NO832673L - Fremgangsmaate for fremstilling av en vandig polymerdispersjon. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører fremstilling av dispersjoner i

vandige medier av polymerer som stammer fra etylenisk umettetede monomerer, mer spesielt en fremgangsmåte for fremstilling av slike dispersjoner som unngår anvendelse av ioniserbare substanser som polymerisasjons-initiator, som emmulgator for monomeren eller som stabilisator for den polymerte disperse fase,

og som resulterer i produksjon av en dispersjon i hvilken sta-biliseringen av den disperse fase er helt ut sterisk i karakter .

Den såkalte vandige emmulsjonspolymerisering av etyleniske umettede monomerer er en svært velkjent prosess. Den er noe misvisende betegnet i og med at, selv om hovedmengden av monomeren som skal polymeriseres innledningsvis foreligger som dråper som er emmulgert i det anvendte vandige medium, finner den aktuelle polymerisasjon innledningsvis sted ikke inne i disse dråper, men i det vandige medium, som bør holdes en betydelig konsentrasjon av oppløst monomer i under hele prosessen. Av denne grunn er teknikken ikke anvendelig på monomerer som har neglisjerbar løselighet i vann. Av dette følger det at prosessen krever nærvær av, for det første, et overflateaktivt middel som er oppløst i det vandige mediet, hvorved de emmulgerte monomerdråper blir stabilisert mens de faktisk utgjør et reservoar fra hvilket monomer i løsning i det vandige medium påfylles etterhvert som polymerisasjonen skrider frem; og for det annet krever den nærvær av en polymerisasjons-initiator av friradikal type som er løselig i det vandige medium, slik at polymeriseringen av den oppløste monomer istandbringes snarere enn av det emmulgerte materiale. Det er blitt vanlig å benytte ioniserbare forbindelser for begge disse funksjoner. Derfor blir det som overflateaktive midler vanligvis anvendt slike anioniske substanser som natriumdodecylbenzensulfonat, natrium-dioktylsulfosuksinat og alkalimetall- eller ammoniumsaltene av sulfonerte fettalkoholer, og som polymerisasjonsinitiatorer v.annløselige per-forbindelser, f.eks. ammoniumpersulfat eller kaliumpersulfat. I de resulterende dispersjoner stabiliserer polymerpartiklene i den disperse fase mot overdreven flokk-dannelse eller aggregering ved nærvær på sine overflater av elektrisk ladede substanser som stammer fra disse ioniserbare overflateaktive midler og/eller initiatorer. Denne stabilitet hos den disperse fase forstyrres imidlertid nokså lett ved eksterne innflytelser som dispersjonene kan utsettes for, spesielt ved skjærkrefter, ved innføring av flerverdige ioner, ved fryse/tinebetingelser eller ved endringer i pH-verdien.

Det er allerede foreslått, i Britisk patentskrift nr. 1.196.247, å fremstille vandige dispersjoner av syntetiske polymerer i hvilke polymerpartiklene er stabilisert mot overdreven fnokkdannelse ved hjelp av en annerledes, sterisk meka-nisme, nemlig ved hjelp av nærvær i dispersjonen av en amfipatisk polymer stabilisator som har den evne rundt hver partik-kel å danne en beskyttende barriere av polymerkjeder som solvatiseres av det vandige medium. Ved denne prosess unngås nærværet på polymerpartiklene av ladede substanser som stammer fra et konvensjonelt ionisk overflateaktivt middel, men det legges ikke noe vekt i ovennevnte patentbeskrivelse på ønskeligheten av å unngå også anvendelse av ioniske initiatorer, og faktisk foreslås anvendelse av slike materialer som ammonium-persulfat eller kalium-persulfat.

Det er også tidligere blitt beskrevet, i Britisk Patents-skrift nr. 1.544.335, en fremgangsmåte for polymerisering av en etylenisk umettet monomer i vann i nærvær av en katalysator og også i nærvær av en blokk-kopolymerdispersjonsstabilisator som inneholder minst to polymere blokker hvorav én er hydrofil og en annen hydrofob, idet de hydrofile blokker tjener til å tilveiebringe en stabiliserende barriere rundt polymerpartiklene. Her igjen unngår innføring av ladede substanser ved anvendelse av et konvensjonelt overflateaktivt middel, men det er ingen henvisning til ønskeligheten av å anvende ikke-ioniske initiatorer, og de initiatorer som er beskrevet som egnet inkluderer et antall av den ioniske type.

