WO2011073341A2 - Polymerdispersionen - Google Patents

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WO2011073341A2
WO2011073341A2 PCT/EP2010/069959 EP2010069959W WO2011073341A2 WO 2011073341 A2 WO2011073341 A2 WO 2011073341A2 EP 2010069959 W EP2010069959 W EP 2010069959W WO 2011073341 A2 WO2011073341 A2 WO 2011073341A2
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Jens Hartig
Roelof Balk
Manfred Dargatz
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Basf Se
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Priority to BR112012014314A priority patent/BR112012014314A2/pt
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Definitions

  • the present invention relates to coating compositions which contain dispersions of multistage polymers, processes for their preparation and their use.
  • US 395771 1 describes single-stage polymers with a hydroxyalkyl (meth) acrylate as a protective colloid which is prepared in situ and followed by the polymerization of other monomers.
  • No. 3,717,056 describes two-stage polymers prepared for pressure-sensitive adhesives, in the first stage of which a high proportion of acrylic acid and hydroxyalkyl acrylates is polymerized. The process described therein shows a high viscosity, which requires a reduction of the solids content in the finished dispersion.
  • EP Pedraza, MD Soucek, Polymer (2005), 46 (24), 1174-85 describe latexes of core-shell polymers whose core consists of (meth) acrylates and hydroxyethyl methacrylate and their shell of (meth) acrylates and methacrylic acid is constructed.
  • the polymerization yields large particles with an average particle size greater than 300 nm and a z.T. bimodal particle size distribution.
  • the disadvantage is that according to the teaching of this document, a high proportion of more than 4% emulsifiers, based on the sum of the monomers used, is necessary.
  • EP 1602701 A1 describes the polymerization of monomers in the presence of a protective colloid prepared from certain hydrophobic and hydrophilic monomers.
  • a disadvantage is that, according to the teaching of this document, a high proportion of more than 40% of hydrophilic monomers is used for the polymerization, which leads to polymers having only low water stability.
  • WO 00/5276 describes two-stage polymers in whose first stage a high proportion of acrylic acid is copolymerized. The process described therein shows a high viscosity, which requires a reduction of the solids content in the finished dispersion.
  • the object of the present invention was to provide polymer dispersions for coating compositions which, if possible, require as little or no emulsifier as possible in their preparation, exhibit reduced viscosity and lead to coatings having improved water stability.
  • the object has been achieved by a coating composition comprising at least one polymer dispersion obtainable by at least two-stage emulsion polymerization of in a first stage reaction
  • (B1) optionally at least one vinylaromatic having up to 20 C atoms,
  • (D1) optionally at least one free-radically polymerizable compound selected from the group consisting of ethylenically unsaturated nitriles having up to 20 carbon atoms, vinyl esters of carboxylic acids containing up to 20 carbon atoms, vinyl halides having up to 10 carbon atoms and vinyl ethers of 1 to 10 C-containing alcohols,
  • (E1) optionally at least one ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated carboxylic acid,
  • (G1) optionally at least one compound selected from the group consisting of (meth) acrylic acid 2- (2-oxo-imidazolidin-1-yl) ethyl ester (ureidoethyl (meth) acrylate), acetoacetoxyethyl acrylate, acetoacetoxypropyl methacrylate, acetoacetoxybutyl methacrylate, 2- (acetoacetoxy) ethyl methacrylate, diacetone acrylamide (DAAM) and diacetone methacrylamide,
  • DAAM diacetone acrylamide
  • (H1) optionally at least one compound having a (meth) acrylate and an epoxy group and
  • (B2) optionally at least one vinylaromatic having up to 20 C atoms,
  • (D2) optionally at least one free-radically polymerizable compound selected from the group consisting of ethylenically unsaturated nitriles having up to 20 carbon atoms, vinyl esters of carboxylic acids containing up to 20 carbon atoms, vinyl halides having up to 10 carbon atoms and vinyl ethers of 1 to 10 C-containing alcohols,
  • (E2) optionally at least one ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated carboxylic acid,
  • (G2) optionally at least one compound selected from the group consisting of (meth) acrylic acid 2- (2-oxo-imidazolidin-1-yl) ethyl ester (ureidoethyl (meth) acrylate), acetoacetoxyethyl acrylate, acetoacetoxypropyl methacrylate, acetoacetoxybutyl methacrylate rylate, 2- (acetoacetoxy) ethyl methacrylate, diacetone acrylamide (DAAM) and diacetone methacrylamide,
  • DAAM diacetone acrylamide
  • (H2) optionally at least one compound having a (meth) acrylate and an epoxy group and
  • the weight ratio of the sum of the monomers of the first stage (A1) to (11) to the sum of the monomers of the subsequent stages (A2) to (12) is from 5:95 to 70:30,
  • the product obtained from the last stage has a particle size of 50 to 500 nm
  • the acid value of the last stage product is not higher than the acid value of the first stage product
  • the hydroxy number of the final stage product is not higher than the hydroxy number of the first stage product.
  • (meth) acrylic acid alkyl esters whose linear or branched alkyl radical has 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 10, very particularly preferably 1 to 8 and in particular 1 to 4 carbon atoms.
  • mixtures of (meth) acrylic acid alkyl esters are also suitable.
  • Such substituted vinylaromatics have one or more, preferably a 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 and particularly preferably 1 to 4 carbon atoms having linear or branched alkyl group, which may be located on the aromatic or on the vinyl group.
  • the substituent When the substituent is at the aromatic, the substituent may preferably be in the ortho or para position, more preferably in the para position to the vinyl group.
  • Suitable vinylaromatic compounds are vinyltoluene, vinylnaphthalene, o and p-methylstyrene, .alpha.-butylstyrene, 4-n-butylstyrene, 4-n-decylstyrene and preferably styrene and .alpha.-methylstyrene.
  • the hydroxyalkyl (meth) acrylates are those (meth) acrylic esters whose alkylene group comprises one to 10, preferably 2 to 8, particularly preferably 2 to 6, very particularly preferably 2 to 4 and in particular 2 or 3 carbon atoms.
  • hydroxyalkyl (meth) acrylates examples include (meth) acrylic acid 2-hydroxyethyl ester, (meth) acrylic acid 2-hydroxypropyl ester, (meth) acrylic acid 3-hydroxypropyl ester and (meth) acrylic acid 4-hydroxybutyl ester. Particularly preferred are (meth) acrylic acid 2-hydroxyethyl ester and (meth) acrylic acid 2-hydroxypropyl ester, very particularly preferred is (meth) acrylic acid 2-hydroxyethyl ester.
  • hydroxyalkyl (meth) acrylates which have more than one hydroxy group, for example two to five, preferably two to four, particularly preferably two to three.
  • examples of these are glycerol mono (meth) acrylate, trimethylolpropane mono (meth) acrylate, pentaerythritol mono (meth) acrylate and mono (meth) acrylates of sugar alcohols, such as, for example, sorbitol, mannitol, diglycerol, threitol, erythritol, adonite (ribitol), arabitol ( Lyxite), xylitol, dulcitol (galactitol), maltitol and isomalt.
  • sugar alcohols such as, for example, sorbitol, mannitol, diglycerol, threitol, erythritol, adonite (ribitol), arabitol (
  • the compounds (D1) and (D2) are selected from the group consisting of ethylenically unsaturated nitriles having up to 20 carbon atoms, vinyl esters of carboxylic acids containing up to 20 carbon atoms, vinyl halides having up to 10 carbon atoms and vinyl ethers alcohols containing from 1 to 10 carbon atoms, preferably selected from the group consisting of ethylenically unsaturated nitriles having up to 20 carbon atoms and vinyl ethers of alcohols containing from 1 to 10 carbon atoms, and more preferably ethylenically unsaturated nitriles with bis to 20 C atoms.
  • ethylenically unsaturated nitriles are fumaronitrile, acrylonitrile and methacrylonitrile, preferably acrylonitrile and methacrylonitrile and particularly preferably acrylonitrile.
  • Vinyl esters of carboxylic acids having 1 to 20 carbon atoms are e.g. Vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl propionate, vinyl versatate, vinyl butyrate and vinyl acetate, preferably vinyl acetate.
  • Vinyl halides with up to 10 carbon atoms The vinyl halides are chloro, fluoro or bromo substituted ethylenically unsaturated compounds, preferably vinyl chloride and vinylidene chloride. Vinyl ethers of 1 to 10 carbon atoms-containing alcohols
  • vinyl ethers there are e.g. Methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, so-propyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, sec-butyl vinyl ether, so-butyl vinyl ether, tert-butyl vinyl ether and n-octyl vinyl ether.
  • Vinyl ether is preferably from 1 to 4 C-containing alcohols.
  • (meth) acrylic acid, crotonic acid or dicarboxylic acids e.g. Itaconic acid, maleic acid or fumaric acid, more preferably methacrylic acid and acrylic acid.
  • (Meth) acrylic acid in this specification means methacrylic acid and acrylic acid.
  • Crosslinkers are those which have at least two free-radically polymerizable double bonds, preferably 2 to 6, particularly preferably 2 to 4, very particularly preferably 2 to 3 and in particular exactly 2.
  • di- and poly (meth) acrylates 1, 2, 1, 3 and 1, 4-butanediol diacrylate, 1, 2 and 1, 3-propylene glycol (meth) acrylate, 1, 6-hexanediol di ( meth) acrylate, 1,2-ethylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, trimethylol lethanetri (meth) acrylate, pentaerythritol tri- and tetra (meth) acrylate. Also mentioned is divinylbenzene.
  • the crosslinkers are particularly preferably selected from the group consisting of divinylbenzene, 1,4-butanediol diacrylate and allyl methacrylate.
  • Compounds (G1) and (G2) are selected from the group consisting of
  • These compounds are at least one compound having a (meth) acrylate and an epoxy group. Particularly noteworthy are glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate, preferably glycidyl methacrylate.
  • These compounds are at least one ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated carboxylic acid amide, preferably an amide of the carboxylic acids mentioned under (C1) and (C2).
  • (meth) acrylic acid amide, crotonic acid amide or amides of dicarboxylic acids e.g. Itaconic acid diamide, maleic acid diamide or fumaric diamide, more preferably methacrylamide and acrylamide, most preferably acrylamide.
  • the monomer composition of the first stage is usually as follows: (A1) 30 to 99.5, preferably 40 to 99, particularly preferably 50 to 97% by weight of at least one (meth) acrylic acid alkyl ester
  • (B1) 0 to 70, preferably 5 to 60, particularly preferably 10 to 50% by weight of at least one vinylaromatic having up to 20 C atoms,
  • (D1) 0 to 20, preferably 0 to 10, particularly preferably 0 to 5 and very particularly preferably 0% by weight of at least one free-radically polymerizable compound selected from the group consisting of ethylenically unsaturated nitriles having up to 20 carbon atoms, vinyl esters of up to 20 carbon atoms containing carboxylic acids, vinyl halides containing up to 10 carbon atoms and vinyl ethers of alcohols containing 1 to 10 carbon atoms, and
  • (E1) 0 to 5, preferably 0 to 3, particularly preferably 0 to 1, very particularly preferably 0 to 0.5 and in particular 0% by weight of at least one ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated carboxylic acid,
  • the hydroxyl number of the polymer obtained from the first step is from 2 to 100 mg KOH / g, preferably from 5 to 80, and more preferably from 8 to 60 mg KOH / g.
  • the particle size of the polymer obtained from the first stage is generally from 20 to 80 nm, preferably 30 to 60 nm, when working in the presence of at least one emulsifier.
  • the particle size may be up to 350, preferably up to 300, more preferably up to 250, and most preferably up to 200 nm.
  • the particle size in this document is the weight-average diameter of the polymer particles in the dispersion (determined in accordance with IS013321 with a High Performance Particle Sizer from Malvern at 22 ° C. and a wavelength of 633 nm).
  • the weight-average molecular weight Mw of the polymer obtained from the first step is from 5,000 to 200,000 g / mol, preferably from 7,000 to 100,000, more preferably from 8,000 to 50,000, and most preferably from 10,000 to 30,000.
  • the weight average molecular weight Mw is determined by size exclusion chromatography (SEC) with tetrahydrofuran + 0.1% by weight trifluoroacetic acid as eluent at a flow rate of 1 ml / min and 35 ° C column temperature.
  • SEC size exclusion chromatography
  • the sample is diluted in the eluent to a concentration of 2 mg / ml and injected with 100 ⁇ of it after the sample solution has been filtered through a 0.2 ⁇ filter (Sartorius Minisart SRP 25) to remove any gel fraction.
  • the insoluble fraction of the polymer can be determined by extracting with tetrahydrofuran for four hours in a Soxhlet apparatus and, after drying the residue to constant weight, weighing the remaining residue. After the first stage, the monomers used are at least 90%, preferably at least 95% and particularly preferably at least 98% reacted.
