DD155073A1 - Verfahren zur fraktionierung von latices - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fraktionierung von Latices mit enger Teilchengroessenverteilung aus einem Ausgangslatex. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den notwendigen Zeitaufwand bis zur vollstaendigen Trennung der Aufrahmmischung zu senken, die Qualitaet der Methode zu erhoehen, die Oekonomie des Verfahrens zu verbessern, eine genaue und rationelle Arbeitsweise und eine industrielle Anwendung des Verfahrens zu ermoeglichen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein bekanntes Verfahren zum fraktionierten Aufrahmen durch die Auffindung von geeigneten Aufrahmmitteln und Aufrahmbedingungen weiterentwickelt wird. Das erfindungsgemaesse Verfahren gestattet es, durch die Verwendung von Salzloesungen anstelle destillierten Wassers die zum vollstaendigen Aufrahmen benoetigte Zeit auf 1/6 bis 1/12 gegenueber der nach dem bekannten Verfahren benoetigten Zeit zu verkuerzen, durch eine Variation der Gesamtmasse der Aufrahmmischung bei konstanter Aufrahmmittel- und Latexmenge den Bereich der kritischen Teilchengroesse zu erweitern, durch gezielte Variation der Massenanteile an Wasser, Latex und Aufrahmmitteln in der Aufrahmmischung kleine Abstaende in der kritischen Teilchengroesse sicher einzuhalten und durch die Verwendung von Carboxymethylcellulose anstelle von Natriumalginat die Oekonomie des Verfahrens zu verbessern.

Description

Verfahren zur Fraktionierung von Latices

.Anwendungsgebi et der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fraktionen enger Teilchengrö'ßenverteilung aus einem Ausgangslatex, die sich in ihren Eigenschaften von denen des Ausgangslatex un terscheiden und für spezielle Einsatzgebiete in der chemischen und plastverarbeitenden Industrie verwendet v/erden· Das'Fraktionierungsverfahren eignet sich darüber hinaus zur analytischen Charakterisierung von Latices.

Charakteristik der bekannten,

Es ist bekannt, zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung von natürlichen und synthetischen Latices diese in einem vergleichsweise einfachen Verfahren durch fraktioniertes Aufrahmen aufzutrennen (E. Schmidt, P.H..Biddison, Rubber Age 88 (1960), 484-490). Es wird ausschließlich mit solchen Aufrahmmischungen gearbeitet, daß einer Menge von 50 g 10 %igem Latex ein

- K [H 7 -jo ύ Π ν- > vri a S w\ ' a ULi... !υ Du · ν i)\) u r) ±

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Aufrahramittel (Natriumalginat) in Form einer wäßrigen, aus-* schließlich 1 $igen Lösung zugesetzt und die Gesamtmasse der Aufrahmmischung mit destilliertem Wasser auf 200 g eingestellt wird# Durch die Wirkung des Natriumalginats bilden sich in der Aufrahmmischung 2 Phasen mit unterschiedlicher mittlerer Teilchengröße und unterschiedlicher Teilchengrößenverteilung» Die Auftrennung erfolgt bei einem kritischen Teilchendurchmesser D_K , der von der zugesetzten Menge 1 %iger Hatriumalginatlösung bestimmt wird·

In seiner bekannten Porm besitzt das Verfahren folgende Nachteile i

"U Der notwendige Zeitaufwand bis zur selbständigen Trennung der Aufrahmmischung ist vergleichsweise groß und liegt in Abhängigkeit von der Art des Latex und der. zugesetzten . Menge 1 %iger Uatriumalginatlösung zwischen 24 und 180 h·

2· Nach dem.bekannten Verfahren ist eine Fraktionierung nur

im Bereich.der kritischen Teilchengröße D_Kr von 50 bis . 1000 nm beschrieben und mit vertretbaren Fehlern möglich·

3· Die Fraktionierung nach dieser Methode ist bei großen Werten von D^ und bei kleinen Änderungen von Dg- unbefrie-