I våre Britiske Patentsøknader nr. 8214675 og 8312212 be-skriver vi en fremgangsmåte for å lage fullstendig ikke-ladede stabile, vandige dispersjoner av syntetiske addisjonspolymerer, som innebærer å kombinere den steriske måte å polymerstabilisere på som er nevnt ovenfor, med anvendelse av ikke-ioniske fri-radikalpolymerisasjonsinitiatorer, og denne fremgangsmåte erkarakterisert vedå være løselig i vannfasen, men praktisk talt uløselig i monomerfasen. Mer spesifikt blir i den nevnte frem gangsmåte minst én etylenisk umettet monomer, som har en løse-lighet i vann i området 0,08-8 vekt%, men som gir opphav til økt polymer som er uløselig i vann, emmulgeres i vann og utsettes i denne tilstand for polymerisering i nærvær av (a) en ikke-ioniserbar organisk azo-friradikal-polymerisasjonsinitiator som er vannløselig og er i alt vesentlig uløselig i monomeren eller monomerene, og (b) en amfipatisk sterisk stabilisator for de produserte polymerpartikler, som er en blokk-eller pode-kopolymer som i sitt molekyl inneholder en polymerkomponent av én type som har en molekylvekt på minst 700 og er solvatiserbar ved vannfasen, og en polymerkomponent av en annen type som har en molekylvekt på minst 700 og ikke er solvatiserbar ved vannfasen og har evne til å bli assosiert med de nevnte polymerpartikler.

Videre har vi i de nevnte patentsøknader henvist til ønskeligheten av i mange tilfeller å inkludere i polymerisasjonsblandingen et ikke-ionisk overflateaktivt middel hvorved emmulgeringen av monomeren i vannet kan hjelpes på. Vi har også i de nevnte søknader referert til muligheten av at blokk- eller pode-kopolymerstabilisatoren utvikles in situ under polymerisasjonen, ut fra en forløperforbindelse som i molekylet inneholder en polymerkjede som i og for seg er løselig i vannfasen og også inneholder en umettet gruppering med evne til kopolymerisering med den monomer som polymeriseres.

Vi har nå funnet at funksjonene til det ikke-ioniske overflateaktive middel og den ko-polymeriserbare forløperforbindelse med fordel kan kombineres i en enkelt substans.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes følgelig en polymerisasjonsprosess ved hvilken (i) minst én etylenisk umettet monomer, som har en løselighet i vann i området 0,08-8 vekt%, men som gir opphav til en polymer som er uløselig i vann, emmulgeres i vann i nærvær av en ikke-ionisk overflateaktiv forbindelse som i molekylet omfatter (a) en komponent med molekylvekt minst 400 som i og for seg er løselig i vannfasen, (b) en annen komponent med molekylvekt i området 150 - 1000 som i og for seg er løselig i monomerfasen, og (c) en umettet gruppering som har evne til ko-polymerisering med monomeren eller monomerene, idet den nevnte gruppering er knyttet til eller integrert med den foran nevnte monomerløselige komponent, og (ii) den emmulgerte monomer utsettes deretter for polymerisering i det ytterligere nærvær av en ikke-ioniserbar organisk azopolymeri-sasjons-initiator av friradikal type som er løselig i vann og i alt vesentlig uløselig i monomeren eller monomerene.

Etylenisk umettede monomerer som kan polymeriseres ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen inkluderer f.eks. akrylmonomerer, f.eks. metylmetakrylat, etylmetakrylat, butyl-metakrylat, metoksypropylmetakrylat, cykloheksylmetakrylat, benzylmetakrylat, hydroksyetylmetakrylat, hydroksypropyl-metakrylat, dimetylaminoetylmetakrylat, etylakrylat, butylakrylat, hydroksybutylakrylat, N-butoksymetyl-akrylamid, N-butoksymetyl-metakrylamid, glycidyl-akrylat og glycidyl-metakrylat, vinylmonomerer. f.eks. vinylacetat, vinylpropionat, styren, vinyltoluen, metoksystyren og vinylpyridin samt halo-generte vinylmonomerer, f.eks. vinylklorid og vinylidenklorid. Alle disse monomerer oppviser den nødvendige minsteløselighet

i vann. Om ønskes kan det sammen med en eller flere av slike monomerer anvendes en liten andel av en monomer som har en ubetydelig løselighet i vann, f.eks. 2-etylheksylakrylat eller stearylmetakrylat, som ikke ville være polymeriserbar alene ved den vandige emmulsjonsprosess.

De monomerer som skal polymeriseres kan også inkludere monomerer som er polyfunksjonelle med hensyn til polymerisasjonsreaksjonen, hvorved partiklene i den resulterende vandige dispersjon vil bestå av tørrbundet polymer. Egnede polyfunksjonelle monomerer inkluderer f.eks. allylmetakrylat, etylen-glycoldimetakrylat, heksandioldiakrylat, trimetylolpropantri-akrylat og divinylbenzen.

