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DE1495797A1 - Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polymerisaten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von vernetzten Polymerisaten

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DE1495797A1
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Nischwitz Dr Dipl-C Ehrenfried
Dr Dipl-Chem A Kuehlkamp
Buetschli Dr Dipl-Che Leonhard
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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    • C08F18/02Esters of monocarboxylic acids
    • C08F18/04Vinyl esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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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.
Beispiel
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter versehenen Dreihalskolben wird zunächst eine Lösung von
90982 7-/UU
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
Löslichkeit
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)

  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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