DE2949154A1 - Verfahren zur herstellung von vinylacetat/aethylen-copolymer-latices und die dabei erhaltenen produkte - Google Patents
Verfahren zur herstellung von vinylacetat/aethylen-copolymer-latices und die dabei erhaltenen produkteInfo
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Description
Vinylacetat/Äthylen(VAE)-Copolymer-Latices werden in einem
beträchtlichen Umfange verwendet als Unterlagen für Farbanstriche und andere Oberflächenüberzüge, als Klebstoffe,
Textilbehandlungsmittel und dgl. Ein großer Teil der Technologie hat sich über Jahre hinweg weiter—entwickelt im Bezug
auf Verfahren zur Herstellung dieser kommerziell wichtigen Latices und im Bezug auf ihre Endverwendungszwecke.
Im allgemeinen wird ein VAE-Copolymer-Latex hergestellt, indem
man zuerst eine wäßrige Phase, die Wasser, ein oberflächenaktives Mittel, einen Puffer, einen Katalysator
oder ein Katalysatorsystem vom freien Radikal-Typ und in der Regel ein Schutzkolloid, wie z.B. Polyvinylalkohol (PVA)
enthält, in ein Reaktionsgefäß einführt. Bei einigen Verfahren wird nur eine Anfangscharge des Vinylacetat-Monomeren
und bei anderen die Gesamtmenge des Vinylacetat-Monomeren in das Reaktionsgefäß eingeführt. Das Reaktionsgefäß
wird mit Stickstoff gespült, verschlossen und es wird mit dem Rühren begonnen. Dann wird Äthylen in das Reaktionsgefäß eingepumpt, bis der gewünschte Druck erreicht ist. Das
Reaktionsgefaß kann ein- oder mehrmals wieder unter Druck
gesetzt werden, wenn die Charge unter variablem Äthylendruck ausgetragen wird, oder es kann unter Anwendung von
Verfahren, wie sie an sich bekannt sind, automatisch ein konstanter Druck aufrechterhalten werden. Nachdem sich der
Reaktordruck . stabilisiert hat, wird der Inhalt des Reaktionsgefäßes
auf die Polymerisationstemperatur erhitzt, in der Regel dadurch, daß man heißes Wasser oder Wasserdampf
durch einen das Reaktionsgefäß umgebenden Mantel zirkulie-
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ren läßt. Wenn die gewünschte Polymerisationstemperatur (in der Regel etwa 49 bis etwa 74°C (120 bis 165°F)) erreicht
ist, wird die Temperatur durch automatische Kontrolleinrichtungen bei diesem Wert gehalten. Danach kann ein Cokatalysator,
wie z.B. Natriumhydrogensulfit (NaHSO3),dem
Reaktionsgefäß zugesetzt werden (wenn ein Katalysatorsystem
eingesetzt wird, in dem ein Reduktionsmittel zur Erzeugung von freien Radikalen durch eine Redoxreaktion verwendet
wird), woran sich die eventuelle Zugabe des restlichen Vinylacetat-Monomeren anschließt. Die Vollständigkeit der
Polymerisation wird angezeigt durch das Aufhören des Äthylenverbrauchs und die Stabilisierung der Reaktanten-Kühlmittel-Temperatur
bei etwa 32o°C (608°F) oberhalb der Temperatur des Reaktionsgefäßes. Nach Beendigung der Polymerisation
wird der Inhalt des Reaktionsgefäßes abgekühlt und durch ein Druckablaßventil in einen Vorratsbehälter bei
Atmosphärendruck ausgetragen, aus dem nicht-umgesetztes Äthylen entweicht. Der fertige VAE-Copolymerlatex wird durch
ein Sieb mit der gewünschten Maschenzahl passiert, um das Herstellungsverfahren zu vervollständigen.
Von den verschiedenen Tests, die zur Bestimmung der physikalischen
Eigenschaften bzw. des Leistungsvermögens von VAE-Copolymer- La t ices verfügbar sind, sind die beiden wichtigsten der Abbindezeittest und der Vinylbenetzungstest. Der
Abbindezeittest stellt ein Maß für die relative Klebstoffabbindezeit eines VAE-Copolymerlatex an einem Kraftpapier-Substrat
dar. Dieser Test ist höchst bedeutsam für Verpakkungsanwendungszwecke,
da die Abbindegeschwindigkeit des Klebstoffes die Arbeitsgeschwindigkeit der Verpackungsvorrichtung
bestimmt. Daraus ist leicht ersichtlich, daß eine
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kürzere Abbindezeit direkt übersetzbar ist in eine verbesserte VerpackungsÖkonomie. Der Vinylbenetzungstest mißt die
relative Benetzbarkeit eines flexiblen Vinylfilms durch einen VAE-Copolymer-Latexklebstoff. Diese Eigenschaft ist
bedeutsam bei der kommerziell wichtigen Anwendung der Latexklebstoffe zum Auflaminieren von verschiedenen Substraten
auf einen flexiblen Vinylfilm.
