DE19537936A1 - Process for the preparation of coagulate-free polymer dispersions - Google Patents
Process for the preparation of coagulate-free polymer dispersionsInfo
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Abstract
Description
Bei der Emulsionspolymerisation werden radikalisch polymerisier bare Verbindungen (Monomere) in wäßriger Emulsion mit Hilfe eines wasserlöslichen Initiators polymerisiert. Bei der Emulsionspoly merisation tritt teilweise eine unerwünschte Koagulatbildung von dispergierten Polymerteilchen auf.In the case of emulsion polymerization, radical polymerization takes place bare compounds (monomers) in aqueous emulsion using a polymerized water-soluble initiator. For the emulsion poly In some cases, undesired coagulation occurs dispersed polymer particles.
Bei den unterschiedlichen Verwendungen der erhaltenen Polymer dispersionen, z. B. als Klebstoffe, Lackstoffe, Bindemittel für Vliesstoffe oder Papierstreichmassen führen solche Koagulat anteile z. B. zu Stippen im Endprodukt.With the different uses of the polymer obtained dispersions, e.g. B. as adhesives, paints, binders for Nonwovens or paper coating slips lead to such coagulum shares z. B. specks in the end product.
Bei der Durchführung der Emulsionspolymerisation im technischen Maßstab ist daher ein besonderes Erfordernis, Koagulatbildung bei der Polymerisation, zu vermeiden.When carrying out emulsion polymerization in technical Benchmark is therefore a special requirement to coagulate polymerization, to avoid.
In der Dispersion enthaltende Koagulate müssen z. B. durch Filtra tion der Polymerdispersion abgetrennt werden. Der Koagulatanteil bestimmt dabei den Filtrationsaufwand.Coagulates contained in the dispersion must e.g. B. by Filtra tion of the polymer dispersion are separated. The proportion of coagulum determines the filtration effort.
Ein geringer Koagulatanteil bedeutet einen geringeren Filtra tionsaufwand, das heißt kürzere Filtrationszeiten und eine redu zierte Zahl der Filterwechsel. Ein geringer Koagulatanteil führt zu verminderten Entsorgungskosten für die Filterrückstände. Das wirtschaftliche Resultat sind geringe Kosten und eine höhere Anlagenverfügbarkeit.A low coagulum content means a lower filtrate expenditure, that means shorter filtration times and a reduced graced number of filter changes. A low proportion of coagulum leads at reduced disposal costs for the filter residues. The The economic result is low costs and a higher one Plant availability.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Verminderung des Koagulatanteils bei der Emulsionspolymerisation.The object of the present invention was therefore to reduce the Coagulate share in emulsion polymerization.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Polymerdispersionen durch Emulsionspolymerisation von olefinisch ungesättigten Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß der ver wendete wasserlösliche Initiator zumindest teilweise in Form einer wäßrigen Initiatorlösung, welche eine grenzflächenaktive Substanz und den Initiator, bzw. im Falle eines Reduktions-Oxida tion(Red-Ox)Initiatorsystems mindestens eine Initiatorkomponente, enthält (emulgierte Initiatorlösung), zugesetzt wird, gefunden.Accordingly, a process for the production of aqueous Polymer dispersions by emulsion polymerization of olefinic unsaturated compounds, characterized in that the ver partially used water-soluble initiator in the form an aqueous initiator solution, which is a surface-active Substance and the initiator, or in the case of a reduction oxide tion (Red-Ox) initiator system at least one initiator component, contains (emulsified initiator solution), added, found.
Verfahren zur Emulsionspolymerisation sind dem Fachmann hinläng lich bekannt. Bei der Emulsionspolymerisation werden polymeri sierbare, olefinisch ungesättigte Verbindungen (sog. Monomere) im Wasser mit Hilfe von grenzflächenaktiven Verbindungen emulgiert und unter Verwendung von wasserlöslichen Initiatoren polymerisiert.Processes for emulsion polymerization are sufficient for the person skilled in the art known. In emulsion polymerization polymeri sizable, olefinically unsaturated compounds (so-called monomers) in Emulsified water with the help of surface-active compounds and using water-soluble initiators polymerized.
Von technischer Bedeutung sind insbesondere sogenannte Haupt monomere, ausgewählt aus C₁-C₂₀-Alkyl(meth)acrylaten, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen, ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden Alkoholen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 8 C-Atomen und 1 oder 2 Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren.So-called Haupt are of particular technical importance monomers selected from C₁-C₂₀ alkyl (meth) acrylates, vinyl esters of up to 20 carbon atoms containing carboxylic acids, vinyl aromatics with up to 20 carbon atoms, ethylenically unsaturated nitriles, Vinyl halides, vinyl ethers containing 1 to 10 carbon atoms Alcohols, aliphatic hydrocarbons with 2 to 8 carbon atoms and 1 or 2 double bonds or mixtures of these monomers.
