ES2218151T3 - Dispersiones acuosas de materiales sinteticos con una estabilidad aumentada. - Google Patents
Dispersiones acuosas de materiales sinteticos con una estabilidad aumentada.Info
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Abstract
Dispersiones acuosas de materiales sintéticos, que contienen partículas de látex, que tienen grupos aniónicos, caracterizadas porque por lo menos una parte de los grupos aniónicos tienen azúcar-alcoholes aminados en forma protonada como ion de signo contrario (= antagonista).
Description
Dispersiones acuosas de materiales sintéticos con
una estabilidad aumentada.
El presente invento se refiere a dispersiones
acuosas de materiales sintéticos, que están estabilizadas
electrostáticamente por medio de grupos aniónicos y que son
obtenibles por ejemplo mediante una polimerización en emulsión, a
procedimientos para su preparación, así como a su utilización.
Es conocido que los látices constituyen, desde un
punto de vista termodinámico, sistemas inestables, que deben de ser
estabilizados lo mejor que sea posible mediante medidas técnicas
apropiadas. Una posibilidad para la estabilización frente a una
coagulación o una formación de motas y grumos, provocada mediante
una carga por cizalladura, una adición de electrólitos o un
contenido críticamente alto de materiales sólidos, se puede
conseguir por copolimerización de ciertos monómeros con grupos de
carácter ácido. Por lo general, para la neutralización de estos
grupos de carácter ácido se utilizan bases inorgánicas, tales como
hidróxidos de metales alcalinos o amoníaco. A partir del documento
de solicitud de patente alemana
DE-A-19.56.509 se conocen también
ciertas dispersiones, que habían sido neutralizadas con determinadas
alcanol-aminas (es decir, derivados de amoníaco
sustituidos con monohidroxi-alquilo) como iones de
signo contrario (= antagonistas).
Sorprendentemente, se ha encontrado ahora que una
neutralización de grupos de carácter ácido, que se encuentran junto
a la superficie de las partículas de látex, con
azúcar-alcoholes aminados, conduce a unas
dispersiones de materiales sintéticos manifiestamente más estables
en comparación con las del estado de la técnica.
Son objeto del presente invento, por
consiguiente, unas dispersiones acuosas de materiales sintéticos,
que contienen partículas de látex, y que tienen grupos aniónicos,
las cuales están caracterizadas porque por lo menos una parte de los
grupos aniónicos tienen azúcar-alcoholes aminados en
una forma protonada como ion antagonista.
De manera preferida, como
azúcar-alcoholes aminados se emplean
N-alquil-glucaminas o
D-glucamina, de manera especialmente preferida
N-alquil-glucaminas, en las que el
grupo alquilo tiene de 1 a 4 átomos de carbono, y en particular
N-metil-glucamina. Además, se pueden
emplear también di-glucaminas.
La neutralización de una dispersión de carácter
ácido de un material sintético, que ha de producir una disociación
total de las cargas y, por consiguiente, una estabilización, debido
a la alta concentración local de iones que aparece en este caso, es
normalmente una etapa crítica del proceso, durante la cual se llega
a la formación de más o menos motas o grumos o, en el peor de los
casos, incluso a una coagulación total.
Si como base se utilizan, por el contrario,
azúcar-alcoholes aminados, de manera preferida una
N-alquil-glucamina, en particular la
N-metil-glucamina (NMG), o por lo
menos una cantidad parcial de este azúcar-alcohol
aminado, para la neutralización parcial o total de las dispersiones
de materiales sintéticos, entonces se puede reconocer una manifiesta
ventaja de estabilidad, en comparación con los productos obtenidos
con los agentes de neutralización usuales hasta la fecha. La
determinación mediante filtración de las proporciones de materiales
coagulados de un látex neutralizado con diversas bases, proporciona,
en efecto, independientemente del sistema de monómeros que se ha
utilizado para la polimerización, siempre los valores más pequeños
del residuo de tamizado para los productos tratados con los
azúcar-alcoholes aminados.
También es ventajosa la base de materia prima
renovable de estos compuestos, que son obtenibles por aminación en
condiciones reductoras directamente a partir de los correspondientes
hidratos de carbono.
Los respectivos azúcar-alcoholes
aminados, obtenibles partiendo de glucosa, que se describen por
ejemplo en el documento de patente internacional WO 93/03004, y que
se emplean normalmente a gran escala técnica como materias primas
para agentes tensioactivos (véase el documento
DE-A-35.38.451), son fácilmente
solubles en agua y son obtenibles comercialmente también en esta
forma.
Las ventajas de las dispersiones de materiales
sintéticos conformes al invento residen en la estabilidad
manifiestamente aumentada en comparación con los productos
habituales, que repercute positivamente al realizar la confección
para dar productos finales, tales como pinturas, revoques, barnices
o pegamentos.