Die innere Viskosität ist eine sehr wesentliche physikalische Eigenschaft der VAE-Copolymer-Latices und es wurde gefunden,
daß sie das Leistungsvermögen der Latices auch in einem weiteren signifikanten Leistungstest, dem Kriechtest,
direkt beeinflußt. Dieser mißt die Beständigkeit einer Klebstoffbindung bei einer angelegten Last bei erhöhter Temperatur
gegen Delaminierung. Die innere Viskosität eines VAE-Copolymer-Latex ist im allgemeinen um so höher, je
besser sein Leistungsvermögen in dem Kriechtest ist.
Es wurden bisher verschiedene Manipulationen sowohl hinsichtlich
der Menge als auch hinsichtlich der Natur der Komponenten eines VAE-Copolymerisationsmediums und hinsichtlich
der Copolymerisationsverfahrensvariablen vorgenommen, um eine oder einige wenige Eigenschaften des resultierenden Latex
zu optimieren. In der US-Patentschrift 3 644 262 ist eine Copolymerisation beschrieben, die durch Regulierung
der Zugabe von Vinylacetat zu einer wäßrigen Emulgierzusammensetzung, die einen freie Radikal-Initiator enthält, in
einer Rate, bei der die Konzentration des nicht-polymerisierten
Vinylacetats bei einem Wert von nicht mehr als etwa
3,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Emulgierzusammensetzung
gehalten wird,und gegebenenfalls durch Hinauszögern der Zu-
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gäbe des oberflächenaktiven Mittels die Einführung von wesentlich
mehr Äthylen in das Copolymere bei einem gegebenen Druck und einer gegebenen Temperatur erlaubt als dies sonst
möglich wäre. Die dabei erhaltenen VAE-Copolymer-Latices mit hohem Äthylengehalt sollen für ihre Endverwendungszwecke
besser geeignet sein als die Latices mit einem verhältnismäßig niedrigen Äthylengehalt. Eine andere Methode zur Herstellung
verbesserter VAE-Copolymer-Latices ist in der US-Patentschrift 3 423 352 beschrieben, bei der VAE-Copolymer-Latices
mit einem hohen Feststoffgehalt und einer verminderten Viskosität und einer verbesserten Gefrier-Auftau-Stabilität
erhalten werden durch Kontrolle bzw. Steuerung der Zugabe des Monomeren, des Katalysators und des oberflächenaktiven
Mittels. Nach den Angaben ii dieser Patentschrift werden verhältnismäßig große Mengen an dem oberflächenaktiven
Mittel, d.h. von etwa 3 bis etwa 10 Gew.-%, und an Katalysator einem auf konventionelle Weise hergestellten Polyvinylacetatlatex
mit einem Feststoffgehalt von bis zu etwa 52 %, der verhältnismäßig große Mengen Vinylacetat enthält,
zu spezifischen Zeitpunkten zugegeben, wenn die Polymerisation einmal bis zu einem bestimmten Ausmaße fortgeschritten
ist. Dies soll zu einer deutlichen Verringerung der Viskosität der Emulsion führen. Häufig führen diese und
andere bekannte Verfahren zur Herstellung von VAE-Copolymer-Latices zu einer Verbesserung von einer oder zwei Funktionseigenschaften,
jedoch auf Kosten einer oder mehrerer anderer wichtiger Funktionseigenschaften. So kann beispielsweise
ein verbessertes Leistungsvermögen in dem Vinylbenetzungstest erzielt werden, jedoch auf Kosten eines wesentlichen
oder sogar vollständigen Verlustes an Leistungsvermögen in dem Kriechtest.
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"y" 294915A
Es wurde nun gefunden, daß durch Kombinieren eines verhältnismäßig
geringen Gehaltes an oberflächenaktivem Mittel mit einer Mehrfachzugabe des oberflächenaktiven Mittels und des Vinylacetatmonomeren
während des Verlaufs der VAE-Copolymerisationsreaktlon
VAE-Copolymer-Latices mit ausgezeichneten Abbindezeit-
und Vinylbenetzungstest-Eigenschaften bei gleichzeitig vollständig akzeptablen Kriechtest-Leistungseigenschaften
erzielt werden können.
Allgemein besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
von VAE-Copolymer-Latices darin, daß eine größere Menge Vinylacetat-Monomer und eine kleinere Menge Äthylen-Monomer,
enthalten in einer wäßrigen Emulsion, die eine Gesaratmenge von nicht weniger als etwa 1,0 Gew.-% und nicht mehr als etwa
2,0 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Comonomeren, einen Katalysator und ein Schutzkolloid enthält, copolymerisiert werden, wobei
ein Teil des oberflächenaktiven Mittels und des Vinylacetat-Monomeren zu Beginn der Copolymerisationsreaktion in der Emulsion
vorhanden sind und der Rest des oberflächenaktiven Mittels und des Vinylacetat-Monomeren in mindestens einer verzögerten
Portion (Increment) während des Fortschritts der Polymerisationsreaktion der Emulsion zugesetzt wird.
Die dabei erhaltenen Latices sind aufgrund ihrer Kombination von ausgezeichneten Eigenschaften besonders gut geeignet für
die Verwendung bei der Herstellung eines flexiblen Vinylfiltns und bei der Verpackung.
