Поверхностно-активное вещество для получения латекса, композиция покрытия, латекс, способ получения латекса и эмульгатор для эмульсионной полимеризации
Номер патента: 16607
Опубликовано: 30.06.2012
Авторы: Ян Хьюи Ширли, Тиллотсон Роберт Дж., Жуа Жан-Люк, Адам Эрве, Киплингер Джон Д.
Формула / Реферат
1. Поверхностно-активное вещество для получения латекса путем эмульсионной полимеризации, содержащее по меньшей мере одно соединение формулы (I)

в которой Z представляет собой группу, выбранную из групп следующих формул:

в которых R3 и R4, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал при условии, что по меньшей мере один из радикалов R3 или R4 является отличным от водорода; и
R5 представляет собой -SO3M, -РО3(М)2, -(СН2)r-COOM или -(CH2)z-SO3M, где М представляет собой водород, щелочной металл или группу N(R)4+, где R могут быть одинаковыми или различными и представляют собой водород или неразветвленный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал;
Y представляет собой -СН2-С(R1)(R2)-О- или -O-CH(R'1)-CH(R'2)-O-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал;
n представляет собой целое или дробное число от 0 до 20 включительно;
m представляет собой целое или дробное число от 2 до 80 включительно;
z представляет собой число от 1 до 6;
r представляет собой число от 1 до 6.
2. Поверхностно-активное вещество по п.1, где указанное соединение имеет структуру формулы

в которой X представляет собой фосфатную, сульфатную, карбоксилатную или сульфонатную группу и R представляет собой водород, СН3 или С2Н5.
3. Поверхностно-активное вещество по п.2, в котором соединение имеет структуру формулы

4. Поверхностно-активное вещество по п.1, которое является неионогенным.
5. Поверхностно-активное вещество по п.1, которое является анионогенным.
6. Поверхностно-активное вещество по п.1, дополнительно содержащее поверхностно-активные вещества, выбранные из группы, состоящей из ионогенных поверхностно-активных веществ, неионогенных поверхностно-активных веществ или их комбинаций.
7. Поверхностно-активное вещество по п.1, в котором по меньшей мере один из R1, R2, R'1 или R'2 представляет собой насыщенный или ненасыщенный С1-С6 углеводородный радикал.
8. Композиция покрытия, содержащая поверхностно-активное вещество по п.1.
9. Латекс, полученный путем полимеризации с применением поверхностно-активного вещества по п.1.
10. Способ получения латекса, включающий стадию эмульсионной полимеризации реакционной смеси, содержащей ненасыщенный мономер, воду и по меньшей мере одно соединение формулы (I)

в которой Z представляет собой группу, выбранную из групп следующих формул:

в которых R3 и R4, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал при условии, что по меньшей мере один из радикалов R3 или R4 является отличным от водорода;
R5 представляет собой водород, -SO3M, -РО3(М)2, -(СН2)r-СООМ или -(СН2)z-SO3M;
Y представляет собой -СН2-С(R1)(R2)-О- или -O-CH(R'1)-CH(R'2)-O-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал;
M представляет собой водород, щелочной металл или аммониевую группу N(R)4+, где R могут быть одинаковыми или различными и представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал, который может быть гидроксилированным;
z представляет собой число от 1 до 6;
n представляет собой целое или дробное число от 0 до 20 включительно;
m представляет собой целое или дробное число от 2 до 80 включительно,
r представляет собой число от 1 до 6.
11. Способ по п.10, дополнительно включающий следующие стадии:
a) образование стабильной водной предварительной эмульсии из мономера и соединения формулы (I);
b) образование реакционной смеси, содержащей предварительную эмульсию, инициатор и воду;
c) введение реакционной смеси в реактор и добавление к реакционной смеси от 1 до 10 мас.% указанной предварительной эмульсии и
d) нагревание реакционной смеси, полученной на стадии с), до температуры в интервале от 40 до 90°С с образованием затравочной водной дисперсии латексных частиц.
12. Способ по п.11, дополнительно включающий:
e) взаимодействие затравочной водной дисперсии латексных частиц, полученной на стадии d), с дополнительным количеством инициатора с получением латекса и
f) необязательно нагревание латекса, полученного на стадии е), при температуре в интервале от 40 до 90°С.
13. Способ по п.11, где мономер выбирают из группы, состоящей из метилакрилата, этилакрилата, метилметакрилата, бутилакрилата, 2-этилгексилакрилата, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, стирола, винилтолуола, винилацетата, виниловых эфиров карбоновых кислот, следующих в гомологическом ряду за уксусной кислотой, винилверсатата, акрилонитрила, акриламида, бутадиена, этилена, винилхлорида и их смесей.
14. Способ по п.11, где инициатор выбирают из группы, состоящей из персульфата аммония, пероксида водорода, пероксидисульфата натрия, калия, аммония, пероксида дибензоила, лаурилпероксида, ди-трет-бутилпероксида, 2,2'-азо-бис-изобутиронитрила, трет-бутилгидропероксида, пероксида бензоила и их смесей.
15. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют от 0,2 до 5 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе воды, используемой в процессе полимеризации.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что используют от 1 до 4 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе воды, используемой в процессе полимеризации.
17. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют от 1 до 8 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе мономеров, используемых в процессе полимеризации.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что используют от 2 до 5 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе мономеров, используемых в процессе полимеризации.