Det første trinn i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er emmulgeringen av monomeren eller monomerene som skal polymeriseres i vannfasen til polymerisasjonsblandingen som består minst av vann og den overflateaktive forbindelse som definert. Rollen til den overflateaktive forbindelse i dette stadium er å assistere ved produksjonen og opprettholdelsen av en monomeremmulsjon med tilstrekkelig grad av finhet, men, som allerede antydet og diskutert mer i detalj nedenunder, tjener den også som forløper for dannelsen av en sterisk stabilisator hvorved den resulterende polymer stabiliseres i vandig dispersjon. Om ønsket, kan emmulgeringen av monomeren påskyndes ved å utsette polymerisasjonsblandingen for høy-skjærkraft- eller ultralydbehandling, men normalt vil en konvensjonell rørevirk-ning i nærvær av den overflateaktive komponent være tilstrekkelig.

Som definert ovenfor, omfatter den overflateaktive forbindelse i molekylet tre strukturelle trekk.

For det første er det tilstede en komponent med molekylvekt minst 400, fortrinnsvis minst 1000, som i og for seg er løselig i vannfasen til polymerisasjonsblandingen; med andre ord ville denne komponent, hvis den ikke var knyttet til resten av forløpermolekylet, faktisk være løselig i vannfasen. Passende slike komponenter inkluderer spesielt slike som stammer fra polyetylenglykoler, eller deres monometyletere, med molekylvekt i området 2000 - 4000, men det kan også anvendes slike som stammer fra poly(etylenoksyd)-poly(propylenoksyd)-kopoly-merer som inneholder minst 40% etylenoksyd, og deres monometyletere, polyvinylpyrrolidon, polyakrylamid, polymetakrylamid, polyvinylalkohol og polyjbis(hydroksyetyl)metakrylamidj.

For det annet innkorporerer den overflateaktive forbindelse en komponent med molekylvekt i området 150 - 1000 som i og for seg er løselig i den monomere fase i polymerisasjonsblandingen; således, mens den førstnevnte komponent er hydrofil av karakter, så er denne annen komponent av hydrofob natur. Passende slike komponenter inkluderer kjeder som stammer fra selvkondenseringen eller ko-kondenseringen av propylenoksyd, butylenoksyd eller styrenoksyd, eller slike hydrokarbonkjeder som stammer fra en høyere fettsyre eller fettalkohol. Disse første og andre komponenter overfører sammen med overflateaktive egenskaper til forbindelsen som er nødvendige for emmulgering av monomeren eller monomerene. Fortrinnsvis bør den første, eller hydrofile, komponent og den annen, eller hydrofobe, komponent være tilstede i et vektforhold som ligger i området fra 20:1 til 1:1. Det tredje trekk ved den overflateaktive forbindelse, som er knyttet til eller er integrert med den annen eller hydrofobe komponent, er en umettet gruppering som har evne til ko-polymerisering med monomeren eller monomerene som polymeriseres. Fortrinnsvis er den umettede gruppering knyttet til eller integrert med den del av den hydrofobe eller monomerfase-løselige komponent som er mest fjerntliggende fra den hydrofile eller vannfaseløselige komponent. Der hvor den hydrofobe komponent er en polymerkjede som inneholder en hydroksylgruppe, f.eks. en poly(oksybutylen)-kjede avsluttet ved en slik gruppe, kan den umettede gruppering gjerne ha form av esteren av den aktuelle komponent med en ko-polymeriserbar umettet syre, f.eks. metakrylsyre, itakonsyre eller maleinsyre. Produksjonen av en slik ester kan bestå i å utføre en interforestringsreaksjon mellom en lav-alkylester av syren, f.eks. metylmetakrylat, og den forbindelse som utgjør resten av forløper-molekylet, f.eks. monometyleteren av en poly(oksyetylen)-poly (oksybutylen)-kopolymer. Slik ester kan også oppnås ved å omsette ko-polymeren med et egnet umettet syreklorid, f.eks. metakrylylklorid, i nærvær av en hydroklorid-akseptor.

Et eksempel på en egnet overflateaktiv forbindelse for bruk i prosessen i henhold til oppfinnelsen er den umettede blokk-kopolymer med følgende formel:

hvor x og y har verdier som tilsvarer molekylvekten for poly (oksyetylen) og poly(oksybutylen)-blokkene på henholdsvis 2000

og 700. Denne substans oppnås lett ved å kondensere metanol med etylenoksyd og deretter med butylenoksyd i de nødvendige andeler, og deretter omsette produktet med metakrylylklorid, eller ved å utføre en interforestringsreaksjon mellom produktet og metylmetakrylatet i nærvær av en katalytisk mengde av tetra-isopropyltitanat.