Así, la formación de un material coagulado o bien
de motas y grumos, que se observa frecuentemente al añadir
posteriormente pigmentos, electrólitos, agentes espesantes, etc., y
en el caso de las cargas de cizalladura que aparecen paralelamente,
está limitada grandemente, o bien no aparece en absoluto. Esta
ventaja no tiene, además, ningún tipo de influencias negativas sobre
las propiedades técnicas de aplicaciones de los productos.
La preparación de las dispersiones conformes al
invento se realiza, de manera preferida, mediante simple
introducción con agitación de una solución acuosa (concentrada al 5
hasta 70%) del respectivo azúcar-alcohol aminado en
el látex de carácter ácido o bien ya neutralizado parcialmente con
otras bases. La temperatura está situada en este caso, por lo
general, entre 0ºC y 100ºC, de manera preferida entre 20ºC y 80ºC.
Naturalmente, también es posible la introducción por agitación del
látex de carácter ácido o bien ya neutralizado parcialmente con
otras bases, en la solución acuosa del respectivo
azúcar-alcohol aminado.
El sistema de monómeros que se presenta como
fundamento de la dispersión de materiales sintéticos y la relación
ente los monómeros tiene sólo una importancia secundaria, al igual
que el tipo del procedimiento realizado previamente para la
preparación del látex (de reemulsionamiento de polvos en dispersión,
polimerización en emulsión, polimerización en suspensión, etc.).
Las dispersiones acuosas de materiales sintéticos
conformes al invento encuentran aplicación de manera preferida en
pinturas, revoques, barnices y pegamentos.
El presente invento se describe seguidamente de
una manera más detallada con ayuda de ejemplos de realización, pero
sin ser restringido por ellos.
Como medida de la diversa estabilidad de los
látices en dependencia de los iones antagonistas, después de una
neutralización de dispersiones modelos con las diferentes bases se
determina el denominado residuo de tamizado. Y ciertamente de manera
directa, después del ajuste del valor del pH, después de un
almacenamiento durante 14 días en un armario estufa de desecación a
50ºC, o bien después de una fuerte carga por cizalladura de las
muestras durante 2 minutos, que sigue directamente a la
neutralización.
El residuo de tamizado corresponde a la
proporción de motas gruesas y de material coagulado en las
dispersiones de polímeros y se determina de la siguiente manera:
100,0 g de la muestra para dispersar
homogeneizada, que se ha de investigar, se diluyen cuidadosamente
con 500,0 g de agua destilada, sin que se forme en tal caso una
espuma. A continuación, la mezcla se vierte a través de un tamiz
previamente equilibrado y tarado, que se compone de una pieza,
sujeta de manera apropiada, de una tela desengrasada de alambre de
acero (la tela de alambre fino de acero inoxidable no 375VA140K,
tipo "Multi", nº de artículo 00100540-15,
fabricante: entidad Haver & Boecker, 47400 Oelde/ Westfalia) con
una anchura de mallas de 0,04 mm, y el residuo se "lava
posteriormente" de manera cuidadosa con el agua destilada que se
ha utilizado para enjuagar el recipiente que contiene la muestra
(transferencia cuantitativa) hasta la ausencia de espuma. El tamiz
húmedo se coloca seguidamente sobre una cápsula de Petri limpia, y
se seca por lo menos durante una hora a 105ºC hasta 135ºC.
Finalmente, se pesa de retorno el tamiz enfriado y con ayuda de la
cantidad pesada se calcula el residuo de tamizado en % en peso. Los
valores indicados en las Tablas corresponden al valor medio de una
determinación doble, llevada a cabo de esta manera.
A fin de determinar la estabilidad frente a la
cizalladura,150 ml de la respectiva muestra para dispersar se
cizallan en un aparato disolvedor de Cowles con un disco dispersador
(diámetro: 5 cm) y un vaso metálico (diámetro: 8,5 cm, volumen:
aproximadamente 800 ml) durante 120 segundos a 5.000 revoluciones
por minuto.
En el caso de una coagulación del látex
(elevación extremada de la viscosidad) se interrumpe inmediatamente
la cizalladura y se indica el período de tiempo que ha transcurrido
hasta ese momento. Cuando durante la carga por cizalladura no se
inicia ninguna coagulación de la dispersión, se transfiere la
dispersión a una botella de vidrio con una capacidad de 500 ml
provista de un cierre roscado y, después de haberse depositado la
espuma, se determina el residuo de tamizado tal como se ha descrito
antes.
Como dispersiones modelos se escogieron dos
productos de la entidad Clariant GmbH:
La ®Mowilith LDM 7250 aproximadamente al 50% es
una dispersión acuosa exenta de plastificantes, sobre la base de
ésteres de los ácidos acrílico y metacrílico, que se emplea como
pegamento para forrar, por ejemplo, para el forrado con láminas
brillantes.