  • the monomer feed to the second stage and optionally further subsequent stages is usually as follows:
  • (D2) 0 to 40 preferably 0 to 30, particularly preferably 0 to 25 and very particularly preferably 0 to 20% by weight of at least one free-radically polymerizable compound selected from the group consisting of ethylenically unsaturated nitriles having up to 20 carbon atoms, vinyl esters of carboxylic acids containing up to 20 carbon atoms, vinyl halides containing up to 10 carbon atoms and vinyl ethers of alcohols containing from 1 to 10 carbon atoms,
  • (E2) 0 to 5, preferably 0 to 3, particularly preferably 0 to 1, very particularly preferably 0 to 0.5 and in particular 0% by weight of at least one ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated carboxylic acid,
  • the weight ratio of the sum of the monomers of the first stage (A1) to (11) to the sum of the monomers of the second and further stages (A2) to (12) is from 5:95 to 70:30, preferably from 10:90 to 70: 30, more preferably from 20:80 to 65:35, most preferably from 30:70 to 60:40 and especially from 40:60 to 60:40.
  • This second step may optionally be followed by one or more stages of a radical polymerization with one or more of the monomers (A2) to (12).
  • the product obtained from the last stage generally has a particle size of 50 to 300 nm, preferably from 60 to 250, particularly preferably from 70 to 200 nm, if one works in the presence of at least one emulsifier.
  • the particle size of the polymer obtained from the last stage can be up to 500 nm, preferably up to 400 nm, when working in the absence of emulsifiers.
  • the increase in the diameter of the particles from the first to the second stage is dependent on the copolymerized amounts of monomers of the first and second stage.
  • the increase in the diameter of the particles from the first to the second stage will be from 5 to 50%, preferably from 10 to 40%, particularly preferably from 20 to 35%, very particularly preferably from 25 to 35% and in particular around 30 %.
  • the product obtained from the last stage generally has a weight-average molecular weight Mw based on the sol fraction of 50,000 to 300,000 g / mol.
  • the more emulsifier and the more product from the first stage is present the smaller the particles of the product obtained from the last stage.
  • the polymer dispersions can be prepared in a manner known per se by the generally known methods of emulsion polymerization from the monomers using the customary emulsifying and dispersing auxiliaries and polymerization initiators.
  • Suitable dispersants for carrying out free-radically aqueous emulsion polymerizations are usually emulsifiers used in amounts of from 0 to 3.5% by weight, preferably from 0 to 3% by weight, more preferably from 0.1 to 2, very particularly preferably from 0, 1 to 1, 5 and in particular 0.1 to 1% by weight, based on the total amount of radically polymerizable monomers metered into the free-radical polymerization in all stages.
  • at least one emulsifier is present.
  • Emulsifiers for the purposes of the present specification are those compounds which are capable of stabilizing a dispersion of these phases by reducing the interfacial tension between an organic and an aqueous phase.
  • emulsifiers are, for example, ammonium or alkali metal salts of C 2 to C 20 -alkyl sulfonates, sulfates, phosphonates, phosphates and carboxylates, for example higher fatty alcohol sulfates, such as Na-n-lauryl sulfate, or of C 8 to C 20 -alkylbenzenesulfonates, sulfates, phosphonates, phosphates and carboxylates, all alkoxylated, preferably ethoxylated Cs to C25 fatty alcohols having a degree of ethoxylation of from 5 to 50.
  • alkoxylated alcohols may also be esterified as sulfate, sulfonate, phosphate, C 1 -C 12 -alkylphenols having a degree of ethoxylation of from 3 to 30.
  • the emulsifiers used according to the invention are ionic, in particular anionic, emulsifiers or combinations thereof.
  • the emulsifiers used are those which are incorporated into the polymer during the free-radical polymerization. These are generally compounds which carry at least one free-radically polymerizable group, preferably selected from the group consisting of allyl, acrylate, methacrylate and vinyl ether, and at least one emulsifying group, preferably selected from the group indicated above.
  • Suitable polymerization initiators are all those which are capable of initiating a free-radical emulsion polymerization in aqueous media. They are generally used in amounts of 0.1 to 10 wt .-%, preferably from 0.2 to 4 wt .-%, based on the monomers. Typical compounds are inorganic peroxides, for example sodium and ammonium peroxydisulfate and hydrogen peroxide, organic peroxides such as dibenzoyl peroxide or tert-butyl hydroperoxide and azo compounds such as azoisobutyric acid dinitrile. These initiators are suitable for the customary in the radical emulsion polymerizations reaction temperatures of 50 to 100 ° C.
  • redox systems such as combinations of peroxy compounds and a reducing co-initiator are to be preferred to the sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid, ascorbic acid or ferrous salts.
  • Has proven particularly useful a feed process in which one starts from a template consisting of a portion of the monomers, generally up to 20 wt .-%, water, emulsifier and initiator. The remainder of the monomers and optionally regulators in emulsified form and additionally an aqueous solution of further polymerization initiator are added in accordance with the polymerization.
  • the monomers can be distributed over several feeds and provided with variable metering rate and / or variable content of one or more monomers.
  • different degrees of crosslinking of the inner and outer regions can be produced by leaving the concentration of monomers and crosslinkers in the reaction mixture substantially constant, but the amount of regulator (chain transfer agent, chain transfer agent) is varied.
  • Such molecular weight regulators are known, for example they may be mercapto compounds, such as preferably tertiary dodecylmercaptan, n-dodecylmercaptan, isooctylmercaptopropionic acid, mercaptopropionic acid, dimeric ⁇ -methylstyrene, 2-ethylhexyl-thioglycolic acid ester (EHTG), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane ( MTMO) or terpinolene.
  • the molecular weight regulators are known and described for example in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Vol. XIV / 1, p. 297 ff., 1961, Stuttgart.
  • the polymerization can be carried out as described in EP 853 636 or in US 3804881. The disclosure of these two documents is hereby expressly incorporated by reference.
  • the aqueous polymer dispersion thus obtained preferably has a solids content of from 35 to 65, more preferably from 38 to 55% by weight.
  • the polymer dispersions are characterized by a high stability, it hardly comes to coagulum. With the same hydroxyl number, the same solids content and the same molecular weight, the polymer dispersions according to the invention have a lower viscosity than comparable polymer dispersions which have not been obtained according to the invention.
  • the glass transition temperature T g in this document, is preferably determined according to ISO 1 1357-2-3-7 via differential scanning calorimetry (DSC), preferably at a heating rate of 20 ° C./min.
  • the copolymer obtained from the first stage has a glass transition temperature of from 40 to 150.degree. C., preferably from 50 to 120.degree. C., more preferably from 50 to 100.degree. C., and the product obtained from the last stage is at least 40.degree lower glass transition temperature.
  • Such polymer dispersions can be used with advantage in coating compositions for coating substrates.
  • the minimum film-forming temperature (MFT) of such polymer dispersions used for coating compositions is advantageously not more than 5 ° C. Nevertheless, the resulting films are not sticky.
  • the determination of the minimum film-forming temperature is carried out in such a way that the dispersion is applied to a plate which is heated at one end and cooled at the other (DIN ISO 21 15: 2001 -04). By visual assessment and temperature sensors at close intervals along the plate, the minimum film-forming temperature can be determined.
  • the copolymer obtained from the first stage has a glass transition temperature of not more than 0 ° C, preferably from 0 to -40 ° C and more preferably from -5 to -25 ° C, and that obtained from the last stage Product has a glass transition temperature of not more than 0 ° C, preferably from 0 to -40 ° C and more preferably from -5 to -25 ° C on.
  • Such polymer dispersions may advantageously be used as adhesives for bonding substrates. be set. The minimum film-forming temperature is of course only a minor role in this use.
  • the polymer dispersions can be used as binders for one-component or two-component coating compositions, e.g. for paints, protective coatings, road markings, decorative coatings, paints, coatings.
  • auxiliaries may be added for the different uses, for example leveling agents, thickeners, defoamers, fillers, pigments, dispersing agents for pigments, etc.
  • the coatings can be obtained by applying the coating compositions to suitable substrates, such as wood, concrete, metal, glass, plastic, ceramics, plasters, stone, asphalt, textiles, painted, primed or weathered substrates.
  • suitable substrates such as wood, concrete, metal, glass, plastic, ceramics, plasters, stone, asphalt, textiles, painted, primed or weathered substrates.
  • crosslinker is required as further component, which is, for example, polyisocyanates known to the person skilled in the art for these purposes.
  • the application to the substrate can in a known manner, for. B. by spraying,
  • the coating thickness is generally in a range of about 3 to 1000 g / m 2 and preferably 10 to 200 g / m 2 . Subsequently, the volatile constituents of the dispersions are removed. If desired, this process can be repeated one or more times.
  • the drying can also be carried out by NIR radiation, wherein NIR radiation here electromagnetic radiation in the wavelength range of 760 nm to 2.5 ⁇ , preferably from 900 to 1500 nm is designated.
  • NIR radiation here electromagnetic radiation in the wavelength range of 760 nm to 2.5 ⁇ , preferably from 900 to 1500 nm is designated.
  • the drying can be carried out at a temperature of ambient temperature to 100 ° C over a period of a few minutes to several days.
  • the polymer dispersion of the invention is particularly suitable as a binder for paints and as a binder for paints.
  • anticorrosion agents such as corrosion inhibitors or active corrosion protection pigments, e.g. Zinc phosphate be included.
  • the surfaces of iron, steel, Zn, Zn alloys, Al or Al alloys are treated as substrates for corrosion protection.
  • the Surfaces may be uncoated, coated with zinc, aluminum or their alloys, hot dip galvanized, electrogalvanised, sherardised or precoated with primers. Paints, also called emulsion paints, are one of the largest product groups in the paint and paint industry (see Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4th ed., Volume 15, Verlag Chemie, Weinheim 1978, p 665).
  • Emulsion paints usually contain as binder a film-forming polymer and as a coloring component at least one inorganic pigment, further inorganic fillers and auxiliaries, such as defoamers, thickeners, wetting agents and optionally film-forming agents.
  • Another important property of the polymer dispersions is the good blocking resistance of the paints, which means a low adhesion of the paint film to itself under pressure load and elevated temperature (good blocking resistance).
  • the paints of the invention preferably contain pigments and fillers in amounts such that the pigment volume concentration (PVK) is 15% to 85% and particularly preferably 25% to 55%.
  • Typical pigments include, for example, titanium dioxide, preferably in rutile form, barium sulfate, zinc oxide, zinc sulfide, basic lead carbonate, antimony trioxide, lithopone (zinc sulfide + barium sulfate).
  • the emulsion paints may also contain colored pigments such as iron oxides, carbon black, graphite, luminescent pigments, zinc yellow, zinc green, ultramarine, manganese black, antimony black, manganese violet, Paris blue or Schweinfurter green.
  • the emulsion paints of the invention may also organic color pigments, for. B.
  • Suitable fillers include aluminosilicates, such as feldspars, silicates, such as kaolin, talc, mica, magnesite, alkaline earth carbonates, such as calcium carbonate, for example in the form of calcite or chalk, magnesium carbonate, dolomite, alkaline earth sulfates, such as calcium sulfate, silicon dioxide, etc.
  • the fillers can be used as Single components are used. In practice, however, filler mixtures have proven particularly useful, for. As calcium carbonate / kaolin, calcium carbonate / talc.
  • opacity and to save white pigments are often finely divided fillers, eg. As finely divided calcium carbonate or mixtures of different calcium carbonate used with different particle sizes.
  • finely divided calcium carbonate or mixtures of different calcium carbonate used with different particle sizes.
  • the opacity of the color and the depth of shade are preferably used blends of color pigments and fillers.
  • polymer powders are accessible from the novel aqueous polymer dispersions in a simple manner (for example freeze drying or spray drying).
  • These polymer powders obtainable in accordance with the invention can also be used as components in the production of adhesives, sealants, plastic plasters, paper coating slips, fiber webs, paints and coating compositions for organic substrates and for the modification of mineral binders.
  • the solids content was generally determined by drying a defined amount of the aqueous polymer dispersion (about 1 g) in an aluminum crucible with an inner diameter of about 5 cm at 140 ° C. in a drying oven to constant weight. Two separate measurements were made. The values given in the examples represent the mean value of the respective two measurement results.
  • the viscosity of the resulting dispersions was determined dynamically at 23 ° C. and a rate gradient of 100 S -1 according to DIN EN ISO 3219.
  • feed 1 was metered in continuously within 40 minutes at a constant flow rate. After the end of feed 1, 12 g of water were added to the polymerization mixture. Thereafter, the polymerization mixture was allowed to react for a further 10 minutes at 80.degree. Thereafter, 3.1 g of a 3 wt .-% aqueous ammonia solution were added to the polymerization. Subsequently, feed 2 was metered in continuously within 90 minutes at a constant flow rate. After completion of feed 2, 12 g of water were added to the polymerization mixture. Thereafter, the polymerization mixture was allowed to react for a further 100 minutes at 80.degree.
  • the aqueous polymer dispersion obtained was then cooled to room temperature, mixed with 62.9 g of deionized water and filtered through a 125 ⁇ m filter.
