DE1495797A1 - Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polymerisaten - Google Patents
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Description
FARBWERKE HOECHST AG. vormals Meister Lucius & Brüning
Aktenzeichen: P 14 95 797.2 - Fw 4019 a Datum: l7· Dezember 196S
Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polymerisaten
Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 14 95 706.8
(Fw 4019))
Gegenstand des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 14 95 7O0.8
(Fw 4019)) ist ein Verfahren zur Herstellung von in Wasser
und allen organischen Lösungsmitteln praktisch unlöslichen vernetzten Polymeren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
in wäßriger Emulsion ungesättigte Ketoverbindungen entweder
homopolymerisiert oder mit geeigneten anderen mischpolymerisationsfähigen in ¥asser wenig oder gar nicht löslichen
Verbindungen mischpolymerisiert und das Polymere durch Kombination mit polyfunktionellen Carbonsäurehydraziden vernetzt.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens des Hg^iptpatentes
wurde nun gefunden, daß man derartige vernetzte Polymerisate ganz allgemein dadurch herstellen kann, daß man ungesättigte
polymerisierbare, bzw. copolymerisierbare Ketoverbindungen in wäßriger Emulsion homopolymerisiert bzw. mit anderen ungesättigten
mischpolymerisierbaren Verbindungen copolymerisiert unter1
Verwendung von wasser- und/oder öllöslichen Aktivatoren und ionogenen oder nicht-ionogenen Emulgatoren, und/oder wasserlöslicher
Polymerer als Schutzkolloide und anschließend das Polymere mit Vernetzungsmitteln, die mit ß-Ketosäureestern
reagieren, behandelt, wobei die gemäß Hauptpatent
(Patentanmeldung P 14 95 7C-6.8) durchführbare Vernetzung mit
mehrfunktionellen Carbonsäurehydraziden ausgeschlossen ist.
Als erfindungsgemäß verwendbare, mit ß-Ketosäureestern reagierende
Vernetzungsmittel kommen beispielsweise durch Umsetzung von Urotropin, Barbitürsäure, Harnstoff, Melamin oder
ß,ß·-Dihydroxydxathylsulfon mit mindestens 2 Mol Formaldehyd
erhältliche Formalisierungsprodukte, wie beispielsweise Di-
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methylolharnstoff, Hexamethylolmelamin oder Kondensationsprodukte
aus Harnstoff, Formaldehyd und Äthylendiarain in Eetracht,
ferner Urotropin, Harnstoff/Äthylenoxyd-Kondensationsprodukte
mit mindestens 2 Mol Äthylenoxyd, Äthylenimid- bzw. Äthyleniminverbindungen wie beispielsweise Terephthalsäurediäthylenimid,
Tris'-aziridinyl-( 1 )-phosph<S.noxyd oder Tris- ^2-methylaziridinyl-(ijy-phosphinoxyd oder Dicarbonsäureanhydride,
wie Maleinsäureanhydrid. Da es sich bei den•erfindungsgemäß zu verwendenden Vernetzungsmitteln um bi- bzw.
multifunktioneile Verbindungen handelt, sind für -die Vernetzung
bis zu 1 Mol Vernetzungsmittel pro 2 Mol .eingebauter Ketoverbindung
erforderlich.
Mitunter kann es zweckmäßig sein, zusammen mit den Vernetzungsmitteln noch die Vernetzungsreaktion aktivierende Substanzen,
wie beispielsweise Magnesiumchlorid oder Natriumnitrat hinzuzugeben.
Es war nicht zu erwarten, daß man bei dieser Reaktion zu praktisch
unlöslichen Polymerisat gelangt, da die eine Vernetzung herbeiführende Reaktion nur auf ddr Oberfläche der Latexpartikel
stattfinden kann. Die Filme der vernetzten Polymerisate sind in allen Lösungsmitteln unlöslich und quellen
praktisch auch selbst nach längerem Kochen in Methanol, Aceton, Benzin oder chlorierten Kohlenwasserstoffen nicht.
Die Geschwindigkeit der Vernetzung ist stark temperaturabhängig.