19. Эмульгатор для эмульсионной полимеризации, содержащий по меньшей мере одно соединение формулы (I)

в которой Z представляет собой группу, выбранную из групп следующих формул:

в которых R3 и R4, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал при условии, что по меньшей мере один из радикалов R3 или R4 является отличным от водорода;
R5 представляет собой водород, -SO3M, -РО3(М)2, -(СН2)r-СООМ или -(СН2)z-SO3M;
Y представляет собой -СН2-С(R1) (R2)-О- или -O-CH(R'1)-CH(R'2)-O-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал;
М представляет собой водород, щелочной металл или аммониевую группу N(R)4+, где R могут быть одинаковыми или различными и представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный С1-С6 углеводородный радикал, который может быть гидроксилированным;
z представляет собой число от 1 до 6;
n представляет собой целое или дробное число от 0 до 20 включительно;
m представляет собой целое или дробное число от 2 до 80 включительно;
r представляет собой число от 1 до 6.
20. Эмульгатор по п.19, в котором по меньшей мере один из R1, R2, R'1 или R'2 представляет собой насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал.
Текст
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛАТЕКСА,КОМПОЗИЦИЯ ПОКРЫТИЯ, ЛАТЕКС, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛАТЕКСА И ЭМУЛЬГАТОР ДЛЯ ЭМУЛЬСИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ Настоящее изобретение относится к поверхностно-активному веществу для получения латекса путм эмульсионной полимеризации, содержащему по меньшей мере одно соединение формулы(I), где R3 и R4 могут быть одинаковыми или различными и представлены водородом или C1C6 радикалом, при условии, что по меньшей мере один из R3 или R4 не является водородом; R5 представляет собой -SO3M, -PO3(М)2, -(СН 2)r-СООМ или -(СН 2)z-SO3M, где М представляет собой водород, щелочной металл или группу N(R)4+, где R могут быть одинаковыми или различными и представляют собой водород или C1-C6 радикал, Y представляет собой -CH2-C(R1)(R2)-О- или-О-СН(R'1)-СН(R'2)-О-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными,представляют собой водород или С 1-С 6 радикал; n - целое или дробное число от 0 до 20 включительно; m - целое или дробное число от 2 до 80 включительно, z - число от 1 до 6; r - число от 1 до 6. Также изобретение касается композиции покрытия, содержащей такое поверхностно-активное вещество, латекса, полученного с применением поверхностно-активного вещества, способа получения такого латекса и эмульгатора для эмульсионной полимеризации. 016607 Настоящее изобретение относится к эмульсионной полимеризации, использующей терпенсодержащие поверхностно-активные вещества в качестве эмульгаторов. Терпенсодержащие поверхностноактивные вещества содержат оксипропиленовые и оксиэтиленовые звенья. Данное изобретение также относится к эмульсионной полимеризации, использующей сульфатные и фосфатные соли терпенсодержащих поверхностно-активных веществ в качестве эмульгаторов. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам применения таких эмульсий, образованных из терпенсодержащих поверхностноактивных веществ. Предпосылки создания изобретения Полимеры как синтетические, так и природные используются в водных растворах в качестве загустителя и флоккулянта. Они нашли коммерческое использование в ряде конечных применений, таких как обработка сточных вод, водоочистка, производство бумаги, добыча нефти, стабилизаторы буровых растворов на основе углеводородов и латекс. Латекс представляет собой водосодержащую полимерную дисперсию, широко используемую в промышленных применениях. Полимеризация является предпочтительной технологией, используемой для получения эмульсионных полимеров и полимерных латексов. Использование латекса, полученного эмульсионной полимеризацией, в производстве красок или покрытий для подложек является хорошо известным в технике. Однако на такие краски или покрытия отрицательно влияет присутствие эмульгаторов, необходимых в способе эмульсионной полимеризации. Эмульгаторы часто вызывают вспенивание краски или покрытия. Было бы желательно иметь эмульгатор, имеющий низкое вспенивающее воздействие и улучшенную стабильность. Кроме того, в латексной полимеризации поверхностно-активные вещества требуются для обеспечения стабильной предварительной мономерной эмульсии, стабильности в процессе полимеризации и общей стабильности конечного латекса. Однако традиционные поверхностно-активные вещества для полимеризации латексов и эмульсий имеют тенденцию создавать вспенивание при перемешивании и вызывать другие трудности в процессе полимеризации и в конечных рецептурах, содержащих латекс. Для преодоления этого обычно требуется пеногаситель. К сожалению, введение пеногасителя имеет многочисленные недостатки, включая выпотевание покрытия и увеличенную стоимость исходного материала. Было бы желательно иметь полимеризационное поверхностно-активное вещество, имеющее низкое вспенивающее воздействие и улучшенную стабильность. Краткое описание изобретения Данное изобретение предусматривает поверхностно-активное вещество для получения латекса,композицию покрытия, содержащую такое поверхностно-активное вещество, латекс, полученный путм эмульсионной полимеризации с применением такого поверхностно-активного вещества, способ получения латекса и эмульгатор для эмульсионной полимеризации реакционной смеси. Полиоксипропилен- и полиоксиэтилентерпенсодержащие поверхностно-активные вещества, полученные способом данного изобретения, дают эмульсионные полимеры значительно улучшенных свойств по сравнению с