  • Feed 1 (homogeneous mixture of):
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 42.5% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 78 nm.
  • Comparative Example 1 The preparation of Comparative Example 1 was carried out analogously to the preparation of Example 1 with the difference that in feed 1 13.5 g of methacrylic acid instead of the hydroxyethyl methacrylate was used and that instead of 3.1 g of a 3 wt .-% aqueous ammonia solution 5.0 g a 3 wt .-% aqueous ammonia solution were added.
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 42.6% by weight.
  • the weight average particle diameter of the polymer dispersion was 74 nm.
  • feed 1 was metered in continuously within 40 minutes at a constant flow rate.
  • the polymerization mixture was allowed to react for a further 10 minutes at 80.degree. Thereafter, the polymerization mixture 13.5 g of a 2 wt .-% aqueous ammonia solution were added continuously within 10 minutes at a constant flow rate.
  • feed 2 was metered in continuously within 90 minutes at a constant flow rate.
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 42.5% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 91 nm.
  • the viscosity was determined to be 39 mPas.
  • Feed 1 (homogeneous mixture of):
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 42.6% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 77 nm.
  • the viscosity was determined to be 75 mPas.
  • Adeka® Reasoap® SR-1025 (Asahi Denka Co) and heated to 80 ° C. with stirring. Upon reaching this temperature, 25.7 g of a 7 wt .-% aqueous solution of sodium peroxodisulfate was added and stirred for two minutes.
  • feed 1 was metered in continuously within 40 minutes at a constant flow rate.
  • 12.0 g of deionized water were added to the polymerization mixture.
  • the polymerization mixture was allowed to react for a further 10 minutes at 80.degree. Thereafter, the polymerization mixture 1, 9 g of a 3 wt .-% were continuously metered in aqueous ammonia solution within 10 minutes at a constant flow rate.
  • feed 2 was metered in continuously over a period of 90 minutes at a constant flow rate.
  • 40 minutes after the start of feed 2 0.9 g of a 3% strength by weight aqueous ammonia solution were added continuously to the polymerization mixture in the course of 10 minutes at a constant flow rate parallel to the feed 2 which was running.
  • 12 g of water were added to the polymerization mixture.
  • the polymerization mixture was allowed to react for a further 90 minutes at 80.degree.
  • the polymerization mixture 1, 7 g of a 5 wt .-% aqueous ammonia solution were added continuously within 10 minutes at a constant flow rate.
  • Adeka® Reasoap® SR-1025 Adeka® Reasoap® SR-1025 (Asahi Denka Co)
  • Adeka® Reasoap® SR-1025 (Asahi Denka Co)
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 42.6% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 97 nm.
  • the viscosity was determined to be 42 mPas.
  • Example 4 In a equipped with dosing and temperature control polymerization vessel were at 20 to 25 ° C (room temperature) under a nitrogen atmosphere
  • feed 1 was metered in continuously within 40 minutes at a constant flow rate. After the end of feed 1, 24.0 g of deionized water were added to the polymerization mixture. Subsequently, the polymerization mixture was allowed to react for a further 20 minutes at 70.degree.
  • feed 2 was metered in continuously within 90 minutes at a constant flow rate.
  • aqueous polymer dispersion was cooled to room temperature, admixed with 1 15.5 g of a 18.7% strength by weight aqueous solution of adipic acid dihydrazide and filtered through a 125 ⁇ m filter.
  • Feed 1 (homogeneous mixture of):
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 41.6% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 140 nm.
  • the viscosity was determined to be 10 mPas.
  • Example 5 was carried out analogously to the preparation of Example 1 with the difference that in feed 1 instead of 13.5 g of n-butyl acrylate 85.5 g of n-butyl acrylate and instead of 86.4 g of methyl methacrylate 14.4 g of methyl methacrylate were used, that instead of 57.8 g of a 18.7% strength by weight aqueous solution of adipic dihydrazide, 45.0 g of a 12% strength by weight aqueous solution of adipic dihydrazide were used and that feed 2 consisted of a homogeneous mixture of:
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 40.2% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 93 nm.
  • the viscosity of the polymer dispersion obtained was 73 mPas.
  • Example 6 The preparation of Example 6 was carried out analogously to the preparation of Example 3, with the difference that, instead of 14.4 g of Adeka® Reasoap® SR-1025, 12.0 g of a 15% strength by weight aqueous solution of sodium lauryl sulfate were initially charged instead of 40 , 9 g of a 13.2 wt .-% aqueous solution of adipic dihydrazide 48.1 g of a 26.2 wt .-% aqueous solution of adipic dihydrazide was used, that feed 1 composed of a homogeneous mixture of:
  • feed 1 was metered in uniformly over 90 minutes instead of 40 minutes, while feed 2 was uniformly metered in over 40 minutes instead of 90 minutes.
  • the additions of each 12.0 g of deionized water were carried out after the inlet ends of feed 1 and 2, the addition of the aqueous ammonia solution was carried out at the same distance from the beginning of the reaction as in Example 3.
  • the aqueous polymer dispersion had a solids content of 42.4 wt. -% on.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 99 nm.
  • the viscosity of the polymer dispersion obtained was 39 mPas.
  • Example 7 The preparation of Example 7 was carried out analogously to the preparation of Example 6 with the difference that instead of 12.0 g of a 15 wt .-% aqueous solution of sodium lauryl sulfate 6.0 g of a 15 wt .-% aqueous solution of sodium lauryl sulfate were submitted , in feed 2 instead of 64.6 g of 71, 6 g of deionized water and instead of 2.7 g of 1, 35 g of a 15 wt .-% aqueous solution of sodium lauryl sulfate was used and feed 1 composed of a homogeneous mixture of:
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 42.7% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 102 nm.
  • the viscosity of the resulting polymer dispersion was 23 mPas.
  • Example 8 The preparation of Example 8 was carried out analogously to the preparation of Example 3 with the difference that feed 1 composed of a homogeneous mixture of 33.0 g of deionized water
  • Feed 2 is composed of a homogeneous mixture of:
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 43.1% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 143 nm.
  • the viscosity of the resulting polymer dispersion was 21 mPas.
  • the polymer dispersion obtained had a weight-average molecular weight, based on the sol fraction of about 204,000 g / mol.
  • Example 9 The preparation of Example 9 was carried out analogously to the preparation of Example 8 with the difference that in feed 1 instead of 21, 6 g of hydroxyethyl methacrylate 21, 6 g of hydroxyethyl lacrylat was used.
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 42.9% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 153 nm.
  • the viscosity of the resulting polymer dispersion was 22 mPas.
  • Example 10 The preparation of Example 10 was carried out analogously to the preparation of Example 8 with the difference that feed 1 composed of a homogeneous mixture
  • methyl methacrylate And Feed 2 is composed of a homogeneous mixture of:
  • feed 1 was metered in uniformly over 5 minutes instead of 40 minutes, while feed 2 was metered in uniformly over 125 minutes instead of 90 minutes.
  • the additions of each 12.0 g of deionized water were carried out after the feed ends of feed 1 and 2, the additions of the aqueous ammonia solution were carried out at the same distance from the beginning of the reaction as in Example 3, and instead of 40.9 g of a 13.2 wt .-% aqueous solution of adipic dihydrazide 36.4 g of a 2.5 wt .-% aqueous solution of adipic dihydrazide used.
  • the aqueous polymer dispersion obtained had a solids content of 43.0% by weight.
  • the weight-average particle diameter of the polymer dispersion was 128 nm.
  • the viscosity of the resulting polymer dispersion was 23 mPas.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsmassen, die Dispersionen von zweistufig erhaltenen Polymeren enthalten, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.

Description

Polymerdispersionen Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsmassen, die Dispersionen von mehrstufig erhaltenen Polymeren enthalten, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
US 395771 1 beschreibt einstufige Polymere mit einem Hydroxyalkyl(meth)acrylat als Schutzkolloid, das in situ hergestellt und gefolgt von der Polymerisation anderer Monomere wird.
US 7317056 beschreibt zweistufig hergestellte Polymere für druckempfindliche Klebstoffe, in deren erster Stufe ein hoher Anteil Acrylsäure und Hydroxyalkylacrylate ein- polymerisiert wird. Die nach dem dort beschriebenen Verfahren zeigen eine hohe Viskosität, was eine Verringerung des Feststoffanteils in der fertigen Dispersion erforderlich macht.
E. P. Pedraza, M. D. Soucek, Polymer (2005), 46(24), 1 1 174-85 beschreiben Latizes aus Kern-Schale Polymeren, deren Kern aus (Meth)acrylaten und Hydroxyethyl- methacrylat und deren Schale aus (Meth)acrylaten und Methacrylsäure aufgebaut ist. Die Polymerisation liefert große Partikel mit einer gemittelten Partikelgröße von mehr als 300 nm und einer z.T. bimodalen Partikelgrößenverteilung. Nachteilig ist, dass gemäß der Lehre dieser Schrift ein hoher Anteil von mehr als 4% Emulgatoren, bezogen auf die Summe der eingesetzten Monomere, notwendig ist.
G. Teng, M. D. Soucek, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 40, 4256-4265 (2002) beschreiben Latizes aus Kern-Schale Polymeren, deren Kerne und Schalen je entweder aus (Meth)acrylaten oder aus (Meth)acrylaten und Hydroxye- thylmethacrylat aufgebaut sind. Die Polymerisation liefert große Partikel mit einer gemittelten Partikelgröße von mehr als 250 nm.
Nachteilig ist auch hier, dass gemäß der Lehre dieser Schrift ein hoher Anteil von mehr als 4% Emulgatoren bezogen auf die Summe der eingesetzten Monomere notwendig ist.
EP 1602701 A1 beschreibt die Polymerisation von Monomeren in Gegenwart eines Schutzkolloid, das aus bestimmten hydrophoben und hydrophilen Monomeren hergestellt wird. Nachteilig ist, daß gemäß der Lehre dieser Schrift ein hoher Anteil von mehr als 40% hydrophiler Monomere für die Polymerisation eingesetzt wird, was zu Polymeren mit einer lediglich geringen Wasserstabilität führt. WO 00/5276 beschreibt zweistufig hergestellte Polymere, in deren erster Stufe ein hoher Anteil Acrylsäure einpolymerisiert wird. Die nach dem dort beschriebenen Verfahren zeigen eine hohe Viskosität, was eine Verringerung des Feststoffanteils in der fertigen Dispersion erforderlich macht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Polymerdispersionen für Beschichtungs- massen zur Verfügung zu stellen, die in der Herstellung möglichst ohne oder lediglich mit einer geringen Menge Emulgator auskommen, eine verringerte Viskosität zeigen und zu Beschichtungen mit einer verbesserten Wasserstabilität führen.