Zu nennen sind z. B. (Meth)acrylsäurealkylester mit einem C₁-C₁₀-Alkylrest, wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butyl acrylat, Ethylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat.To mention are z. B. (meth) acrylic acid alkyl ester with a C₁-C₁₀ alkyl radical, such as methyl methacrylate, methyl acrylate, n-butyl acrylate, ethyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate.
Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.In particular, mixtures of the (meth) acrylic acid alkyl esters suitable.
Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen sind z. B. Vinyllaurat, -stearat, Vinylpropionat, Versaticsäurevinylester und Vinylacetat.Vinyl esters of carboxylic acids with 1 to 20 carbon atoms are e.g. B. Vinyl laurate, stearate, vinyl propionate, vinyl versatic acid and vinyl acetate.
Als vinylaromatische Verbindungen kommen Vinyltoluol, α- und p-Methylstyrol, α-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.Suitable vinyl aromatic compounds are vinyl toluene, α- and p-methylstyrene, α-butylstyrene, 4-n-butylstyrene, 4-n-decylstyrene and preferably styrene. Examples of nitriles are Acrylonitrile and methacrylonitrile.
Die Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.The vinyl halides are substituted with chlorine, fluorine or bromine ethylenically unsaturated compounds, preferably vinyl chloride and Vinylidene chloride.
Als Vinylether zu nennen sind z. B. Vinylmethylether oder Vinyl isobutylether. Bevorzugt wird Vinylether von 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkoholen.Examples of vinyl ethers include B. vinyl methyl ether or vinyl isobutyl ether. Vinyl ether of 1 to 4 carbon atoms is preferred containing alcohols.
Als Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und zwei olefinischen Doppelbindungen seien Butadien, Isopren und Chloropren genannt.As hydrocarbons with 2 to 8 carbon atoms and two olefinic Double bonds are butadiene, isoprene and chloroprene.
Neben diesen Hauptmonomeren können weitere Monomere, z. B. Hydro xylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere C₁-C₁₀-Hydroxy alkyl(meth)acrylate, (Meth)acrylamid, ethylenisch ungesättigte Säuren, insbesondere Carbonsäuren, wie (Meth)acrylsäure oder Itaconsäure, Dicarbonsäuren und deren Anhydride oder Halbester, z. B. Maleinsäure, Fumarsäure und Maleinsäureanhydrid im Polymeren Verwendung finden. In addition to these main monomers, other monomers, e.g. B. Hydro Monomers containing xyl groups, in particular C₁-C₁₀ hydroxy alkyl (meth) acrylates, (meth) acrylamide, ethylenically unsaturated Acids, especially carboxylic acids, such as (meth) acrylic acid or Itaconic acid, dicarboxylic acids and their anhydrides or half esters, e.g. B. maleic acid, fumaric acid and maleic anhydride in the polymer Find use.
Übliche Emulsionspolymerisate bestehen im allgemeinen zu minde stens 40, vorzugsweise zu mindestens 60, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus den obigen Hauptmonomeren.Customary emulsion polymers generally exist at least 40, preferably at least 60, particularly preferably at at least 80% by weight of the above main monomers.
Besondere bevorzugte Hauptmonomere sind (Meth)acrylsäureester und vinylaromatische Verbindungen und deren Mischungen.Particularly preferred main monomers are (meth) acrylic acid esters and vinyl aromatic compounds and their mixtures.
Bei der Emulsionspolymerisation werden ionische und/oder nicht ionische Emulgatoren und/oder Schutzkolloide bzw. Stabilisatoren als grenzflächenaktive Verbindungen verwendet.In emulsion polymerization, ionic and / or not ionic emulsifiers and / or protective colloids or stabilizers used as surfactant compounds.