Die Menge des mit dem Äthylenmonomeren copolymerisierten Vinylacetat-Monomeren
variiert von etwa 60 bis zu etwa 95 Gew,-
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%, bezogen auf das Gewicht der gesamten Comonomerbeschikkung,
wobei der Rest der Beschickung aus Äthylen und gewünschtenfalls
geringen Mengen eines oder mehrerer anderer äthylenisch ungesättigter Comonomerer besteht, welche die
Gewichtsmenge des Äthylens nicht übersteigen. Zu diesen zusätzlichen Comonomeren gehören beispielsweise monoäthylenisch
ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Propylen und Isobutylen; monoäthylenisch ungesättigte substituierte
aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Vinylfluorid, Vinylchlorid, Vinylbromid, Vinylidenfluorid, 1-Chlor-1-fluoräthylen,
Chlortrifluoräthylen und Tetrafluoräthylen; ungesättigte Säuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure
und Itaconsäure, sowie polymerisierbare Derivate davon, beispielsweise Alkylacrylate und-methacrylate, wie
z.B. Methylacrylat, Äthylacrylat, n-Propylacrylat, n-Butylacrylat,
Isobutylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat, Methylmethacrylat,
Äthylmethacrylat, n-Propylmethacrylat und Isobutylmethacrylat,
Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, N-Methylolacrylamid, alkylierte N-Methylolacrylamide,
wie N-Methoxymethylacrylamid und N-Butoxymethylacrylamid,
und Acrolein; aliphatische Vinylester, wie z.B. Vinylformiat, Vinylpropionat und Vinylbutyrat; aliphatische
Viny lather,* wie z.B. Me thy lviny lather, Äthylviny lather und
n-Butylvinylather; Vinylketone, wie z.B. Methylvinylketon,
Äthylviny1keton und Isobutylvinylketon; Allylester von gesättigten
Monocarbonsäuren, wie z.B. Allylacetat, Allylpropionat
und Allyllactat; sowie Alkylester von monoäthylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren, wie z.B. Diäthyltnaleat,
Dibutylmaleat, Dioctylmaleat, Dipropylfumarat, Dibutylfumarat, Dioctylfumarat, Dodecylfumarat, Dibutylitaconat
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und Dioctylitaconat.
Zu den erfindungsgemäß verwendbaren oberflächenaktiven Mitteln
gehören die bekannten und konventionellen oberflächenaktiven Mittel und Emulgiermittel, hauptsächlich die nichtionischen und anionischen Materialien und Mischungen davon,
wie sie bisher bei der Emulsionscopolymerisation von Vinylacetat und Äthylen verwendet wurden, wobei die nicht-ionischen
oberflächenaktiven Mittel besonders bevorzugt sind. Zu den nicht-ionischen oberflächenaktiven Mitteln, die, wie
gefunden wurde, besonders gute Ergebnisse liefern, gehören die "IGEPALSf1 (der Fa. G.A.F) und die 11TWEENS" (der Fa.
Atlas Chemical) sowie die "PLURONICS" (der Fa. BASF Wyandotte). Die "IGEPALS" sind Vertreter einer homologen Reihe
von Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)äthanolen, die durch die allgemeine Formel dargestellt werden können
CH2CH2OH
worin R einen Alkylrest und η die Anzahl der Mole des verwendeten
Äthylenoxids bedeuten, wozu gehören Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)äthanole mit Alkylgruppen mit etwa 7 bis
einschließlich etwa 18 Kohlenstoffatomen, die etwa 4 bis etwa 100 Äthylenoxyeinheiten aufweisen, wie z.B. die Heptyl·
phenoxypoly(äthylenoxy)äthanole, Nonylphenoxypoly(äthylenoxy)äthanole
und Dodecylphenoxypoly(äthylenoxy)äthanole; die Natrium- oder Ammoniumsalze der Sulfatester dieser Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)äthanole;
Alkylpoly(äthylenoxy)-äthanole; Alkylpoly(propylenoxy)äthanole; Octylphenoxyäthoxyäthyldimethylbenzylammoniumchlorid;
Polyäthylenglykol·
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t-dodecylthioäther. Bei den 11TWEENS" handelt es sich um Polyoxyalkylenderivate von Hexit (einschließlich Sorbitan-,
Sorbid-f Mannitan- und Mannid)anhydrid oder partiellen langkettigen Fettsäureestern, wie z.B. die Polyoxyalkylenderivate
von Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitanmonostearat, Sorbitantristearat, Sorbitanmonooleat und Sorbitantrioleat. Bei den "PLURONICS" handelt es sich um Kondensate
von Äthylenoxid mit einer hydrophoben Base, die gebildet werden durch Kondensation von Propylenoxid mit Propylenglykol und dgl. Weitere geeignete nicht-ionische oberflächenaktive Mittel, die erfindungsgemäß verwendet werden können,
sind Äthylenoxidderivate von langkettigen Fettalkoholen, wie Octyl-, Dodecyl-, Lauryl- oder Cetylalkohol.
Es ist wesentlich, die gute Kombination von Eigenschaften zu erzielen, die charakteristisch ist für die erfindungsgemässen VAE-Copolymer-Latices, die mindestens etwa 1,0 Gew.-%
und nicht mehr als etwa 2,0 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels, bezogen auf das Gesamtgewicht der verwendeten Comonomeren, enthalten. Unterhalb der obengenannten Minimalmenge des oberflächenaktiven Mittels sind die VAE-Copolymer-Latices ziemlich schlecht in dem Abbindezeittest, während oberhalb der Maximalmenge die inneren Viskositäten niedriger sind als erwünscht. Ein Bereich von etwa 1,2 bis etwa 1,5 Gew.-% Gesamtmenge an oberflächenaktiven) Mittel ist
besonders bevorzugt.
Erfindungsgemäß wird ein Schutzkolloid in die wäßrigen Emulsionen eingearbeitet. Für die erfindungsgemäße Verwendung
gut geeignet sind bekannte und konventionelle Schutzkolloide, wie z.B. teilweise und vollständig hydrolysierte PoIy-
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vinylalkohole; Celluloseether, wie z.B. Hydroxymethylcellulose,
Hydroxyäthylcellulose, Äthylhydroxyäthylcellulose und äthoxylierte Stärkederivate; natürliche und synthetische
Gummi, wie z.B. Traganthgummi und Gummiarabicum; Polyacrylsäure, Poly(methylvinyläther/maleinsäureanhydrid), vorzugsweise
in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 2 Gew.-£, bezogen auf das Gewicht der Emulsion. Die teilweise hydrolysierten
Polyvinylalkohole sind für die erfindungsgemäße Ver-_
wendung besonders vorteilhaft.
Bei den in der Copolymerisationsreaktion verwendeten Katalysatoren
handelt es sich um bekannte und konventionelle freie Radikal-Polymerisationskatalysatoren, wie sie bisher
für die Herstellung von VAE-Copolymer-Latices verwendet wurden und dazu gehören anorganische Peroxide, wie Wasserstoffperoxid,
Natriumperchlorat und Natriumperborat, anorganische Persulfate, wie Natriumpersulfat, Kaliumpersulfat und Ammoniumpersulfat,
sowie Reduktionsmittel, wie Natriumhydrogensulfit. Der Katalysator (einschließlich des Cokatalysator-Reduktionsmittels,
falls ein solches verwendet wird) wird im allgemeinen in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa
1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Comonomeren,
verwendet.
Dem wäßrigen System kann ein alkalischer Puffer, wie z.B. Natriumbicarbonat, Ammoniumbicarbonat, Natriumacetat und
dgl., zugesetzt werden, um den pH-Wert auf dem gewünschten Wert zu halten. Die Menge des Puffers beträgt im allgemeinen
etwa 0,01 bis etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomeren.
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Um bei Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels in einer Menge innerhalb des erfindungsgemäß geforderten Bereiches,
beispielsweise von etwa 1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Comonomeren, eine minimale innere Viskosität des
Latex von etwa 1,90 aufrechtzuerhalten, hat es sich als notwendig erwiesen, das oberflächenaktive Mittel und das Vinylacetat in mindestens zwei Teilen zuzusetzen, wobei ein Teil
zu Beginn der Polymerisation in dem Emulsionsmedium vorhanden ist und der andere Teil zugegeben wird, wenn die Copolymerisation fortschreitet, wie weiter unten näher beschrieben. So können etwa 25 bis etwa 90, vorzugsweise etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% der Gesamtmenge des oberflächenaktiven Mittels und etwa 5 bis etwa 90, vorzugsweise etwa 10
bis etwa 20 Gew.-% der Gesamtmenge des Vinylacetat-Monomeren
vor Beginn der Copolymerisation dem Reaktionsgefäß zugesetzt werden, wobei der Rest des oberflächenaktiven Mittels und
der Rest des Vinylacetat-Monomeren während der späteren Copolymerisationsphase dem Reaktionsgefaß zugesetzt werden.
Die Temperatur und der Druck der Copolymerisationsreaktion können erfindungsgemäß unter Werten ausgewählt werden, wie
sie bisher für die VAE-Emulsionscopolymerisation angewendet
wurden. Es können daher unter Erzielung guter Ergebnisse Temperaturen von etwa 21,1 bis etwa 71 C (70 bis 160°F) und
Drucke von etwa 7,03 bis etwa 70,3 bar (100 bis 1000 psi) angewendet werden. Es ist für den Fachmann natürlich klar,
daß es am unteren Ende des Temperaturbereiches erforderlich sein kann, ein Reduktionsmittel zu verwenden, um die für die
Initiierung der Copolymerisation erforderlichen freien Radikalen zu erzeugen.
030031/0569
29*9154
In den nachfolgend beschriebenen Beispielen wurden die folgenden Testverfahren angewendet:
<A>_Inriere_yiskosi.tät
0,250 g Latexfeststoffe werden in 50 bis 75 ml einer 80 Gew.·
%-igen wäßrigen Essigsäurelösungsmittellösung dispergiert
und die Dispersion wird unter Rühren auf 50 bis 60 C er hitzt, bis der Latex vollständig gelöst ist. Die Viskosität
der wäßrigen Essigsäurelösungsmittellösung wird auf bekannte Weise in einem Viskometer der Standardgröße 100
bestimmt, um eine Viskositätsgrundlinie aufzustellen. Eine 25 ml-Menge der filtrierten Latexlösung wird in einen ausgewogenen
50 ml-Becher eingeführt und der Becher wird erhitzt um das Lösungsmittel zu verdampfen. Nach dem Auswiegen
des Bechers wird die jeweilige Konzentration des Latex bestimmt in g/100 cm . Es werden drei aufeinanderfolgende
Viskositätswerte unter Verwendung des gereinigten Viskometers der Größe 100 für die Latexlösung bestimmt. Die innere
Viskosität wird wie folgt errechnet:
Relative Viskosität =
Innere Viskosität
Lösungsmittelzeit
Ln der relativen Viskosität Konzentration
<B)_Abbindezeittest
Ein 25,4 cm χ 38,1 cm (10 inch χ 15 inch) großes Blatt Kraftpapier
Nr. 40 wird an einer glatten, sauberen, ebenen Oberfläche befestigt. Etwa 5 g eines handelsüblichen Standardlatex
und die gleiche Menge eines Latex, der mit dem Standardlatex verglichen werden soll, werden in einem Abstand
030031/0569
von etwa 7,6 cm (3 inches) von dem oberen des Kraftpapiers
darauf aufgebracht, wobei ein genügender Abstand zwischen den Proben eingehalten wird, so daß sie sich nicht
miteinander vermischen. Dann wird unter Verwendung eines Tiefziehstabes ein Seite an Seite liegender Film auf das Kraftpapier
gegossen. Nach 10 Sekunden wird ein zweites identisches Blatt Kraftpapier auf die aufgegossenen Filme gelegt.
Um einen gleichmäßigen Kontakt sicherzustellen, wird zweibis dreimal eine Walze über die Papierblätter laufen gelassen.
Nach 15 Sekunden werden die Blätter an den beiden oberen Ecken ergriffen und langsam und gleichmäßig abgezogen,
während der unterschiedliche Grad des Einreißens des Papiers beobachtet wird. Wenn im Vergleich zu dem Standard-Latex
der Vergleichs-Latex vor dem Standard-Latex Papierfasern
herauszieht, so ist er letzterem überlegen, wenn beide gleichzeitig Papierfasern herausziehen oder der Vergleichs-Latex
nach dem Standard-Latex Papierfasern herauszieht, ist er unterlegen.
Ein 25,4 cm χ 38,1 cm (10 inch χ 15 inch) großes Blatt Kraft
papier Nr. 40 wird auf einer glatten, sauberen, ebenen Oberfläche
befestigt. Auf das Papier wird ein 0,076 mm (0,003 inch) dicker und 1,9 cm (7,5 inch) breiter Film gegossen,
wobei auf einer Seite ein 3,8 bis 6,4 cm (1,5 bis 2,5 inch) breiter Rand frei gelassen wird. Unmittelbar danach wird
der Überzugsfilm mit einem zweiten identischen Blatt Kraftpapier bedeckt und ein gleichmäßige: Kontakt wird sichergestellt,
indem man zwei- bis dreimal eine Walze über den sandwichartig eingeschlossenen Film laufen läßt. Nach 24-stün-
030031/0569
digem Konditionieren werden drei Querstreifen aus dem Papier herausgeschnitten. Die freien Streifen werden vorsichtig abgetrennt
und die Klebstofflinie wird markiert. Ein Streifen wird an der Oberseite eines Ofens (konstante Temperatur von
38 bis 93°C (100 bis 200°F)) befestigt und der zweite Streifen wird an einem 200 g-Gewicht befestigt, so daß die Belastung
auf die Klebstoffverbindung einwirkt. Die Klebstoffprobe wird 24 Stunden lang in einem Ofen belassen, danach
wird die Kriechmenge bestimmt.
(D) ^Viny^lbenetzungs test
Ein Film eines zu untersuchenden Latex wird auf eine 38,1 cm χ 25,4 cm (15 inch χ 10 inch) große PVC-Folie aufgegossen
unter Verwendung eines 0,076 mm (0,003 inch)-Tiefζiehstabes.
Der Film wird auf "Fischaugen" und Kriechung hin untersucht. Je weniger "Fischaugen" und Kriechüng der Film aufweist,
um so besser sind die Vinylbenetzungseigenschaften des Latex.
(E) Wasseremgfindlichkeit
Ein 0,178 mm (7 mils) dicker Film eines erfindungsgemäßen
Latex wird Seite an Seite mit dem Standardlatex auf eine Platte gegossen unter Verwendung eines 15,2 cm (6 inch)
breiten 0,178 mm (0,007 inch)-Tiefziehstabes, wobei darauf
geachtet wird, daß sich die Filme nicht miteinander mischen. Nach 24-stündiger Konditionierung wird auf jeden Film ein
2,54 cm (1 inch) breiter Wasserkreis aufgebracht. Nach einer Minute werden beide Filme durch konstantes Hin- und
Herbewegen des Fingers in einem gleichen Ausmaße gerieben, bis sie sich von der Glasplatte abheben. Es wird aufgezelch-
030031/0569
net, ob der erfindungsgemäße Latex besser haftet (überlegen
ist), gleich gut haftet oder weniger gut haftet (unterlegen ist), verglichen mit dem Standardlatexfilm.
300 g eines erfindungsgemäßen Latex werden in einen Waring-Mischer eingeführt und 5 Minuten lang mit hoher Geschwindigkeit gerührt. Der Latex wird dann durch ein 200 Maschen-Filter (Sieböffnung 0,074 mm) filtriert. Auf dem Filter sollte kein oder höchstens nur sehr wenig Coagulum zurückbleiben. Der Test wird mit 300 g des Latex wiederholt, der mit
Wasser bis auf eine Gesamtfeststoffkonzentration von 5 % verdünnt worden ist. Ein Latex, der beide Teste besteht,
kann als mechanisch stabil betrachtet werden.
In den nachfolgenden Beispielen werden erfindungsgemäß . hergestellte VAE-Copolymer-Latices mit einem Standard-VAE-Copolymer-Latex mit einem Feststoffgehalt von 55 %, einer
Brookfield-Viskosiuät (Spindel Nr. 3) bei 2 UpM von 5000 bis 8200 und bei 20 UpM von 2500 bis 17 000, einer inneren
Viskosität von 1,9 bis 2,0 und einer Teilchengröße von 0,50 um verglichen.
Diese Beispiele erläutern erfindungsgemäß hergestellte VAE-Copolymer-Latices, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Eigenschaften der Latices wurden mit dem
vorstehend beschriebenen Standard-VAE-Copolymer-Latex verglichen.
Es wurden die folgenden Copolymerisationsmischungen (Tabelle I) hergestellt: 03 0031/0569
Tabelle I Copolymerlsationsmischungen
cn
σ>
co
σ>
co
Nr.
Äthylen Wasser
Gelvatol1' Gelvatol ^
- 30 20 -
, 5,450,
4b. 122
4b. 122
5,450
457731
457731
?3Ι
Teile/
100 Teile
860
860
860 7.216
Teile/
100 Teile
5,150 43.504
Teile/
100
Teile
Teile
190 l.bOÖ ■
190 1.594
190
1.594
Teile/
100 Teile
60
0.500
60
6o
0.503
Gelvatol 20-30 und 20-60 (der Fa. Monsanto): ein teilweise hydrolysiertes
Polyvinylalkoholharz, das als Schutzkolloid verwendet wurde.
Beispiel Pluronic
2)
Nr.
L-64
NaHCO-(Puffer)
Katalysatorsystem
K2S2°8
NaHSO.
V-IOO
3)
Teile/
100 Teile
Teile/
100
Teile
Teile
Teile/
100 Teile
Teile/
100
Teile
Teile
| 1 : | 0. | 80 | 6.2 | ü | 18 | 2.18 | --- |
| 2 | 677 | .0*052 | .152 | 0.01b | |||
| 3 | ü. | 80 | 6.2 | 0 | 18 | 2.I8 | 1 |
| 071 | 0.052 | .151 | 0.01Ö ■> |
ö.oob | |||
| 0. | 80 | 6.2 | ü | 18 | 3.06 | ||
| 071 | 0.052 | .151 | 0.020 | 0.00Ö | |||
2)
' Pluronic L-64 (der Fa. BASF Wyandotte): ein nicht-ionisches oberflächenaktives
Mittel, bei dem es sich um ein Kondensat von Äthylenoxid mit ei· -ν ner hydrophoben Base handelt
' Versene-100 (der Fa. Dow): wäßrige Lösung des Tetranatriurasalzes der
Äthylendiamintetraessigääure, als Chelatbildner verwendet
to
CO
*■*
CO
—λ
Die Copolymerisation wurde in einem Reaktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 18,9 1 (5 gallons) wie folgt durchgeführt:
(1) In einem getrennten Behälter, der mit einem Rührer ausgestattet
war, wurden dieGELVATOLE 20-30 und 20-60 unter Rühren in kaltem destilliertem Wasser suspendiert. Die Suspension
wurde auf 54 bis 60°C (130 bis 140°F) erhitzt und bis zur vollständigen Auflösung des Polyvinylalkohols gerührt.
Die Lösung wurde vorzugsweise filtriert, bevor sie in das Reaktionsgefäß eingeführt wurde.
(2) Die Hauptcharge des Vinylacetats wurde in den Vinylacetat-Beschickungstank
eingeführt.
(3) Das NaHSO- wurde in destilliertem Wasser gelöst und in den Katalysator-Beschickungstank eingeführt.
(4) Die Polyvinylalkohollösung, die Anfangscharge des Vinylacetats,
50 % der erforderlichen Mengen an PLURONIC V-100, NaHCO» und K_S_O8 wurden in das Reaktionsgefäß eingeführt.