Die Aufgabe wurde gelöst durch eine Beschichtungsmasse, enthaltend mindestens eine Polymerdispersion, erhältlich durch mindestens zweistufige Emulsionspolymerisation von in einer ersten Stufe Umsetzung
(A1 ) mindestens eines (Meth)acrylsäurealkylesters,
(B1 ) optional mindestens eines Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
(C1 ) mindestens eines Hydroxyalkyl(meth)acrylats,
(D1 ) optional mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C- Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalo- geniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen,
(E1 ) optional mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure,
(F1 ) optional mindestens einem Vernetzer,
(G1 ) optional mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester (Ureidoethyl (meth)acrylat), Acetoacetoxyethyl acrylat, Acetoacetoxypropyl methacrylat, Acetoacetoxybutyl methacrylat, 2-(Acetoacetoxy) ethyl methacrylat, Diacetonacrylamid (DAAM) und Diaceton- methacrylamid,
(H1 ) optional mindestens einer Verbindung mit einer (Meth)acrylat- und einer Epo- xygruppe und
(11 ) optional mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäureamid, in Gegenwart mindestens eines Initiators und optional in Gegenwart mindestens eines Emulgators sowie optional in Gegenwart mindestens eines Reglers, mit der Maßgabe, daß das aus der ersten Stufe erhaltene Copolymer
- eine Säurezahl von nicht mehr als 10 mg KOH/g Polymer,
- eine Hydroxyzahl von 2 bis 100 mg KOH/g Polymer,
- eine Teilchengröße von 20 bis 300, bevorzugt 30 bis 200 nm und
- ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 5.000 bis 200.000 g/mol aufweist,
und die Summe der Monomere (C1 ) und (11 ) von 0,5 bis 20 Gew% beträgt, gefolgt von einer radikalischen Polymerisation in einer Folgestufe in Gegenwart des in der ersten Stufe hergestellten Copolymers von
(A2) mindestens einem (Meth)acrylsäurealkylester,
(B2) optional mindestens einem Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
(C2) optional mindestens einem Hydroxyalkyl(meth)acrylat,
(D2) optional mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C- Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalo- geniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen,
(E2) optional mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure,
(F2) optional mindestens einem Vernetzer und
(G2) optional mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester (Ureidoethyl (meth)acrylat), Acetoacetoxyethyl acrylat, Acetoacetoxypropyl methacrylat, Acetoacetoxybutyl methac- rylat, 2-(Acetoacetoxy) ethyl methacrylat, Diacetonacrylamid (DAAM) und Diaceton- methacrylamid,
(H2) optional mindestens einer Verbindung mit einer (Meth)acrylat- und einer Epo- xygruppe und
(12) optional mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäureamid, optional gefolgt von einer oder mehreren weiteren Stufen einer radikalischen Polymerisation mindestens eines Monomeren, wobei die Menge des optional mindestens einen Emulgators 0 bis 3,5 Gew% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der in allen Stufen in die radikalische Polymerisation eindosierten radikalisch polymerisierbaren Monomere, mit der Maßgabe, daß
- das Gewichtsverhältnis der Summe der Monomere der ersten Stufe (A1 ) bis (11 ) zur Summe der Monomere der Folgestufen (A2) bis (12) von 5:95 bis 70:30 beträgt,
- das aus der letzten Stufe erhaltene Produkt eine Teilchengröße von 50 bis 500 nm aufweist,
- die Säurezahl des Produktes der letzten Stufe nicht höher ist als die Säurezahl des Produktes der ersten Stufe und
- die Hydroxyzahl des Produktes der letzten Stufe nicht höher ist als die Hydroxyzahl des Produktes der ersten Stufe. In die Polymerisation können erfindungsgemäß folgende Monomere eingesetzt werden:
(Meth)acrylsäurealkylester (A1 ) und (A2)
Dies umfaßt bevorzugt solche (Meth)acrylsäurealkylester, deren linearer oder verzweigter Alkylrest 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist, besonders bevorzugt 1 bis 10, ganz besonders bevorzugt 1 bis 8 und insbesondere 1 bis 4 Kohlenstoffatome. Zu nennen als Beispiele für (Meth)acrylsäurealkylester sind
(Meth)acrylsäuremethylester, (Meth)acrylsäureethylester, (Meth)acrylsäure-n- propylester, (Meth)acrylsäure-n-butylester, (Meth)acrylsäure-/so-butylester,
(Meth)acrylsäure-se/ -butylester, (Meth)acrylsäure-n-pentylester, (Meth)acrylsäure-/so pentylester, (Meth)acrylsäure-2-methyl-butylester, (Meth)acrylsäureamylester, (Meth)acrylsäure-n-hexylester, (Meth)acrylsäure-2-ethylbutylester,
(Meth)acrylsäurepentylester, (Meth)acrylsäure-n-heptylester, (Meth)acrylsäure-n- octylester, (Meth)acrylsäure-2-ethylhexylester, (Meth)acrylsäure-2-propylheptylester, (Meth)acrylsäure-n-decylester, (Meth)acrylsäureundecylester und (Meth)acrylsäure-n- dodecylester.
Bevorzugt sind Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, n- Hexylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und 3-Propylheptylacrylat.
Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.
Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen (B1 ) und (B2)
Dabei handelt es sich um optional substituierte aromatische Systeme mit einer Vinylgruppe, die sich in Konjugation zum aromatischen Ringsystem befindet.
Solche substituierten Vinylaromaten weisen eine oder mehrere, bevorzugt eine 1 bis 10 Kohlenstoffatome, bevorzugt 1 bis 6 und besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisende lineare oder verzweigte Alkylgruppe auf, die sich am Aromaten oder an der Vinylgruppe befinden kann. Befindet sich der Substituent am Aromaten, so kann sich der Substituent bevorzugt in ortho- oder para-Position, besonders bevorzugt in para-Position zur Vinylgruppe befinden.
Als vinylaromatische Verbindungen kommen Vinyltoluol, Vinylnaphthalin, o und p- Methylstyrol, α-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol und α-Methylstyrol in Betracht.
Hydroxyalkyl(meth)acrylat (C1 ) und (C2) Bei den Hydroxyalkyl(meth)acrylaten handelt es sich um solche (Meth)acrylsäureester, deren Alkylengruppe ein bis 10, bevorzugt 2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 6, ganz besonders bevorzugt 2 bis 4 und insbesondere 2 oder 3 Kohlenstoffatome umfaßt.
Bevorzugte Hydroxyalkyl(meth)acrylate sind beispielsweise (Meth)acrylsäure-2- hydroxyethylester, (Meth)acrylsäure-2-hydroxypropylester, (Meth)acrylsäure-3- hydroxypropylester und (Meth)acrylsäure-4-hydroxybutylester. Besonders bevorzugt sind (Meth)acrylsäure-2-hydroxyethylester und (Meth)acrylsäure- 2-hydroxypropylester, ganz besonders bevorzugt ist (Meth)acrylsäure-2- hydroxyethylester.
Denkbar sind auch solche Hydroxyalkyl(meth)acrylate, die mehr als eine Hydroxygrup- pe aufweisen, beispielsweise zwei bis fünf, bevorzugt zwei bis vier, besonders bevorzugt zwei bis drei. Beispiele dafür sind Glycerinmono(meth)acrylat, Trimethylolpropan- mono(meth)acrylat, Pentaerythritmono(meth)acrylat und Mono(meth)acrylate von Zuckeralkoholen, wie beispielsweise Sorbit, Mannit, Diglycerol, Threit, Erythrit, Adonit (Ribit), Arabit (Lyxit), Xylit, Dulcit (Galactit), Maltit und Isomalt.
Radikalisch polymerisierbaren Verbindung (D1 ) und (D2)
Die Verbindungen (D1 ) und (D2) sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethy- lenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C- Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalogeniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen und besonders bevorzugt handelt es sich um ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen.
Ethylenisch ungesättigte Nitrile mit bis zu 20 C-Atomen
Beispiele für ethylenisch ungesättigte Nitrile sind Fumarsäuredinitril, Acrylnitril und Methacrylnitril, bevorzugt Acrylnitril und Methacrylnitril und besonders bevorzugt Acrylnitril.
Vinylester von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren
Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen sind z.B. Vinyllaurat, Vinylstearat, Vinylpropionat, Versaticsäurevinylester, Vinylbutyrat und Vinylacetat, bevorzugt Vinyl- acetat.
Vinylhalogenide mit bis zu 10 C-Atomen Die Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid. Vinylether von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen
Als Vinylether zu nennen sind z.B. Methylvinylether, Ethylvinylether, n-Propylvinylether, /so-Propylvinylether, n-Butylvinylether, se/ -Butylvinylether, /so-Butylvinylether, tert- Butylvinylether und n-Octylvinylether. Bevorzugt wird Vinylether von 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkoholen. α,β-Ethylenisch ungesättigten Carbonsäure (E1 ) und (E2)
Dabei handelt es sich um 3 bis 10, bevorzugt 3 bis 6, besonders bevorzugt 3 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisende α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren.
Bevorzugt sind (Meth)acrylsäure, Crotonsäure oder Dicarbonsäuren, z.B. Itaconsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure, besonders bevorzugt Methacrylsäure und Acrylsäure. (Meth)Acrylsäure steht in dieser Beschreibung für Methacrylsäure und Acrylsäure.
Vernetzer (F1 ) und (F2)
Vernetzer sind solche, die mindestens zwei radikalisch polymerisierbare Doppelbin- düngen aufweisen, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt 2 bis 4, ganz besonders bevorzugt 2 bis 3 und insbesondere genau 2.
Als Beispiele genannt seien für Di- und Poly(meth)acrylate 1 ,2-, 1 ,3- und 1 ,4- Butandioldiacrylat, 1 ,2- und 1 ,3-Propylenglykol(meth)acrylat, 1 ,6- Hexandioldi(meth)acrylat, 1 ,2-Ethylenglykoldi(meth)acrylat, Neopentylglykol- di(meth)acrylat, Diethylenglykoldi(meth)acrylat, Triethylenglykoldi(meth)acrylat, Te- traethylenglykoldi(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Trimethylo- lethantri(meth)acrylat, Pentaerythritoltri- und -tetra(meth)acrylat. Ferner erwähnt sei Divinylbenzol.
Besonders bevorzugt sind die Vernetzer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Divinylbenzol, 1 ,4-Butandioldiacrylat und Allylmethacrylat. Wenn Verbindungen (F1 ) und (F2) eingesetzt werden, so werden diese bevorzugt in der zweiten Stufe und nicht in der ersten Stufe eingesetzt, d.h. wenn die Menge an ((F1 ) + (F2)) 0 ist, so ist bevorzugt die Menge an (F2) Φ 0 und (F1 ) = 0. Verbindungen (G1 ) und (G2) sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
(Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester (Ureidoethyl (meth)acrylat), N- [2-(2-oxo-oxazolidin-3-yl)-ethyl]-methacrylat, Acetoacetoxyethyl acrylat, Acetoaceto- xypropyl methacrylat, Acetoacetoxybutyl methacrylat, 2-(Acetoacetoxy) ethyl methacry- lat, Diacetonacrylamid (DAAM) und Diacetonmethacrylamid.
Bevorzugt sind (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester, (Acetoacetoxy) ethyl methacrylat und Diacetonacrylamid, besonders bevorzugt sind (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester und (Acetoacetoxy) ethyl methacrylat und ganz besonders bevorzugt ist Diacetonacrylamid.
Wenn Verbindungen (G1 ) und (G2) eingesetzt werden, so werden diese bevorzugt in der ersten Stufe und nicht in der zweiten Stufe eingesetzt, d.h. wenn die Menge an ((G1 ) + (G2)) 0 ist, so ist bevorzugt die Menge an (G1 ) Φ 0 und (G2) = 0.
(H 1 ) und (H2)
Bei diesen Verbindungen handelt es sich um mindestens eine Verbindung mit einer (Meth)acrylat- und einer Epoxygruppe. Insbesondere zu erwähnen sind Glycidylacrylat und Glycidylmethacrylat, bevorzugt Glycidylmethacrylat.
(11 ) und (12)
Bei diesen Verbindungen handelt es sich um mindestens ein α,β-ethylenisch ungesät- tigtes Carbonsäureamid, bevorzugt um ein Amid der unter (C1 ) und (C2) bezeichneten Carbonsäuren.
Besonders bevorzugt sind (Meth)acrylsäureamid, Crotonsäureamid oder Amide von Dicarbonsäuren, z.B. Itaconsäurediamid, Maleinsäurediamid oder Fumarsäurediamid, besonders bevorzugt Methacrylsäureamid und Acrylsäureamid, ganz besonders bevorzugt Acrylsäureamid.
Wenn Verbindungen (11 ) und (12) eingesetzt werden, so werden diese bevorzugt in der ersten Stufe und nicht in der zweiten Stufe eingesetzt, d.h. wenn die Menge an ((11 ) + (12)) Φ 0 ist, so ist bevorzugt die Menge an (11 ) Φ 0 und (12) = 0.
Es können weiterhin in untergeordneten Mengen, beispielsweise in weniger als 5 Gew%, bevorzugt weniger als 3 Gew%, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew%, ganz besonders bevorzugt 0 Gew% andere als die oben aufgeführten Monomere ein- gesetzt werden, was jedoch weniger bevorzugt ist.
Die Monomerzusammensetzung der ersten Stufe ist in der Regel wie folgt: (A1 ) 30 bis 99,5, bevorzugt 40 bis 99, besonders bevorzugt 50 bis 97 Gew% mindestens eines (Meth)acrylsäurealkylesters
(B1 ) 0 bis 70, bevorzugt 5 bis 60, besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew% mindestens eines Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
(C1 ) 0,5 bis 20, bevorzugt 1 bis 15, besonders bevorzugt 3 bis 10 Gew% mindestens eines Hydroxyalkyl(meth)acrylats,
(D1 ) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 0 Gew% mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung aus- gewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalo- geniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen, und
(E1 ) 0 bis 5, bevorzugt 0 bis 3, besonders bevorzugt 0 bis 1 , ganz besonders bevor- zugt 0 bis 0,5 und insbesondere 0 Gew% mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure,
(F1 ) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 0 Gew%
(G1 ) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 0 Gew%
(1-11 ) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 0 Gew%
(11 ) 0 bis 19,5, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 0 Gew% wobei die Summe, bezogen auf die in die erste Stufe eingesetzten Monomere, immer 100 Gew% ergibt und die Menge des Monomeren (E1 ) so bemessen ist, daß das aus der ersten Stufe erhaltene Polymer eine Säurezahl von nicht mehr als 10 mg KOH/g, bevorzugt nicht mehr als 8, besonders bevorzugt nicht mehr als 5, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 3, insbesondere nicht mehr als 1 mg KOH/g und speziell von 0 mg KOH/g aufweist mit der Maßgabe, daß die Summe der Monomere (C1 ) und (11 ) von 0,5 bis 20 Gew%, bevorzugt von 0,5 bis 15, besonders bevorzugt von 0,5 bis 10 und ganz besonders bevorzugt von 1 bis 10 Gew% beträgt. Die Säurezahl wird in dieser Schrift, wenn nicht anders angegeben, gemäß DIN EN ISO 3682 (potentiometrisch) bestimmt.
