Акрилатный латекс и способ его получения
Владельцы патента RU 2415152:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова" (ФГУП "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") (RU)
Изобретение относится к способу получения акрилатных латексов. Описан способ получения акрилатного латекса, включающий эмульсионную сополимеризацию акриловых мономеров с этиленовоненасыщенными сомономерами в присутствии эмульгатора, отличающийся тем, что в качестве эмульгатора используют катионактивный эмульгатор цетилпиридиний хлористый или цетилпиридиний бромистый, сополимеризацию проводят под воздействием гамма-излучения мощностью от 0,02 до 0,099 Гр/с до поглощенных доз от 3 до 4 кГр со степенью конверсии мономеров не менее 99,8%. Технический результат - получение агрегативно- и седиментационно-устойчивых катионактивных акрилатных латексов с положительным зарядом латексных частиц. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области химии и технологии полимеров, а именно к способу получения высокодисперсных акрилатных латексов, используемых в качестве пленкообразователей, связующих, адгезивов в различных отраслях народного хозяйства.
В силу комплекса свойств, присущих полимерам акриловой природы, изделия на основе акрилатных латексов отличаются высокой атмосферостойкостью, устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, водо- и маслостойкостью, повышенной химической стойкостью и улучшенным внешним видом.
Акрилатные латексы получают методом эмульсионной сополимеризации акриловых мономеров с этиленовоненасыщенными сомономерами (например, акрилатные латексы под торговыми марками «Акрэмос», «Акронал», «Сократ»). В качестве акриловых мономеров используют бутилакрилат, н-гексилакрилат, этилакрилат, 2-этилгексилакрилат и др., а в качестве сомономеров используют акрилонитрил, стирол, винилацетат и другие мономеры.
Агрегативная и седиментационная устойчивость акрилатных латексов обусловлена существованием на поверхности латексных частиц адсорбционного слоя поверхностно-активного вещества (эмульгатора). Коллоидно-химические и технологические свойства акрилатных латексов, в том числе процессы пленкообразования, адгезии, совместимости с различными наполнителями, зависят от типа эмульгатора, используемого при получении акрилатных латексов.
В настоящее время при получении акрилатных латексов используют в основном анионактивные эмульгаторы:
- соли карбоновых кислот;
- алкилсульфаты - соли алкилсерных кислот;
- алкилсульфонаты - соли алкилсульфоновых кислот;
- алкилариларилсульфонаты.
Способы получения акрилатных латексов с анионактивными эмульгаторами раскрыты, например, в патентах Ru 2198224, Ru 1695716, US 5847030, US 6294306.
В Ru 2156775 для приготовления акрилатного латекса в качестве анионактивного эмульгатора используют дициклогексилсульфосукцинат натрия, а в качестве вещественного инициатора - персульфат калия.
Из материалов указанных патентов известен способ получения акрилатного латекса, предназначенного для использования в качестве пленкоообразователя, связующего, адгезива, включающий эмульсионную сополимеризацию акриловых мономеров с этиленовоненасыщенными сомономерами в присутствии анионактивных эмульгаторов,
При применении анионактивных эмульгаторов латексные частицы на своей поверхности несут отрицательный заряд.
Поскольку при приготовлении изделий на основе высокодисперсных акрилатных латексов существенное значение имеют процессы гетерокоагуляции, гетероадагуляции, зависящие от заряда латексных частиц, существует необходимость получения стабильных высокодисперсных акрилатных латексов с положительным зарядом латексных частиц, которые получаются с применением катионактивных эмульгаторов.
Такие акрилатные латексы в настоящее время практически не производятся. Это обусловлено, главным образом, трудностью получения стабильных латексов по обычной технологии с использованием вещественных инициаторов полимеризации из-за взаимодействия катионактивных эмульгаторов с этими вещественными инициаторами, например K2S2O8.
Известен патент US 6461728, в котором акрилатный латекс получают методом радиационной сополимеризации (мет)акриловых мономеров с этиленовоненасыщенными мономерами в присутствии как анионактивных, неионогенных, так и катионактивных эмульгаторов, в качестве которых используется ряд алкил- и ариламмоний хлоридов.
Техническая задача изобретения - расширения ассортимента нового поколения агрегативно- и седиментационно-устойчивых высокодисперсных катионактивных акрилатных латексов с положительным зарядом латексных частиц.