эмульсионными полимерами, полученными с традиционными поверхностно-активными веществами. В частности, настоящее изобретение относится к применению полиоксипропилен- и полиоксиэтилентерпенсодержащих поверхностно-активных веществ для синтеза латекса. Более конкретно, данное изобретение относится к применению алкоксилатных поверхностно-активных веществ и их сульфатных и фосфатных солей, используемых в синтезе эмульсии и латекса. Еще более конкретно, данное изобретение относится к применению алкоксилатов 6,6-диметилбицикло[3,1,1]гепт-2-ен-2-этанола и их сульфатных и фосфатных солей в качестве эмульгаторов, используемых в эмульсионной и латексной полимеризации. Кроме того, полиоксипропилен- и полиоксиэтилентерпенсодержащие поверхностно-активные вещества могут быть неионогенными или анионогенными. Подробное описание изобретения и предпочтительных вариантов Настоящее изобретение относится к применению поверхностно-активного вещества для получения латекса при эмульсионной полимеризации. Такое поверхностно-активное вещество согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере одно соединение, имеющее следующую формулу: в которой Z представляет собой бицикло[а,b,c]гептенил- или бицикло[а,b,с]гептил-радикал. R3 и R4,которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный или разветвлнный циклический насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал при условии,что по меньшей мере один из радикалов R3 или R4 является отличным от водорода, и R5 представляет собой группу, выбранную изSO3M,РО 3(М)2,(СН 2)r-СООМ,(CH2)z-SO3M,в которых формула М представляет собой водород, щелочной металл или аммониевую функциональную группу N(R)4+, в которой R, который может быть одинаковым или различным, представляет-1 016607 собой водород или линейный, разветвленный или неразветвлнный, или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал, который может быть гидроксилированным; r находится в интервале от 1 до 6; z находится в интервале от 1 до 6; n представляет собой целое или дробное число в интервале 0-20 включительно; m представляет собой целое или дробное число в интервале 0-20 включительно.Z-радикал представляет собой радикал, необязательно замещенный по меньшей мере одним С 1-С 6 алкил-радикалом, и может содержать главную цепь, выбранную из главных цепей, указанных ниже, или соответствующих главных цепей минус двойная связьY представляет собой -CH2-C(R1)(R2)-О- или -O-CH(R'1)-CH(R'2)-O-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-С 22 углеводородный радикал, предпочтительно С 1-С 6. В предпочтительном варианте данного изобретения подходящее терпенсодержащее поверхностноактивное вещество содержит применение производных поверхностно-активных веществ Nopol. Соответственно данное изобретение дополнительно предусматривает для нового применения производных поверхностно-активных веществ Nopol получение эмульсионных полимеров или полимерных латексов. В одном аспекте данное изобретение относится к способу получения алкоксилатных поверхностноактивных веществ Nopol 6,6-диметилбицикло[3,1,1]гепт-2-ен-2-этанола. Алкоксилатные поверхностноактивные вещества могут быть неионогенными или анионогенными. Анионогенные алкоксилатные поверхностно-активные вещества предпочтительно представляют собой сульфаты или фосфаты 6,6 диметилбицикло[3,1,1]гепт-2-ен-2-этанолалкоксилата. Подходящие алкоксилатные соединения описаны в заявке на патент США 10/820929, которая приводится здесь в качестве ссылки. Предпочтительные алкоксилатные поверхностно-активные вещества имеют общую формулу где R представляет собой водород, СН 3 или С 2 Н 5; n составляет от 0 до 20 включительно; m состав-2 016607 ляет от 2 до 80 включительно и X представляет собой водородный атом, фосфат-, сульфат-, сульфонатили карбоксилатгруппу. Остаток, квалифицированный целым числом "n", соответствует оксипропиленовым звеньям. Оксипропилен может быть также замещен оксибутиленом или подобными алкоксилатами. Остаток, квалифицированный целым числом "m", соответствует оксиэтиленовым звеньям. Оксипропиленовые и оксиэтиленовые звенья могут быть блочного распределения или смешанного распределения в статистическом или сужающемся распределении вдоль цепи. Соединения формулы также могут быть описаны как алкоксилаты 6,6-диметилбицикло-[3,1,1]гепт-2-ен-2-этанола. Предпочтительные анионогенные алкоксилатные поверхностно-активные вещества имеют общую формулу, приведенную выше, в которой активные вещества имеют общую формулу, приведенную выше,в которой X представляет собой сульфатную или фосфатную группу, и предпочтительные неионогенные алкоксилатные поверхностно-активные вещества имеют общую формулу, приведенную выше, в которойX представляет собой водородную группу. Терпенсодержащие поверхностно-активные вещества, описанные выше, используются в латексных эмульсионных полимерах или в качестве эмульгаторов/поверхностно-активных веществ в эмульсионной полимеризации. Латекс, водосодержащие дисперсии полимеров, полученных эмульсионной полимеризацией, широко используются в различных применениях, таких как краски, клеи, бумажные покрытия,ковровая основа и модификаторы текучести (HASE). Как рассмотрено выше, поверхностно-активные вещества, используемые для стабилизации латекса,могут увеличить вспенивание в процессе изготовления латекса и в конечном применении и требуют введения пеногасителя, что может иметь другие трудности, такие как выпотевание покрытия, ответственное за образование "рыбьих глаз" в пленке покрытия. Явление вспенивания также ухудшает качество покрытия, и его необходимо избегать. Терпенсодержащие