Eine ausführliche Beschreibung geeigneter Schutzkolloide findet sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/1, Makromolekulare Stoffe, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, S. 411 bis 420. Als Emulgatoren kommen sowohl anionische, kationische als auch nichtionische Emulgatoren in Betracht. Vor zugsweise werden als begleitende grenzflächenaktive Substanzen ausschließlich Emulgatoren eingesetzt, deren Molekulargewichte im unterschied zu den Schutzkolloiden üblicherweise unter 2000 g/mol liegen. Selbstverständliche müssen im Falle der Verwendung von Gemischen grenzflächenaktiver Substanzen die Einzelkomponenten miteinander verträglich sein, was im Zweifelsfall an Hand weniger Vorversuche überprüft werden kann. Vorzugsweise werden anionische und nicht ionische Emulgatoren als grenzflächenaktive Substanzen verwendet. Gebräuchliche begleitende Emulgatoren sind z. B. ethoxylierte Fettalkohole (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest; C₈- bis C₃₆), ethoxylierte Mono-, Di- und Tri-Alkylphenole (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C₄- bis C₉), Alkalimetallsalze von Dialkylestern der Sulfobernsteinsäure sowie Alkali- und Ammoniumsalze von Alkylsulfaten (Alkylrest: C₈- bis C₁₂), von ethoxylierten Alkanolen (EO-Grad: 4 bis 30, Alkylrest: C₁₂- bis C₁₈), von ethoxylierten Alkylphenolen (EO-Grad: 3 bis 50, Alkylrest: C₄ bis C₉), von Alkylsulfonsäuren (Alkylrest: C₁₂- bis C₁₈) und von Alkylarylsulfonsäuren (Alkylrest: C₉- bis C₁₈).A detailed description of suitable protective colloids can be found Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Macromolecular substances, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961, Pp. 411 to 420. Emulsifiers include both anionic, cationic as well as nonionic emulsifiers. Before are also used as accompanying surfactants only emulsifiers are used, the molecular weights of which difference to the protective colloids usually below 2000 g / mol lie. Of course, in the case of using Mixtures of surface-active substances the individual components be compatible with each other, which is less if in doubt Preliminary tests can be checked. Anionic are preferred and non-ionic emulsifiers as surfactants used. Common accompanying emulsifiers are e.g. B. ethoxylated fatty alcohols (EO grade: 3 to 50, alkyl radical; C₈- bis C₃₆), ethoxylated mono-, di- and tri-alkylphenols (EO grade: 3 to 50, alkyl radical: C₄- to C₉), alkali metal salts of dialkyl esters of sulfosuccinic acid and alkali and ammonium salts of Alkyl sulfates (alkyl radical: C₈ to C₁₂), of ethoxylated Alkanols (EO grade: 4 to 30, alkyl radical: C₁₂- to C₁₈), from ethoxylated alkylphenols (EO grade: 3 to 50, alkyl radical: C₄ bis C₉), of alkyl sulfonic acids (alkyl radical: C₁₂- to C₁₈) and of Alkylarylsulfonic acids (alkyl radical: C₉ to C₁₈).
Weitere geeignete Emulgatoren sind Verbindungen der allgemeinen Formel IIOther suitable emulsifiers are compounds of the general Formula II
worin R⁵ und R⁶ Wasserstoff oder C₄- bis C₁₄-Alkyl bedeuten und nicht gleichzeitig Wasserstoff sind, und X und Y Alkalimetall ionen und/oder Ammoniumionen sein können. Vorzugsweise bedeuten R⁵, R⁶ lineare oder verzweigte Alkylreste mit 6 bis 18 C-Atomen oder Wasserstoff und insbesondere mit 6, 12 und 16 C-Atomen, wobei R⁵ und R⁶ nicht beide gleichzeitig Wasserstoff sind. X und Y sind bevorzugt Natrium, Kalium oder Ammoniumionen, wobei Natrium besonders bevorzugt ist. Besonders vorteilhaft sind Verbindungen II in denen X und Y Natrium, R⁵ ein verzweigter Alkylrest mit 12 C-Atomen und R⁶ Wasserstoff oder R⁵ ist. Häufig werden technische Gemische verwendet, die einen Anteil von 50 bis 90 Gew.-% des monoalkylierten Produktes aufweisen, beispielsweise Dowfax® 2A1 (Warenzeichen der Dow Chemical Company).wherein R⁵ and R⁶ are hydrogen or C₄ to C₁₄ alkyl and are not hydrogen at the same time, and X and Y are alkali metals can be ions and / or ammonium ions. Preferably mean R⁵, R⁶ linear or branched alkyl radicals with 6 to 18 carbon atoms or hydrogen and in particular with 6, 12 and 16 carbon atoms, where R⁵ and R⁶ are not both hydrogen at the same time. X and Y are preferably sodium, potassium or ammonium ions, with sodium is particularly preferred. Are particularly advantageous Compounds II in which X and Y are sodium, R⁵ is a branched one Alkyl radical with 12 carbon atoms and R⁶ is hydrogen or R⁵. Often technical mixtures are used, the proportion of 50 to 90% by weight of the monoalkylated product, for example Dowfax® 2A1 (trademark of Dow Chemical Company).