. . digend·

4· Die Ökonomie des Verfahrens ist durch den Einsatz von Naturstoffen als Aufrahmmittel (vorzugsweise Natriumalginat) . belastet·

5. Das beschriebene Verfahren ist aus diesen Gründen nur zur Fraktionierung kleiner Mengen geeignet, wie z.» B· für analytische Untersuchungen»

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den notwendigen Zeitaufwand bis zur selbständigen Trennung der Aufrahmmischung zu senken, gewünschte Fraktionen gezielt herzustellen, die Ökonomie des Verfahrens zu verbessern, eine rationelle und genaue Arbeitsweise und eine industrielle Aufwendung des Verfahrens zu ermöglichen·

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Darlegung des We sens _i der ...JSrf indung

- Aufgabenstellung . . . .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Fraktionierung von Latices durch Anwendung von geeigneten vorteilhafteren Aufrahmmitteln und technisch verbesserten Aufrahmbedingungen weiter zu entwickeln« .

- Merkmale der Erfindung / .

Es wurde gefunden, daß zur Fraktionierung von latices die Natriumsalze der Carboxymethylcellulose eingesetzt werden können· Insbesondere wird Hatriumcarboxymethylcellulose im Konzentrationsbereich von 1·10 ^J bis,10 g pro 100 g Auf~ rahmmischung und vorzugsweise von 5^c10 bis 10° g pro 100 g Aufrahmmischung eingesetzt«.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die Zeit, die zum vollständigen Aufrahmen der Mischung benötigt wird, durch den Zusatz von Fremdelektrolyten, wie organischen und anorganischen Salzen, wesentlich abgesenkt werden kann· Dabei handelt es sich.um Salze, die aus ein- oder zweiwertigen Kationen, wie z· B_e Na⁺, K⁺, ΗΗ/ί", Fe²⁺,.Ba²⁺ oder Cd²⁺ und den entsprechenden Anionen, wie z· B. Cl^-, HSO,", SO.²*", PO, ," HPO,²"*, H₀PO."", HCOo"* oder organischen Säureresten bestehen« Die

Fremdelektrolyte werden in Mengen von 10. bis 4°10,.g pro

—2 O

100 g Aufrahmmischung, vorzugsweise von 10 bis2^e10 g pro 100 g Aufrahmmischung, zugegeben· Durch den erfindungsgemäßen Zusatz von Fremdelektrolyten wird die Zeit bis zum vollständigen Aufrahmen der Mischung auf 2 bis 30 h gesenkt. Ferner wurde gefunden, daß durch Variation der Konzentration der Aufrahsimittellösung und/oder der zugesetzten Menge destillierten Wassers weitere wesentliche Vorteile erreicht werden« !lach dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht.die Aufrahmmischung aus 5 Gewichtsteilen Latexfeststoffe» 10~- bis 4*10° Gewichtsteilen Fremdelektrolyt,' 10~³ bis 10° Gewichtsteilen Hatriumcarboxymethylcellulose und 79 bis 94 . Gewichtsteilen destilliertem Wasser, jeweils bezogen auf Gewichtstellen Aufrahramischung»

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Dabei kann so verfahren werden, daß die I)Iatriuracarboxymethylcellulose in Form einer höher als 1 %igen Lgsung zugegeben wird·- Dadurch kann die Aufrahmmittelkonzentration in der Aufrahmmischung erhöht und können erstmals Fraktionen mit Teilchengrößen kleiner 50 nm abgetrennt werden. In gleicher W_eise können Fraktionen mit Teilchengrößen über 1000 nm sicher abgetrennt werden, wenn die Konzentration der Aufrahmmittellösung (Natrium-Carboxymethylcellulose) kleiner.als 1 % ist· Ein weiterer Vorteil ist, daß neben der Erweiterung des Verfahrens, um größere Teilchengrößenbereiche zu fraktionieren, auch Fraktionen, die geringe Unterschiede in der kritischen Teilchengröße besitzen, gezielt abtrennbar sind·