поверхностно-активные вещества данного изобретения могут использоваться в качестве замены традиционным вспенивающим эмульгаторам, используемым в эмульсионной полимеризации, и исключают или позволяют избежать проблемы или недостатков в конечном латексе и в его конечных применениях, таких как краски, покрытия, клеи или модификаторы текучести. В другом аспекте данное изобретение относится к способу получения эмульсионного полимера эмульсионной полимеризацией в присутствии терпенсодержащего поверхностно-активного вещества. Например, эмульсионный полимер получают эмульсионной полимеризацией в присутствии поверхностно-активного вещества Nopol, имеющего формулу где R представляет собой водород, СН 3 или С 2 Н 5. Поверхностно-активное вещество Nopol может быть получено различными путями. Например,предпочтительное поверхностно-активное вещество, в котором X представляет собой сульфат, например группу -OSO3H2, может быть получено сульфированием продукта этерификации 6,6 диметилбицикло[3,1,1]гепт-2-ен-2-этанолалкоксилата. Поверхностно-активное вещество Nopol, в котором X представляет собой сульфатную группу -OSO3H2 или сульфонатную группу -OSO3H, может быть получено сульфатированием одной гидроксильной группы алкоксилата, или замещением гидроксильной группы сульфонатной группой и затем этерификацией оставшейся гидроксильной группы алкоксилата винилфункциональной карбоновой кислотой, ее ангидридом или галогенангидридом. Эмульсионная полимеризация рассматривается в G. Pohlein, "Emulsion Polymerization", Encyclopediaof Polymer Science and Engineering, vol. 6, p. 1-51 (John WileySons, Inc., N.Y., N.Y., 1986), описание которой приводится здесь в качестве ссылки. Эмульсионная полимеризация представляет собой гетерогенный реакционный процесс, в котором ненасыщенные мономеры или растворы мономеров диспергируются в непрерывной фазе с помощью эмульгаторной системы и полимеризуются со свободнорадикальными инициаторами или редокс-инициаторами. Продукт, коллоидная дисперсия полимера или полимерного раствора, называется латексом. Сомономеры, которые обычно используются, включают такие мономеры, как метилакрилат, этилакрилат, метилметакрилат, бутилакрилат, 2-этилгексилакрилат, другие акрилаты, метакрилаты и их смеси, акриловая кислота, метакриловая кислота, стирол, винилтолуол, винилацетат, виниловые эфиры высших карбоновых кислот по отношению к уксусной кислоте, например винилверсатат, акрилонитрил,акриламид, бутадиен, этилен, винилхлорид и т.п. и их смеси. В вышеуказанном способе подходящие инициаторы, восстановители, катализаторы и поверхностно-активные вещества являются хорошо известными в технике эмульсионной полимеризации. Типичные инициаторы включают персульфат аммония ПСА)(APS, пероксид водорода, пероксидисульфат натрия, калия или аммония, пероксид дибензоила, лаурилпероксид, ди-трет-бутилпероксид, 2,2'-азо-бисизобутиронитрил, трет-бутилгидропероксид, пероксид бензоила и т.п.-3 016607 Подходящими восстановителями являются восстановители, которые увеличивают скорость полимеризации и включают, например, бисульфит натрия, гидросульфит натрия, натрийформальдегидсульфоксилат, аскорбиновую кислоту, изоаскорбиновую кислоту и их смеси. Подходящими катализаторами являются катализаторы, которые увеличивают скорость полимеризации и которые в комбинации с описанными выше восстановителями способствуют разложению инициатора полимеризации в реакционных условиях. Подходящие катализаторы включают соединения переходных металлов, такие как, например, (сульфат железа)гептагидрат, хлорид железа, сульфат меди,хлорид меди, ацетат кобальта, сульфат кобальта и их смеси. Подходящие поверхностно-активные вещества, которые могут использоваться в сочетании с Nopolповерхностно-активным веществом, включают ионогенные и неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как алкилполигликолевые простые эфиры, такие как продукты этоксилирования лаурилового, тридецилового, олеилового и стеарилового спиртов; алкилфенолполигликолевые простые эфиры,такие как продукты этоксилирования октил- или нонилфенола, диизопропилфенола, триизопропилфенола; соли щелочного металла или аммониевые соли алкил-, арил- или алкиларилсульфонатов, сульфатов,фосфатов и т.п., включая натрийлаурилсульфат, натрийоктилфенолгликольэфирсульфат, натрийдодецилбензолсульфонат, натрийлаурилдигликольсульфат и аммонийтри-трет-бутилфенол и пента- и октагликольсульфонаты, сульфосукцинатные соли, такие как динатрий(этоксилированный нонилфенолполуэфир) сульфоянтарной кислоты, динатрий-н-октилдецилсульфосукцинат, натрийдиоктилсульфосукцинат и т.п. Типичный способ эмульсионной полимеризации предпочтительно включает загрузку воды в реактор и подачу отдельных потоков предварительной эмульсии мономера и раствора инициатора. Небольшое количество предварительной эмульсии и части инициатора может быть загружено вначале при температуре реакции с получением латекса "зародыша". Операция латекса "зародыша" дает в результате лучшую воспроизводимость частица-размер. В "нормальных" условиях инициирования, т.е. условиях инициирования, при которых инициатор активируется теплом, полимеризация обычно проводится при температуре примерно 60-90 С. Типичный "нормально" инициированный способ, например, может использовать персульфат аммония в качестве инициатора при температуре реакции 802 С. В условиях"редокс"-инициирования, т.е. в условиях инициирования, при которых инициатор активируется восстановителем, полимеризация обычно проводится при температуре 60-70 С. Обычно восстановитель вводится как отдельный раствор. Типичный "редокс-инициированый" способ может использовать персульфат калия в качестве инициатора и метабисульфит натрия в качестве восстановителя при температуре реакции 652 С. В вышеуказанных эмульсиях полимер предпочтительно находится в виде в основном сферических частиц, диспергированных в воде, с диаметром от примерно 50 до примерно 500 нм. В частности, терпенсодержащие поверхностно-активные вещества данного изобретения могут вводиться в эффективных количествах в водные полимерные системы с улучшением стабильности эмульсий полимеров. Мономерами, обычно используемыми в получении акриловых красок, являются бутилакрилат, метилметакрилат, этилакрилат и т.п. В композициях акриловых красок полимер состоит из одного или более эфиров акриловой или метакриловой кислоты, обычно смеси, например примерно 50/50 по массе мономера с высокой Tc (Tg) (например, метилметакрилата) и мономера с низкой Tc (например, бутилакрилата) с небольшими пропорциями, например, от примерно 0,5 мас.% до примерно 2 мас.%, акриловой или метакриловой кислоты. Винилакрилатные краски обычно включают винилацетат и бутилакрилат и/или 2-этилгексилацетат, и/или винилверсатат. В композициях винилакрилатных красок по меньшей мере 50% образованного полимера состоит из винилацетата с остальной частью, выбранной из эфиров акриловой или метакриловой кислоты. Стирол/акриловые полимеры обычно являются подобными акриловым полимерам, у которых весь или часть метакрилатного мономера заменены стиролом. Для того чтобы дополнительно проиллюстрировать настоящее изобретение и его преимущества,приводятся следующие неограничительные примеры. Примеры Пример 1. Опыты 1-13 по получению латекса проводят с использованием следующей рецептуры. Описание: латекс акрилового клея, чувствительного к давлению. Общее содержание твердого вещества (по формуле): 55%. Реакторное устройство: 1200 мл 2-х составной стеклянный реактор. Подвесная мешалка со стеклянным валом/тефлоновой лопастной мешалкой. Методика. 1. Нагревают содержимое реактора до 80 С с продувкой азотом. Поддерживают продувку азотом в ходе прогона. Регулируют перемешивание для гомогенного смешения в ходе прогона. 2. Добавляют 5% мономерной эмульсии (35,5 г). Ждут 5 мин для восстановления температуры. 3. Добавляют 25% (27,3 г) раствора инициатора и выдерживают при 80 С в течение 15 мин. 4. В течение 2,5-3 ч подают остальную часть мономерной эмульсии и раствора инициатора. 5. Поддерживают температуру реакции при 80 С во время подачи. 6. После добавления нагревают до 85 С и выдерживают в течение 30 мин. 7. Охлаждают ниже 30 С, корректируют рН до 82 с помощью NH4OH и фильтруют через сетку 100 меш. Замены поверхностно-активного вещества и изменения процентных концентраций поверхностноактивного вещества указаны в следующих опытах. Таблица 1 Опыты по получению латекса, сравнивающие контрольное поверхностно-активное вещество с Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатом ВОТМ - по отношению ко всему мономеруBOTL - по отношению ко всей жидкости нм - нанометр сПз - сантиПуазRhodapex CO-436 (коммерчески доступный от фирмы Rhodia Inc.) представляет собой сульфатированное алкилфенолэтоксилатное поверхностно-активное вещество. Результаты, приведенные в табл. 1, показывают, что с Nopol ПО/ЭО-сульфатами с несколько отличающимися интервалами молекулярной массы могут быть достигнуты аналогичные свойства латекса.-5 016607 Таблица 2 Опыты по получению латекса, сравнивающие контрольное поверхностро-активное вещество с Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатом ВОТМ - по отношению ко всему мономеруBOTL - по отношению ко всей жидкости нм - нанометр сПз - сантиПуазRhodapex CO-436 представляет собой сульфатированное алкилфенолэтоксилатное поверхностноактивное вещество от фирмы Rhodia. Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что с Nopol ПО/ЭО-сульфатами с несколько отличающимися интервалами молекулярной массы могут быть достигнуты аналогичные свойства латекса. Табл. 2, кроме того, иллюстрирует влияние введения Nopol ПО/ЭО-сульфата в загрузку реактора и способность варьировать размер частиц в конечном латексе (сравни с табл. 1). Опыты 7-9 осуществляют с "настройкой" размера частиц Nopol ПО/ЭО-сульфата, так чтобы они были в интервале 250-300 нм. Rhodapex CO-436 (опыт 6) также находится в интервале 250-300 нм. Размер частиц регулируется так, чтобы не вызвать затруднений или отклонений в испытаниях, на которые может повлиять разброс размеров частиц, таких как замораживание/оттаивание, вспенивание, Са и механическая стабильность. Таблица 3 Опыты по получению латекса, сравнивающие контрольное поверхностно-активное вещество с Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатом Результаты, представленные в табл. 3, продолжают показывать, что Nopol ПО/ЭО-сульфаты с несколько отличающимися интервалами молекулярной массы дают аналогичные свойства латекса, такие как механическая, химическая и термическая стойкость, качество пленки и поверхностное натяжение, по сравнению с контрольным поверхностно-активным веществом. Внешний вид пленки является превосходным для всех латексов, испытанных в табл. 3, с получением вытяжек, которые являются прозрачными-6 016607 и свободными от дефектов. Не наблюдается видимого различия между контрольными и Nopol ПО/ЭОсульфатными латексными пленками. Результаты, приведенные в табл. 3, также показывают, что Nopol ПО/ЭО-сульфаты с несколько отличающимися интервалами молекулярной массы могут быть использованы для получения латекса с низкими вспенивающими свойствами, как видно по низкой начальной высоте пены, а также по низкой высоте пены во времени. Таблица 4 