Geeignete Emulgatoren finden sich auch in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 14/1, Makromolekulare Stoffe, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, Seiten 192 bis 208.Suitable emulsifiers can also be found in Houben-Weyl, Methods der organic chemistry, volume 14/1, macromolecular substances, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1961, pages 192 to 208.
Handelsnamen von Emulgatoren sind z. B. Dowfax® 2 A1, Emulan® NP 50, Dextrol® OC 50, Emulgator 825, Emulgator 825 S, Emulan® OG, Texapon® NSO, Nekanil® 904 S, Lumiten® I-RA, Lumiten E 3065 etc.Trade names of emulsifiers are e.g. B. Dowfax® 2 A1, Emulan® NP 50, Dextrol® OC 50, Emulsifier 825, Emulsifier 825 S, Emulan® OG, Texapon® NSO, Nekanil® 904 S, Lumiten® I-RA, Lumiten E 3065 Etc.
Die grenzflächenaktive Substanz wird üblicherweise in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die zu polyinerisierenden Monomeren verwendet.The surfactant is usually used in amounts of 0.1 to 10 wt .-%, based on the monomers to be polyinerized used.
Wasserlösliche Initiatoren für die Emulsionspolymerisation sind z. B. Ammonium- und Alkalimetallsalze der Peroxidischwefelsäure, z. B. Natriumperoxodisulfat, Wasserstoffperoxid oder organische Peroxide, z. B. tert-Butylhydroperoxid.Water-soluble initiators for emulsion polymerization are e.g. B. ammonium and alkali metal salts of peroxidic sulfuric acid, e.g. As sodium peroxodisulfate, hydrogen peroxide or organic Peroxides, e.g. B. tert-butyl hydroperoxide.
Geeignet sind insbesondere sogenannte Reduktions-, Oxidations(Red-Ox)-Initiator Systeme.So-called reduction, Oxidation (Red-Ox) initiator systems.
Die Red-Ox-Initiator-Systeme bestehen aus mindestens einem meist anorganischem Reduktionsmittel und einem anorganischen oder orga nischen Oxidationsmittel.The Red-Ox initiator systems usually consist of at least one inorganic reducing agent and an inorganic or orga African oxidizing agent.
Bei der Oxidationskomponente handelt es sich z. B. um die bereits vorstehend genannten Initiatoren für die Emulsionspolymerisation.The oxidation component is e.g. B. the already Above initiators for emulsion polymerization.
Bei der Reduktionskomponenten handelt es sich z. B. um Alkali metallsalze der schwefligen Säure, wie z. B. Natriumsulfit, Natriumhydrogensulfit, Alkalisalze der Dischwefligen Säure wie Natriumdisulfit, Bisulfitadditionsverbindungen aliphatischer Aldehyde und Ketone, wie Acetonbisulfit oder Reduktionsmittel wie Hydroxymethansulfinsäure und deren Salze, oder Ascorbinsäure. Die Red-Ox-Initiator-Systeme können unter Mitverwendung löslicher Metallverbindungen, deren metallische Komponente in mehreren Wer tigkeitsstufen auftreten kann, verwendet werden.The reduction components are e.g. B. Alkali metal salts of sulfurous acid, such as. B. sodium sulfite, Sodium hydrogen sulfite, alkali salts of disulfuric acid such as Sodium disulfite, bisulfite addition compounds more aliphatic Aldehydes and ketones such as acetone bisulfite or reducing agents such as Hydroxymethanesulfinic acid and its salts, or ascorbic acid. The Red-Ox initiator systems can be more soluble when used Metal compounds, their metallic component in several people skill levels can be used.
Übliche Red-Ox-Initiator-Systeme sind z. B. Ascorbinsäure/Ei sen(II)sulfat/Natriumperoxidisulfat, tert-Butylhydroperoxid/Na triumdisulfit, tert-Butylhydroperoxid/Na-Hydroxymethansulfin säure. Die einzelnen Komponenten, z. B. die Reduktionskomponente, können auch Mischungen sein z. B. eine Mischung aus dem Natrium salz der Hydroxymethansulfinsäure und Natriumdisulfit.Common Red Ox initiator systems are e.g. B. Ascorbic acid / egg sen (II) sulfate / sodium peroxydisulfate, tert-butyl hydroperoxide / Na trium disulfite, tert-butyl hydroperoxide / Na hydroxymethanesulfine acid. The individual components, e.g. B. the reduction component, can also be mixtures z. B. a mixture of sodium salt of hydroxymethanesulfinic acid and sodium disulfite.
Die genannten Verbindungen werden meist in Form wässerigen Lösun gen eingesetzt, wobei die untere Konzentration durch die in der Dispersion vertretbare Wassermenge und die obere Konzentration durch die Löslichkeit der betreffenden Verbindung in Wasser bestimmt ist.The compounds mentioned are mostly in the form of aqueous solutions gene used, the lower concentration by the in the Dispersion acceptable amount of water and the upper concentration by the solubility of the compound in question in water is determined.