Alternativt kan en egnet overflateaktiv forbindelse oppnås ved den suksessive kondensering av f.eks. butylenoksyd og etylenoksyd med en hydroksylforbindelse som allerede inneholder den nødvendige ko-polymeriserbare umettede gruppering. F.eks. kan alylalkohol kondenseres suksessivt med butylenoksyd og med etylenoksyd slik at man får en blokk-kopolymer med følgende formel:

hvor x og y har de samme verdier som ovenfor. Som et annet eksempel kan triallyleteren av pentaerytritol kondenseres suksessivt med 2 molandeler av butylenoksyd og 35 molandeler av etylenoksyd.

Som et ytterligere alternativ kan den hydrofobe komponent

i den overflateaktive forbindelse tilveiebringes av en hydro-karbonkjede som også kan inkorporere den umettede gruppering.

Et eksempel på en slik kjede er kjeden i undecylensyre, og denne kan omdannes til den krevede overflateaktive/forløper-forbindelse ved direkte kondensering med etylenoksyd, f.eks.

i et molforhold på 1:35.

Mengden av den overflateaktive forbindelse som anvendes ved fremgangsmåten vil i noen grad være avhengig av den spesielle monomer eller de spesielle monomerer som skal emmulgeres, og finheten på den emmulsjon som ønskes, såvel som av effektivi-teten til den spesielle forbindelse som anvendes. Imidlertid kan det optimale forhold lett finnes i ethvert enkelttilfelle ved enkle eksperimenter. Typiske mengder ligger i området 1 - 20%, mer spesielt 5 - 10%, i vekt av den anvendte monomer.

Polymeriseringen av monomeren eller monomerene som således er emmulgert krever nærvær i reaksjonsblandingen av en organisk azoforbindelse som har evne til spaltning ved oppvarmning slik at den gir friradikaler, er fri for ioniserbare eller ladede grupper og ute av stand til å gi opphav til ioniske eller ladede substanser under polymerisasjonsreaksjonen, og er foretrukket vannløselig i den betydning at, selv om den ikke be-høver å være fullstendig uløselig i monomeren eller monomerene som polymeriseres når vann er fraværende, er den i overveldende grad tilstede i vannfasen i polymerisasjonsblandingen. Fore-trukne initiatorer er slike som oppviser et fordelingsforhold mellom vann og rent styren på minst 12, og mer å foretrekke minst 20.

Klasser av organiske azoforbindelser som i molekylet inneholder vannsolubiliserende grupper som er egnet for anvendelse ved fremgangsmåten inkluderer følgende: (i) forbindelser som tilfredsstiller ovennevnte fordelings-forholdskrav og som har den generelle formel

hvor R og R^uavhengig av hverandre er hydrogen eller en metylgruppe, R_ er en alkylgruppe som inneholder 1-4 karbonatomer, og X er oksygen eller en gruppe~NR^hvor R^er hydrogen eller en gruppering De aktuelle forbindelser er således enten estere eller substituerte amider av en azobiskarboksylsyre. Eksempler på egnede initiatorer fra denne klasse inkluderer bis(dietanol-amid) av 4,4'-azobis(cyanopentansyre), som har følgende formel

og som har et fordelingsforhold mellom vann og styren på 463, og det tilsvarende bis(diisopropanolamid) som har følgende formel:

og som har et fordelingsforhold mellom vann og styren på 23.

Det tilsvarende bis(etanolamid) er ikke egnet for anvendelse ved fremgangsmåten, da det har et fordelingsforhold på ca. 10.

De ovennevnte forbindelser kan fremstilles ved å omsette det passende azobiskarboksylsyrehalogenid med den passende hydroksyl- eller aminoforbindelse på kjent måte i nærvær av en hydrogenhalogenid-akseptor.

(ii) Forbindelser som tilfredsstiller ovennevnte fordelings-forholdkrav og som har følgende generelle formel:

hvor R^ er en metylgruppe, R^er en metyl- eller etylgruppe, eller R4og R^- danner sammen med det mellomliggende karbonatom en cykloheksyl-gruppe, og R^ er resten av en monohydroksyl-forbindelse.

Eksempler på egnede initiatorer av denne klasse inkluderer bis-esterne av 2,2<1->azobis(2-metylpropansyre) med oktanol og med 2-etoksyetanol.

Disse estere kan fremstilles ved hjelp av Pinner-reaksjonen ved hvilken f.eks. 2,2<1->azobis(2-metylpropionitril) omsettes under vannfrie betingelser med et overskudd av den aktuelle hydroksylforbindelse i nærvær av hydrogenklorid slik at det dannes en iminoeter; dette mellomprodukt hydrolyseres deretter slik at man får den tilsvarende karboksylester. Fordelaktig kan det ved fremstilling av slike forbindelser anvendes den modifikasjon av Pinner-reaksjonen som er beskrevet i våre Britiske søknader nr. 81.34919 og 82.31128. I denne modifikasjon kreves det at hydroksylforbindelsen anvendes i bare stoiki-metrisk andel, i nærvær av en forbindelse som inneholder en etergruppering.

(iii) Forbindelser som tilfredsstiller ovennevnte fordelings-forholdskrav og har den :gehérelle formel:

hvor R7og Rg er linjære eller forgrenéde alkylenrester med 2-4 karbonatomer og X er hydrogen eller grupperingen Rg-OH. Disse forbindelser er beskrevet i BRD-Off.skrift nr. 2841033

og Europeisk Patentsøknad nr. 0009186 Al, og kan oppnås ved

omsetning av en iminoeter, avledet fra azobis(2-metylpropioni-tril) ved Pinner-reaksjonen, med et mono- eller di-alkanolamin og eventuelt (hvis et monoalkanolamin er blitt anvendt) ytterligere omsetning av produktet med et alkylenoksyd.

(iv) Forbindelser som tilfredsstiller forannevnte fordelings-forholdskrav og har den generelle formel

hvor Rg er resten av en alifatisk polyhydroksylforbindelse Rg(0H)n+^etter fjerning av én hydroksylgruppe derfra, og n har verdien 2 eller 4. Eksempler på egnede initiatorer av denne klasse inkluderer bis(1,2-dihydroksypropyl)esteren av 2,2'-azobis(2-metylpropanosyre) og bis-(5,6-dihydroksyheksy1)-esteren av samme syre. Disse estere kan fremstilles ved den fremgangsmåte som er beskrevet i våre Britiske søknader nr. 82.13880 og 83.08951, som består i å omsette 2,2<1->azobis(2-metylpropionitril) med en stoikiometrisk mengde av en acetal eller ketalderivat med formelen hvor Rg og n har den tidligere angitte betydning, R^q er hydrogen eller en alkyl- eller arylgruppe og R^ er en alkyl-eller arylgruppe, eller R^q og R^ danner sammen med det inter-mediære karbonatom en cykloalkylgruppe, i nærvær av hydroklorid-gass under vannfrie betingelser, fulgt av hydrolyse av mellom-produktet iminoeterhydroklorid og av acetal- eller ketal-grupperinger eller -grupperingene. (v) Forbindelser som tilfredsstiller det ovennevnte fordelings-forholdskrav og har en generelle formel hvor R, R^og R2har den samme betydning som i formel (I) ovenfor, X er oksygen eller en gruppe -NH- og p er et helt tall fra 10 til 100, fortrinnsvis fra 20 til 50. De aktuelle forbindelser er således enten estere eller substituerte amider av en azobiskarboksylsyre, og det inneholder poly(oksyetylen)-grupper og i noen tilfeller også hydroksyl-grupper. Et eksempel på en egnet initiator av denne klasse er bis-amidet av 4,4'-azobis(cyanopentanoacid) og a-amino-tt-hydroksy-poly(oksyetylen) med molekylvekt 1600, som har følgende formel:

Fremstillingen av denne forbindelse ut fra aminohydroksylfor-bindelsen og det tilsvarende syreklorid, og av beslektede forbindelser, er beskrevet i Britiske søknader nr. 82.06315 og 83.03585.

(vi) Forbindelser som tilfredsstiller det foran nevnte for-delingsf orholdskrav og har den generele formel

hvor R4, R5 og Rg har samme betydning som i formel (II) ovenfor og q er et helt tall fra 10 til 100, fortrinnsvis fra 20 til 50.

Et eksempel på en egnet initiator av denne klasse er bis-esteren av monometyleteren av polyetylenglykol, mol. vekt 2000, og 2,2'-azibis-(2-metylpropanosyre) med formelen

Denne forbindelse er ytterligere beskrevet i Britiske søknader nr. 81.34921 og 82.31130, og dens fremstilling av stoikio-metriske mengder av 2,2<1->azobis(2-metylpropionintril) og monometyleteren av polyetylenglykol, via den tilsvarende bis(iminoeter), er beskrevet i Britrske søknader~nr; 81.34 919 og 82.31128.