Поставленная задача решается способом получения акрилатного латекса, включающим эмульсионную сополимеризацию акриловых мономеров с этиленовоненасыщенными сомономерами в присутствии эмульгатора, где в качестве эмульгатора используют катионактивный эмульгатор цетилпиридиний хлористый или цетилпиридиний бромистый и сополимеризацию проводят под воздействием ионизирующего гамма-излучения.
Поставленная задача решается также получением высокодисперсного акрилатного латекса, включающего водную дисперсию сополимера из звеньев акриловых мономеров и звеньев этиленовоненасыщенных сомономеров, где латексные частицы имеют положительный заряд.
Использование ионизирующего излучения уменьшает образование коагулюма при сополимеризации. В результате сополимеризации получают седиментационно-устойчивый, высокодисперсный акрилатный латекс с положительным зарядом латексных частиц и их размером 80-150 нм.
В качестве акриловых мономеров используют бутилакрилат, н-гексилакрилат, этилакрилат, 2-этилгексилакрилат, метилакрилат и др., а в качестве этиленовоненасыщенных сомономеров используют акрилонитрил, стирол, винилацетат и др.
Катионактивные эмульгаторы - это соединения, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов, определяющих поверхностную активность.
В качестве катионактивных эмульгаторов может быть использован эмульгатор цетилпиридиний хлористый или цетилпиридиний бромистый.
Наиболее предпочтительно проводить сополимеризацию, где в качестве катионактивного эмульгатора используют цетилпиридиний хлористый или цетилпиридиний бромистый в водной фазе в количестве 0,5-1,5 мас.%, в качестве акриловых мономеров используют бутилакрилат, а в качестве этиленовоненасыщенных сомономеров используют акрилонитрил, сополимеризацию проводят под воздействием гамма-излучения с мощностью дозы излучения от 0,02 до 0,099 Гр/с, до поглощенных доз от 3 до 4 кГр, при соотношении мономерной или сомономерной фазы к водной фазе от 1 к 9 до 1 к 1,5 мас. частей.
Использование акриловых мономеров и этиленовоненасыщенных сомономеров в определенных соотношениях компонентов позволяет регулировать температуру пленкообразования и физико-механические свойства сополимера. Наиболее предпочтительно использовать бутилакрилат и акрилонитрил в соотношении компонентов, мас.%, от 60 к 40 до 95 к 5.
Заявляемое решение реализуется в следующих примерах.
Пример 1
Получение акрилатного латекса БАК К-1
В реактор полимеризатор емкостью 2,5 литра при перемешивании загружали 1800 г дистиллированной воды, 20 г цетилпиридиний хлористого (катионактивный эмульгатор) и 200 г мономера с сомономером, в том числе бутилакрилата 120 г, акрилонитрила 80 г (соотношение компонентов 60 к 40 мас.%). При этом соотношение мономерной и сомономерной фаз к водной фазе составляло 1 к 9 мас. частей. Полученную эмульсию продували инертным газом - азотом, и при температуре 20-40°С облучали гамма излучением 60Со с мощностью дозы 0,099 Гр/с до поглощенной дозы 3,5 кГр. В результате сополимеризации получали акрилатный латекс с количеством коагулюма, не превышающим 2 мас.%. Степень конверсии мономеров не менее 99,8%.
Пример 2
Получение акрилатного латекса БАК К-2
В реактор полимеризатор емкостью 2,5 литра при перемешивании загружали 1500 г дистиллированной воды, 20 г цетилпиридиний бромистого (катионактивный эмульгатор) и 500 г мономера с сомономером, в том числе бутилакрилата 425 г, акрилонитрила 75 г (соотношение компонентов 85 к 15 мас.%). При этом соотношение мономерной и сомономерной фаз к водной фазе составляло 1 к 3 мас. частей. Полученную эмульсию продували инертным газом - азотом, и при температуре 20-30°С облучали гамма излучением 60Со с мощностью дозы 0,05 Гр/с до поглощенной дозы 3,7 кГр. В результате сополимеризации получали акрилатный латекс с количеством коагулюма, не превышающим 1 мас.%. Степень конверсии мономеров не менее 99,8%.
Пример 3
Получение акрилатного латекса БАК К-3
В реактор полимеризатор емкостью 2,5 литра при перемешивании загружали 1600 г дистиллированной воды, 7,5 г цетилпиридиний бромистого (катионактивный эмульгатор) и 400 г мономера с сомономером, в том числе бутилакрилата 300 г, акрилонитрила 100 г (соотношение компонентов 75 к 25 мас.%). При этом соотношение мономерной и сомономерной фаз к водной фазе составляло 1 к 4 мас. частей. Полученную эмульсию продували инертным газом - азотом, и при температуре 20-30°С облучали гамма излучением 60Со с мощностью дозы 0,08 Гр/с до поглощенной дозы 4 кГр. В результате сополимеризации получали акрилатный латекс с количеством коагулюма, не превышающим 1,5 мас.%. Степень конверсии мономеров не менее 99,8%.