Im allgemeinen beträgt die Konzentration 0,1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 2,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Lösung.The concentration is generally 0.1 to 30% by weight, preferably 0.5 to 2.0% by weight, particularly preferably 1.0 to 10 wt .-%, based on the solution.
Die Menge der Initiatoren beträgt im allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die zu poly merisierenden Monomeren. Es können auch mehrere, verschiedene Initiatoren bei der Emulsionspolymerisation Verwendung finden.The amount of initiators is generally 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.5 to 5 wt .-%, based on the poly merizing monomers. There can also be several different ones Initiators are used in emulsion polymerization.
Die Emulsionspolymerisation erfolgt in der Regel bei 30 bis 95, vorzugsweise 50 bis 90°C. Das Polymerisationsmedium kann sowohl nur aus Wasser, als auch aus Mischungen aus Wasser und damit mischbaren Flüssigkeiten wie Methanol bestehen. Vorzugsweise wird nur Wasser verwendet. Die Emulsionspolymerisation kann sowohl als Batchprozeß als auch in Form eines Zulaufverfahrens, einschließ lich Stufen- oder Gradientenfahrweise, durchgeführt werden. Bevorzugt ist das Zulaufverfahren, bei dem man einen Teil des Polymerisationsansatzes vorlegt, auf die Polymerisationstempe ratur erhitzt, anpolymerisiert und anschließend den Rest des Po lymerisationsansatzes, üblicherweise über mehrere räumlich ge trennte Zuläufe, von denen einer oder mehrere die Monomeren in reiner oder in emulgierter Form enthalten, kontinuierlich, stufenweise oder unter Überlagerung eines Konzentrationsgefälles unter Aufrechterhaltung der Polymerisation der Polymerisations zone zuführt.The emulsion polymerization usually takes place at 30 to 95 preferably 50 to 90 ° C. The polymerization medium can both only from water, as well as from mixtures of water and thus miscible liquids such as methanol exist. Preferably only water is used. The emulsion polymerization can be both Batch process as well as in the form of a feed process Lich step or gradient style. The feed process is preferred, in which part of the Submits the polymerization approach to the polymerization temperature heated, polymerized and then the rest of the bottom lymerization approach, usually over several ge separated feeds, one or more of which the monomers in contained in pure or in emulsified form, continuously, gradually or with a concentration gradient superimposed while maintaining the polymerization of the polymerization zone feeds.
Die Art und Weise, in der der Initiator im Verlauf der radika lischen wäßrigen Emulsionspolymerisation dem Polymerisationsgefäß zugegeben wird, ist dem Durchschnittsfachmann bekannt. Es kann sowohl vollständig in das Polymerisationsgefäß vorgelegt, als auch nach Maßgabe seines Verbrauchs im Verlauf der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisation kontinuierlich oder stufenweise eingesetzt werden. Im einzelnen hängt dies in an sich dem Durch schnittsfachmann bekannter Weise sowohl von der chemischen Natur des Initiatorsystems als auch von der Polymerisationstemperatur ab. Vorzugsweise wird ein Teil vorgelegt und der Rest nach Maß gabe des Verbrauchs der Polymerisationszone zugeführt.The way in which the initiator in the course of the radika Mix aqueous emulsion polymerization the polymerization vessel is added is known to those of ordinary skill in the art. It can both completely placed in the polymerization vessel, as also according to its consumption in the course of the radical aqueous emulsion polymerization continuously or in stages be used. In detail, this depends on the through itself Cutters known way of both chemical nature the initiator system as well as the polymerization temperature from. A part is preferably submitted and the rest made to measure surrender of consumption to the polymerization zone.
Zur Entfernung der Restmonomeren wird üblicherweise auch nach Ende der eigentlichen Emulsionspolymerisation, d. h. nach einem Umsatz der Monomeren von mindestens 95%, Initiator zugesetzt.The removal of the residual monomers is usually also carried out after End of actual emulsion polymerization, d. H. after one Conversion of the monomers of at least 95%, initiator added.
Die einzelnen Komponenten können den Reaktor beim Zulaufverfahren von oben, in der Seite oder von unten durch den Reaktorboden zu gegeben werden.The individual components can the reactor in the feed process from above, in the side or from below through the reactor floor are given.