Das Verfahren gestattet es, in vorteilhafter Weise durch eine beliebige Maßstabsvergrößerung der angegebenen Grundrezeptur in technischem bzw· industriellem Maßstab Latexfraktionen mit einer gewünschten engen Teilchengrößenverteilung aus einem Ausgangslatex herzustellen· Bei einer entsprechenden Maßstabsrerkleinerung läßt sich das Verfahren auch ausgezeichnet zur analytischen Charakterisierung von Latices anwenden«

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt folgende wesentliche Vorteile:

1· Der Aufrahmvorgang wird wesentlich verkürzt·

2· Der Bereich der oberen und der unteren durch das Verfahren . zugänglichen kritischen Teilchengröße wird erweitert·

3· Aufrahmvorgänge mit kleineren Abständen hinsichtlich der kritischen Teilchengröße (10 nm und kleiner) werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besser beherrscht und bei großen.kritischen Teilchengrößen (D^? 1000 nm) erst

. . ermöglicht»

4· Die Ökonomie des Verfahrens wird durch Verwendung von · . Carboxymethylcellulose billiger·

5· Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es besonders vorteilhaft aus einem kontinuierlich hergestellten latex in technischen Mengen Fraktionen mit bestimmter engerer Teilchengrößenverteilung herzustellen

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Ausf ührimg_sbeis τ>± ele

Nachfolgend sind einige erfindungsgemäße Ausführangsbeispiele aufgeführt, ohne daß damit die gesamten Möglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens erschöpft sind oder das erfindungsgemäße Verfahren in irgendeiner Weise eingeschränkt ist.

1♦ "Vergleichsbeispiel

Das Vergleichsbeispiel verdeutlicht den Stand der Technik gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren. . . In ein Aufrahmgefäß entsprechender Form und Größe, das 200 g Auf rahmini schung aufnehmen kann und ein leichtes Abnehmen eines Teils der rahmarmen Phase gestattet, werden nacheinander 50 g Latex, dessen Oberfläche nahezu mit Emulgator gesättigt ist, mit einem Peststoffgehalt von 10 %₉ die Algiaatmenge (entsprechend der gewünschten kritischen Teilchengröße) in Form einer 1 %igen Lösung und soviel destilliertes Wasser eingewogen,.daß die Gesamtmasse der Aufrahmmischung 200 g beträgt« Anschließend wird.gut durchmischt und das Aufrahmgefäß ruhig stehengelassen, damit das Aufrahmen stattfinden kann·

Von einem Polyvinylchloridlatex (Latex A) werden auf diese Art Aufrahmmischungen mit jeweils unterschiedlicher Alginatkonzentration zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung hergestellt. Nach 24 bis 48 Stunden hat sich von jeder Aufrahmmischung genügend rahmarme Phase gebildet, so daß 20 ml . für eine FeststoffgehaltsbeStimmung abgenommen werden können« Zur Berechnung des Massenanteils von Teilchen mit einer Teilchengröße kleiner als der kritischen Teilchengröße entsprechend der eingesetzten Alginatkonzentration wird von dem Feststoffgehalt der rahmarmen Phase der Wert des Feststoffgehalts der nicht polymeren Bestandteile der rahmarmen Phase (Feststoffgehalt.Aufrahmmittel, Feststoffgehalt des Ultrafiltrats) abgezogen·

Auf diese Art und Weise erhält man die integrale Form der Massenanteil~Teilchengrößen-Kurve_β

2 2 5 759

Der Polyvinylchloridlatex (Latex A) "besitzt folgende Teilchengrößenfunktionen mit den folgenden Massenanteilen:

Latex A	Teilchengröße kleiner als IL. (nm)
Massenanteil (%)	-50
	100
ii;oo	200
32,20	300 '
39,04	400
> 47,08	500
60,80	600
68,64	700
76; 24	800
81;72	'900
87;'28	1000
88,92

2« Entsprechend der im Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise wird ein Polyvinylchloridlatex (Latex B) mit Katriura-Alginat und erfindungsgemäß mit Carboxymethylcellulose als Rahmbildner aufgerahmt.