Sie erfolgt bereits bei Raumtemperatur in ca. 2 bis 3 Tagen; die Vernetzungddauer kann aber durch Anwendung
höherer Temperaturen wesentlich, z.B. auf 5 Minuten, verkürzt werden. Bei der Imprägnierung von z.B. Textilgeweben ist es
natürlich erwünscht, die Vernetzung erst auf dem zu behandelnden Gut durchzuführen. Es ist in den Fällen vorteilhaft, die
zur Vernetzung erforderliche Komponente,in etwas Vasser gelöst
oder suspendiert, erst kurz vor'der Verwendung der Dispersion
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in diese einzurühren, obwohl die mit dem Vernetzer versetzten
Dispersionen einige Zeit haltbar sind.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist gegenüber den
bisher gebräuchlichen, daß einerseits unter den z.B. in der Textilindustrie 'üblichen MetThoden bei-„höherer Temperatur, 90 14O
C, eine Vernetzung erfolgen kann und man auf diesem Wege
zu in organischen Lösungsmitteln und ¥asser unlöslichen vernetzten Polymerisaten gelangt, es andererseits aber auch möglich
ist, bei Raumtemperatur diese Vernetzung zu erreichen. Letzteres ist z.B. von^großem Interesse, wenn die wäßrigen
Dispersionen als Binder zur Herstellung von Farben verwendet werden. Man kann so auch Lösungsmittelfeste Anstriche herstellen.
Die Mischpolymerisate dieser ungesättigten Ketoverbindungen
werden durch Emulsionspolymerisation mit geeigneten Comonomeren erhalten. Die Emulsionspolymerisation wird unter an sich bekannten
Bedingungen durchgeführt, d.h. man führt die Polymerisation
in einer wäßrigen Phase, die Emulgatoren und/oder Schutzkollbide
enthält, unter Verwendung von Aktivatoren durch.
AIa Emulgatoren sind geeignet: anionenaktive Verbindungen, wie
z.B. Na-Laurylsulfat, p-Alkylbenzolsulfonsaures-Na, Na-Oleat,
Na-Stearat, kationenaktive Verbindungen, wie z.B. Benzyl-Trimethylammoniumsulfat
oder Stearyl-Benzyl-Dimethylammoniumsulfat,
nichtionogene Verbindungen, wie z.B. Nonylphenol, kondensiert mit 20 Mol Äthylenoxyd oder Oleylalkohol, kondensiert mit 18
bis 21 Mol Äthylenoxyd.
Als Schutzkolloide können z.B. verwendet werden: Acetylgruppenfreie oder acetylgruppenhaltige Polyvinylalkohole,
wobei im Falle der Verwendung von acetylgruppenhaltigen PoIyvinylalkoholen
der Gehalt an Acetylgruppen vorteilhafterweise in einem Bereich von 5 bis 20 ^ liegt. Veitere, bei dem er-
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findungsgemäßen Verfahren verwendete Schutzkolloide sind bei-'
spielsweise wasserlösliche Cellulosederivate, wie z.B. Hydroxyäthylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, Hydroxyäthylcarboxymethylcellulosen
oder andere wasserlösliche Polymere, wie Na-Algiat, Gummi-Arabicura, wasserlösliche Stärkederivate, PoIyacrylsaures-Na.
· ι
Als Aktivatoren sind vorzugsweise wasserlösliche Verbindungen zu verwenden, wie z.B. die Alkalisalze von Perschwefelsäure
oder Wasserstoffsuperoxyd. Diese können für sich allein oder
in Kombination mit Reduktionsmitteln, wie z.B. NaHSO^ oder
Forraaldehyd-natrium-sulfoxylat eingesetzt werden.
Die eben genannten, bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Polymerisation zu verwendenden Hilfsstoffe werden in der
wäßrigen Phase im allgemeinen in folgender Konzentration verwendet:
Emulgatoren 0,1 - 3 #,vorzugsweise 0,25 - 1»5 #
- , - Schutzkolloide O,.^-10^a,vorzugsweise 1 -.-2»5-·$
Aktivatoren 0,005 - 3 #, vorzugsweise. 0,05-0,5 =o
Als ungesättigte polymerisierbare oder mischpolymerisierbare Ketoverbindungen können beispielsweise eingesetzt werden:
ß-Ketoester, wie Acetessigsäurevinylester, Acetessigsäureallylester, ferner können Verwendung finden Lävulinsäurevinylester
bzw. -allylester, Vinylmethylketon, Acetessigsäureallylamid,
Alkylidenacetessigester usw.