(vii) Forbindelser som tilfredsstiller det foran nevnte for-delingsf orholdskrav og har den generelle formel

hvor RQog n har samme betydning som i formel (IV) ovenfor og og r er et helt tall fra 10 - 100, fortrinnsvis fra 20 - 50.

Eksempler på egnede initiatorer av denne klasse inkluderer esterne av 2,2'-azobis(2-metylpropanosyre) med 1-(poly-(etylen-oksy))glyserol som inneholder 30 etylenoksydenheter og med kondensatet av et mol av D-glukofuranose med 24 mol etylenoksyd. Fremstillingen av disse forbindelser er beskrevet i våre Britiske søknader nr. 82.13880 og 83.08951 som det allerede er referert til.

Azo-initiatoren kan om ønskes tilsettes polymerisasjonsblandingen når emmulgering av monomeren eller monomerene er ferdig, men vanligvis vil det bli funnet mer bekvemt å tilsette den, sammen med den overflateaktive forbindelse, ved be-gynnelsen av prosessen.

Andelen av den vannløselige azo-initiator som anvendes

kan variere betydelig i henhold til de spesielle monomerer som polymeriseres og den hastighet som det er ønskelig at polymerisasjonen skal skride frem med, og den optimale mengde kan lett fastslås ved enkle forsøk. Typisk anvendes imidlertid initiatoren i en mengde som varierer fra 0,1 mol% til 3,0 mol%,

basert på mengden av monomer.

Som allerede antydet, oppnås den steriske stabilisering av de polymerpartikler som er produsert i polymerisasjonen, ved hjelp av en amfipatisk ko-polymer som utvikles in situ under prosessen. Forløperen for denne stabilisator er den overflateaktive forbindelse som tjener innledningsvis som mono-meremmulgatoren, idet dens rolle i dette senere trinn er avhengig av nærværet i molekylet av den umettede gruppering. Denne gruppering muliggjør den å kopolymerisere med noe av de monomerer som polymeriseres, hvilket resulterer i dannelse av en ytterligere polymer komponent som iboende er ikke-solvatiserbar ved den vandige fase i polymerisasjonsblandingen og følgelig blir assosiert med polymeren i den disperse fase. De aktuelle stabiliserende helheter er de hydrofile kjeder som er tilstede i ko-polymeren og som stammer fra den overflateaktive forløper, som solvatiseres ved vannfasen og som resultat av dette antar en kjedeforlenget konfigurasjon, hvorved det dannes en sterisk barriere rundt polymerpartiklene.

Det kan også under polymerisasjonsprosessen være tilstede et kjedeoverføringsmiddel som, lik initiatoren, er løselig i det vandige medium. Et eksempel på et egnet middel er thio-glykolsyre. Kjedeoverføringsmiddelet kan anvendes i en mengde av fra 0,1 til 2% av vekten av monomer. Effekten av kjedeover-føringsmiddelet er å kontrollere molekylvekten til den disperse polymer og til slutt å redusere mengden av finere partikler i den disperse fase, hvorved den gjennomsnitlige partikkelstør-relse øker.

Ved utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det mulig å innføre alt av monomeren eller monomerene som skal polymeriseres, inn i det vandige medium, dvs. alt på en gang; dette kan bekvemt beskrives som en "one-shot"-prosess. Som allerede antydet, blir denne monomer emmulgert i det vandige medium og utgir et reservoar fra hvilket monomer gradvis tappes ut etterhvert som polymerisasjonen skrider frem, inntil alt av den er omdannet til dispers polymer. En alternativ, og foretrukket, fremgangsmåte er å tilsette innledningsvis til det vandige medium bare en del av monomeren, idet denne emmulgeres og tillates å polymerisere slik at det dannes en dispersjon av fine "seed"-polymerpartikler hvoretter resten av monomeren

gradvis tilsettes, med resulterende vekst av partiklene.

Denne kan betegnes som en "seed and feed"-prosess, dens hovedfordel er at den muliggjør oppnåelse av bedre regulering av partikkelstørrelsen til polymerdispersjonen.

Fremgangsmåten kan utføres over et bredt temperaturområde, avhengig av de spesielle monomerer som polymeriseres, den spesielle initiator som anvendes og den ønskede polymerisasjons-hastigheten; det er i tillegg viktig at den anvendte tempera-tur ikke er så høy at den solvatiserbare komponent i stabili-satoren opphører og blir effektivt solvatisert av vannfasen. Generelt vil imidlertid polymerisasjonstemperaturen ligge i området 50 - 100°C, fortrinnsvis 50 - 80°C.