Folgende Massenanteile werden mit beiden -Methoden für die entsprechenden Teilchengrößenfraktionen erhalten;

Latex B

. . . _-.. Aufrahmmittel

Kritische Teilchen- Ha-Alginat Carboxymethylcellulose größe D_Kr (nm) M-% M.-%

.75 11,0 11,2

100 13j'i 13,6

200 24;0 23^5

300 · 36,2 36,5

400 46,1 . " 46,8

500 58;1 57,5

600 ' 66»4 66;2

700 · 72;4 73,0

800 . 76,8 76,5

'900 84;8 84,0

1000 93,2 92,5

3« Entsprechend der Verfahrensweise des Vergleichsbeispiels wird von einem Polyvinylchloridlatex (Latex B) der Massenanteil bei einer kritischen Teilchengröße von 100 nra mit Natriumcarboxymethylcellulose als Aufrahmmittel bestimmt«

22 5 75 9 ₇

Parallel dazu wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gesamtmasse der Aufrahmmischung nicht mit destilliertem Wasser ., sondern jeweils mit einer 0,001, 0,4 und 2 %igen ITatriumsulfatlösung auf 200 g eingestellt». Der vollständige Aufrahmvorgang nach der Verfahrensweise des Vergleichsbeispiels dauert 24 h. Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist der vollständige Aufrahmvorgang nach 3-4 Stunden beendet·

' Latex B

Verfahrensweise nach dem Vergleichsbeispiel 1 Massenanteil bei D « 100 nmi 13,08 % Zeit bis zum vollständigen Aufrahmen: 24 h

Erfindungsgemäße Verfahrensweise:

Massenanteil bei Zeit bis zum voll- Konzentration der D^ - 100 nm ständigen Aufrah- Natriumsulfat-

men lösung

13*00 % 5h 0*001 %

13*04 % 4 h * 0,4 %

13,20 % 3 h 2 %

13,10 % 4h. 2 %

4» Entsprechend der Verfahrensweise im Vergleichsbeispiel 1 werden von einem Polyvinylchloridlatex (Latex B) mehrere Aufrahmschritte bei einer kritischen Teilchengröße von D= 100 nm und D = 900 nm durchgeführte Dabei wird die Konzentration der Aufrahmmittellösung (Hatriumcarboxymethylcellulose) von 0,5 bis 6,0 % variiert» In die Aufrahmmischungen wird.jedoch immer die gleiche Hatriumcarboxymethylcellulosemenge j bezogen auf die Trockensubstanz, eingebracht* Der bestimmte Massenanteil ist dabei unabhängig von der Konzentration der Aufrahmmitteilösung_β

22 5 75 9 β

Latex B " .

a 100 nm

⁼ 900 "nm

Konzentration der	Massenanteil
Na-CMC-Lösung (%)	(*).
ö|5	13;'2
ι;ο	i2;s
2;o	13,2
3,0	13,0
6,0	13,1
o;5	89,'3
i;o	87,8
2,0	86,2
3,0	87,2
6,0	86,8

Entsprechend der im Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise werden Aufrahmmischungen unterschiedlicher Gesamtmasse aber mit den gleichen Mengen Polyvinylchloridlatex (50 g .10 ^iger Latex B) und 2 %iger.JMatriumcarboxyinethylcelluloselösung (32 g) hergestellt· Die unterschiedliche Gesamtmasse der Mischungen v/ird durch destilliertes Wasser eingestellt« Entsprechend der Aufrahmmittelkonzentra-» tion in den Mischungen erfolgt der Aufrahmvorgang bei unterschiedlichen kritischen Teilchengrößen_e

