PL103426B1 - Sposob otrzymywania polimerycznych srodkow zageszczajacych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania niskolepkich, wodnych dyspersji polimerowych, posiadajacych zdolnosc bardzo silnego zageszczania innych ukladów dyspersyjnych.

Znana jest duza grupa zwiazków chemicznych, zarówno pochodzenia naturalnego, jak i syntetycznego, stosowanych do zageszczania róznego rodzaju wodnych ukladów dyspersyjnych, takich jak lateksy, zawiesiny mineralne lub zawiesiny mineralno-polimeryczne. Do zwiazków takich naleza: skrobia, pochodne celulozy, polialkohol winylu itp. Tego rodzaju srodki, dodawane najczesciej w postaci wysokolepkiego roztworu, powoduja podwyzszenie gestosci danego ukladu wodnego, w zaleznosci od ilosci dodanego zwiazku zageszczajacego.

Znana jest tez grupa specjalnych srodków zageszczajacych, bedacych kopolimerami lub terpolimerami kwasu akrylowego lub metakrylowego z niektórymi monomerami winylowymi. Otrzymuje sie je w postaci dyspersji bardzo drobnych czastek polimeru w wodzie. Dyspersje te, o stosunkowo niskiej lepkosci, posiadaja zdolnosc zageszczania in situ, to znaczy, ze efekt wzrostu lepkosci danego ukladu nie powstaje jako wynik wprowadzenia odpowiedniej ilosci dyspersji do tego ukladu, lecz jako wynik doprowadzenia ukladu do okreslonej wartosci pH. W nastepstwie podwyzszenia pH mikroczasteczka danego srodka zageszczajacego przechodzi w zwiazek rozpuszczalny w wodzie, co powoduje bardzo duzy wzrost lepkosci ukladu.

Znany sposób wytwarzania takiego srodka, na przyklad wedlug patentu St. Zjedn. Am. nr 3657175, polega na prowadzeniu procesu kopolimeryzacji kwasu metakrylowego uzytego w ilosci 20—55% w stosunku do ogólnej ilosci monomerów, z takimi monomerami jak styren i butadien, w obecnosci 3—35% bezwodnika nienasyconego kwasu karboksylowego, zestryfikowanego wyzszym etoksyloalkoholem. Wada tego sposobu jest trudna technologia, wymagajaca stosowania aparatury cisnieniowej.

Inny sposób otrzymywania polimerycznych srodków zageszczajacych, na przyklad wedlug patentu St.

Zjedn. Am. nr 3708445, specjalnie zalecany dla zageszczania lateksów karboksylowych i butadienowo-styrenowych zawierajacych wypelniacz, podaje jako surowce wyjsciowe alkiloarylopolieteroalkohole i nienasycone kwasy karboksylowe. W pierwszym etapie przeprowadza sie estryfikacje etereoalkoholu kwasem akrylowym w obecnosci kwasu p-toluenosulfonowego jako katalizatora2 103 426 reakcji i inhibitora polimeryzacji. W drugim etapie prowadzi sie w sposób periodyczny kopolimeryzacje otrzymanego estru z nienasyconym kwasem karboksylowym, przy uzyciu katalizatora typu redox. Sposób ten jest uciazliwy a otrzymany produkt posiada wysoka lepkosc i stosunkowo niska zawartosc substancji stalej.

Znany jest tez sposób otrzymywania interpolimeru (patenty St. Zjedn. Am. nr 3684776 i 3684777), który moze byc stosowany jako srodek zageszczajacy, na drodze kopolimeryzacji bezwodnika maleinowego z eterem winylowym. Polimeryzacje prowadzi sie w sposób konwencjonalny, w temperaturze okolo 150°C, najkorzystniej w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku organicznym, w którym wytraca sie powstajacy polimer. Otrzymany pólprodukt filtruje sie, przemywa rozpuszczalnikiem i suszy pod próznia. Nastepnie prowadzi sie amidacje pólproduktu w odpowiednim rozpuszczalniku przy pomocy pierwszo- lub drugorzedowej monoaminy. Proces technologiczny ma charakter wieloetapowy, w zwiazku z czym jest uciazliwy w prowadzeniu na skale techniczna.

Sposób wytwarzania polimerycznych srodków zageszczajacych wedlug wynalazku polega na tym, ze mieszanine monomerów skladajaca sie z kwasu akrylowego i/lub metakrylowego w ilosci lu-80% wagowych, korzystnie w ilosci 20-40% wagowych z nienasyconymi estrami winylowymi w ilosci 20-90% wagowych, korzystnie w ilosci 60-80% wagowych, z których jeden jest octanem winylu, wprowadza sie w sposób ciagly do wody emulsyjnej, zawierajacej mieszanine emulgatora jonowego i niejonowego oraz alkaliczna sól uzytego monokwasu karboksylowego i prowadzi sie polimeryzacje emulsyjna w temperaturze 40—90°C do pelnego przereagowahia monomerów. Proces polimeryzacji przebiega w obecnosci rozpuszczalnego w wodzie inicjatora polimeryzagi, na przyklad nadsiarczanu potasu, w ilosci co najmniej 0,3% >yagowych w stosunku do sumy monomerów.

Obok octanu winylu, w charakterze nienasyconych estrów winylowych stosuje sie akrylany lub metakrylany alkilowe, korzystnie akrylan etylu lub akrylan butylu.

Bardzo istotnym elementem sposobu wedlug wynalazku jest przygotowanie wody emulsyjnej, która winna zawierac 1-3% w stosunku do sumy uzytych monomerów nienasyconego kwasu karboksylowego w postacijego soli alkalicznej. Zapewnia on w ukladzie z mieszanina emulgatorów jonowego i niejonowego równomierna wielkosc czastek polimeru, stabilnosc i jednorodnosc otrzymanej dyspersji, mieszalnosc z róznymi ukladami lateksowymi oraz odpornosc na mineralne wypelniacze.

Jako mieszanine emulgatorów jonowego i niejonowego korzystnie stosuje sie alkiloaryiosulfonian sodu oraz Rokanol LO—18, (stanowiacy produkt addycji tlenku etylenu do nasyconego alkoholu), w ilosci 1,5-8% wagowych w stosunku do masy uzytych monomerów, przy czym stosunek emulgatora jonowego do niejonowego miesci sie w granicach 1 :0,2-2.

Sposób wytwarzania srodków zageszczajacych wedlug wynalazku posiada szereg zalet w porównaniu do sposobów znanych. Do procesu moze byc stosowany zwykly, bezcisnieniowy reaktor, zaopatrzony w mieszadlo.

Egzotermiczna reakcja procesu jest latwo kontrolowana, gdyz ilosc wydzielonego ciepla jest regulowana iloscia doprowadzanych monomerów. Proces jest wysoce wydajny, poniewaz caly cykl polimeryzacji przebiega w okresie okolo 8 godzin. Srodek zageszczajacy otrzymany sposobem wedlug wynalazku stanowiacy kopolimer lub terpolimer ma charakter polielektrolitu, który przy wartosciach pH ponizej 7 ma postac zawiesiny wodnej, natomiast po odpowiednim rozcienczeniu woda i podwyzszeniu pH, daje klarowne, wysokolepkie pseudoroztwory. W tej postaci ma on szerokie zastosowanie do zageszczania róznych lateksów i innych zawiesin substancji organicznych, jak tez zawiesin substancji mineralnych, przy czym nie wywiera zadnego ubocznego wplywu na wlasnosci zageszczanego ukladu. Ma to szczególne znaczenie w kompozycjach srodków wiazacych dla barwnego drukowania tkanin lub w mieszankach do podklejania dywanów z wypelniaczem mineralnym.

Sposób wedlug wynalazku jest blizej przedstawiony w przykladach postepowania.

Przyklad I. Do kolby zaopatrzonej w mieszadlo wprowadza sie 200 ml wody, 4 g Rokanolu LO-18, 2 g alkiloarylosulfonianu sodu, 0,8 g octanu sodu. Zawartosc ogrzewa sie przy uruchomionym mieszadle do temperatury 80°C. W tej temperaturze wprowadza sie jednorazowo 0,414 g nadsiarczanu potasu rozpuszczonego w 20 ml wody emulsyjnej i natychmiast rozpoczyna sie dodawanie w sposób ciagly mieszaniny monomerów o nastepujacym skladzie: 13,8 g kwasu akrylowego, 41,5 g akrylanu butylu, 83 g octanu winylu. Dodawanie mieszaniny monomerów trwa 3 godziny. Nastepnie podnosi sie temperature do 90°C i w tej temperaturze utrzymuje sie przez 75 minut. Tak otrzymana dyspersje schladza sie do temperatury pokojowej. Dyspersja posiada pH 4,0 i rozpuszcza sie calkowicie w roztworze amoniaku. Dodana w ilosci 4% do lateksu karboksylowego butadienowo-styrenowego podnosi stosunkowo nieznacznie jego lepkosc z 7 cP do 96 cP, przy czym pH podgeszczonego lateksu wynosi 8,0.

Przykladu. Do wody emulsyjnej sporzadzonej jak w przykladzie I dozuje sie mieszanine monomerów o nastepujacym skladzie: 27 g kwasu akrylowego, 55 g akrylanu butylu i 55 g octanu winylu. Po przeprowadzeniu polimeryzacji, 4% tak otrzymanej dyspersji dodano do lateksu karboksylowego, uzyskujac wzrost lepkosci z 7 cP do 139 cP, przy pH równym 8,0. /103 426 3 Przyklad III. Polimeryzacje przeprowadzono jak w przykladzie I, zmieniajac sklad monomerów na nastepujacy: 108 g kwasu akrylowego, 14 g akrylanu butylu i 14 g octanu winylu. Otrzymano wysokolepki produkt barwy mlecznej. Lepkosc otrzymanego produktu wynosila okolo 10000 cP. Dodanie 4% tego srodka do lateksu wymienionego w przykladzie I podnosi jego lepkosc z 7 cP do 373 cP.

Przyklad IV. Do kolby zaopatrzonej w mieszadlo wprowadza sie 200 ml wody, 5,6 g alkiloarylosulfonianu sodu, 1,2 g Rokanolu LO—18, 2 g octanu sodu i 1,8 g akrylanu sodu. Po podgrzaniu do 80°C wprowadza sie 0,5 g nadsiarczanu potasu i dozuje w sposób ciagly w okresie 4 godzin 136 g mieszaniny monomerów, skladajacej sie z kwasu akrylowego, akrylanu butylu i octanu winylu w stosunku wagowym :25 :55. Nastepnie dodaje sie 0,13 g nadsiarczanu potasu, podnosi temperature do 90°C i ogrzewa w tej „ - "temperaturze przez 2 godziny,, po czym schladza do temperatury pokojowej. Tak otrzymany produkt dodano \ w ilosci 4% dp\ dyspersji winylowo-akrylowej (kopolimer octanu winylu z estrami akrylowymi) o lepkosci poczatkowej 124 cP otrzymujac dyspersje o lepkosci 1300 cP, przy pH zageszczonej dyspersji równym 8,5.

Pr z y k l a*d V. Polimeryzacje przeprowadzono jak w przykladnie IV, stosujac zamiast akrylanu butylu akrylan etylu, przy czyni stosunek wagowy monomerów wynosil odpowiednio 24 : 36 : 40. Jednoprocentowa wodna zawiesina tego produktu przechodzila w postac calkowicie rozpuszczalna po zalkalizowaniu amoniakiem, przy czym lepkosc otrzymanego roztworu wynosila 470 cP.

Przyklad VI. Polimeryzacje przeprowadzono jak w przykladzie IV stosujaca metakrylan metylu zamiast akrylanu butylu, przy tym samym wzajemnym stosunku monomerów. Przez dodanie tak otrzymanego produktu w ilosci 4% do dyspersji akrylowej (akrylan butylu - metakrylan butylu) o lepkosci poczatkowej 20 cP otrzymano dyspersje o lepkosci 2200 cP,

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób otrzymywania polimerycznych srodków zageszczajacych na bazie nienasyconych kwasów karboksylowych, znamienny tym, ze mieszanine monomerów, skladajaca sie z kwasu akrylowego i/lub metakrylowego w ilosci 10-80% wagowych z nienasyconymi estrami winylowymi w ilosci 20-90% wagowych, wprowadza sie w sposób ciagly do wody emulsyjnej, zawierajacej mieszanine emulgatora jonowego i niejonowego oraz alkaliczna sól uzytego monokwasu karboksylowego i prowadzi sie polimeryzacje emulsyjna w temperaturze 40—90°C, do pelnego przereagowania monomerów.

2. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze w charakterze nienasyconych estrów winylowych stosuje sie octan winylu oraz akrylany i metakrylany alkilowe, korzystnie akrylan etylu lub akrylan butylu.

3. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze mieszanine emulgatora jonowego i niejonowego stosuje sie w ilosci 1,5—8% wagowych w stosunku do sumy uzytych monomerów, przy czym stosunek emulgatora jonowego do niejonowego miesci sie w granicach 1 :0,2-2.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sól alkaliczna nienasyconego monokwasu karboksylowego dodaje sie do wody emulsyjnej w ilosci 1—3% wagowych w stosunku do sumy uzytych monomerów.