Generelt utføres polymerisasjonsprosessen ved å følge de driftsprosedyrer og ved å anvende det utstyr (f.eks. reaksjonskar og rørerkonfigurasjon) som er veletablert på emmulsjons-polymerisasjonsområdet og som er kjent for fagmannen på området.

De vandige polymerdispersjoner som oppnås ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er blandt annet nyttige for sammensetning av vannbårene belegningspreparater som har over-legne egenskaper som skyldes den fullstendige steriske stabili-seringsmåte for dispersjonene.

Oppfinnelsen skal illustreres, men ikke begrenses, av de følgende eksempler, i hvilke alle prosenter er i vekt. De oppnådde polymerlatekser ble utsatt for bestemmelse av partikkel-størrelse og fordeling ved hjelp av "Nanosizer" (Registrert varemerke), et instrument markedsført i Storbritania av Coulter Electronics Limited. Resultatene fra denne bestemmelse uttrykkes ved to tall, f.eks. 3:361; det første tall er et mål for graden av polydispersitet hos latekspartiklene på en vil-kårlig skala fra 0 (monodispers) til 10, og det annet tall er den gjennomsnitlige størrelse av partiklen i nanometer.

Eksempel 1

I dette eksempel hadde den overflateaktive forbindelse som også tjener som forløper for polymerstabilisatoren som dannes iri situ, følgende struktur:

hvor verdien av x tilsvarer en polyetylenoksydkjede-molekylvekt på ca. 2000 og verdien av y tilsvarer en polybutylenoksydkjede-molekylvekt på ca. 700.

Den ovenfor identifiserte overflateaktive/forløper (4,5g) ble oppløst i 300g av ionisert vann i et to-liters "kulturkar"

(dvs. et reaksjonskar som har en flat bunn og vertikale sider)

utstyrt med nitrogeninnløp, kjøler, en rører av ankertype med ledestav og separate matelinjer for monomer og initiator. Til den vandige løsning ble det tilsatt 13 g metylmetakrylat og 10g butylakrylat sammen med bis(dietanolamid) av 4,4'-azobis (cyanopentansyre) som initiator (l,0g). Blandingen ble oppvarmet under røring under nitrogen ved ca. 80°C i 1<*>5time, slik at man fikk en "seed"-polymerlateks som ved "Nanosizer"-underr søkelse ga et resultat på 4:63. Ved fortsatt røring og opp-varming ved 80°C ble en første monomermating bestående av 65g metylmetakrylat, 50g butylakrylat og 8,4g overflateaktivt/for-løper tilsatt i løpet av 3% timer, med samtidig tilsetning av 8,Og ytterligere initiator oppløst i avionisert vann. Ved slutten av dette tidsrom hadde den oppnådde lateks et fast-stoff innhold på 18,9% og "Nanosizer"-undersøkelse ga resultatet 5:117. Lateksen ble holdt ved romtemperatur i ca. 50 timer, deretter gjenoppvarmet med røring til 80°C, og en annen monomermating bestående av 26g metylmetakrylat, 20g butylakrylat og l,8g av en overflateaktiv/forløper tilsatt i løpet av 2 timer, ledsaget av 3,Og initiator oppløst i avionisert vann. "Nanosizer"-avlesningen på lateksen var da 6:139. Endelig ble en tredje monomermating bestående av 60g metylmetakrylat, 4 5g butylakrylat og 8,4g overflateaktivt/forløper tilsatt under de samme betingelser som tidligere, sammen med 3,Og initiator oppløst i avionisert vann. Den således oppnådde kopolymerlateks ble fil-trert gjennom nylonsikt. Den hadde et faststoffinnhold på 36%, ;og "Nanosizer"-bestemmelse ga resultatet 4:142. ;Eksempel 2 ;I dette eksempel var overflateaktiv/forløperen som ble anvendt produktet fra omsetning av et mol allylalkohol suksessivt med henholdsvis et mol styrenoksyd,'.et mol butylenoksyd og 35 mol etylenoksyd. ;En blanding av 100g avionisert vann, 2g av ovennevnte over- flateaktiver/forløper, 20g vinylacetat og 0,5g bis(dietanol-amid) av 4,4'-azobis(cyanopentansyre ble omrørt (magnetisk rører) og oppvarmet i en 2 50 ml rundkolbe under nitrogen-atmosfære ved 80°C i 6 timer. Ved slutten av dette tidsrom var omdannelsen av monomer til polymer 91% og "Nanosizer"-undersøkelse av den resulterende latex ga verdiene 4:229. ;En viss bunnfelling av den disperse fase inntraff ved henstand. ;Eksempel 3 - ;Den overflateaktive/forløper som ble anvendt i dette eksempel var reaksjonsproduktet av et mol pentaerytritoltrially-eter suksessivt med 2 mol butylenoksyd og 35 mol etylenoksyd. ;Apparaturen og fremgangsmåten som ble anvendt var som beskrevet i eksempel 1. Detaljer ved reaksjonsblandingene i "seed"- og "feed"-trinnene er som følger: ;" Seed"- trinn ; Første " Feed"- trinn ; <*>Under forløpet av både dette første matetrinn og det annet matetrinn som er beskrevet nedenunder, ble alikvoter tilsatt hvert tiende minutt av en løsning av 4,4g initiator i 20g