Die Hydroxyzahl des aus der ersten Stufe erhaltenen Polymers beträgt von 2 bis 100 mg KOH/g, bevorzugt von 5 bis 80 und besonders bevorzugt von 8 bis 60 mg KOH/g.
Die Hydroxyzahl wird in dieser Schrift, wenn nicht anders angegeben, gemäß DIN 53240-2 (potentiometrisch bei einer Acetylierungszeit von 20 Minuten) bestimmt. Die Teilchengröße des aus der ersten Stufe erhaltenen Polymers beträgt in der Regel von 20 bis 80 nm, bevorzugt 30 bis 60 nm wenn in Gegenwart mindestens eines Emul- gators gearbeitet wird.
Ist dagegen kein Emulgator anwesend, so kann die Teilchengröße bis zu 350, bevorzugt bis zu 300, besonders bevorzugt bis zu 250 und ganz besonders bevorzugt bis zu 200 nm betragen. Als Teilchengröße wird in dieser Schrift der gewichtsmittlere Durchmesser der Polymerpartikel in der Dispersion (bestimmt gemäß IS013321 mit einem High Performance Particle Sizer von der Fa. Malvern bei 22 °C und einer Wellenlänge von 633 nm) verstanden. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht Mw des aus der ersten Stufe erhaltenen Polymers beträgt von 5.000 bis 200.000 g/mol, bevorzugt von 7.000 bis 100.000, besonders bevorzugt von 8.000 bis 50.000 und ganz besonders bevorzugt von 10.000 bis 30.000. In dieser Schrift wird das gewichtsmittlere Molekulargewicht Mw, wenn nicht anders angegeben, bestimmt über eine Größenausschlußchromatographie (size exclusion chromatography, SEC) mit Tetrahydrofuran + 0,1 Gew% Trifluoressigsäure als Eluent bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 1 ml/min und 35 °C Säulentemperatur. Die Probe wird im Eluenten auf eine Konzentration von 2 mg/ml verdünnt und 100 μΙ davon injiziert, nachdem die Probelösung über ein 0,2 μηη Filter (Sartorius Minisart SRP 25) zur Entfernung eines etwaigen Gelanteils filtriert wurde. Als Säulen wurden drei Säulen mit einem inneren Durchmesser von 7,5 mm kombiniert wie folgt: 5 cm Vorsäule (Plgel 10μ Guard Vorsäule) gefolgt von zwei 30 cm Trennsäulen (jeweils Plgel 10μ Mixed B). Die Detektion erfolgte mittels eines Differentialrefraktometers Agilent 1 100, UV- Photometer Agilent 1 100 VWD, PSS SLD7000-BI-MwA (UV/254 nm/Agilent). Die Kalibrierung erfolgte mit eng verteiltem Polystyrol-Standards der Fa. Polymer Laboratories mit Molekulargewichten von M = 580 bis M = 7.500.000, sowie Hexylbenzol (M = 162). Die Werte außerhalb des Elutionsbereichs wurden extrapoliert. Durch die der Molekulargewichtsbestimmung vorgeschalteten Filtration wird ein etwaiger Gelanteil des Polymeren entfernt, so daß sich die angegebenen Werte auf den Solanteil beziehen.
Der unlösliche Anteil des Polymeren kann bestimmt werden durch vierstündige Extrak- tion mit Tetrahydrofuran in einer Soxhlet-Apparatur und, nach Trocknung des Rückstandes bis zur Gewichtskonstanz, Wägung des verbliebenen Rückstandes. Nach der ersten Stufe sind die eingesetzten Monomeren zu mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95% und besonders bevorzugt zu mindestens 98% abreagiert.
Der Monomerenzulauf in die zweite Stufe und optional weitere darauf folgende Stufen ist in der Regel wir folgt:
(A2) 1 bis 100, bevorzugt 2 bis 95, besonders bevorzugt 5 bis 90 Gew%, ganz besonders bevorzugt 10 bis 80 Gew% mindestens eines (Meth)acrylsäurealkylesters, (B2) 0 bis 70, bevorzugt 0 bis 60, besonders bevorzugt 0 bis 50 Gew% mindestens eines Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
(C2) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 15, besonders bevorzugt 0 bis 10 Gew% mindestens eines Hydroxyalkyl(meth)acrylats,
(D2) 0 bis 40, bevorzugt 0 bis 30, besonders bevorzugt 0 bis 25 und ganz besonders bevorzugt 0 bis 20 Gew% mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinyl- halogeniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen,
(E2) 0 bis 5, bevorzugt 0 bis 3, besonders bevorzugt 0 bis 1 , ganz besonders bevor- zugt 0 bis 0,5 und insbesondere 0 Gew% mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure,
(F2) 0 bis 3,5 Gew%, bevorzugt 0 bis 2,5, besonders bevorzugt 0 bis 1 ,5 und ganz besonders bevorzugt 0 bis 1 Gew% mindestens eines Vernetzers und
(G2) 0 bis 10, bevorzugt 1 bis 10, besonders bevorzugt 2 bis 10, ganz besonders be- vorzugt 5 bis 10 Gew%,
(H2) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 0 Gew%
(12) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 10, besonders bevorzugt 0 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 0 Gew% wobei die Summe, bezogen auf die in die zweite und weitere Stufen dosierten Monomere, immer 100 Gew% ergibt.
Das Gewichtsverhältnis der Summe der Monomere der ersten Stufe (A1 ) bis (11 ) zur Summe der Monomere der zweiten und weiteren Stufe (A2) bis (12) beträgt von 5:95 bis 70:30, bevorzugt von 10:90 bis 70:30, besonders bevorzugt von 20:80 bis 65:35, ganz besonders bevorzugt von 30:70 bis 60:40 und insbesondere von 40:60 bis 60:40.
Dieser zweiten Stufe können sich optional noch eine oder mehrere Stufen einer radika- lischen Polymerisation mit einem oder mehreren der Monomer (A2) bis (12) anschließen. Das aus der letzten Stufe erhaltene Produkt weist in der Regel eine Teilchengröße von 50 bis 300 nm, bevorzugt von 60 bis 250, besonders bevorzugt von 70 bis 200 nm auf, sofern man in Gegenwart mindestens eines Emulgatoren arbeitet. Die Teilchengröße des aus der letzten Stufe erhaltenen Polymers kann bis 500 nm, bevorzugt bis 400 nm betragen, wenn in Abwesenheit von Emulgatoren gearbeitet wird.
Die Zunahme des Durchmessers der Teilchen von der ersten zur zweiten Stufe ist ab- hängig von den einpolymerisierten Monomermengen der ersten und zweiten Stufe. In der Regel wird der Zuwachs des Durchmessers der Teilchen von der ersten zur zweiten Stufe von 5 bis 50% betragen, bevorzugt von 10 bis 40%, besonders bevorzugt von 20 bis 35%, ganz besonders bevorzugt von 25 bis 35% und insbesondere um 30%. Das aus der letzten Stufe erhaltene Produkt weist in der Regel ein gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw bezogen auf den Solanteil von 50.000 bis 300.000 g/mol auf.
In der Regel sind die Teilchen des aus der letzten Stufe erhaltenen Produktes umso kleiner, je mehr Emulgator und je mehr Produkt aus der ersten Stufe anwesend ist.
Die Polymerdispersionen lassen sich in an sich bekannter Weise nach den allgemein bekannten Verfahren der Emulsionspolymerisation aus den Monomeren unter Verwendung der üblichen Emulgier- und Dispergierhilfsmittel und Polymerisationsinitatoren herstellen.
Als Dispergiermittel für die Durchführung von radikalisch wässerigen Emulsionspolymerisationen kommen üblicherweise eingesetzten Emulgatoren in Mengen von 0 bis 3,5 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis 3 Gew.-% besonders bevorzugt von 0,1 bis 2, ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 1 ,5 und insbesondere 0,1 bis 1 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der in allen Stufen in die radikalische Polymerisation eindosierten radikalisch polymerisierbaren Monomere, in Betracht. Bevorzugt ist mindestens ein Emulgator anwesend.
Als Emulgatoren im Sinne der vorliegenden Schrift werden solche Verbindungen be- zeichnet, die in der Lage sind durch Verringerung der Grenzflächenspannung zwischen einer organischen und eine wäßrigen Phase eine Dispersion dieser Phasen zu stabilisieren.
Weitere gebräuchliche Emulgatoren sind z.B. Ammonium- oder Alkalimetallsalze von Cs bis C2o-Alkylsulfonaten, -sulfaten, -phosphonaten, -phosphaten und -carboxylaten, wie z.B. höherer Fettalkoholsulfate wie Na-n-Laurylsulfat, oder von Cs bis C20- Alkylbenzolsulfonaten, -sulfaten, -phosphonaten, -phosphaten und -carboxylaten, al- koxylierte, bevorzugt ethoxylierte Cs bis Ci2-Alkylphenole mit einem Ethoxylie- rungsgrad von 3 bis 30 sowie alkoxylierte, bevorzugt ethoxylierte Cs bis C25- Fettalkohole mit einem Ethoxylierungsgrad von 5 bis 50. Diese alkoxylierten Alkohole können auch verestert vorliegen als Sulfat, Sulfonat, Phosphat, Polyphosphat oder Phosphonat mit Ammonium- oder Alkalimetallionen als Gegenionen.
Weitere geeignete Emulgatoren sind in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV, Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961 , Seiten 192 bis 209 aufgeführt.
Mit Vorteil handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten Emulgatoren um ionische, insbesondere um anionische Emulgatoren oder Kombinationen davon.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Emulgatoren solche eingesetzt, die bei der radikalischen Polymerisation in das Polymer eingebaut werden. Dabei handelt es sich in der Regel um Verbindungen, die mindestens eine radikalisch polymerisierba- re Gruppe tragen, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Allyl, Acrylat, Methacrlyat und Vinylether, und mindestens einer emulgierend wirkenden Gruppe, bevorzugt ausgewählt aus der oben angegebenen Gruppe.
Dies sind beispielsweise einbaubare Emulgatoren der Marken Bisomer® MPEG 350 MA der Firma Laporte, Hitenol® BC-20 (APEO), Hitenol® BC-2020, Hitenol® KH-10 oder Noigen® RN-50 (APEO) der Firma Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Maxemul® 6106, Maxemul® 61 12, Maxemul® 5010, Maxemul® 501 1 der Firma Croda, Sipomer® PAM 100, Sipomer® PAM 200, Sipomer® PAM 300, Sipomer® PAM 4000, Sipomer® PAM 5000 der Firma Rhodia, Adeka® Reasoap® PP-70, Adeka® Reasoap® NE-10, Adeka® Reasoap® NE-20, Adeka® Reasoap® NE-30, Adeka® Reasoap® NE-40, Adeka® Reasoap® SE-10N, Adeka® Reasoap® SE-1025A, Adeka® Reasoap® SR- 10, Adeka® Reasoap® SR-1025, Adeka® Reasoap® SR-20, Adeka® Reasoap® ER- 10, Adeka® Reasoap® ER-20, Adeka® Reasoap® ER-30, Adeka® Reasoap® ER-40 der Firma Adeka, Pluriol® A 010 R, Pluriol® A 12 R, Pluriol® A 23 R, Pluriol® A 46 R, Pluriol® A 750 R, Pluriol® A 950 R, Pluriol® A 590 I , Pluriol® A 1 190 I , Pluriol® A 590 V, Pluriol® A 1 190 V, Pluriol® A 5890 V, Pluriol® A 308 R und DAA ES 8761 der Firma BASF, Latemul® S 180 A und Latemul ®S 180 der Firma Kao, Eleminol® JS-2 der Firma Sanyou Kasei, Aquaron® HS-1025 der Firma Daiichi Kogyou Seiyaku sowie C12-AMPS der Firma Lubrizol.
Als Polymerisationsinitiatoren kommen alle diejenigen im Betracht, die in der Lage sind, eine radikalische Emulsionspolymerisation in wässerigen Medien auszulösen. Sie werden im allgemeinen in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 0,2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die Monomeren, eingesetzt. Übliche Verbindungen sind anorganische Peroxide, z.B. Natrium- und Ammoniumperoxidisulfat und Wasserstoffperoxid, organische Peroxide wie Dibenzoylperoxid oder tert.-Butylhydroperoxid sowie Azover- bindungen wie Azoisobuttersäuredinitril. Diese Initiatoren sind für die bei den radikalischen Emulsionspolymerisationen üblichen Reaktionstemperaturen von 50 bis 100°C geeignet. Werden niedrigere Reaktionstemperaturen von etwa 40 bis 60°C gewünscht, sind Redoxsysteme wie Kombinationen aus Perverbindungen und einem reduzierenden Co-Initiator dem Natriumsalz der Hydroxymethansulfinsäure, Ascorbinsäure oder Eisen-ll-salzen vorzuziehen.
Die Herstellung wäßriger Polymerisatdispersionen nach dem Verfahren der radikali- sehen Emulsionspolymerisation ist an sich bekannt (vgl. Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV, Makromolekulare Stoffe, I. c, Seiten 133ff).
