PL165312B1 - Dyspersje wodne akrylowe I akrylowo-styrenowe - Google Patents

Abstract

Dyspersje wodne akrylowe i akrylowo-styrenowe otrzymane na drodze polimeryzacji emulsyjnej w środowisku wodnym mieszaniny monomerów w skład której wchodzą estry akrylowe i metakrylowe, kwas akrylowy i/lub metakrylowy, akryloamid i/lub metakryloamid i styren, znamienne tym, że zawiera polimer wytworzony z 0-60% wagowych styrenu, 0-80% wagowych estrów metakrylowych których homopolimery mają temperaturę zeszklenia (Tg) wyższą od 283K, 20-70% wagowych estrów akrylowych których homopolimery mają temperaturę zeszklenia (Tg) niższą od 273K, 0,5-2,5% wagowych kwasu akrylowego i/lub metakrylowego, 0-4% wagowych akryloamidu i/lub metakryloamidu oraz 2-6% wagowych pochodnej kwasu akrylowego lub metakrylowego zawierającego wolną grupę hydroksylową.

Description

Przedmiotem wynalazku są dyspersje wodne akrylowe i akrylowo-styrenowe stosowne jako substancje błonotwórcze farb i lakierów przeznaczonych na różne powierzchnie, szczególnie na powierzchnie metalowe.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 72 255 sposób otrzymywania stężonych dyspersji kopolimerów addycyjnych z mieszaniny monomerów styrenu, estrów akrylowych alkoholi zawierających 2-6 atomów węgla w łańcuchu, kwasu akrylowego lub metakrylowego i monomerów sieciujących jak metakryloamid lub akryloamid. Proces polimeryzacji prowadzi się dwustopniowo w obecności nadsiarczanu amonu jako inicjatora i emulgatorów jakimi są sole sodowe sulfokwasów tłuszczowych zawierających 12-18 atomów węgla w łańcuchu lub wodnych roztworów soli sodowej siarczanowanego adduktu tlenku etylenu i alkoholu laurylowego w obecności buforu stabilizującego pH w granicach 5,0-5,1 w temperaturze 353-355K w pierwszym etapie i w temperaturze 355-358 w drugim etapie polimeryzacji.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 113670 jednoetapowy sposób otrzymywania stężonych dyspersji polimerów addycyjnych na drodze polimeryzacji mieszaniny monomerów składającej się ze styrenu w ilości 35-55 części wagowych, estrów akrylowych w ilości 45-65 części wagowych, kwasu akrylowego lub metakrylowego w ilości 0,5-3 części wagowych, akryloamidu lub metakryloamidu jako monomeru sieciującego w ilości 1-4,5 części wagowych.

Znane dyspersje z polskich opisów patentowych nr 72255 i nr 113670 przeznaczone są szczególnie do farb dla budownictwa do malowania tynków, natomiast nie nadają się do farb na metal. Powłoki otrzymane z farb na bazie tych dyspersji wykazują brak przyczepności do metalu.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3242 121 znany jest sposób otrzymywania dyspersji styrenowo-akrylowej. Według tego opisu mieszaninę styrenu, estru akrylowego którego reszta alkoholowa zawiera 6 do 10 atomów węgla oraz kwasu akrylowego lub metakrylowego wprowadza się do fazy wodnej zawierającej inicjator, jonowy i niejonowy emulgator. Otrzymana dyspersja jest przydatna do powlekania papieru.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 248 356 znany jest sposób otrzymywania dyspersji o kontrolowanym rozrzucie rozmiarów cząstek dyspersji. Dyspersja otrzymywana jest przez wprowadzenie do fazy wodnej w dwóch etapach mieszaniny estrów akrylowych, metakrylowych i niewielkiej ilości 2,5-5% kwasu akrylowego lub metakrylowego. Etapy różnią się pomiędzy sobą ilością emulgatora wprowadzonego do fazy wodnej. Dyspersja ta przydatna jest do otrzymywania emalii nawierzchniowych.

Znane dyspersje akrylowe i akrylowo-styrenowe znajdują zastosowanie do produkcji farb przeznaczonych do malowania tynków, powierzchni betonowych, papieru oraz farb nawierzch165 312 3 niowych. Powłoki uzyskane z farb na bazie znanych dyspersji akrylowych i akrylowo-styrenowych wykazują brak przyczepności do powierzchni metalowych.

Dyspersje wodne akrylowe i akrylowo-styrenowe według wynalazku zawierają polimer wytworzony z 0-60% wagowych styrenu, 0-80% wagowych estrów metakrylowych których homopolimery mają temperaturę zeszklenia (Tg) wyższą od 283 K, 20-70% wagowych estrów akrylowych których homopolimery mają temperaturę zeszklenia (Tg) niższą od 273K, 0,5-5% wagowych kwasu akrylowego i metakrylowego, 0-4% wagowych akryloamidu lub metakryloamidu oraz 2-6% wagowych pochodnej kwasu akrylowego lub metakrylowego zawierającego wolną grupę hydroksylową.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że obecność w składzie polimeru pochodnej kwasu akrylowego lub metakrylowego zawierającego wolną grupę hydroksylową przyczyniła się do otrzymania dyspersji charakteryzujących się dobrą przyczepnością do powierzchni metalowych.