Результаты определения адгезии: испытание на отслаивание на 180 и испытание на липкость петли На отслаивание и липкость были испытаны 4 полистиролакрилатных латекса. Результаты испытаний латексов представлены в табл. 2. Испытание на липкость петли. Образцы получают вытяжкой нейтрализованного латекса на ПЭТФ пленку с 3 мил 3 дюйм бруском. Вытяжки сушат воздушной сушкой и отверждают в термошкафу при 105 С в течение 5 мин перед покрытием пленки прокладочной бумагой. Полосу шириной 1 дюйм отрезают от "сэндвича" ПЭТФ/клей/прокладочная бумага и отрезают образец длиной 7 дюйм с клеем в центре для испытания на липкость петли. Концами обматывают зажимы и проводят испытание при опускании полосы ПЭТФ пленки, покрытой клеем, на 1 дюйм от испытываемой поверхности из нержавеющей стали. Установление 1 дюйм обеспечивает, что каждый образец прижимается к поверхности из нержавеющей стали с одинаковым давлением. С использованием установки Instron Tensiometer растягивают петлю со скоростью 0,0051 м/с (12 дюйм/мин) и регистрируют пиковое усилие, требуемое для удаления петли. Испытание на отслаивание на 180. Для испытания на отслаивание получают образец, немного отличающийся тем, что вытяжку делают на нижнем конце ПЭТФ пленки в противоположность центру. Это делают так, что длинный "хвост" ПЭТФ остается на верхнем зажиме устройства для испытания на отслаивание. Используют стандартные подложки из нержавеющей стали, и давление, прикладываемое к ПЭТФ пленке, покрытой клеем, выдерживают равномерным при использовании стандартного валка для одинакового числа проходов приблизительно с одинаковой скоростью. Обычно для латексов клеев, чувствительных к давлению, желательным является высокая липкость и хорошее сопротивление отслаиванию, и обе характеристики могут быть потенциально приданы поверхностно-активным веществом, используемым для получения латекса. В табл. 4 приведены данные, обобщающие результаты испытаний на отслаивание на 180 и на липкость петли. Для каждого образца осуществляют множественные дубликаты. Nopol сульфатные латексы показывают равные или лучшие характеристики по сравнению с контрольным латексом. Таблица 5 Опыты по получению латекса с Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатом ВОТМ - по отношению ко всему мономеруBOTL - по отношению ко всей жидкости нм - нанометр сПз - сантиПуаз ПЭТФ - полиэтилентерефталат-7 016607 Результаты, приведенные в табл. 5, показывают, что с Nopol ПО/ЭО-сульфатами с несколько отличающимися интервалами молекулярной массы могут быть достигнуты аналогичные свойства латекса по сравнению с контрольным поверхностно-активным веществом. Табл. 5, кроме того, иллюстрирует влияние введения Nopol ПО/ЭО-сульфата в загрузку реактора и способность варьировать размер частиц в конечном латексе. Пример 2. Опыты 14-27 по получению латекса проводят с использованием следующей рецептуры. Описание: латекс акриловой краски. Общее содержание твердого вещества (по формуле): 51%. Реакторное устройство: 1200 мл 2-х составной стеклянный реактор. Подвесная мешалка со стеклянным валом/тефлоновой лопастной мешалкой. Методика. 1. Нагревают содержимое реактора до 82 С с продувкой азотом. Поддерживают продувку азотом в ходе прогона. Регулируют перемешивание для гомогенного смешения в ходе прогона. 2. Добавляют 2% мономерной эмульсии (14,14 г). Ждут 5 мин для восстановления температуры. 3. Добавляют 25% (25,0 г) раствора инициатора и выдерживают при 80 С в течение 15 мин. 4. В течение 2,5-3 ч подают остальную часть мономерной эмульсии и раствора инициатора. 5. Поддерживают температуру реакции при 80 С во время подачи. 6. После добавления нагревают до 85 С и выдерживают в течение 30 мин. 7. Охлаждают ниже 30 С, корректируют рН до 9 с помощью NH4OH и фильтруют через сетку 100 меш. Замены поверхностно-активного вещества и изменения процентных концентраций поверхностноактивного вещества указаны в следующих опытах.-8 016607 Таблица 6 Опыты по получению латекса, сравнивающие контрольные поверхностно-активные вещества с Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатомBOTL - по отношению ко всей жидкости нм - нанометр сПз - сантиПуазRhodapex CO-436 является коммерчески доступным сульфатированным алкилфенолэтоксилатным поверхностно-активным веществом от фирмы Rhodia.Rhodapex AB-20 является коммерчески доступным сульфатированным спиртовым этоксилатом от фирмы Rhodia.Rhodapex LA-40/S является коммерчески доступным сульфатированным спиртовым этоксилатом от фирмы Rhodia. В табл. 6 показаны свойства латекса Nopol ПО/ЭО сульфатной рецептуры примера 2 в сравнении с тремя коммерчески доступными поверхностно-активными веществами. Данные табл. 6 показывают, что с Nopol ПО/ЭО-сульфатом достигаются одинаковые свойства латекса в сравнении с контрольными коммерческими поверхностно-активными веществами. Таблица 7 Опыты по получению латекса, сравнивающие Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатыBOTL - по отношению ко всей жидкости нм - нанометр сПз - сантиПуаз Результаты, приведенные в табл. 7, показывают, что с Nopol ПО/ЭО-сульфатами с несколько отли-9 016607 чающимися интервалами молекулярной массы могут быть достигнуты аналогичные свойства латекса по сравнению с контрольными поверхностно-активными веществами (табл. 6). Таблица 8 Опыты по получению латекса, сравнивающие контрольные поверхностно-активные вещества с Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатомBOTL - по отношению ко всей жидкости нм - нанометр сПз - сантиПуазRhodapex CO-436 является коммерчески доступным сульфатированным алкилфенолэтоксилатным поверхностно-активным веществом от