Besonders bewährt hat sich ein Zulauf-Verfahren, bei dem man von einer Vorlage, bestehend aus einem Teil der Monomeren, im allgemeinen bis zu 20 Gew.-%, Wasser, Emulgator und Initiator ausgeht. Der Rest der Monomeren und gegebenenfalls Regler in emulgierter Form sowie zusätzlich eine wässerige Lösung weiteren Polymerisationsinitiators werden nach Maßgabe der Polymerisation zugesetzt.
Dabei können die Monomere auf mehrere Zuläufe verteilt werden und mit variabler Dosierungsgeschwindigkeit und/oder variablem Gehalt an einem oder mehreren Monomeren versehen werden.
In einer möglichen Ausführungsform können unterschiedliche Vernetzungsgrade des Innen- und Außenbereichs hergestellt werden, indem im Reaktionsgemisch die Kon- zentration an Monomeren und Vernetzern weitgehend konstant gelassen wird, jedoch die Menge an Regler (Chain Transfer Agent, Kettenübertragungsmittel) variiert wird.
Durch die Anwesenheit von Reglern in einer Polymerisierung wird durch Kettenabbruch und Start einer neuen Kette durch das so entstandene neue Radikal in der Regel das Molekulargewicht des entstehenden Polymers verringert und bei Anwesenheit von Vernetzern auch die Anzahl der Vernetzungsstellen (Vernetzungsdichte) verringert. Wird im Verlauf einer Polymerisierung die Konzentration an Regler erhöht, so wird die Vernetzungsdichte im Verlauf der Polymerisierung weiter verringert. Derartige Molekulargewichtsregler sind bekannt, beispielsweise kann es sich um Mer- captoverbindungen handeln, wie bevorzugt tertiäres Dodecylmercaptan, n- Dodecylmercaptan, iso-Octylmercaptopropionsäure, Mercaptopropionsäure, dimeres a- Methylstyrol, 2-Ethylhexyl-thioglykolsäureester (EHTG), 3-Mercaptopropyl- trimethoxysilan (MTMO) oder Terpinolen. Die Molekulargewichtsregler sind bekannt und beispielsweise beschrieben in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. XIV/1 , S. 297 ff., 1961 , Stuttgart. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Polymeri- sierung durchgeführt werden wie in EP 853 636 oder in US 3804881 beschrieben. Auf die Offenbarung dieser beiden Dokumente sei hiermit durch Referenznahme ausdrücklich Bezug genommen.
Die so erhaltenen wäßrigen Polymerdispersion haben vorzugsweise einen Feststoffgehalt von 35 bis 65, besonders bevorzugt von 38 bis 55 Gew.-%.
Die Polymerdispersionen zeichnen sich durch eine hohe Stabilität aus, es kommt kaum zu Koagulatbildungen. Bei gleicher Hydroxyzahl, gleichem Festkörpergehalt und gleichem Molekulargewicht weisen die erfindungsgemäßen Polymerdispersionen eine geringere Viskosität als vergleichbare Polymerdispersionen auf, die nicht erfindungsgemäß erhalten worden sind. Die Glasübergangstemperatur Tg, wird in dieser Schrift bevorzugt bestimmt gemäß ISO 1 1357-2-3-7 über Differential Scanning Calorimetry (DSC), bevorzugt mit einer Aufheizrate von 20 °C/min.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das aus der ersten Stufe erhaltene Copo- lymer eine Glasübergangstemperatur von 40 bis 150 °C, bevorzugt 50 bis 120 °C besonders bevorzugt 50 bis 100 °C und das aus der letzten Stufe erhaltene Produkt eine um mindestens 40 °C niedrigere Glasübergangstemperatur auf. Derartige Polymerdispersionen können mit Vorteil in Beschichtungsmassen zur Beschichtung von Substraten eingesetzt werden.
Die Mindestfilmbildetemperatur (MFT) solcher für Beschichtungsmassen eingesetzten Polymerdispersionen beträgt vorteilhaft nicht mehr als 5 °C. Dabei sind die erhaltenen Filme dennoch nicht klebrig. Die Bestimmung der Mindestfilmbildetemperatur erfolgt in der Weise, daß die Dispersion auf eine Platte aufgezogen wird, die an einem Ende erwärmt und am anderen gekühlt wird (DIN ISO 21 15: 2001 -04). Durch visuelle Beurteilung und Temperaturfühler in dichten Abständen längs der Platte läßt sich die mindeste Filmbildetemperatur ermitteln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das aus der ersten Stufe erhaltene Copolymer eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 0 °C, bevorzugt von 0 bis -40°C und besonders bevorzugt von -5 bis -25 °C auf und das aus der letzten Stufe erhaltene Produkt eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 0 °C , be- vorzugt von 0 bis -40°C und besonders bevorzugt von -5 bis -25 °C auf. Derartige Polymerdispersionen können mit Vorteil als Klebstoffe zur Verkleben von Substraten ein- gesetzt werden. Die Mindestfilmbildetemperatur beträgt bei dieser Verwendung naturgemäß nur eine untergeordnete Rolle.
Die Polymerdispersionen können als Bindemittel für einkomponentige oder zweikom- ponentige Beschichtungsmassen, z.B. für Lacke, Schutzüberzüge, Straßenmarkierungen, dekorative Überzüge, Anstrichfarben, Beschichtungen verwendet werden.
Für die unterschiedliche Verwendung können geeignete Hilfsmittel zugesetzt werden, z.B Verlaufsmittel, Verdicker, Entschäumer, Füllstoffe, Pigmente, Dispergierhilfsmittel für Pigmente etc.
Die Beschichtungen können durch Auftragen der Beschichtungsmassen auf geeignete Substrate, wie Holz, Beton, Metall, Glas, Kunststoff, Keramiken, Putze, Stein, Asphalt, Textilien, gestrichene, grundierte oder verwitterte Untergründe erhalten werden.
Bei zweikomponentigen Beschichtungsmassen ist als weitere Komponente ein Vernetzer erforderlich, bei dem es sich beispielsweise um dem Fachmann für diese Zwecke bekannte Polyisocyanate handelt. Das Aufbringen auf das Substrat kann in bekannter Weise, z. B. durch Spritzen,
Spachteln, Rakeln, Bürsten, Rollen, Walzen oder Gießen erfolgen. Die Beschichtungs- stärke liegt in der Regel in einem Bereich von etwa 3 bis 1000 g/m2 und vorzugsweise 10 bis 200 g/m2. Anschließend werden die flüchtigen Bestandteile der Dispersionen entfernt. Dieser Vorgang kann gewünschtenfalls ein- oder mehrfach wiederholt werden.
Zur Entfernung des in der Dispersion enthaltenen Wassers wird nach dem Aufbringen auf das Substrat getrocknet, beispielsweise in einem Tunnelofen oder durch Ablüften. Die Trocknung kann auch durch NIR-Strahlung erfolgen, wobei als NIR-Strahlung hier elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 760 nm bis 2,5 μηη, bevor- zugt von 900 bis 1500 nm bezeichnet ist. Das Trocknen kann bei einer Temperatur von Umgebungstemperatur bis 100 °C über einen Zeitraum von wenigen Minuten bis mehreren Tagen erfolgen.
Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Polymerdispersion in einer besonde- ren Ausführungsform als Bindemittel für Lacke und als Bindemittel für Anstrichfarben.
In der Anwendung als Korrosionsschutzlacke können neben der Polymerdispersion noch Korrosionsschutzmittel, wie Korrosionsinhibatoren oder aktive Korrisionsschutz- pigmente, z.B. Zinkphosphat enthalten sein.
Mit den Polymerdispersionen werden zum Korrosionsschutz als Substrate die Oberflächen von Eisen, Stahl, Zn, Zn-Legierungen, AI oder AI-Legierungen behandelt. Die Oberfläche können unbeschichtet sein, mit Zink, Aluminium oder deren Legierungen überzogen sein, feuerverzinkt, galvanisch verzinkt, sherardisiert oder mit Primern vorbeschichtet sein. Anstrichfarben, auch Dispersionsfarben genannt, sind eine der größten Produktgruppen der Lack- und Farbenindustrie (siehe Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Band 15, Verlag Chemie, Weinheim 1978, S. 665). Dispersionsfarben enthalten in der Regel als Bindemittel ein filmbildendes Polymer und als farbgebenden Bestandteil wenigstens ein anorganisches Pigment, ferner anorganische Füllstoffe und Hilfsmittel, wie Entschäumer, Verdicker, Netzmittel und gegebenenfalls Filmbildehilfsmittel.
Eine weitere wichtige Eigenschaft der Polymerdispersionen ist die gute Blockfestigkeit der Anstriche, darunter versteht man eine geringe Verklebung des Anstrichfilms mit sich selbst unter Druckbelastung und erhöhter Temperatur (gute Blockfestigkeit).
Die erfindungsgemäßen Anstrichfarben (Dispersionsfarben) enthalten Pigmente und Füllstoffe vorzugsweise in solchen Mengen, daß die Pigment-Volumen-Konzentration (PVK) 15 % bis 85 % und besonders bevorzugt 25 % bis 55 % beträgt.
Typische Pigmente sind beispielsweise Titandioxid, vorzugsweise in der Rutilform, Bariumsulfat, Zinkoxid, Zinksulfid, basisches Bleicarbonat, Antimontrioxid, Lithopone (Zinksulfid + Bariumsulfat) verwendet. Die Dispersionsfarben können jedoch auch farbige Pigmente, beispielsweise Eisenoxide, Ruß, Graphit, lumineszente Pigmente, Zinkgelb, Zinkgrün, Ultramarin, Manganschwarz, Antimonschwarz, Manganviolett, Pariser Blau oder Schweinfurter Grün enthalten. Neben den anorganischen Pigmenten können die erfindungsgemäßen Dispersionsfarben auch organische Farbpigmente, z. B. Sepia, Gummigutt, Kasseler Braun, Toluidinrot, Pararot, Hansagelb, Indigo, Azo- farbstoffe, anthrachinoide und indigoide Farbstoffe sowie Dioxazin, Chinacridon-, Phthalocyanin-, Isoindolinon- und Metallkomplexpigmente enthalten.
Geeignete Füllstoffe umfassen Alumosilicate, wie Feldspäte, Silicate, wie Kaolin, Talkum, Glimmer, Magnesit, Erdalkalicarbonate, wie Calciumcarbonat, beispielsweise in Form von Calcit oder Kreide, Magnesiumcarbonat, Dolomit, Erdalkalisulfate, wie Calci- umsulfat, Siliciumdioxid etc. Die Füllstoffe können als Einzelkomponenten eingesetzt werden. In der Praxis haben sich jedoch Füllstoffmischungen besonders bewährt, z. B. Calciumcarbonat/Kaolin, Calciumcarbonat/Talkum.
Zur Erhöhung der Deckkraft und zur Einsparung von Weißpigmenten werden häufig feinteilige Füllstoffe, z. B. feinteiliges Calciumcarbonat oder Mischungen verschiedener Calciumcarbonate mit unterschiedlichen Teilchengrößen eingesetzt. Zur Einstellung der Deckkraft des Farbtons und der Farbtiefe werden vorzugsweise Abmischungen aus Farbpigmenten und Füllstoffen eingesetzt.
Ferner sind aus den erfindungsgemäßen wässrigen Polymerisatdispersionen in einfa- eher Weise (beispielsweise Gefrier- oder Sprühtrocknung) die entsprechenden Polymerisatpulver zugänglich. Diese erfindungsgemäß zugänglichen Polymerisatpulver lassen sich ebenfalls als Komponenten bei der Herstellung von Klebstoffen, Dichtmassen, Kunststoffputzen, Papierstreichmassen, Faservliesen, Anstrichmitteln und Be- schichtungsmitteln für organische Substrate sowie zur Modifizierung von mineralischen Bindemitteln einsetzen.
Die Erfindung soll anhand folgender nicht einschränkender Beispiele erläutert werden.
Der Feststoffgehalt wurde generell bestimmt, indem eine definierte Menge der wässri- gen Polymerisatdispersion (ca. 1 g) in einem Aluminiumtiegel mit einem Innendurchmesser von ca. 5 cm bei 140 °C in einem Trockenschrank bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wurde. Es wurden zwei separate Messungen durchgeführt. Die in den Beispielen angegebenen Werte stellen den Mittelwert der jeweiligen beiden Messergebnisse dar.
Die Viskosität der erhaltenen Dispersionen wurde dynamisch bei 23 °C und einem Geschwindigkeitsgefälle von 100 S"1 gemäß DIN EN ISO 3219 bestimmt.
Herstellung wässriger Polymerisatdispersionen
Beispiel 1 (B1 ):
In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden bei 20 bis 25 °C (Raumtemperatur) unter Stickstoffatmosphäre
290,9 g entionisiertes Wasser und
12,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat vorgelegt und unter Rühren auf 80 °C aufgeheizt. Bei Erreichung dieser Temperatur wurde 25,7 g einer 7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat zugegeben und während zwei Minuten gerührt.
Anschließend wurde unter Aufrechterhaltung der Temperatur Zulauf 1 innerhalb von 40 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert. Nach dem Ende von Zulauf 1 wurden dem Polymerisationsgemisch 12 g Wasser zugegeben. Danach ließ man das Polymerisationsgemisch noch 10 Minuten bei 80 °C nachreagieren. Daran anschließend wurden dem Polymerisationsgemisch 3,1 g einer 3 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung zugegeben. Daran anschließend wurde innerhalb von 90 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom Zulauf 2 kontinuierlich zudosiert. Nach Beendigung des Zulaufs 2 wurden dem Polymerisationsgemisch 12 g Wasser zugegeben. Danach ließ man das Polymerisationsgemisch noch 100 Minuten bei 80 °C nach reagieren.
Anschließend wurde die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion auf Raumtempera- tur abgekühlt, mit 62,9 g entionisiertem Wasser versetzt und über ein 125 μηη Filter filtriert.
Zulauf 1 (homogene Mischung aus):
76,2 g entionisiertes Wasser
3,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
2,16 g Ethylhexylthioglycolat
13,5 g Hydroxyethylmethacrylat
13,5 g Butylacrylat
13,5 g Styrol
94,5 g Methylmethacrylat
Zulauf 2 (homogene Mischung aus):
124,4g entionisiertes Wasser
6,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
157,5 g n-Butylacrylat
157,5 g Methylmethacrylat
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,5 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 78 nm.
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies eine Hydroxyzahl von 6 mg KOH/g und eine Säurezahl von 0,3 mg KOH/g auf. Vergleichsbeispiel 1 (V1 ):
Die Herstellung des Vergleichsbeispiels 1 erfolgte analog der Herstellung von Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass in Zulauf 1 13,5 g Methacrylsäure statt des Hydroxyethylmethacrylat eingesetzt wurde und dass statt 3,1 g einer 3 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung 5,0 g einer 3 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung zugegeben wurden. Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,6 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 74 nm. Bestimmt man die Wasseraufnahme (Eintauchen der Filme in Wasser über 24 h und Bestimmung der Gewichtsänderung) der freien Filme, die sich durch Ausgießen der Dispersionen in eine Kautschukform und Trocknen bei Raumtemperatur bis zur Gewichtskonstanz erhalten lassen, so zeigt sich, dass die Wasseraufnahme für Beispiel 1 deutlich unter der von Vergleichsbeispiel 1 liegt (für V1 größer 30% bezogen auf Ge- wicht des trocknen Films, für B1 kleiner als 10 % bezogen auf Gewicht des trocknen Films).
Beispiel 2 (B2):
In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden bei 20 bis 25 °C (Raumtemperatur) unter Stickstoffatmosphäre
289,6 g entionisiertes Wasser und
12,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
1 ,1 g einer 25 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung vorgelegt und unter Rühren auf 80 °C aufgeheizt. Bei Erreichung dieser Temperatur wurde 25,7 g einer 7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat zuge- geben und während zwei Minuten gerührt.
Anschließend wurde unter Aufrechterhaltung der Temperatur Zulauf 1 innerhalb von 40 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert. Nach dem Ende von Zulauf 1 ließ man das Polymerisationsgemisch noch 10 Minuten bei 80 °C nachreagieren. Danach wurden dem Polymerisationsgemisch 13,5 g einer 2 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung innerhalb von 10 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert.
Daran anschließend wurde innerhalb von 90 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom Zulauf 2 kontinuierlich zudosiert.
Nach Beendigung des Zulaufs 2 wurden dem Polymerisationsgemisch 12 g Wasser zugegeben. Danach ließ man das Polymerisationsgemisch noch 100 Minuten bei 80 °C nach reagieren. Anschließend wurde die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion auf Raumtemperatur abgekühlt, mit 57,8 g einer 18,7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredi- hydrazid versetzt und über ein 125 μηη Filter filtriert. Zulauf 1 (homogene Mischung aus):
33,0 g entionisiertes Wasser
3,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
2,16 g Ethylhexylthioglycolat
54,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
10,8 g Butandiolmonoacrylat
13,5 g n-Butylacrylat
13,5 g Styrol
86,4 g Methylmethacrylat
Zulauf 2 (homogene Mischung aus):
1 16,5 g entionisiertes Wasser
6,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
54,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
217,8 g n-Butylacrylat
86,4 g Methylmethacrylat
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,5 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 91 nm. Die Viskosität wurde mit 39 mPas bestimmt.
Vergleichsbeispiel 2 (V2):
In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden bei 20 bis 25 °C (Raumtemperatur) unter Stickstoffatmosphäre 289,6 g entionisiertes Wasser und
12,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
1 ,1 g einer 25 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung vorgelegt und unter Rühren auf 80 °C aufgeheizt. Bei Erreichung dieser Temperatur wurde 25,7 g einer 7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat zugegeben und während zwei Minuten gerührt.
Anschließend wurde unter Aufrechterhaltung der Temperatur Zulauf 1 innerhalb von 150 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert. Danach wurden dem Polymerisationsgemisch 13,5 g einer 2 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklö- sung innerhalb von 10 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert. Daran anschließend wurden dem Polymerisationsgemisch 12 g Wasser zugegeben. Danach ließ man das Polymerisationsgemisch noch 90 Minuten bei 80 °C nachreagieren. Anschließend wurde die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion auf Raumtemperatur abgekühlt, mit 57,8 g einer 18,7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredi- hydrazid versetzt und über ein 125 μηη Filter filtriert.
Zulauf 1 (homogene Mischung aus):
149,5 g entionisiertes Wasser
9,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
2,16 g Ethylhexylthioglycolat
108,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
10,8 g Butandiolmonoacrylat
231 ,3 g n-Butylacrylat
13,5 g Styrol
172,8 g Methylmethacrylat
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,6 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 77 nm. Die Viskosität wurde mit 75 mPas bestimmt.
Mit dieser Polymerisatdispersion wurden, im Gegensatz zu der nach Beispiel 2 herge- stellten, lediglich trübe Filme erhalten.
Beispiel 3 (B3):
In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisa- tionsgefäß wurden bei 20 bis 25 °C (Raumtemperatur) unter Stickstoffatmosphäre
290,9 g entionisiertes Wasser und
14,4 g Adeka® Reasoap® SR-1025 (Asahi Denka Co) vorgelegt und unter Rühren auf 80 °C aufgeheizt. Bei Erreichung dieser Temperatur wurde 25,7 g einer 7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumperoxodisulfat zugegeben und während zwei Minuten gerührt.
Anschließend wurde unter Aufrechterhaltung der Temperatur Zulauf 1 innerhalb von 40 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert. Nach dem Ende von Zulauf 1 wurden dem Polymerisationsgemisch 12,0 g entionisiertes Wasser zugegeben. Anschließend ließ man das Polymerisationsgemisch noch 10 Minuten bei 80 °C nachreagieren. Danach wurden dem Polymerisationsgemisch 1 ,9 g einer 3 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung innerhalb von 10 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert.
Daran anschließend wurde innerhalb von 90 Minuten bei gleichbleibendem Mengen- ström Zulauf 2 kontinuierlich zudosiert. 40 Minuten nach Start des Zulaufs 2 wurde parallel zum laufenden Zulauf 2 dem Polymerisationsgemisch 0,9 g einer 3 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung innerhalb von 10 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert. Nach Beendigung des Zulaufs 2 wurden dem Polymerisationsgemisch 12 g Wasser zugegeben. Danach ließ man das Polymerisationsgemisch noch 90 Minuten bei 80 °C nachreagieren. Danach wurden dem Polymerisationsgemisch 1 ,7 g einer 5 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung innerhalb von 10 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert.
Anschließend wurde die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion auf Raumtemperatur abgekühlt, mit 40,9 g einer 13,2 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredi- hydrazid versetzt und über ein 125 μηη Filter filtriert. Zulauf 1 (homogene Mischung aus):
33,1 g entionisiertes Wasser
3,6 g Adeka® Reasoap® SR-1025 (Asahi Denka Co)
2,16 g Ethylhexylthioglycolat
54,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
10,8 g Hydroxyethylmethacrylat
13,5 g Styrol
99,9 g Methylmethacrylat
Zulauf 2 (homogene Mischung aus):
162,8 g entionisiertes Wasser
7,2 g Adeka® Reasoap® SR-1025 (Asahi Denka Co)
217,8 g n-Butylacrylat
97,2 g Methylmethacrylat
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,6 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 97 nm. Die Viskosität wurde mit 42 mPas bestimmt.
Beispiel 4 (B4): In einem mit Dosiereinrichtungen und Temperaturregelung ausgerüstetem Polymerisationsgefäß wurden bei 20 bis 25 °C (Raumtemperatur) unter Stickstoffatmosphäre
493,5 g entionisiertes Wasser und
9,0 g BASF Lipamin OK vorgelegt und unter Rühren auf 70 °C aufgeheizt. Bei Erreichung dieser Temperatur wurde 154,3 g einer 7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Azostarter V 50 (Fa. Wako Chemicals GmbH) zugegeben und während fünf Minuten gerührt.
Anschließend wurde unter Aufrechterhaltung der Temperatur Zulauf 1 innerhalb von 40 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom kontinuierlich zudosiert. Nach dem Ende von Zulauf 1 wurden dem Polymerisationsgemisch 24,0 g entionisiertes Wasser zugegeben. Anschließend ließ man das Polymerisationsgemisch noch 20 Minuten bei 70 °C nach reagieren.
Daran anschließend wurde innerhalb von 90 Minuten bei gleichbleibendem Mengenstrom Zulauf 2 kontinuierlich zudosiert.
Nach Beendigung des Zulaufs 2 wurden dem Polymerisationsgemisch 24 g Wasser zugegeben. Danach ließ man das Polymerisationsgemisch noch 100 Minuten bei 70 °C nach reagieren.
Anschließend wurde die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion auf Raumtemperatur abgekühlt, mit 1 15,5 g einer 18,7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredi- hydrazid versetzt und über ein 125 μηη Filter filtriert.
Zulauf 1 (homogene Mischung aus):
66,0 g entionisiertes Wasser
2,25 g BASF Lipamin® OK
4,32 g Ethylhexylthioglycolat
108,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
21 ,6 g Butandiolmonoacrylat
27,0 g Styrol
172.8 g Methylmethacrylat
Zulauf 2 (homogene Mischung aus):
285.9 g entionisiertes Wasser
4,5 g BASF Lipamin® OK
108,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
435,6 g n-Butylacrylat
172,8 g Methylmethacrylat Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 41 ,6 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 140 nm. Die Viskosität wurde mit 10 mPas bestimmt.
Beispiel 5 (B5):
Die Herstellung des Beispiels 5 erfolgte analog der Herstellung von Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass in Zulauf 1 statt 13,5 g n-Butylacrylat 85,5 g n-Butylacrylat und statt 86,4 g Methylmethacrylat 14,4 g Methylmethacrylat eingesetzt wurden, dass statt 57,8 g einer 18,7 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredihydrazid 45,0 g einer 12 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredihydrazid eingesetzt wurde und dass Zulauf 2 sich zusammensetzte aus einer homogenen Mischung aus:
159,7 g entionisiertes Wasser
6,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
315,0 g Ethylhexylacrylat.
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 40,2 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 93 nm. Die Viskosität der erhaltenen Polymerisatdispersion lag bei 73 mPas. Durch z.B. Aufrakeln der Dispersion auf einer Glasplatte (mittels eines Kastenrakels, 200 μηη Filmdicke nass) und Trocknung bei Raumtemperatur über 24 h konnte ein klebriger Film erhalten werden. Beispiel 6 (B6):
Die Herstellung des Beispiels 6 erfolgte analog der Herstellung von Beispiel 3 mit dem Unterschied, dass statt 14,4 g Adeka® Reasoap® SR-1025 12,0 g einer 15 gew.- %igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat vorgelegt wurde, dass statt 40,9 g einer 13,2 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredihydrazid 48,1 g einer 26,2 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredihydrazid eingesetzt wurde, dass sich Zulauf 1 zusammensetzte aus einer homogenen Mischung aus:
77,0 g entionisiertes Wasser
6,9 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
126,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
9,0 g Methacrylamid
25,2 g Hyroxyethylmethacrylat
22,5 g Styrol
233,1 g Methylmethacrylat
Und Zulauf 2 sich zusammensetzte aus einer homogenen Mischung
64,6 g entionisiertes Wasser 2,7 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
135,0 g n-Butylacrylat
Ausserdem wurde als weiterer Unterschied Zulauf 1 statt in 40 min in 90 min gleich- mäßig zudosiert, Zulauf 2 statt in 90 min in 40 min gleichmäßig zudosiert. Die Zugaben von je 12,0g entionisiertem Wasser erfolgten im Anschluss an die Zulaufenden von Zulauf 1 und 2, die Zugabe der wässrigen Ammoniaklösung erfolgte im gleichen Abstand zum Reaktionsbeginn wie in Beispiel 3. Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,4 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 99 nm. Die Viskosität der erhaltenen Polymerisatdispersion lag bei 39 mPas.