Als Comonomere, die mit vorgenannten Monomeren mischpolymerisationsfähig
sind, seien beispielsweise genannt:
i) Vinylester, bei denen die Säure 1 - 20, vorzugsweise 2 12
C-Atome hat, wie Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure usw. ,insbesondere Vinylacetat und -propionat.
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2) Die Ester der Acryl-, Methacryl-, Malein- und Fumarsäureester.
Die Alkoholkomponente soll vorzugsweise 3-8
C-Atome enthalten. Die unter 2) genannten Monomeren können vorzugsweise in Kombination mit den ungesättigten Ketoverbindungen
und Vinylacetat eingesetzt werden. .
3) Styrol, Vinylchlorid oder auch Äthylen oder Isobutylen.
Bei einer erfindungsgemäß durchgeführten Mischpolymerisation können die Mengenverhältnisse der eingesetzten Monomeren über
einen sehr weiten Bereich schwanken je nach den Eigenschaften,
die die Mischpolymerisate aufweisen sollen. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, daß an ungesättigten Ketoverbindungen
zwischen 1 bis 50 ^, vorzugsweise 3 bis 15 $, in die Misch- .
polymerisate eingebaut werden.
Die'Emulsionspolymerisation"wird normalerweise zwischen 60 und
95 C durchgeführt. Aber auch tiefere Temperaturen bei Anwendung eines Redoxsystems sind möglich. Man kann auch oberhalb
100 C unter Druck polymerisieren. Ebenso ist es möglich, kontinuierlich
oder diskontinuierlich zu polymerisieren.
Die Feststoffgehalte der Dispersion liegen zwischen 30 γ>
und 65 ^i vorteilhaft aber zwischen k-5 - 50 ^a.
Die erfindungsgemäß hergestellten Homo- und Mischpolymerisate
können auf vielen Gebieten, wie z.B. auf dem Anstrichmittel-
und Klebstoffsektor, verwendet werden, mit besonderem Vorteil
werden sie als Mittel zur Behandlung und Verbesserung der Qualität beispielsweise von Leder, Textilien und Papier eingesetzt.
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter versehenen
Dreihalskolben wird zunächst eine Lösung von
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U95797
-ΟΙΟ Gewichts teilen p-Dodecylbenzolsulfonsaurera-Natrium
13 " Äthensulfonsaurem-Natrxüm
in 5^0 " Wasser
hergestellt. Dann wird der pH-Wert dieser wäßrigen Flotte mit Essigsäure auf h eingestellt und anschließend werden 3 Gewichtsteile
Natrium-Acetat zugegeben.
Diese wäßrige Flotte wird in einem Wasserbad auf 70 C erhitzt,
dann wird eine Lösung von 1,3-Gewichtsteilen Kaliumpersulfat,
gelöst in 20 Gewichtsteilen destilliertem Wasser, zugegeben, und anschließend wird mit dem Zutropfen von 6OO Gewichtsteilen
einer Monomeren-Mischung aus 5^0 Gewichts teilen Vinylacetat
und 60 Gewichtsteilen Acetessigsäureallylester begonnen. Die Gesamtzeit für das Zutropfen der Monomeren-Mischung beträgt
3 Stunden. - · · - - - ...
90 Minuten nach Beginn der Zugabe der Monomeren-Mischung und
nach Beendigung des Zulaufes dieser Mischung werden jeweils 1,3 Gewichtsteile Kaliumpersulfat, gelöst in 20 Gewichtsteilen
destilliertem Wasser, zugegeben.