Die wäßrigen Polymerdispersionen des Polymeren werden in der Regel mit Feststoffgehalten von 15 bis 75 Gew.-%, bevorzugt von 40 bis 60 Gew.-% hergestellt.The aqueous polymer dispersions of the polymer are in the Usually with solids contents of 15 to 75% by weight, preferably of 40 to 60 wt .-% produced.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber dem voranstehend be schriebenen Verfahren der Emulsionspolymerisation dadurch gekenn zeichnet, daß der wasserlösliche Initiator ganz oder teilweise in Form einer wäßrigen Lösung, welche den Initiator der eine Initia torkomponente, z. B. die Reduktions- oder Oxidationskomponente eines Red-Ox-Initiators, und mindestens eine grenzflächenaktive Substanz enthält, (im nachfolgendem kurz "emulgierte Initiator lösung" genannt) zugesetzt wird.The method according to the invention is compared to the above characterized methods of emulsion polymerization thereby records that the water-soluble initiator in whole or in part Form of an aqueous solution, which is the initiator of an initia gate component, e.g. B. the reduction or oxidation component a red-ox initiator, and at least one surfactant Contains substance, (hereinafter briefly "emulsified initiator solution "called) is added.
Bei dem Initiator und der grenzflächenaktiven Substanz handelt es sich um die bereits oben beschriebenen Initiatoren und grenz flächenaktiven Substanzen.It is the initiator and the surfactant around the initiators and limits already described above surface-active substances.
Geeignete grenzflächenaktive Verbindungen sind z. B. Alkylphenol ethoxylate, Alkylethoxylate, Alkansulfonate, Alkylphenolether sulfate, Natriumlaurylsulfat, Natriumlaurylethersulfat, Natrium maloat, Alkalimetallsalze phosphatierter alkylphenoxi-ethoxi alkanol-Verbindungen.Suitable surface-active compounds are e.g. B. alkylphenol ethoxylates, alkyl ethoxylates, alkanesulfonates, alkylphenol ethers sulfates, sodium lauryl sulfate, sodium lauryl ether sulfate, sodium maloate, alkali metal salts of phosphated alkylphenoxy ethoxy alkanol compounds.
Bei dem Initiator, welcher in Form der emulgierten Initiator lösung zugesetzt wird, handelt es sich bevorzugt um einen Red-Ox-Initiator, wobei eine oder beide Komponenten als emulgierte Lösung zugesetzt werden können. Besonders bevorzugt wird die Re duktionskomponente in Form der emulgierten Initiatorlösung zuge setzt. With the initiator, which is in the form of the emulsified initiator solution is added, it is preferably a Red-Ox initiator, one or both components being emulsified Solution can be added. Re is particularly preferred duction component in the form of the emulsified initiator solution puts.
Genannt seien hier insbesondere Alkalimetallsalze der schwefligen Säure, z. B. Natriumsulfit und Bisulfitadditionsverbindungen ali phatischer Aldehyde mit Ketone wie Acetonbisulfit.Alkaline metal salts of sulphurous ones should be mentioned here in particular Acid, e.g. B. sodium sulfite and bisulfite addition compounds ali phatic aldehydes with ketones such as acetone bisulfite.
Die Herstellung der emulgierten Initiatorlösung erfolgt durch Lösung des Initiators bzw. der Initiatorkomponenten im Wasser, wobei die grenzflächenaktive Substanz in dem Wasser vorgelegt oder während oder nach dem Lösungsprozeß zugegeben werden kann.The emulsified initiator solution is prepared by Solution of the initiator or the initiator components in the water, the surfactant being placed in the water or can be added during or after the dissolving process.
Für den Gehalt des Initiators bzw. der Initiatorkomponenten in der emulgierten Lösung gilt das bereits oben gesagte.For the content of the initiator or the initiator components in For the emulsified solution, what has already been said above applies.
Der Gehalt der grenzflächenaktiven Substanz in der emulgierten Lösung beträgt vorzugsweise 0,05 bis 50, besonders bevorzugt 0,5 bis 20 und ganz besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den gelösten Initiator oder die gelöste Initiatorkomponente.The content of the surfactant in the emulsified Solution is preferably 0.05 to 50, particularly preferably 0.5 up to 20 and very particularly preferably 1 to 10% by weight, based on the dissolved initiator or the dissolved initiator component.
Der gesamte oder ein Teil bei der Emulsionspolymerisation verwen dete Initiator kann als emulgierte Lösung des Initiators oder mindestens einer der Komponenten zugesetzt werden, wobei die emulgierte Lösung z. B. zum Teil vorgelegt werden kann oder wäh rend der Emulsionspolymerisation zugesetzt werden kann, wie im einzelnen oben bei der Beschreibung der Emulsionspolymerisation aufgeführt wird.Use all or part of the emulsion polymerization The initiator can be used as an emulsified solution of the initiator or at least one of the components are added, the emulsified solution e.g. B. can be presented in part or while rend emulsion polymerization can be added, as in individual above in the description of the emulsion polymerization is listed.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, die Initiatoren bzw. Initiatorkomponenten, die gegen oder nach Ende der Emulsionspolymerisation zugesetzt werden, um den Gehalt an Restmonomeren in der Polymerdispersion abzusenken, in Form der emulgierten Initiatorlösung zuzusetzen.A preferred embodiment of the method according to the invention is, the initiators or initiator components that are against or after the end of the emulsion polymerization to be added to the Lower residual monomer content in the polymer dispersion, in Add form of the emulsified initiator solution.
Bevorzugt wird daher die emulgierte Initiatorlösung nach einem Umsatz der Monomeren von 95 Gew.-%, d. h. nachdem 95 Gew.-% der Gesamtmenge der Monomeren im Polymer gebunden sind, zugesetzt.The emulsified initiator solution is therefore preferred after a Conversion of the monomers of 95 wt .-%, d. H. after 95% by weight of Total amount of monomers bound in the polymer is added.
Besonders bevorzugt wird die emulgierte Initiatorlösung nach einem Umsatz von 98 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 99 Gew.-% und insbesondere nach einem Umsatz der Monomeren von 99,8 Gew.-%, zugesetzt.The emulsified initiator solution is particularly preferably after a conversion of 98% by weight, very particularly preferably 99% by weight and in particular after a conversion of the monomers of 99.8% by weight, added.
Der Zusatz kann direkt am Ende der eigentlichen Emulsionspolyme risation oder zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen. Die Temperatur der Polymerdispersion beträgt dabei 30 bis 95, vor zugsweise 50 bis 90°C. The addition can be made directly at the end of the actual emulsion polymer rization or at a later date. The The temperature of the polymer dispersion is 30 to 95 preferably 50 to 90 ° C.
Die Menge der in Form der emulgierten Initiatorlösung zugesetzten Initiatoren beträgt vorzugsweise zumindest 0,05 bis 30, besonders bevorzugt zumindest 0,1 bis 10 Gew.-% der gesamten bei der Emul sionspolymerisation verwendeten Initiatormenge (wird nur eine In itiatorkomponente eines Red-Ox Initiatorsystems in Form der emul gierten Lösung zugesetzt, gilt bei der Berechnung des vorstehen den Gewichtsvorteils die entsprechende Menge des Red-Ox Initiatorsystems, als in Form der emulgierten Initiatorlösung zugesetzt).The amount of added in the form of the emulsified initiator solution Initiators are preferably at least 0.05 to 30, especially preferably at least 0.1 to 10% by weight of the total in the emul sion polymerization used amount of initiator (will only an In itiator component of a Red-Ox initiator system in the form of the emul added solution, applies when calculating the above the weight advantage, the corresponding amount of Red-Ox Initiator system, as in the form of the emulsified initiator solution added).
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren werden Polymerdispersionen erhalten, die einen deutlich verminderten Koagulatgehalt auf weisen.In the processes according to the invention, polymer dispersions are used receive a significantly reduced coagulum content point.
Es wurde ein Emulsionspolymerisat durch Emulsionspolymerisation aus Ethylhexylacrylat, Styrol, Acrylamid, Methacrylamid unter Verwendung von 2,5%iger Natriumpersulfatlösung hergestellt.It became an emulsion polymer by emulsion polymerization from ethylhexyl acrylate, styrene, acrylamide, methacrylamide under Made using 2.5% sodium persulfate solution.
Nach der Durchführung der Hauptreaktion wurden zur Absenkung der Restmonomeren alternativ folgende Schritte A) bis D) durchge führt.After carrying out the main reaction were to lower the Residual monomers alternatively followed steps A) to D) leads.
- A) Bei 70°C wurde eine 10%ige Lösung von tert-Butylhydroperoxid und danach eine 10%ige Lösung von Natriumdisulfit zugegeben und 2 h nachgerührt.A) At 70 ° C was a 10% solution of tert-butyl hydroperoxide and then a 10% solution of sodium disulfite was added and stirred for 2 hours.
- B) Es wurde wie unter A verfahren, jedoch wurde nach der Zugabe der 10%igen tert-Butylhydroperoxidlösung eine 10%ige Natrium sulfitlösung zugegeben, die 0,5% eines Alkylphenolethoxylats enthielt.B) The procedure was as under A, but after the addition the 10% tert-butyl hydroperoxide solution contains 10% sodium sulfite solution added, the 0.5% of an alkylphenol ethoxylate contained.
- C) Der Versuch A wurde mit einer 5%igen Natriumdisulfitlösung wiederholt.C) Experiment A was with a 5% sodium disulfite solution repeated.
- D) Der Versuch B wurde mit einer 5%igen Natriumdisulfitlösung wiederholt, die ebenfalls 0,5% des gleichen Alkylphenol ethoxylates enthielt.D) Experiment B was with a 5% sodium disulfite solution repeated, also 0.5% of the same alkylphenol contained ethoxylates.
Die Versuchsserie I wurde wiederholt, jedoch wurde zur Herstel lung der Dispersion eine 2,5%igen Natriumpersulfatlösung verwendet, die 0,5% des Alkylphenolethoxylates als Emulgator enthielt.The test series I was repeated, but became a manufacturer a 2.5% sodium persulfate solution used the 0.5% of the alkylphenol ethoxylate as an emulsifier contained.
In Abwandlung der DIN 53 786 wurden jeweils 1 kg der oben herge stellten Dispersionen über ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,125 mm filtriert. Der Rückstand wurde mit entionisiertem Wasser ausgewaschen und getrocknet. Anschließend wurde der Siebrückstand ausgewogen. Die Angabe erfolgt in Prozent Koagulat, bezogen auf die Dispersion.In a modification of DIN 53 786, 1 kg each was the above placed dispersions over a sieve with a mesh size of 0.125 mm filtered. The residue was washed with deionized water washed out and dried. Then the sieve residue balanced. The information is given in percent coagulate, based on the dispersion.
Die Ergebnisse zeigen deutlich die vorteilhafte Anwendung von emulgatorhaltigen Initiatorlösungen, bzw. von emulgatorhaltigen Lösungen der Redox-Komponenten.The results clearly show the advantageous use of emulsifier-containing initiator solutions, or of emulsifier-containing Redox component solutions.
In einem Reaktor, der mit einem MIG-Rührer ausgestattet war, wurden 16 t einer ca. 50%igen Dispersion o.g. Monomerzusammen setzung hergestellt, welche nach der beendeten Zugabe der Mono meren mit einer 7%igen Natriumpersulfatlösung zur weitern Abreicherung der Restmonomeren nachbehandelt wurde. Dazu wurden, zunächst bei 70°C 395 l einer 10%igen tert-Butylhydroperoxid lösung eingerührt und anschließend eine Lösung von 33,5 kg Natriumdisulfit in 288 l entionisiertem Wasser dosiert. Nach be endeter Reaktion wurde die Dispersion über einen Siebkorbfilter filtriert, der einen Siebeinsatz mit einer Maschenweite von 0,5 mm enthielt. Bestimmt wurden die Zahl der Filterwechsel und die Filtrationszeit.In a reactor equipped with a MIG stirrer 16 t of an approx. 50% dispersion o.g. Monomers together Settlement established after the addition of the Mono with a 7% sodium persulfate solution Depletion of the residual monomers was aftertreated. For this, first at 70 ° C 395 l of a 10% tert-butyl hydroperoxide stirred in solution and then a solution of 33.5 kg Sodium disulfite in 288 l of deionized water. After be The reaction ended with a sieve basket filter filtered, which has a sieve insert with a mesh size of Contained 0.5 mm. The number of filter changes and the filtration time.
Der oben beschriebene Versuch wurde wiederholt, jedoch wurden der Lösung von 33,5 kg Natriumdisulfit in 288 l Wasser, 1,02 kg eines ethoxylierten Alkylphenols zugesetzt.The experiment described above was repeated, but the Solution of 33.5 kg sodium disulfite in 288 l water, 1.02 kg one added ethoxylated alkylphenol.
Der Versuch B wurde wiederholt, jedoch wurde die Lösung von 33,5 kg Natriumdisulfit in 380 l entionisiertem Wasser, der 2,0 kg eines sulfatierten Alkylphenolethoxylates zugesetzt wurden verwendet.Experiment B was repeated, but the solution of 33.5 kg of sodium disulfite in 380 l of deionized water 2.0 kg of a sulfated alkylphenol ethoxylate were added used.
Die in der Tabelle zusammengefaßten Versuchsergebnisse des Ver suchs zeigen deutlich die wirtschaftliche Bedeutung der Erfin dung. Durch das erfindungsgemäße verfahren läßt sich der Koa gulatanteil deutlich reduzieren, wodurch die Zahl der Filter wechsel und die Filtrationszeiten deutlich reduziert werden.The test results of the Ver Suchs clearly show the economic importance of the Erfin dung. With the method according to the invention, the koa can be Reduce the amount of gulate significantly, reducing the number of filters change and the filtration times are significantly reduced.
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