Beispiel 7 (B7):
Die Herstellung des Beispiels 7 erfolgte analog der Herstellung von Beispiel 6 mit dem Unterschied, dass statt 12,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat 6,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat vorgelegt wurden, in Zulauf 2 statt 64,6 g 71 ,6 g entionisierte Wasser und statt 2,7 g 1 ,35 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat eingesetzt wurde und sich Zulauf 1 zusammensetzte aus einer homogenen Mischung aus:
77,0 g entionisiertes Wasser
3,45 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
126,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
45,0 g Hydroxyethylmethacrylat
1 1 ,7 g Styrol
233,1 g Methylmethacrylat.
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,7 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 102 nm. Die Viskosität der erhaltenen Polymerisatdispersion lag bei 23 mPas.
Beispiel 8 (B8):
Die Herstellung des Beispiels 8 erfolgte analog der Herstellung von Beispiel 3 mit dem Unterschied, dass sich Zulauf 1 zusammensetzte aus einer homogenen Mischung aus 33,0 g entionisiertes Wasser
3,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
2,16 g Ethylhexylthioglycolat
54,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
21 ,6 g Hydroxyethylmethacrylat 18,0 g Glycidylmethacrylat
13,5 g Styrol
71 ,1 g Methylmethacrylat Eine Probennahme erbrachte, daß das Produkt der ersten Stufe ein gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw von 13.900 g/mol und einen gewichtsmittleren Teilchendurchmesser von 60 nm aufwies.
Und Zulauf 2 sich zusammensetzte aus einer homogenen Mischung aus:
159,7 g entionisiertes Wasser
6,0 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
315,0 g n-Butylacrylat
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 43,1 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 143 nm. Die Viskosität der erhaltenen Polymerisatdispersion lag bei 21 mPas. Die erhaltene Polymerisatdispersion wies ein gewichtsmittleres Molekulargewicht bezogen auf den Solanteil von ca. 204000 g/mol auf. Beispiel 9 (B9):
Die Herstellung des Beispiels 9 erfolgte analog der Herstellung von Beispiel 8 mit dem Unterschied, dass in Zulauf 1 statt 21 ,6 g Hydroxyethylmethacrylat 21 ,6 g Hydroxyethy- lacrylat eingesetzt wurde.
Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,9 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 153 nm. Die Viskosität der erhaltenen Polymerisatdispersion lag bei 22 mPas. Beispiel 10 (B10):
Die Herstellung des Beispiels 10 erfolgte analog der Herstellung von Beispiel 8 mit dem Unterschied, dass Zulauf 1 zusammensetzte aus einer homogenen Mischung
5,5 g entionisiertes Wasser
0,51 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
0,36 g Ethylhexylthioglycolat
9,0 g einer 20 gew.-%igen wässrigen Lösung von Diacetonacrylamid
1 ,8 g Hydroxyethylmethacrylat
1 ,5 g Glycidylmethacrylat
2,25 g Styrol
15,2 g Methylmethacrylat Und Zulauf 2 sich zusammensetzte aus einer homogenen Mischung aus:
214,8 g entionisiertes Wasser
8,1 g einer 15 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natriumlaurylsulfat
427,5 g n-Butylacrylat
Ausserdem wurde als weiterer Unterschied Zulauf 1 statt in 40 min in 5 min gleichmäßig zudosiert, Zulauf 2 statt in 90 min in 125 min gleichmäßig zudosiert. Die Zugaben der je 12,0g entionisiertes Wasser erfolgten im Anschluss an die Zulaufenden von Zu- lauf 1 und 2, die Zugaben der wässrigen Ammoniaklösung erfolgten im gleichen Abstand zum Reaktionsbeginn wie in Beispiel 3, ausserdem wurde statt 40,9 g einer 13,2 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredihydrazid 36,4 g einer 2,5 gew.-%igen wässrigen Lösung von Adipinsäuredihydrazid eingesetzt. Die erhaltene wässrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 43,0 Gew.-% auf. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser der Polymerisatdispersion betrug 128 nm. Die Viskosität der erhaltenen Polymerisatdispersion lag bei 23 mPas.

Claims

Patentansprüche
Beschichtungsmasse, enthaltend mindestens eine Polymerdispersion, erhältlich durch mindestens zweistufige Emulsionspolymerisation von in einer ersten Stufe Umsetzung
(A1 ) mindestens eines (Meth)acrylsäurealkylesters,
(B1 ) optional mindestens eines Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
(C1 ) mindestens eines Hydroxyalkyl(meth)acrylats,
(D1 ) optional mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalogeniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C- Atome enthaltenden Alkoholen,
(E1 ) optional mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure, (F1 ) optional mindestens einem Vernetzer,
(G1 ) optional mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester (Ureidoethyl (meth)acrylat), Acetoacetoxyethyl acrylat, Acetoacetoxypropyl methacrylat, Ace- toacetoxybutyl methacrylat, 2-(Acetoacetoxy) ethyl methacrylat, Diacetonacryla- mid (DAAM) und Diacetonmethacrylamid,
(H1 ) optional mindestens einer Verbindung mit einer (Meth)acrylat- und einer Epoxygruppe und
(11 ) optional mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäureamid, in Gegenwart mindestens eines Initiators und optional in Gegenwart mindestens eines Emulgators sowie optional in Gegenwart mindestens eines Reglers, mit der Maßgabe, daß das aus der ersten Stufe erhaltene Copolymer
- eine Säurezahl von nicht mehr als 10 mg KOH/g Polymer,
- eine Hydroxyzahl von 2 bis 100 mg KOH/g Polymer,
- eine Teilchengröße von 20 bis 300, bevorzugt 30 bis 200 nm und
- ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 5.000 bis 200.000 g/mol aufweist,
und die Summe der Monomere (C1 ) und (11 ) von 0,5 bis 20 Gew% beträgt, gefolgt von einer radikalischen Polymerisation in einer Folgestufe in Gegenwart des in der ersten Stufe hergestellten Copolymers von
(A2) mindestens einem (Meth)acrylsäurealkylester,
(B2) optional mindestens einem Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
(C2) optional mindestens einem Hydroxyalkyl(meth)acrylat,
(D2) optional mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalogeniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C- Atome enthaltenden Alkoholen,
(E2) optional mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure,
(F2) optional mindestens einem Vernetzer und
(G2) optional mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester (Ureidoethyl (meth)acrylat), Acetoacetoxyethyl acrylat, Acetoacetoxypropyl methacrylat, Ace- toacetoxybutyl methacrylat, 2-(Acetoacetoxy) ethyl methacrylat, Diacetonacryla- mid (DAAM) und Diacetonmethacrylamid,
(H2) optional mindestens einer Verbindung mit einer (Meth)acrylat- und einer Epoxygruppe und
(12) optional mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäureamid, optional gefolgt von einer oder mehreren weiteren Stufen einer radikalischen Polymerisation mindestens eines Monomeren, wobei die Menge des optionalen mindestens einen Emulgators 0 bis 3,5 Gew% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der in allen Stufen in die radikalische Polymerisation eindosierten radikalisch polymerisierbaren Monomere, mit der Maßgabe, daß
- das Gewichtsverhältnis der Summe der Monomere der ersten Stufe (A1 ) bis (11 ) zur Summe der Monomere der Folgestufen (A2) bis (12) von 5:95 bis 70:30 beträgt,
- das aus der letzten Stufe erhaltene Produkt eine Teilchengröße von 50 bis 500 nm aufweist,
- die Säurezahl des Produktes der letzten Stufe nicht höher ist als die Säurezahl des Produktes der ersten Stufe und
- die Hydroxyzahl des Produktes der letzten Stufe nicht höher ist als die Hydro- xyzahl des Produktes der ersten Stufe.
Beschichtungsmasse gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer (A2) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und 3- Propylheptylacrylat.
Beschichtungsmasse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer (B2) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrol und a-Methylstyrol.
4. Beschichtungsmasse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer (C1 ) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure-2-hydroxyethylester, (Meth)acrylsäure-2- hydroxypropylester und (Meth)acrylsäure-3-hydroxypropylester.
5. Beschichtungsmasse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monomer (G1 ) anwesend ist und es sich dabei um Diace- tonacrylamid handelt.
Beschichtungsmasse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Emulgator um einen ionischen, bevorzugt um einen anionischen Emulgator handelt.
Beschichtungsmasse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mindestfilmbildetemperatur von nicht mehr als 5 °C aufweist.
Beschichtungsmasse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der ersten Stufe erhaltene Copolymer eine Glasübergangstemperatur von 40 bis 150 °C und das aus der zweiten Stufe erhaltene Produkt eine um mindestens 40 °C niedrigere Glasübergangstemperatur aufweist.
Beschichtungsmasse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der ersten Stufe erhaltene Copolymer eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 0 °C und das aus der zweiten Stufe erhaltene Produkt eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 0 °C aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Polymerdispersionen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine mindestens zweistufige Emulsionspolymerisation durchführt, bei der man in einer ersten Stufe die Umsetzung
(A1 ) mindestens eines (Meth)acrylsäurealkylesters,
(B1 ) optional mindestens eines Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen,
(C1 ) mindestens eines Hydroxyalkyl(meth)acrylats,
(D1 ) optional mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalogeniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C- Atome enthaltenden Alkoholen, (E1 ) optional mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure, (F1 ) optional mindestens einem Vernetzer,
(G1 ) optional mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester (Ureidoethyl (meth)acrylat), Acetoacetoxyethyl acrylat, Acetoacetoxypropyl methacrylat, Ace- toacetoxybutyl methacrylat, 2-(Acetoacetoxy) ethyl methacrylat, Diacetonacryla- mid (DAAM) und Diacetonmethacrylamid,
(H1 ) optional mindestens einer Verbindung mit einer (Meth)acrylat- und einer Epoxygruppe und
(11 ) optional mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäureamid, in Gegenwart mindestens eines Initiators und optional in Gegenwart mindestens eines Emulgators sowie optional in Gegenwart mindestens eines Reglers durchführt, mit der Maßgabe, daß das aus der ersten Stufe erhaltene Copolymer
- eine Säurezahl von nicht mehr als 10 mg KOH/g Polymer,
- eine Hydroxyzahl von 2 bis 100 mg KOH/g Polymer,
- eine Teilchengröße von 20 bis 300, bevorzugt 30 bis 200 nm und
- ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 5.000 bis 200.000 g/mol aufweist,
und die Summe der Monomere (C1 ) und (11 ) von 0,5 bis 20 Gew% beträgt, gefolgt von einer radikalischen Polymerisation in einer Folgestufe in Gegenwart des in der ersten Stufe hergestellten Copolymers von
(A2) mindestens einem (Meth)acrylsäurealkylester,
(B2) optional mindestens einem Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen, (C2) optional mindestens einem Hydroxyalkyl(meth)acrylat,
(D2) optional mindestens einer radikalisch polymerisierbaren Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Nitrilen mit bis zu 20 C-Atomen, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylhalogeniden mit bis zu 10 C-Atomen und Vinylethern von 1 bis 10 C- Atome enthaltenden Alkoholen,
(E2) optional mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure, (F2) optional mindestens einem Vernetzer und
(G2) optional mindestens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth)acrylsäure 2-(2-oxo-imidazolidin-1 -yl)-ethyl ester (Ureidoethyl (meth)acrylat), Acetoacetoxyethyl acrylat, Acetoacetoxypropyl methacrylat, Ace- toacetoxybutyl methacrylat, 2-(Acetoacetoxy) ethyl methacrylat, Diacetonacryla- mid (DAAM) und Diacetonmethacrylamid,
(H2) optional mindestens einer Verbindung mit einer (Meth)acrylat- und einer Epoxygruppe und
(12) optional mindestens einem α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsaureamid, optional gefolgt von einer oder mehreren weiteren Stufen einer radikalischen Po- lymerisation mindestens eines Monomeren, wobei die Menge des optionalenmindestens einen Emulgators 0 bis 3,5 Gew% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der in allen Stufen in die radikalische Polymerisation eindosierten radikalisch polymerisierbaren Monomere, mit der Maßgabe, daß
- das Gewichtsverhältnis der Summe der Monomere der ersten Stufe (A1 ) bis (11 ) zur Summe der Monomere der Folgestufen (A2) bis (12) von 5:95 bis 70:30 beträgt,
- das aus der letzten Stufe erhaltene Produkt eine Teilchengröße von 50 bis 500 nm aufweist,
- die Säurezahl des Produktes der letzten Stufe nicht höher ist als die Säurezahl des Produktes der ersten Stufe und
- die Hydroxyzahl des Produktes der letzten Stufe nicht höher ist als die Hydro- xyzahl des Produktes der ersten Stufe.
1 1 . Verwendung von Beschichtungsmassen gemäß Anspruch 8 für ein- oder zwei- komponentige Beschichtungen von Kunststoff, Holz, Papier und Metall. 12. Verwendung von Beschichtungsmassen gemäß Anspruch 9 als Klebstoff.
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