Es ist zweckmäßig, nachdem ca. 5 ^ der obigen Monomeren-Mischung
zugegeben sind, die Reaktionstemperatur auf 78-82 C ansteigen zu lassen und durch Regulierung der Wasserbadtemperatur
diesen Temperaturbereich während des gesamten Zulaufes der Monomeren-Mischung einzuhalten. 30 Minuten nach Zulaufende wird
die Dispersion auf Raumtemperatur abgekühlt. Man erhält eine Dispersion mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 ^. Der pH-Wert
der erhaltenen Dispersion beträgt 3»5·
Um ein vernetztes Polymerisat zu gewinnen, wird in die Dispersion eine Lösung bzw. Suspension des jeweiligen Vernetzungsmittels
(Art und Menge des auf je 100 Gewichtsteile Dispersion zugesetzten Vernetzungsmittels vgl. die folgende Tabelle),
909827/U U
bei Raumtemperatur eingerührt, von der so erhaltenen Dispersion
Filme gegossen, die so erhaltenen FilniB bei Raumtemperatur
getrocknet und dann entweder 48 Stunden bei Raumtemperatur gelagert oder 5 Minuten auf 120 bis 14O°C erhitzt.
Die so behandelten Filme werden dann ca. 30 Minuten mit siedendem
Trichloräthylen, Methanol, Aceton oder Benzol extrahiert und durch Bestimmung des Rückstandes die Löslichkeit der Filme
in den genannten Lösungsmitteln ermittelt.
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I s? /
Art' und Menge (GT=Gewichtsteile)des
zu 100 GevdLchtsteilen Dispersion hinzugefügten Vera
netzers
- 8 —
Ver-
netzungs- Trichlor- Methatemperatur äthylen nol
Aceton
| 3,5 GT Maleinsäureanhydrid | 130° | 10,5 | 1 | 18,6 10,6 |
| 2 GT Tris-aziridinyl-(i)- phosphinoxvd ' |
■ 120°. | 8,0 | 4,4 3,1 |
|
| 2,6 GT Tris-aziridinyl-(i) phosphinoxvd |
130° | 7,0 | 8,0 | |
| 4 GT Terephthalsäuredi- äthvlenimid |
140° | 8,3 | 14,2 12,2 |
4,7 |
| 1,4 GT formalisiertes ß,ß'- Dihydroxvdiä thylsulfon |
140° | 3,8 | 5,8 4,7 |
2,1 |
| 0,747 GT Urotropin | RT 140° |
16,3 10,0 |
8,0 | |
| 0,6 GT Urotropin + 3 GT Formaldehyd |
RT 140° |
2,7 1,7 |
'10,0 | |
| 5 GT Barbitürsäure + 8 GT Formaldehyd |
140" | 3,2 | 5,1 | |
| 8,6 GT Kondensationsprodukt Harnstoff/Äthylenoxyd |
14O°C | 1,5 | ||
| 5,2 GT Konddnsationsprodukt Harnstoff/Formaldehyd |
14O°C | 0,7 | ||
5 GT Kondensationsprojdukt aus Harnstoff/Formaldehyd/...
Äthylendiamin + 0,5 GT Mg Cl _
130
Löslichkeit jLn Benzol: 1,3
| 4 GT Kondensationsprodukt aus Melamin/Forrnaldehyd |
■ 14O°C | 1 | ,2 | 5, | 3 | 2, | 5 |
| 2 GT Hexamethvlolmelamin | 140° | 1 | ,8 | 5, | 3 | 3, | 7 |
| 4,8 GT Dimethyl0lharnsfcoff | 140° | 1 | ,5 | 3, | 6 | 2, | 1 |
909827/ m 4
Claims (1)
- Patentanspruch.Verfahren zur Herstellung von ümsetzungsprodukten ketogruppen— haltiger Polymerisate, die durch Polymerisation von ungesättigten, polymerisierbaren Ketoverb!,ndungen für sich"o.der gemeinsam mit anderen ungesättigten polymerisierbar.en Verbindungen in wäßriger Emulsion erhalten wurden gemäß Patent ... ....(Patentanmeldung P 14 9,5 706.3)» dadurch' gekennzeichnet, daß man die in dispergierter Form vorliegenden Polymerisate mit Tris-aziridinyl-(1)-phosphinoxyd oder Tris-2-methylaziridinyl-(1)—phosphinoxyd vernetzt.90 9 827/U U
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |