PL201145B1 - Sposób wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo-akrylowych - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo-akrylowych polegający na emulsyjnej polimeryzacji podczas której, sporządzoną w obecności mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, emulsję monomerów: styren, (met)akrylan butylu, kwas (met)akrylowy, zawierającą bufor, którym jest octan sodu i środek sieciujący, którym jest (met)akrylamid oraz, oddzielnie, roztwór wodny inicjatora wolnorodnikowego równolegle dozuje się do fazy wodnej złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego i inicjatora wolnorodnikowego, znamienny tym, ż e do emulsji monomerów dodaje się octan sodu i (met)akrylamid w takiej iloś ci, ż e ich stosunek wagowy wynosi od 1 : 7 do 1 : 15, a ich łączna ilo ść, w odniesieniu do 100 części wagowych monomerów, wynosi od 2,4 do 4,0 części wagowych.

Description

(22) Data zgłoszenia: 06.08.2004 (19) PL (11) 201145 (13) B1 (51) Int.Cl.

C08F 212/08 (2006.01) C08F 220/06 (2006.01) C08F 220/12 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

Sposób wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo-akrylowych (73) Uprawniony z patentu:

Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników,Toruń,PL SYNTHOS DWORY Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością,Oświęcim,PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

20.02.2006 BUP 04/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.03.2009 WUP 03/09 (72) Twórca(y) wynalazku:

Marian Starzak,Oświęcim,PL Wanda Sporysz,Oświęcim,PL Piotr Mikołajewicz,Oświęcim,PL Andrzej Grzywa,Oświęcim,PL Andrzej Cebulski,Oświęcim,PL (74) Pełnomocnik:

Jan Michalak (57) Sposób wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo-akrylowych polegający na emulsyjnej polimeryzacji podczas której, sporządzoną w obecności mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, emulsję monomerów: styren, (met)akrylan butylu, kwas (met)akrylowy, zawierającą bufor, którym jest octan sodu i środek sieciujący, którym jest (met)akrylamid oraz, oddzielnie, roztwór wodny inicjatora wolnorodnikowego równolegle dozuje się do fazy wodnej złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego i inicjatora wolnorodnikowego, znamienny tym, że do emulsji monomerów dodaje się octan sodu i (met)akrylamid w takiej ilości, że ich stosunek wagowy wynosi od 1 : 7 do 1 : 15, a ich łączna ilość, w odniesieniu do 100 części wagowych monomerów, wynosi od 2,4 do 4,0 części wagowych.

PL 201 145 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo-akrylowych, przydatnych zwłaszcza do wytwarzania farb ogólnego stosowania używanych do wymalowań zewnętrznych i wewnętrznych.

Znane sposoby wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo - akrylowych polegają na emulsyjnej polimeryzacji monomerów w obecności środków pomocniczych. Przykłady takich sposobów podają patenty polskie opisy patentowe nr 168304 i 182021.

Według opisu polskiego zgłoszenia patentowego P 329792 polimeryzację prowadzi się w ten sposób, że do fazy wodnej zawierającej emulgatory niejonowy i anionowy, bufor, regulator lepkości i środek sieciujący dozuje się styren, akrylan butylu, kwas (metakrylowy i dodatkowo (met)akrylan laurylu oraz równolegle z nim dozuje się inicjator wolnorodnikowy, przy czym 50 - 60% użytego do polimeryzacji inicjatora dodaje się jednorazowo, do fazy wodnej, resztę inicjatora dozuje się po upływie 0,5 - 1,5 godziny od rozpoczęcia dozowania monomerów i kończy równocześnie z zakończeniem dozowania monomerów, a następnie pozostały inicjator dodaje się porcjami. Otrzymany produkt między innymi dzięki zastosowaniu środków regulujących lepkość nadaje się do wytwarzania farb.

Sposób wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo-akrylowych, według wynalazku, polegający na prowadzeniu emulsyjnej polimeryzacji podczas której, sporządzona w obecności mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, emulsje monomerów: styren, (met)akrylan butylu, kwas (met)akrylowy, zawierającą bufor, którym jest octan sodu i środek sieciujący, którym jest (met)akrylamid oraz, równolegle, oddzielnie, roztwór wodny inicjatora wolnorodnikowego, dozuje się do fazy wodnej złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego i inicjatora wolnorodnikowego charakteryzuje się tym, że do emulsji monomerów podaje się octan sodu i (met)akrylamid w takich ilościach by ich stosunek wagowy wynosił od 1 : 7 do 1 : 15, korzystnie 1 : 10, a ich łączna ilość w odniesieniu do 100 części wagowych mieszaniny monomerów, wynosi od 2,4 do 4,0 części wagowych. Po zadozowaniu emulsji monomerów i roztworu inicjatora polimeryzacje prowadzi się, korzystnie w temperaturze 79 - 80°C do jej zakończenia.

W sposobie według wynalazku, do sporządzania emulsji monomerów najczęściej używa się, w częściach wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych monomerów użytych do polimeryzacji: 33,2 - 44,9 woda odmineralizowana, 1,61 - 2,17 emulgator niejonowy, którym są oksyetylowane alkohole tłuszczowe, 0,41 - 1,04 emulgator anionowy, którym jest alkolosulfonian sodu, 0,25 - 0,35 bufor, którym jest octan sodu, 2,5 - 3,5 środek sieciujący, którym jest (met)akrylamid w postaci 10% roztworu wodnego, a monomery odpowiednio w ilościach styren 40 - 49, (met)akrylan butylu 49 - 60, kwas akrylowy 0,9 - 1,3. Roztwór wodny inicjatora wolnorodnikowego stanowi 0,48 - 0,66 części wagowych nadsiarczanu potasu w postaci 4 procentowego roztworu wodnego. Do sporządzania fazy wodnej najczęściej stosuje się, w częściach wagowych: 26,4 - 32,25 woda odmineralizowana, 0,11 - 0,15 emulgator niejonowy (oksyetylowane kwasy tłuszczowe), 0,6 - 0,80 emulgator anionowy (alkilosulfonian sodu) i 0,09 - 0,13 inicjator wolnorodnikowy (nadsiarczan potasu).

W sposobie według wynalazku, w miejsce nadsiarczanu potasu można stosować inne inicjatory o zbliżonej skuteczności inicjacji polimeryzacji. Można również stosować inne niż wymienione akrylany i emulgatory a także ograniczyć skład emulsji do monomerów i emulgatorów, a pozostałe wodorozpuszczalne składniki emulsji dozować do fazy wodnej równolegle z emulsją i roztworem wodnym inicjatora. W celu regulacji pH po polimeryzacji można stosować, w odniesieniu do 100 części wagowych monomerów, dodatek 0,99 - 1,25 części wagowych aminy organicznej lub wody amoniakalnej, a w celu zabezpieczenia dyspersji przed rozwojem drobnoustrojów można stosować dodatek 0,19 - 0,25 biocydu.

Dyspersje otrzymane sposobem według wynalazku mają cząstki o rozkładzie rozmiarów w zakresie 110 - 130 nm, mają temperaturę zeszklenia polimerów (Tg) w granicach 14 - 18°C, minimalną temperaturę tworzenia filmu (MTTF) w przedziale 11 - 13°C, zawartość substancji stałej 45 - 54%, lepkość według Brookfielda 2000 - 2500 mPa-s, napięcie powierzchniowe 43 - 52 mN/m, pH 7,5 - 8,8, stanowią doskonałą bazę dla farb dyspersyjnych do malowania powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych.

Dyspersje otrzymywane według wynalazku przy zachowaniu odpowiednich proporcji buforu do środka sieciującego, pomimo braku środków regulujących lepkość, mają lepkość, rozmiar cząstek i stopień ich usieciowania pożądane ze względu na obszar ich zastosowania.

Wynalazek ilustrują przykłady wykonania.

PL 201 145 B1

P r z y k ł a d I

W polimeryzatorze przygotowuje się fazę wodną złożoną, w częściach wagowych w odniesieniu do 100 części wagowych monomerów, z 29,32 wody odmineralizowanej, 0,13 oksyetylowanych alkoholi tłuszczowych, 0,7 alkilosulfonianu sodu, 0,11 nadsiarczanu potasu w postaci 4 procentowego roztworu wodnego. Następnie zawartość polimeryzatora podgrzewa się do temperatury 78 - 79°C i dozuje się równolegle emulsję monomerów i wodny roztwór inicjatora z taką szybkością, aby temperatura polimeryzacji wynosiła 78 - 80°C, Emulsja monomerów składa się; w częściach wagowych, z 39,04 wody odmineralizowanej, w której rozpuszcza się 1,89 oksyetylowanych alkoholi tłuszczowych, 0,9 alkilosulfonianu sodu, 0,3 octanu sodu i 2,96 metakrylamidu w postaci 10% roztworu wodnego i w której zemulgowano mieszaninę monomerów złożoną z 44,34 styrenu, 54,6 akrylanuj butylu i 1,06 kwasu akrylowego. Stosunek buforu do środka sieciującego wynosi 1 : 9,87. Roztwór inicjatora stanowi 0,57 części wagowych nadsiarczanu potasu w postaci 4% roztworu wodnego. Po zakończeniu dozowania emulsji monomerów i roztworu inicjatora polimeryzację prowadzi się w temperaturze 78 - 80°C do jej zakończenia, po czym wygrzewa się zawartość polimeryzatora przez 2 godziny, na koniec wprowadza się 1,17 części wagowych aminy organicznej i 0,22 części wagowych biocydu.

Otrzymuje się dyspersje o Tg 15,2°C, MTTF 12,5°C. zawartości substancji stałej 50,6%, lepkości według Brookfielda 2230 mPa-s, napięciu powierzchniowym 47,6 mN/m, średnim rozmiarze cząstek kopolimeru 118 nm i pH 8,12.

P r z y k ł a d II

Polimeryzację prowadzi się jak w przykładzie I. Faza wodna składa się, w częściach wagowych: 27,9 woda odmineralizowana, 0,12 oksyetylowanych alkoholi tłuszczowych, 0,59 alkilosulfonianu sodu, 0,12 nadsiarczanu potasu w postaci 4 procentowego roztworu wodnego. Emulsja zawiera, w częściach wagowych: 43 woda, 2,15 oksyetylowane alkohole tłuszczowe, 1,06 alkilosulfonian sodu, 0,28 octan sodu, 3,4 akrylamid, 40 styren, 58,9 akrylan butylu, 1,1 kwas akrylowy. Stosunek buforu do środka sieciującego wynosi 1 : 12,14. Roztwór inicjatora stanowi 0,52 części wagowych nadsiarczanu potasu w postaci 4 procentowego roztworu wodnego. Po polimeryzacji do dyspersji wprowadza się 0,24 części wagowych aminy organicznej i 0,24 części wagowych biocydu.

Otrzymuje się dyspersje o Tg 14,8°C, MTTF 11,9°C, zawartości substancji stałej 51%, lepkości według Brookfielda 2430 mPa-s, napięciu powierzchniowym 45 mN/m, średnim rozmiarze cząstek kopolimeru 112 nm i pH 8,5.

P r z y k ł a d III

Polimeryzację prowadzi się jak w przykładzie I. Faza wodna składa się, w częściach wagowych: 31 wody odmineralizowanej, 0,14 oksyetylowanych alkoholi tłuszczowych, 0,79 alkilosulfonianu sodu, 0,1 nadsiarczanu potasu w postaci 4 procentowego roztworu wodnego. Emulsja zawiera, w częściach wagowych: 35 woda, 1,59 oksyetylowane alkohole tłuszczowe, 0,39 alkilosulfonian sodu, 0,33 octan sodu, 2,7 akrylamid, 47 styren, 52,05 akrylan butylu i 0,95 kwas akrylowy. Stosunek buforu do środka sieciującego wynosi 1 : 8,18. Roztwór inicjatora stanowi 0,61 części wagowych nadsiarczanu potasu w postaci 4 procentowego roztworu wodnego. Po polimeryzacji do dyspersji wprowadza się 0,95 części wagowych aminy organicznej i 0,2 części wagowych biocydu.

Otrzymuje się dyspersję o Tg 17°C, MTTF 12,7°C, zawartości substancji stałej 48%, lepkości według Brookfielda 2180 mPa-s, napięciu powierzchniowym 50 mN/m, średnim rozmiarze cząstek kopolimeru 127 nm, pH 7,9.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania wodnych dyspersji karboksylowych kopolimerów styrenowo-akrylowych polegający na emulsyjnej polimeryzacji podczas której, sporządzoną w obecności mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego, emulsję monomerów: styren, (met)akrylan butylu, kwas (met)akrylowy, zawierającą bufor, którym jest octan sodu i środek sieciujący, którym jest (met)akrylamid oraz, oddzielnie, roztwór wodny inicjatora wolnorodnikowego równolegle dozuje się do fazy wodnej złożonej z wody odmineralizowanej, mieszaniny emulgatorów niejonowego i anionowego i inicjatora wolnorodnikowego, znamienny tym, że do emulsji monomerów dodaje się octan sodu i (met)akrylamid w takiej ilości, że ich stosunek wagowy wynosi od 1 : 7 do 1 : 15, a ich łączna ilość, w odniesieniu do 100 części wagowych monomerów, wynosi od 2,4 do 4,0 części wagowych.