avionisert vann. Den initiator som ble benyttet i dette eksempel var bis(dietanolamid) av 4,4'-azobis(cyanopentansyre).

"Nanosizer"-bestemmelse ved slutten av det første matetrinn ga resultatet 1:162.

Annet " Feed"- trinn

Den totale omdannelse av monomer til polymer var 99,8%. Etter fjerning av ca. 16g av koagulert materiale ga den til slutt oppnådde lateks et "Nanosizer"-resultat på 1:192.

Eksempel 4

Den overflateaktive/forløper som ble anvendt i dette eksempel var lik den som ble anvendt i eksempel 3, men de molare mengder av butylenoksyd og etylenoksyd var henholdsvis 4 og 46,

Fremgangsmåten og mengdene av materialer var ellers de samme som i eksempel 3. Den totale omdannelse av monomer til polymer var 97%. Ca. 15g av koagulat ble separert fra den latex som til slutt ble oppnådd. Resultatene fra "Nanosizer"-bestemmelse var som følger:

Etter "seed"-trinn : 5:82

Etter første "feed"-trinn : 2:109

Slutt-trinn : 3:159

Claims (10)

1. En fremgangsmåte for fremstilling av en. sterisk stabilisert vandig polymerdispersjon,karakterisert vedat minst én etylenisk umettet monomer, som har en løselighet i vann i området 0,08 - 8 vekt%, men som gir opphav til en polymer som er uløselig i vann, emmulgeres i vann i nærvær av en ikke-ionisk overflateaktiv forbindelse som i molekylet omfatter (a) en komponent med molekylvekt minst 400 som er i seg selv løse-lig i den vandige fase, (b) en annen komponent med molekylvekt i området 150 - 1000 som er i seg selv løselig i den monomere fase, og (c) en umettet gruppering som har evne til ko-polymerisering med monomeren eller monomerene, idet den nevnte gruppering er knyttet til eller integrert med den monomerløselige komponent som før er nevnt, og (ii) den emmulgerte monomer utsettes deretter for polymerisering i det ytterligere nærvær av en ikke-ioniserbar organisk azo-polymerisasjonsinitiator av friradikal type som er løselig i vann og i alt vesentlig uløselig i monomeren eller monomerene.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at den vannfaseløselige komponent i den overflateaktive forbindelse stammer fra en polyetylenglykol eller en monometyl-eter derav, med molekylvekt i området 2000 - 4000.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat vektforholdet i den overflateaktive forbindelse i den vannfaseløselige komponent og den monomerfaseløselige komponent er i området 20:1 til 1:1.

4. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat den overflateaktive forbindelse er en blokk-kopolymer med følgende formel:

hvor x og y har verdier som tilsvarer polyoksyetylen og polyoksy-butylen-blokk-molekylvekter på henholdsvis 2000 og 700.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat den overflateaktive forbindelse er en blokk-kopolymer med følgende formel:

hvor x og y har verdier som tilsvarer polyoksyetylen- og poly-oksybutylen-blokk-molekylvekter på henholdsvis 2000 og 700.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat den overflateaktive forbindelse er produktet av den suksessive kondensering av 1 mol av triallyleteren av pentaerytritol med 2 mol butylenoksyd og 35 mol etylenoksyd.

7. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 6,karakterisert vedat den overflateaktive forbindelse er tilstede i en mengde av 1 - 10 vekt% av den aktuelle monomer.

8. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 7,karakterisert vedat azopolymerisa- - sjonsinitiatoren oppviser et fordelingsforhold mellom vann og rent styren på minst 12.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8,karakterisertved at initiator er bis(dietanolamidet eller bi(diisopropanol-amidet) av 4,4<1->azobis(cyanopentanosyre).

10. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 9,karakterisert vedat azoinitiatoren anvendes i en mengde av fra 0,1 mol% til 3,0 mol% regnet på monomermengden.