фирмы Rhodia.Rhodapex AB-20 является коммерчески доступным сульфатированным спиртовым этоксилатом от фирмы Rhodia.Rhodapex LA-40/S является коммерчески доступным сульфатированным спиртовым этоксилатом от фирмы Rhodia. Представленные в табл. 8 результаты показывают, что размер частиц латекса может быть отрегулирован ("настроен") изменением количества поверхностно-активного вещества, введенного вперед в загрузку реактора, при поддержании одинакового общего количества поверхностно-активного вещества,используемого в полимеризации (см. опыты с контрольным поверхностно-активным веществом в табл. 6 для сравнения). Когда контрольные поверхностно-активные вещества и Nopol ПО/ЭО-сульфат регулируются до одинакового интервала размера частиц, как в табл. 8, с Nopol ПО/ЭО-сульфатом достигаются результаты более низкого вспенивания по сравнению с коммерчески доступными поверхностноактивными веществами. Пример 3. Опыты 28-32 по получению латекса проводят с использованием следующей рецептуры. Описание: латекс акриловой краски. Общее содержание твердого вещества (по формуле): 51,7%. Реакторное устройство: 1200-мл 2-х составной стеклянный реактор. Подвесная мешалка со стеклянным валом/тефлоновой лопастной мешалкой. Методика. 1. Нагревают содержимое реактора до 80 С с продувкой азотом. Поддерживают продувку азотом в ходе прогона. Регулируют перемешивание для гомогенного смешения в ходе прогона. 2. Добавляют 3% мономерной эмульсии (20,68 г). Ждут 5 мин для восстановления температуры. 3. Добавляют 25% (25,0 г) раствора инициатора и выдерживают при 80 С в течение 15 мин. 4. В течение 3,75 ч подают остальную часть мономерной эмульсии и в течение 4,25 ч подают остальную часть раствора инициатора. 5. Поддерживают температуру реакции при 80 С во время подачи. 6. После добавления выдерживают при 80 С в течение 15 мин. 7. Охлаждают реактор до 65 С. Вводят рабочие растворы. Выдерживают температуру при 632 С в течение 20 мин. 8. Охлаждают ниже 30 С, корректируют рН до 7,0-7,5 с помощью NH4OH и фильтруют через сетку 100 меш. Замены поверхностно-активных веществ и изменения концентраций поверхностно-активных веществ указаны в следующих опытах.- 11016607 Таблица 9 Опыты по получению латекса, сравнивающие контрольные поверхностно-активные вещества с Nopol пропокси (ПО)/этокси (ЭО) сульфатом ВОТМ - по отношению ко всему мономеруBOTL - по отношению ко всей жидкости нм - нанометр сПз - сантиПуазRhodasurf 3065 представляет собой коммерчески доступный спиртовой этоксилат (неионогенный) от фирмы Rhodia.Rhodapex LA-40/S является коммерчески доступным сульфатированным спиртовым этоксилатом(анионогенным) от фирмы Rhodia. В табл. 9 показаны свойства латекса рецептур примера 3, которые используют как анионогенное поверхностно-активное вещество (поверхностно-активное вещество А), так и неионогенное поверхностно-активное вещество (поверхностно-активное вещество В). Анионогенные поверхностно-активные вещества, такие как сульфатированные спиртовые этоксилаты, несут отрицательный заряд. Неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как спиртовые этоксилаты, имеют нейтральный заряд. Некоторые латексные рецептуры используют оба типа поверхностно-активных веществ для оптимизации некоторых свойств, таких как стабильность и стойкость к солям. Результаты, приведенные в табл. 9, сравнивают два коммерчески доступных стандартных поверхностноактивных вещества с Nopol ПО/ЭО-сульфатом (анионогенным), а также с Nopol ПО/ЭО (неионогенным). В опыте 30 Nopol ПО/ЭО-сульфат заменяет контрольное анионогенное поверхностно-активное вещество. В опыте 31 Nopol ПО/ЭО заменяет контрольное неионогенное поверхностно-активное вещество. В опыте 32 оба Nopol поверхностно-активных вещества заменяют контрольные поверхностно-активные вещества. Как показано в табл. 9, аналогичные свойства латекса были достигнуты с Nopol-содержащими поверхностно-активными веществами. Табл. 9, кроме того, показывает, что при замене контрольного анионогенного поверхностно-активного вещества Nopol ПО/ЭО-сульфатом достигается более низкое вспенивание.- 12016607 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Поверхностно-активное вещество для получения латекса путм эмульсионной полимеризации,содержащее по меньшей мере одно соединение формулы (I) в которой Z представляет собой группу, выбранную из групп следующих формул: в которых R3 и R4, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал при условии, что по меньшей мере один из радикалов R3 или R4 является отличным от водорода; иR5 представляет собой -SO3M, -РО 3(М)2, -(СН 2)r-COOM или -(CH2)z-SO3M, где М представляет собой водород, щелочной металл или группу N(R)4+, где R могут быть одинаковыми или различными и представляют собой водород или неразветвлнный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал;Y представляет собой -СН 2-С(R1)(R2)-О- или -O-CH(R'1)-CH(R'2)-O-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал;n представляет собой целое или дробное число от 0 до 20 включительно;m представляет собой целое или дробное число от 2 до 80 включительно;z представляет собой число от 1 до 6;r представляет собой число от 1 до 6. 2. Поверхностно-активное вещество по п.1, где указанное соединение имеет структуру формулы в которой X представляет собой фосфатную, сульфатную, карбоксилатную или сульфонатную группу и R представляет собой водород, СН 3 или С 2 Н 5. 3. Поверхностно-активное вещество по п.2, в котором соединение имеет структуру формулы 4. Поверхностно-активное вещество по п.1, которое является неионогенным. 5. Поверхностно-активное вещество по п.1, которое является анионогенным. 