Latex B	Massenanteil (%)	Gesamtmasse -der Aufrahm-
D^ (nm)		mischung (g)
up	'7,36	100
60	10J87	150
'85	12,88	200
100	14i45	250
112	16,35	300
128	25,30	'500
195	44,40	1000
- 355

Die kritischen Teilchengrößen D (nm) werden entsprechend der Aufrahmmittelkonzentration in der Mischung aus der Eichkurve entnommene

2 2 5 75 9 9

6» Entsprechend der Verfahrensweise des Vergleichsbeispiels wird ein Polyvinylchloridlatex (Latex G) mit Natriumcarboxymethylcellulose als Aufrahmmittel aufgerahmt» In der Aufrahmmischung ist zusätzlich Natriumsulfat (10 g/kg Aufrahmmischung) enthalten. Die Natriumcarboxymethylcellu-Iose wird dabei einmal in Form einer 4 %igen Lösung (Beispiel 6a) und einmal in Form.einer'0,5 %igen Lösung (Beispiel 6b) zugegeben· Die Mengen an Hatri^carboxymethylcellulose betragen im Beispiel 6a 6 g pro kg Aufrahmmischung und im Beispiel 6b 0,8 g pro Ig Auf rahm« mischung» Die Fraktionierung erfolgt in den beiden Fällen bei folgender kritischer Teilchengröße D_K :

Beispiel 6a : D_Kr : 2000 nm, Massenanteil: 83 % Beispiel 6b : Du : 35 nm, Massenanteil : 2 %

Die Werts der kritischen T_eilchengröße (D™· ) werden durch andere Methoden der Teilchengrößenbestimmung (EM, Fotosedimentation) ermittelt,

7· Entsprechend der Verfahrensweise des Vergleichsbeispiels wird,eine Maßstabsveränderung des Verfahrens um den Faktor 10 und 25 bzw. 0,25 vorgenommen· Als Aufrahmmittel wird entsprechend dem Beispiel 2 Carboxymethylcellulose,verwendet*

Die Ergebnisse zeigen die gute Reproduzierbarkeit der Me-. thode auch bei einer drastischen Maßstabsvergrößerung bzw. einer Maßstabsverkleinerung·

Latex B

a) Gesamtmasse der Aufrahmmischung 200 g; D^_r = 90 nm Massenanteil (%) a^ = 11*76

a₂ = 11,88

a₃ = 11,84 Mittelwert (%) a =» 11,83 + 0,06

2 2 5 7 5

b) Gesamtmasse der Aufrahmmischung 5000 gj IX- = 1000 nm

Massenanteil (%) b₁ « 94,97

b₂ β 94,32

b₃ = 93,00

b₄ = 91,24

b₅ = 93,32

b₆ = 93,44

Mittelwert {%) Έ = 93,38 + 1,3

c) Gesamtmasse der Aufrahmraisohung 50 g; D_Kr a 100 nm

— , -r

Massenanteil (%) c^ = 13*1 '

C₂ a 13,4

C₃ = 13,0

C₄ « 12,8

Mttelwert (%) c = 13,08 + 0,25

Claims (1)

1. 22 5 7 53 ¹¹

   E rfindu rags an s υ πι c h

   1« Verfahren zur Fraktionierung von Latices durch Aufrahmen unter Zusatz von Aufrahmmitteln* gekennzeichnet dadurch, daß eine Aufrahmmischung hergestellt.wird, die bezogen auf 100 Gewichtsteile Aufrahmmischung, 2,5 GewichtsteiIe Latexfeststoff,. 10"*-* bis 4*10° Gewicht steile Fremdelektrolyt, 10 ^J bis 10 Gewichtsteile Hatriumcarboxymethylcellulose als Aufrahmmittel, und die Differenz bis zu 100 Gewichtsteilen destilliertes Wasser enthält, die innerhalb von 2 bis 30 Stunden aufrahmt.und die nachfolgend in die beiden Phasen aufgetrennt wird»

   ... · _w / ...

   Verfahren nach P_unkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Fremdelektrolyt natriumsulfat eingesetzt wird.