - 13 sowie den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhalten wurden, wurde anschließend durch Oberflächenapplikation auf das ungeleimte Prüfpapier ermittelt. Dazu wurde das Papier zwei- mal durch die Leimpresse geführt, wobei im Mittel eine Zunahme des Gewichts von ca. 65 % erreicht wurde.
Die Trocknung der oberflächengeleimten Papiere erfolgte auf einem Trockenzylinder bei 90 0C. Anschließend wurden die Papiere über Nacht im Klimaraum (23 0C, 50 % rel. Luftfeuchte) aufbewahrt, bevor der Leimungsgrad bestimmt wurde.
Zur Bestimmung des Leimungsgrades der oberflächengeleimten Papiere wurden der Cobbβo- sowie der Cobbi2o-Wert nach DIN 53 132 bestimmt. Als Cobbβo-Wert ist die Wasseraufnahme des Papierblattes in g/m2 nach einem Kontakt mit Wasser und einer Kontaktzeit von 60 s (bzw. 120 s bei Cobbi2o-Wert ) definiert. Je niedriger der Cobb- Wert, desto besser ist die Leimungswirkung der eingesetzten Dispersion. Die Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Tabelle
Figure imgf000028_0001

Claims

Patentansprüche
1. Feinteilige, kationische, wässrige Polymerdispersionen, die erhältlich sind durch
Emulsionspolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren in einer wässrigen Lösung eines kationischen Vorpolymerisats als Dispergiermittel, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das kationische Vorpolymerisat in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren durch Polymerisieren von
(a) 15 bis 40 Gew.-% einer Mischung von mindestens zwei verschiedenen (Meth)acrylsäureestern, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre
Ammoniumgruppe aufweisen, und/oder (Meth)acrylamiden, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe tragen,
(b) 40 bis 85 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols,
(c) 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Säuregruppen enthaltenden ethyle- nisch ungesättigten Monomers und
(d) 0 bis 20 Gew.-% mindestens eines von (b) verschiedenen, nichtionischen, ethylenisch ungesättigten Monomers,
wobei die Summe aus (a) + (b) + (c) + (d) = 100 Gew.-% ergibt,
in einer Lösungspolymerisation in einem mit Wasser teilweise bis vollständig mischbaren Lösemittel hergestellt wird, die Lösung/Dispersion des Vorpolymerisats dann mit Wasser versetzt wird, und dass anschließend in der wässrigen Lösung des Vorpolymerisats eine Emulsionspolymerisation in Gegenwart von Po- lymerisationsinitiatoren eines Monomerengemisches aus
(i) 0 bis 29 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (ii) 50 bis 100 Gew.-% mindestens eines d- bis Ci8-(Meth)acrylsäureesters, (iii) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines Vinylesters linearer oder verzweigter Ci-C3o-Carbonsäuren und
(iv) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines von (i), (ii) und (iii) verschiedenen, nichtionischen ethylenisch ungesättigten Monomers,
wobei die Summe aus (i) + (ii) + (iii) + (iv) = 100 Gew.-% ergibt,
und die Lösungspolymerisation und/oder Emulsionspolymerisation gegebenenfalls in Gegenwart von 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Polymerisationsreglers durchgeführt wird.
2. Feinteilige, kationische, wässrige Polymerdispersion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Vorpolymerisat durch Polymerisieren von
(a) 15 bis 40 Gew.-% einer Mischung aus mindestens zwei Verbindungen aus- gewählt aus N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid, N, N-
Dimethylaminoethylmethacrylat und N,N-Dimethylaminoethylacrylat,
(b) 40 bis 85 Gew.-% Styrol, und
(c) 0,5 bis 5 Gew.-% Acrylsäure und/oder Methacrylsäure
erhältlich ist.
3. Feinteilige, kationische, wässrige Polymerdispersion nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man in der zweiten Polymerisationsstufe ein Monomerengemisch aus
(i) 0 bis 29 Gew.-% Styrol,
(ii) 71 bis 100 Gew.-% n-Butylacrylat, tert.-Butylacrylat oder Mischungen aus n-Butylacrylat und tert.-Butylacrylat im Gewichtsverhältnis 3:1 bis 1 :3
der Emulsionspolymerisation unterwirft.
4. Feinteilige, kationische, wässrige Polymeridispersion nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungspolymerisation und/oder Emulsionspolymerisation in Gegenwart von 0,1 bis 10 Gew.-% mindes- tens eines Polymerisationsreglers durchgeführt wird.
5. Feinteilige, kationische, wässrige Polymeridispersion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerisationsregler Terpinolen eingesetzt wird.
6. Verfahren zur Herstellung der feinteiligen, kationischen, wässrigen Polymerdispersionen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durch eine zweistufige Polymerisationsreaktion, dass zunächst das kationische Vorpolymerisat in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren durch Polymerisieren von
(a) 15 bis 40 Gew.-% einer Mischung von mindestens zwei verschiedenen
(Meth)acrylsäureestern, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe aufweisen, und/oder (Meth)acrylamiden, die jeweils eine Aminogruppe und/oder quartäre Ammoniumgruppe tragen, (b) 40 bis 85 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (c) 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens eines Säuregruppen enthaltenden ethyle- nisch ungesättigten Monomers und (d) 0 bis 20 Gew.-% mindestens eines von (b) verschiedenen, nichtionischen, ethylenisch ungesättigten Monomers,
wobei die Summe aus (a) + (b) + (c) + (d) = 100 Gew.-% ergibt,
in einer Lösungspolymerisation in einem mit Wasser teilweise bis vollständig mischbaren Lösemittel hergestellt wird, die Lösung/Dispersion des Vorpolymerisats dann mit Wasser versetzt wird, und dass anschließend in der wässrigen Lösung des Vorpolymerisats eine Emulsionspolymerisation in Gegenwart von Po- lymerisationsinitiatoren eines Monomerengemisches aus
(i) 0 bis 29 Gew.-% mindestens eines gegebenenfalls substituierten Styrols, (ii) 50 bis 100 Gew.-% mindestens eines d- bis Ci8-(Meth)acrylsäureesters, (iii) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines Vinylesters linearer oder verzweigter Ci-C3o-Carbonsäuren und
(iv) 0 bis 30 Gew.-% mindestens eines von (i), (ii) und (iii) verschiedenen, nichtionischen ethylenisch ungesättigten Monomers,
wobei die Summe aus (i) + (ii) + (iii) + (iv) = 100 Gew.-% ergibt,
und die Lösungspolymerisation und/oder Emulsionspolymerisation in Gegenwart von 0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Polymerisationsreglers durchgeführt wird.
7. Verwendung der feinteiligen, kationischen, wässrigen Polymerdispersionen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Leimungsmittel für Papier, Pappe und Karton.
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