6. Поверхностно-активное вещество по п.1, дополнительно содержащее поверхностно-активные вещества, выбранные из группы, состоящей из ионогенных поверхностно-активных веществ, неионогенных поверхностно-активных веществ или их комбинаций. 7. Поверхностно-активное вещество по п.1, в котором по меньшей мере один из R1, R2, R'1 или R'2 представляет собой насыщенный или ненасыщенный С 1-С 6 углеводородный радикал. 8. Композиция покрытия, содержащая поверхностно-активное вещество по п.1. 9. Латекс, полученный путм полимеризации с применением поверхностно-активного вещества по п.1. 10. Способ получения латекса, включающий стадию эмульсионной полимеризации реакционной смеси, содержащей ненасыщенный мономер, воду и по меньшей мере одно соединение формулы (I) в которой Z представляет собой группу, выбранную из групп следующих формул: в которых R3 и R4, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал при условии, что по меньшей мере один из радикалов R3 или R4 является отличным от водорода;Y представляет собой -СН 2-С(R1)(R2)-О- или -O-CH(R'1)-CH(R'2)-O-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал;M представляет собой водород, щелочной металл или аммониевую группу N(R)4+, где R могут быть одинаковыми или различными и представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал, который может быть гидроксилированным;z представляет собой число от 1 до 6;n представляет собой целое или дробное число от 0 до 20 включительно;m представляет собой целое или дробное число от 2 до 80 включительно,r представляет собой число от 1 до 6. 11. Способ по п.10, дополнительно включающий следующие стадии:a) образование стабильной водной предварительной эмульсии из мономера и соединения формулыc) введение реакционной смеси в реактор и добавление к реакционной смеси от 1 до 10 мас.% указанной предварительной эмульсии иd) нагревание реакционной смеси, полученной на стадии с), до температуры в интервале от 40 до 90 С с образованием затравочной водной дисперсии латексных частиц. 12. Способ по п.11, дополнительно включающий:e) взаимодействие затравочной водной дисперсии латексных частиц, полученной на стадии d), с дополнительным количеством инициатора с получением латекса иf) необязательно нагревание латекса, полученного на стадии е), при температуре в интервале от 40 до 90 С. 13. Способ по п.11, где мономер выбирают из группы, состоящей из метилакрилата, этилакрилата,метилметакрилата, бутилакрилата, 2-этилгексилакрилата, акриловой кислоты, метакриловой кислоты,стирола, винилтолуола, винилацетата, виниловых эфиров карбоновых кислот, следующих в гомологическом ряду за уксусной кислотой, винилверсатата, акрилонитрила, акриламида, бутадиена, этилена, винилхлорида и их смесей. 14. Способ по п.11, где инициатор выбирают из группы, состоящей из персульфата аммония, пероксида водорода, пероксидисульфата натрия, калия, аммония, пероксида дибензоила, лаурилпероксида, дитрет-бутилпероксида, 2,2'-азо-бис-изобутиронитрила, трет-бутилгидропероксида, пероксида бензоила и их смесей. 15. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют от 0,2 до 5 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе воды, используемой в процессе полимеризации. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что используют от 1 до 4 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе воды, используемой в процессе полимеризации. 17. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют от 1 до 8 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе мономеров, используемых в процессе полимеризации. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что используют от 2 до 5 мас.% соединения формулы (I) по отношению к общей массе мономеров, используемых в процессе полимеризации. 19. Эмульгатор для эмульсионной полимеризации, содержащий по меньшей мере одно соединение формулы (I) в которой Z представляет собой группу, выбранную из групп следующих формул: в которых R3 и R4, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал при условии, что по меньшей мере один из радикалов R3 или R4 является отличным от водорода;Y представляет собой -СН 2-С(R1) (R2)-О- или -O-CH(R'1)-CH(R'2)-O-, где R1, R2, R'1 и R'2, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал; М представляет собой водород, щелочной металл или аммониевую группу N(R)4+, где R могут быть одинаковыми или различными и представляют собой водород или линейный, разветвленный или циклический, насыщенный или ненасыщенный С 1-С 6 углеводородный радикал, который может быть гидроксилированным;z представляет собой число от 1 до 6;n представляет собой целое или дробное число от 0 до 20 включительно;m представляет собой целое или дробное число от 2 до 80 включительно;r представляет собой число от 1 до 6. 20. Эмульгатор по п.19, в котором по меньшей мере один из R1, R2, R'1 или R'2 представляет собой насыщенный или ненасыщенный C1-C6 углеводородный радикал.
МПК / Метки
МПК: C08F 2/24, B01F 17/42, C11D 9/44, B01F 3/04, B01F 17/00, C08F 18/00, B01F 17/52
Метки: вещество, композиция, способ, эмульгатор, полимеризации, покрытия, эмульсионной, латекса, поверхностно-активное, латекс, получения
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/17-16607-poverhnostno-aktivnoe-veshhestvo-dlya-polucheniya-lateksa-kompoziciya-pokrytiya-lateks-sposob-polucheniya-lateksa-i-emulgator-dlya-emulsionnojj-polimerizacii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Поверхностно-активное вещество для получения латекса, композиция покрытия, латекс, способ получения латекса и эмульгатор для эмульсионной полимеризации</a>