(5) Das Reaktionsgefäß wurde 5 Minuten lang mit N„ gespült.
(6) Das Reaktionsgefaß wurde geschlossen.
(7) Das Reaktionsge&ß wurde auf 49°C (120° F) erhitzt und
mit Äthylen unter einen Druck von 30,9 bar (425 psig) gesetzt.Dieser
Druck wurde während des Versuchs konstant gehalten.
(8) 100 cm (70 % der Gesamtmenge) NaHSO -Lösung wurden in das Reaktionsgefäß eingepumpt.
(9) Nachdem festgestellt worden war, daß die Reaktion begonnen hatte, was durch eine Abnahme der Kühltemperatur angezeigt
wurde, wurde mit dem Einpumpen der Haupt-Vinylacetatcharge
begonnen und es war nach einem Zeitraum von etwa
030031/0569
135 Minuten beendet.
(10) Die Schlußcharge an Vinylacetat und die restlichen 50 % der erfoderlichen Menge an PLURONIC L-64 wurden in den
Vinylacetat-Beschickungstank eingeführt.
(11) Nach Beendigung der Zugabe der Haupt-Vinylacetatcharge
wurde die Reaktion etwa 3 bis 3 1/2 Stunden lang fortgesetzt. Nachdem die Reaktion fast beendet war, was
durch eine Kühltemperatur angezeigt wurde, die um 1 bis 1,5°C (2 bis 3°F) unterhalb der Reaktionstemperatur von
49°C (120°F) lag, wurden:;
(a) die restlichen 30 % der NaHSO3-Lösung in das Reaktionsgefäß eingepumpt und
(b) die Schlußcharge Vinylacetat/PLURONIC L-64 in das Reaktionsgefäß
eingepumpt. Die Temperaturkontrolle wurde auf "Handbetrieb" eingestellt und die Reaktionstemperatur wurde
auf ein Maximum von 71 bis 77°C(16O bis 170°F) erhöht. Das Einleiten von Äthylen wurde nach Beendigung der Vinylacetat/PLURONIC
L-64-Zugabe gestoppt.
(12) Die Charge wurde etwa 1/2 Stunde lang bei der Maximaltemperatur
gehalten.
(13) Die Charge wurde abgekühlt und sich auf Atmosphärendruck entspannen gelassen.
Die Copolymerisationsarbeitsbedingungen für die Gemische der
Beispiele 1 bis 3 sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt.
030031/0589
Tabelle II
Copolymerisationsarbeitsdaten
Beispiel Polymerisations- Abbrenntemperatur in Polymerisations
Nr. temperatur in C 0C (0F) ; zeit (Std.)
Nr. temperatur in C 0C (0F) ; zeit (Std.)
49 (120) 79,5 (170) 5 1/2
49 (120) 79,5 (175) 8
49 (120) 79,5 (175) 9
(Xi Fußnote: Zu Beginn eingeführtes Schutzkolloid und Puffer
Abbrenn(Polymerisation) des restlichen nicht-umgesetzten
Vinylacetats, durchgeführt kurz vor oder nach Beendigung
der Monomerzugäbe
Vinylacetats, durchgeführt kurz vor oder nach Beendigung
der Monomerzugäbe
B«isPiel Äthylen
Nr.
Vinylacetat (g)' Katalysatorsystem
1.Stufe 2.Stufe 3.Stufe Peroxid Reduktionsmittel
OberEächenaktives Mittel
Zu Beginn amjSchluß
3)
Konstanter Druck 29,9 bar(425 psi)
Konstanter Druck 29,9 bar(425 psi)
Konstanter Druck 29,9 bar(425 psi)
550
550
4850
4300
4300
eingepumptes
NaHSO.
Zu Beginn
eingeführt
Zu Beginn
eingeführt
K2S2°8
2 2 8 eingepumptes Zu Beginn NaHSO-eingeführt
O eingepumptes Zu §e|inn NaHSO-eingeführt
50
50
50
50
50
50
Die Leistungscharakteristiken der VAE-Copolymer-Latices
der Beispiele 1 bis 3, verglichen mit denjenigen des Standard-Latex,sind in der folgenden Tabelle III angegeben.
030031/0569
Tabelle III
VAE-Copolymer-Latices-Leistungstestergebnisse
VAE-Copolymer-Latices-Leistungstestergebnisse
Beispiel Gesamt- Brookfield-Vis·
Nr. feststof- kosität
Nr. feststof- kosität
Innere Viskosität Abbindezeit
2)
| Standard- Latex |
fe (X) | 2 UpM | 20 UpM | |
| O | 55 | 5000 bis |
2500 bis |
|
| O | 1 | 8200 | 1700 | |
| co | 2 | 55,9 | 7750 | 2350 |
| ο | 3 | 55,0 | 4750 | 1750 |
| cn O) |
55,2 | 4500 | 1475 | |
| (O | ' Spindel | |||
| Nr. 3 | ||||
1,9 - 2,0
1,99 1,95 1,93 verbessert
verbessert
verbessert
verbessert
verbessert
2)
verglichen mit dem Standard-Latex
ΙΟ CD
CD
cn
Tabelle III (Fortsetzung)
| Beispiel Nr. |
Kriechtest 60°C (140° (nun) |
bei F) |
2) Vinylbenetzung |
Wasseremofind- lichkeitZJ |
Mechanische Stability |
|
| Standard- Latex |
0-2 | — | bestanden | |||
| 1 | 4 | verbessert | gleich gut | bestanden | ||
| U) O |
2 | 4 | verbessert | gleich gut | bestanden | |
| 031 | 3 | 14 | verbessert | gleich gut | bestanden | |
| /0569 |
Wie die vorstehenden Daten zeigen, liefert das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von VAE-Copolymer-Latices
Latices mit einer guten Kombination von Funktionseigenschaften, die sie für die Verwendung als Klebstoffe besonders gut geeignet machen. Obgleich die erfindungsgemäß hergestellten Latices
bei dem Kriechtest dem Standard-Latex geringfügig unterlegen waren, lagen ihre Leistungswerte in diesem Test
doch innerhalb der kommerziell akzeptablen Grenzen. Das Gesamtleistungsvermögen war jedoch beträchtlich besser.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch
für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher abgeändert
und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
030031/0569
Claims (1)
- iLN TAN AALTE A. GRÜNECKERH. KINKELDEYOt-Ml2949154 W· STOCKMAlRK. SCHUMANNΙ»ίβΙΜΓΟ>1..Β«P. H. JAKOB G. BEZOUDOR RB» s«t·8 MÜNCHENMAXIMILIANSTRASSK *36. Dezember 1979 P 14 513NATIONAL DISTILLEES AND OTTEMTf!AT. CORPORATION 99 Park Avenue New York, New York V.Sb.A.Verfahren zur Herstellung von Vinylacetat/Äthylen-Copolymer-Latices und die dabei erhaltenen ProduktePatentansprücheVerfahren zur Herstellung von Vinylacetat/Äthylen-Copolymer-Latices mit einer inneren Viskosität von nicht weniger als etwa 1,90, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 60 bis etwa 95 Gew.-% Vinylacetat-Monomer mit etwa 40 bis etwa 5 Gew.-% Äthylen-Monomer in einem emulgierten Reaktionsmedium copolymerisiert werden, das enthält(a) mindestens ein oberflächenaktives Mittel in einer Menge von nicht weniger als etwa 1,0 Gew.-%,und nicht mehr als etwa 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Monomer-Gesamtgewicht ,030031/0569TBLBPON (Ο·β) 993aea TELSX Οβ·9β3·0 TELEQRAMMe MONAPAT TILEKOPIIRI«(b) einen Katalysator und(c) ein Schutzkolloid,wobei das Gesamtgewicht des oberflächenaktiven Mittels und des Vinylacetatmonomeren vor und nach dem Beginn der Copolymerisation in verzögerten Incrementen (Portionen) in das Reaktionsmedium eingeführt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zugabe von Äthylen mindestens ein anderes äthylenisch ungesättigtes Comonomeres mit dem Vinylacetat copolymer isiert wird.3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel verwendet wird, das ausgewählt wird aus der Gruppe (i) der Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)-äthanole,(ii) der Polyoxalkylenderivate von Hexit oder der partiellen langkettigen Fettsäureester, (iii) der Kondensate von Äthylenoxid mit einer hydrophoben Base und (iv) der Äthylenoxidderivate von langkettigen Fettalkoholen.4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt etwa 1,2 bis etwa 1,5 Gew.«% oberflächenaktives Mittel verwendet werden.5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzkolloid in dem emulgierten Reaktionsmedium in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 2,0 Gew.-% verwendet wird.6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,030031/0569_ 3 _ 294915Adadurch gekennzeichnet, daß als Schutzkolloid vollständig oder teilweise hydrolysierter Polyvinylalkohol, Celluloseether oder ein natürliches oder synthetisches Gummi (Harz) verwendet wird.7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 25 bis etwa 90 Gew.-% der Gesamtmenge des oberflächenaktiven Mittels zu Beginn der Copolymerisationsreaktion in dem emulgierten Reaktionsmedium vorliegen.8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 5 bis etwa 90 Gew.-% der Gesamtmenge des Vinylacetatmonomeren zu Beginn der Copolymerisationsreaktion in dem emulgierten Reaktionsmedium vorliegen.9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Katalysator um einen freie Radikal-Polymerisationskatalysator handelt, der in einer Menge von 0,1 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Monomergesamt gewicht, vorliegt.10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß 25 bis 90 Gew.-% der Gesamtmenge des dberflächenaktiven Mittels und 10 bis 90 Gew.-% der Gesamtmenge des Vinylacetatmonomeren zu Beginn der Copolymerisationsreaktion in dem emulgierten Reaktionsmedium vorliegen.11. Vinylacetat/Äthylen-Copolymer-Latex mit einer inneren030031/0569Viskosität von nicht weniger als etwa 1,90, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt worden ist.030031/0569
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