PL179823B1 - Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów octanu winylu i estrów kwasu akrylowego - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów octanu winylu i estrów kwasu akrylowego:metylowego, etylowego i butylowego, o bardzo małej zawartości resztkowych monomerów, rzędu tysięcznych części procenta, polegający na polimeryzacji emulsyjnej mieszaniny octanu winylu i estrów kwasu akrylowego w obecności niejonowego środka powierzchniowo czynnego i koloidów ochronnych, inicjatora polimeryzacji i buforu, znamienny tym, że mieszaninę monomerów dozuje się do wody emulsyjnej o pH 6-7 i przewodnictwie elektrolitycznym 1,9-2,1 mS, zawierającej koloid ochronny w postaci mieszaniny o 5-50% <5= udziale małocząsteczkowego polialkoholu winylowego o lepkości 4% roztworu wodnego (BQ 4-6 mPa · s i 50-95% udziale średniocząsteczkowego polialkoholu winylowego o lepkości 4% roztworu wodnego 17-19 mPa · s, przy czym szybkość dozowania monomerów do emulsji ć© wodnej jest taka, że chwilowe przereagowanie monomerów wynosi powyżej 98%.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów octanu winylu i estrów kwasu akrylowego: metalowego, etylowego i butylowego, o bardzo małej zawartości resztkowych monomerów, rzędu tysięcznych części procenta, jako składników powłokotwórczych farb emulsyjnych.

Dyspersje takie otrzymuje się na drodze polimeryzacji emulsyjnej monomerów w obecności emulgatorów jonowych i niejonowych, koloidów ochronnych, buforów, inicjatorów polimeryzacji. Zawartość wolnych monomerów w tych dyspersjach zwykle jest rzędu dziesiętnych i setnych części procenta.

Na przykład według patentu polskiego nr 127 461, kopolimeryzację octanu winylu z chlorkiem winylu i nienasyconymi estrami kwasu karboksylowego prowadzi się w obecności 0,5-10% koloidów ochronnych i ewentualnie emulgatorów anionowych, kationowych lub niejonowych, w temperaturze 40-90°C, przy czym monomery dozuje się do środowiska reakcji w ten sposób, że chlorek winylu dozuje się w czasie krótszym o 10-70% od czasu dozowania całkowitej ilości monomerów. Ma to na celu obniżenie w dyspersjach zawartości nie przereagowanego chlorku winylu do poziomu 3-5 setnych procenta. Zawartość pozostałych monomerów w dyspersjach otrzymanych według tego sposobu jest rzędu dziesiętnych części procenta.

Według polskiego opisu patentowego nr 172 130 wodne dyspersje kopolimerów', w szczególności kopolimerów octanu winylu i estrów kwasu akrylowego, otrzymuje się w obecności emulgatora niejonowego i koloidu ochronnego, którym jest mieszanina hydroksycelulozy i polialkoholu winylowego w dowolnej proporcji. Zawartość wolnych monomerów w tych dyspersjach jest rzędu dziesiętnych części procenta.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania wodnych dyspersji kopolimerów octanu winylu i estrów kwasu akrylowego: metylowego, etylowego i butylowego o bardzo małej zawartości resztkowych monomerów, rzędu tysięcznych części procenta, o korzystnych właściwościach użytkowych, jako składników powłokotwórczych farb emulsyjnych.

Sposobem według wynalazku wodne dyspersje kopolimerów octanu winylu i estrów kwasu akrylowego: metylowego, etylowego i zwłaszcza butylowego, otrzymuje się w ten sposób, że mieszaninę wymienionych monomerów dozuje się do środowiska reakcji, którym jest woda emulsyjna o pH 6 - 7 i przewodnictwie elektrolitycznym 1,9 - 2,1 mS, zawierająca koloid ochronny w postaci mieszaniny o 5 - 50% udziale małacząsteczkowego polialkoholu winylu o lepkości 4% roztworu wodnego 4-6 mPa · s i 50 - 95% udziale średniocząsteczkowego polialkoholu winy179 823 lu o lepkości 4% roztworu wodnego 17 -19 mP -s, przy czym szybkość dozowania monomerów do wody emulsyjnej jest taka, że chwilowe przereagowanie monomerów wynosi powyżej 98%, a woda emulsyjna zawiera bufor, inicjator polimeryzacji oraz emulgator niejonowy, korzystnie oksyetylowane alkohole tłuszczowe.

W sposobie według wynalazku stosuje się, w częściach wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych mieszaniny monomerów··: 60 - 90, korzystnie 75 octanu winylu; 10-40 korzystnie 25 akrylanów: metylowego, etylowego, butylowego; 0,2 - 0,5, korzystnie 0,26 octanu sodu jako buforu i 0,3 - 0,8 korzystnie 0,5 l nadsiarczanu potasu jako inicjatora polimeryzacji dodawanego do wody emulsyjnej w czasie polimeryzacji porcjami lub w sposób ciągły. Całkowita ilość środków powierzchniowo czynnych w środowisku reakcji wynosi 4 - 6,5 części wagowych, przy czym emulgator niejonowy i mieszanina polialkoholu stosowane są w proporcji od 3 :1 do 1 : 1, korzystnie 2:1. Temperatura polimeryzacji wynosi 76 - 90°C.

Nieoczekiwanie okazało się, że zastosowanie wynalazku pozwala otrzymać bezpośrednio w wyniku polimeryzacji tiksotropowe, wodne dyspersje kopolimerów octanu winylu z akrylanami: metylowym, etylowym i butylowym o stężeniu polimeru około 50%, zawartości wolnych monomerów rzędu tysięcznych procenta, a więc o rząd wielkości niższy aniżeli według znanych sposobów, o lepkościach w granicach 700 - 1600 mPa · s i rozmiarach cząstek w granicach 500 600 nm. Jednocześnie unika się długotrwałej i kosztownej degazacji, często prowadzącej do destabilizacji.

Rezultat ten uzyskuje się stosując łącznie: dozowanie monomerów do wody emulsyjnej o pH 6 - 7 i przewodnictwie 1,9 - 2,1 mS zawierającej mieszaninę mało i średnio-cząsteczkowego polialkoholu winylowego, z taką szybkością, aby chwilowe przereagowanie monomerów wynosiło nie mniej niż 98%.

Przy zastosowaniu akrylanu butylu otrzymać można dyspersje o Tg polimeru w granicach 10 -12°C i MTTF 4 - 6°C. Sąto optymalne parametry powłok farb emulsyjnych ogólnego stosowania.

Sposób według wynalazku ilustrują przykłady wykonania:

Przykład I.Do polimeryzatora zaopatrzonego w płaszcz grzejno-chłodzący, mieszadło ramowe, chłodnicę zwrotną, dozownik monomerów, termometr, wprowadza się w częściach wagowych: 107 wody odmineralizowanej: 0,26 octanu sodu; 3,91 oksyetylowanych alkoholi tłuszczowych (Rokanol ŁO-18); 0,26 małocząsteczkowego polialkoholu winylu o lepkości 4% roztworu wodnego 5 mPa · s; 1,58 średniocząsteczkowego polialkoholu winylu o lepkości 4% roztworu wodnego 18 mPa · s. Przewodnictwo elektrolityczne wody emulsyjnej wynosi 2 mS, a pH 6,5. Zawartość polimeryzatora podgrzewa się do temperatury 76°C i w tej temperaturze rozpoczyna się dozowanie 0,51 części wagowych nadsiarczanu potasu w postaci około 5% roztworu wodnego i mieszaniny monomerów składającej się z 75 części wagowych octanu winylu i 25 części wagowych akrylanu butylu. Dozowanie monomerów prowadzi się z taką szybkością, aby chwilowe przereagowanie monomerów w środowisku reakcji było nie niższe aniżeli 98%. Po zadozowaniu całej ilości monomerów zawartość polimeryzatora wygrzewa się w temperaturze 78°C w czasie 2 godzin, po czym schładza się do temperatury 25 - 30°C. W wyniku otrzymuje się dyspersje kopolimeru o zawartości masy suchej 49,5%, pH 3,5; rozmiarze cząstek kopolimeru 550 nm i lepkości 900 mPa · s. Zawartość nie przereagowanego octanu winylu wynosi 0,001, a akrylanu 0,003%.

Przykład II. Do polimeryzatora jak w przykładzie I wprowadza się, w częściach wagowych: 107 wody odmineralizowanej; 3,5 oksyetylowanego alkoholu tłuszczowego; 0,9polialkoholu małocząsteczkowego o lepkości 4% roztworu wodnego 4,2 mPa · s; 2,1 polialkoholu średniocząsteczkowego o lepkości 4% roztworu wodnego 12,5 mPa •s i 0,2 octanu sodu. Przewodnictwo elektrolityczne wody emulsyjnej wynosi 1,9 mS, a pH 6. Po podgrzaniu zawartości polimeryzatora do temperatury 76°C rozpoczyna się dozowanie 0,7 części wagowych nadsiarczanu potasu w postaci 5% roztworu wodnego i mieszaniny monomerów składaj ącej się z 60 części wagowych octanu winylu, 20 akrylanu butylu i 20 akrylanu etylu. Po zadozowaniu całej ilości monomerów i inicjatora z taką szybkością, aby chwilowe stężenie monomerów w środowisku reakcji przekraczało 98% zawartości polimeryzatora, wygrzewa się w temperaturze 78°C w czasie

179 823 godzin, po czym schładza się do temperatury 25°C. W wyniku otrzymuje się dyspersję kopolimeru o zawartości masy suchej 49%, pH 4, rozmiarze cząstek 600 nm, lepkości 1300 mPa · s. Zawartość nie przereagowanego octanu winylu wynosi 0,003, a akrylanów 0,006%.

Przykład III. Do polimeryzatora jak w przykładzie I wprowadza się, w częściach wagowych: 3 oksyetylowanego alkoholu tłuszczowego; 0,45 małocząsteczkowego polialkoholu winylu jak w przykładzie I; 0,65 średniocząsteczkowego polialkoholu winylu jak w przykładzie I; 0,5 octanu sodu. Przewodnictwo elektrolityczne wody emulsyjnej wynosi 2 mS, a pH 6,7. Po podgrzaniu zawartości polimeryzatora-do temperatury 76°C dozuje się 0,4 części wagowych nadsiarczanu potasu (4% roztwór wodny) i mieszaninę monomerów o składzie: 90 części wagowych octanu winylu, 10 akrylanu butylu. Dalej proces prowadzi się jak w przykładzie I. W wyniku otrzymuje się dyspersje kopolimeru o zawartości masy suchej 49%, pH 4,7; rozmiarze cząstek 550 nm, lepkości 1100 mPa · s. Zawartość wolnego octanu winylu wynosi 0,006%), a akrylanu 0,007%.

Przykład rV.W polimeryzatorze jak w przykładzie I sporządza się wodę emulsyjnąjak w przykładzie I. Po podgrzaniu zawartości polimeryzatora do temperatury 76°C dozuje się 0,5 części wagowych nadsiarczanu potasu (5% roztwór wodny) i mieszaninę monomerów o składzie, w częściach wagowych: 65 octanu winylu, 30 akrylanu butylu, 5 akrylanu metylu. Dalej proces prowadzi się jak w przykładzie I. W wyniku otrzymuje się dyspersje kopolimeru o zawartości masy suchej 49,8%, pH 3,2, rozmiarze cząstek kopolimeru 600 nm i lepkości 950 mPa · s. Zawartość nie przereagowanego octanu winylu wynosi 0,002, a akrylanów 0,004%.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania wodnych dyspersji kopolimerów octanu winylu i estrów kwasu akrylowego: metylowego, etylowego i butylowego, o bardzo małej zawartości resztkowych monomerów, rzędu tysięcznych części procenta, polegający na polimeryzacji emulsyjnej mieszaniny octanu winylu i estrów kwasu akrylowego w obecności niejonowego środka powierzchniowo czynnego i koloidów ochronnych, inicjatora polimeryzacji i buforu, znamienny tym, że mieszaninę monomerów dozuje się do wody emulsyjnej o pH 6-7 i przewodnictwie elektrolitycznym 1,9-2,1 mS, zawierającej koloid ochronny w postaci mieszaniny o 5-50% udziale małocząsteczkowego polialkoholu winylowego o lepkości 4% roztworu wodnego 4-6 mPa · s i 50-95% udziale średniocząsteczkowego polialkoholu winylowego o lepkości 4% roztworu wodnego 17-19 mPa · s, przy czym szybkość dozowania monomerów do emulsji wodnej jest taka, że chwilowe przereagowanie monomerów wynosi powyżej 98%.