La ®Mowilith VDM 7830 aproximadamente al 50% es
asimismo una dispersión acuosa exenta de plastificantes, que se basa
en ésteres de ácido acrílico y en estireno como monómeros
principales, y que se utiliza para la impregnación de láminas
decorativas y de acabado o de cantos verticales en la industria de
los muebles.
Ambos látices contienen ácido acrílico y ácido
metacrílico como comonómeros estabilizadores, que son neutralizados
después de la polimerización normalmente con una solución de
hidróxido de sodio (= lejía de sosa) (la ®Mowilith LDM 7250) o bien
con amoníaco acuoso (la ®Mowilith VDM 7830). Adicionalmente a estas
dos bases, se utilizan en los ensayos los compuestos reproducidos en
las tablas: monoetanol-amina,
dietanol-amina y la
N-metil-glucamina conforme al
invento. Todos los agentes de neutralización, para el ajuste de un
valor del pH de aproximadamente 6,5, se añaden gota a gota en forma
de soluciones acuosas al 10%, mediando agitación lenta a 30ºC, a las
muestras de dispersiones que se han de investigar. Finalmente,
mediante adición de agua destilada se ajusta el contenido de
materiales sólidos a un valor uniforme de aproximadamente 48%.
| Agente de neutralización | NaOH | NH_{3} | H_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH) | HN(CH_{2}CH_{2}OH)_{2} | HN(CH_{3})R ^{*)} |
| Contenido de materiales sólidos | 48,2% | 48,1% | 47,8% | 48,3% | 48,0% |
| Valor del pH | 6,5 | 6,7 | 6,4 | 6,7 | 6,3 |
| Residuo de tamizado | 0,002% | 0,002% | 0,002% | 0,001% | < 0,001% |
| ^{*)}R = radical 2,3,4,5,6-pentahidroxi-hexilo |
| Agente de neutralización | NaOH | NH_{3} | H_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH) | HN(CH_{2} CH_{2}OH)_{2} | HN(CH_{3})R ^{*)} |
| Residuo de tamizado | 0,002% | 0,005% | 0,003% | 0,004% | < 0,001% |
| Agente de neutralización | NaOH | NH_{3} | H_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH) | HN(CH_{2} CH_{2}OH)_{2} | HN(CH_{3})R^{*)} |
| Residuo de tamizado | 0,004% | 0,006% | 0,004% | 0,004% | 0,001% |
| Agente de neutralización | NaOH | NH_{3} | H_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH) | HN(CH_{2} CH_{2}OH)_{2} | HN(CH_{3})R ^{*)} |
| Contenido de materiales sólidos | 48,3% | 48,0% | 47,8% | 48,1% | 48,1% |
| Valor del pH | 6,3 | 6,6 | 6,5 | 6,6 | 6,4 |
| Residuo de tamizado | 0,004% | 0,004% | 0,003% | 0,003% | 0,001% |
| ^{*)}R = radical 2,3,4,5,6-pentahidroxi-hexilo |
| Agente de neutralización | NaOH | NH_{3} | H_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH) | HN(CH_{2} CH_{2}OH)_{2} | HN(CH_{3})R ^{*)} |
| Residuo de tamizado | 0,005% | 0,007% | 0,004% | 0,005% | 0,001% |
| Agente de neutralización | NaOH | NH_{3} | H_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH) | HN(CH_{2} CH_{2}OH)_{2} | HN(CH_{3})R ^{*)} |
| Residuo de tamizado | 0,007% | 0,008% | 0,005% | 0,006% | 0,001% |
Claims (5)
1. Dispersiones acuosas de materiales
sintéticos, que contienen partículas de látex, que tienen grupos
aniónicos, caracterizadas porque por lo menos una parte de
los grupos aniónicos tienen azúcar-alcoholes
aminados en forma protonada como ion de signo contrario (=
antagonista).
2. Dispersiones acuosas de materiales sintéticos
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizadas porque
como azúcar-alcoholes aminados se emplean
N-alquil-glucaminas o
D-glucamina.
3. Dispersiones acuosas de materiales sintéticos
de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizadas porque
como azúcar-alcoholes aminados se emplea
N-metil-glucamina.
4. Procedimiento para la preparación de
dispersiones acuosas de materiales sintéticos de acuerdo con por lo
menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
se introduce con agitación una solución acuosa del
azúcar-alcohol aminado en el látex de carácter ácido
o bien ya neutralizado parcialmente con otras bases.
5. Utilización de dispersiones acuosas de
materiales sintéticos de acuerdo con por lo menos una de las
reivindicaciones 1 a 3 en pinturas, revoques, barnices y
pegamentos.
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