Пример 4
Получение акрилатного латекса БАК К-4
В реактор полимеризатор емкостью 2,5 литра при перемешивании загружали 1200 г дистиллированной воды, 18 г цетилпиридиний бромистого (катионактивный эмульгатор) и 800 г мономера с сомономером, в том числе бутилакрилата 525 г, акрилонитрила 275 г (соотношение компонентов 66 к 34 мас.%). При этом соотношение мономерной и сомономерной фаз к водной фазе составляло 1 к 2 мас. частей. Полученную эмульсию продували инертным газом - азотом, и при температуре 20-30°С облучали гамма излучением 60Со с мощностью дозы 0,02 Гр/с до поглощенной дозы 3 кГр. В результате сополимеризации получали акрилатный латекс с количеством коагулюма, не превышающим 2 мас.%. Степень конверсии мономеров не менее 99,8%.
Пример 5
Получение акрилатного латекса БАК К-5
В реактор полимеризатор емкостью 2,5 литра при перемешивании загружали 1700 г дистиллированной воды, 14 г цетилпиридиний хлористого (катионактивный эмульгатор) и 300 г мономера с сомономером, в том числе бутилакрилата 200 г, акрилонитрила 100 г (соотношение компонентов 67 к 33 мас.%). При этом соотношение мономерной и сомономерной фаз к водной фазе составляло 1 к 6 мас. частей. Полученную эмульсию продували инертным газом - азотом, и при температуре 20-40°С облучали гамма излучением 60Со с мощностью дозы 0,07 Гр/с до поглощенной дозы 3,2 кГр. В результате сополимеризации получали акрилатный латекс с количеством коагулюма, не превышающим 2 мас.%. Степень конверсии мономеров не менее 99,8%.
Свойства полученных акрилатных латексов представлены в таблице.
В качестве сравнения представлен промышленно производимый акрилатный латекс «Акронал-290D» - водная дисперсия сополимера эфира акриловой кислоты и стирола (http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=1501).
Из таблицы видно, что заявляемый катионактивный латекс обладает лучшими коллоидно-химическими и физико-механическими свойствами сополимера.
| Показатели качества | БАК К-1 | БАК К-2 | БАК К-3 | БАК К-4 | БАК К-5 | Акронал |
| 1. Коллоидно-химические свойства | ||||||
| Внешний вид | Жидкость молочно-белого цвета | |||||
| Сухой остаток, мас.% | 20 | 30,2 | 31,7 | 42 | 30,5 | 50 |
| Заряд латексных частиц | + | + | + | + | + | - |
| Диаметр латексных частиц, нм | 80 | 108 | 130 | 80 | 110 | 100 |
| Водородный показатель, рН | 3,9 | 3,9 | 4,5 | 3,7 | 4,0 | 7,5-9,0 |
| Температура пленкообразования, °С | 10 | 20 | 18 | 12 | 15 | 20 |
| 2. Физико-механические свойства сополимера | ||||||
| Температура стеклования, °С | 5,5 | 14 | 10,3 | 7,5 | 8,5 | 22 |
| Водопоглощение, % | 2.0 | 2,6 | 2,0 | 2.5 | 2,3 | 10 |
| Разрывная прочность пленок, МПа | 34 | 8,5 | 12,5 | 25 | 24,5 | 7 (Н/мм2) |
| Разрывное удлинение, % | 470 | 640 | 610 | 550 | 580 | 500 |
1. Способ получения акрилатного латекса, включающий эмульсионную сополимеризацию акриловых мономеров с этиленовоненасыщенными сомономерами в присутствии эмульгатора, отличающийся тем, что в качестве эмульгатора используют катионактивный эмульгатор цетилпиридиний хлористый или цетилпиридиний бромистый, сополимеризацию проводят под воздействием гамма-излучения мощностью от 0,02 до 0,099 Гр/с до поглощенных доз от 3 до 4 кГр со степенью конверсии мономеров не менее 99,8%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катионактивного эмульгатора используют цетилпиридиний хлористый или цетилпиридиний бромистый в водной среде в количестве от 0,5 до 1,5 мас.%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сополимеризацию проводят при соотношении мономерной и сомономерной фазы к водной, мас. частей, от 1 к 9 до 1 к 1,5.