Dyspersje wodne akrylowe i akrylo-styrenowe według wynalazku otrzymuje się metodą polimeryzacji emulsyjnej w temperaturze 338-358K w obecności mieszaniny emulgatorów jonowych i niejonowych, inicjatora polimeryzacji, oraz ewentualnie w obecności buforu stabilizującego pH środowiska polimeryzacji w granicach 3,0-5,5. Proces polega na wprowadzeniu do fazy wodnej zawierającej ewentualnie do 1,0% wagowych substancji buforującej pH środowiska polimeryzacji, ewentualnie do 0,4% wagowych emulgatora w przeliczeniu na masę monomerów oraz 0-100% całkowitej ilości kwasu akrylowego i/lub metakrylowego, pozostałych monomerów oraz 1,5-4,0% emulgatora w przeliczeniu na masę monomerów. Jako emulgator jest stosowana mieszanina anionowego i niejonowego środka powierzchniowo czynnego w stosunku 30-93 do 7-70. Polimeryzacja odbywa się w obecności inicjatora polimeryzacji, którym jest nadsiarczan potasu w ilości 0,3-0,8% wagowych w stosunku do masy monomerów. Szybkość wprowadzania mieszaniny monomerów, roztworu metakryloamidu lub akryloamidu i emulgatora do fazy wodnej zależy od szybkości odbierania ciepła polimeryzacji przez układ chłodzący reaktora. Otrzymana dyspersja jest alkalizowana do pH 8-9,5 wodą amoniakalną.

Dyspersje według wynalazku charakteryzują się dobrą odpornością na zamarzanie, dobrą stabilnością pH, dobrą odpornością powłoki na działanie wody a przede wszystkim dobrą przyczepnością do powierzchni metalowych. Powłoka otrzymana z dyspersji charakteryzuje się niską chłonnością wody a farba wykonana na bazie tej dyspersji charakteryzuje się dobrymi własnościami.

Dyspersje według wynalazku są bliżej przedstawione w przykładach wykonania.

Przykład I. Do reaktora szklanego zaopatrzonego w mieszadło termometr, i chłodnicę zwrotną, umieszczonego na łaźni wodnej wprowadza się 240 g wody demineralizowanej o przewodności 4// S/cm i ogrzewa do temperatury 345-350K. Osobno miesza się 90 g styrenu, 139 g akrylanu butylo 45,5 g metakrylanu metylu, 12 g metakrylanu hydroksyetylu, 3g kwasu akrylowego oraz sporządza drugi roztwór z 2g dodecylofenylosulfonianu sodowego, 1,4g adduktu 22 moli tlenku etylenu i 1 mola nonylofenolu, 10 g metakryloamidu, 2,5 g nadsiarczanu potasu w 67 g wody demineralizowanej. Następnie rozpoczyna się równolegle dozowanie obu roztworów do reaktora. Roztwory dozuje się w czasie 4 godzin utrzymując temperaturę reaktora w zakresie 345-350K. Zawartość reaktora dopolimeryzowuje się w temperaturze 345-350K w czasie 2 godzin i schładza się. Następnie dyspersję alkalizuje się wodą amoniakalną do pH 8,7. Otrzymana dyspersja akrylowo-styrenowa wykazuje następujące własności:

Lepkość 6400 mPas Brookfield RV mieszadło 4,20 obrotów/min.

Zawartość części stałych 50,3%

Minimalna temperatura tworzenia filmu 16° C

Chłonność wody 16%

Zawartość koagulatu 0,008%

Przyczepność do stali 1 ())

Przykład II. Do reaktora szklanego zaopatrzonego w mieszadło, termometr i chłodnicę zwrotną, umieszczonego na łaźni wodnej wprowadza się 234g wody o przewodności 4//S/cm, 2g

165 312

25% roztworu soli sodowej sulfonowanego adduktu tlenku etylenu i alkoholu laurylowego, 2,5 g boraxu i 4,2 g kwasu akrylowego i ogrzewa do temperatury 345-350K.

Osobno wytwarza się preemulsję monomerów o składzie: 67 g wody demineralizowanej, 11g 25% roztworu sulfonowanego adduktu tlenku etylenu i alkoholu laurylowego, 3 g adduktu 22 moli tlenku etylenu i 1 mola nonylofenolu, 1,5 g nadsiarczanu potasu, 11 g arkryloamidu, 126 g akrylanu butylu, 17,5 g metakrylanu hydroksyetylu i 141,5 g metakrylanu metylu. Preemulsje dozuje się w czasie 4 godzin utrzymując temperaturę reaktora w zakresie 345-350K. Zawartość reaktora dopolimeryzowuje się w temperaturze 345-350K w czasie 2 godzin i schładza. Następnie dyspersję alkalizuje się wodą amoniakalną do pH 8,9. Otrzymana dyspersja akrylowa wykazuje następujące własności:

Lepkość 3200 mPas Brookfield RV mieszadło 3,20 obr/min.

Zawartość części stałych 50,3%

Minimalna temperatura tworzenia filmu + 20°C

Chłonność wody Y1,5%o

Przyczepność do stali 1 (1)

Zawartość koagulatu 0,006%

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Dyspersje wodne akrylowe i akrylowo-styrenowe otrzymane na drodze polimeryzacji emulsyjnej w środowisku wodnym mieszaniny monomerów w skład której wchodzą estry akrylowe i metakrylowe, kwas akrylowy i/lub metakrylowy, akryloamid i/lub metakryloamid i styren, znamienne tym, że zawiera polimer wytworzony z 0-60% wagowych styrenu, 0-80% wagowych estrów metakrylowych których homopolimery mają temperaturę zeszklenia (Tg) wyższą od 283K, 20-70% wagowych estrów akrylowych których homopolimery mają temperaturę zeszklenia (Tg) niższą od 273K, 0,5-2,5% wagowych kwasu akrylowego i/lub metakrylowego, 0-4% wagowych akryloamidu i/lub metakryloamidu oraz 2-6% wagowych pochodnej kwasu akrylowego lub metakrylowego zawierającego wolną grupę hydroksylową.