DE19613302A1

DE19613302A1 - Redispergierbare Pulver auf Basis von carboxylierten butadienhaltigen Copolymeren

Info

Publication number: DE19613302A1
Application number: DE1996113302
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Rothenhaeuser; Volker Dr Kiesel; Hartmut Kuehn; Dominik Elsaesser
Original assignee: Buna Sow Leuna Olefinverbund GmbH
Current assignee: Dow Olefinverbund GmbH
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-10-09

Description

Die Erfindung betrifft gut redispergierbare Pulver auf Basis von carboxylierten butadienhaltigen Copolymeren, die sich auf Grund ihrer Eigenschaften hin sichtlich Blockfestigkeit und dem Zugfestigkeits/Dehnungs-Niveau der aus der Redispersion gezogenen Filme besonders gut im Bausektor einsetzen lassen. Dispersionen auf Basis von carboxylierten Butadien/Styren Copolymeren wer den in zunehmendem Maße in der Bauindustrie eingesetzt. Sie stellen bei ver gleichbaren Eigenschaften eine Alternative zu den Copolymeren auf Basis von Polyvinylacetaten und -acrylaten dar, die vielfach in Pulverform angeboten werden.

Die drei Hauptkomponenten solcher Pulver - Polymer, Sprühhilfsmittel und Antiblockmittel - beeinflussen sich gegenseitig, wodurch es vielfach zu Störun gen der gewünschten Eigenschaften kommen kann.

So zeigt ein weich eingestelltes Polymeres eine hohe Blockneigung. Die Blockneigung kann zwar durch einen entsprechenden Sprühhilfsmittel- und Antiblockmittelanteil korrigiert werden, führt aber durch das Sprühhilfsmittel zu einer hohen Wasseranfälligkeit des Pulvers. Gleichzeitig kommt es zu einer Störung des Verfilmungsverhaltens aus der Redispersion.

Ein zu hoher Antiblockmitteleinsatz verdrängt außerdem die ursprünglichen, durch das Polymere bedingten Eigenschaften und stört ebenfalls die Filmbil dung aus der Redispersion.

Somit ist jede Pulverrezeptur ein Kompromiß und muß auf den jeweiligen An wendungsfall optimiert werden.

Die Vorteile von carboxylierten butadienhaltigen Copolymeren liegen vor allem in ihrer hohen Flexibilität bei einer guten Haftung auf polaren Untergründen. Außerdem ist es leicht möglich, durch Veränderung des Verhältnisses zwi schen "hart"- und "weich"-stellenden Monomeren die Flexibilität auf das dem jeweiligen Anwendungsgebiet angepaßte Niveau einzustellen.

Eine weitere wichtige Eigenschaft dieser Stoffklasse ist die Möglichkeit einer Vernetzung durch Wärme oder unter Zuhilfenahme von Vernetzungsmitteln, wie beispielsweise Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harzen.

Damit ist es naheliegend, die Vorteile der Pulverform auch für die carboxylier ten butadienhaltigen Dispersionen zu nutzen.

Der Einsatz und die Wirkung von Dispersionen und redispergierbaren Disper sionspulvern im Bausektor sind bekannt (s. Zeitschrift TIZ 9, S. 698 (1985). Üblicherweise verwendet man solche Dispersionen in hydraulisch abbindenden Systemen, wie Reparaturmörtel, Fußbodenausgleichsmassen oder Fliesenkle ber, um beispielsweise die Haftung auf dem Untergrund, die Verarbeitungsvis kosität und die Festigkeit der gehärteten Masse zu beeinflussen.

Eine der wichtigsten Eigenschaften der carboxylierten butadienhaltigen Copo lymerisate ist das Zugfestigkeit/Dehnungs- Niveau der aus den Dispersionen gezogenen Filme, sowie die Möglichkeit der Erzielung von Vernetzungen, um das Zugfestigkeitsniveau zu erhöhen.

Diese Eigenschaften prägen auch das Verhalten der im Bausektor zur Anwen dung kommenden Mischungen. Es ist somit notwendig, daß sich diese Eigen schaften auch in der Pulverform erhalten.

Die Herstellung redispergierbarer Filme und Pulver auf Basis von Buta dien/Styren-Copolymeren ist prinzipiell bekannt.

Um die entsprechenden Produkte zu erhalten, werden Redispergier- bzw. Sprühhilfsmittel eingesetzt und der Compound entweder als Film getrocknet oder in einem geeigneten Sprühturm gegebenenfalls unter Zugabe von Anti blockmitteln zu Pulvern aufgearbeitet.

So beschreibt die US-PS 3 968 063 den Einsatz von Harnstoff, Glycerol und Zucker als Redispergiermittel. Als Dispersion wird ein SBR-Latex eingesetzt und dieser nach dem Versetzen mit den oben genannten Mitteln zu einem Film getrocknet.

Dieser Film wird anschließend mit einem Hochgeschwindigkeitsrührer redis pergiert.

In der US-PS 3 822 230 wird ebenfalls die Redispergierbarkeit von Filmen aus carboxylierten Styren/Butadien-Copolymeren beschrieben. Als Redispergier hilfe werden Phthalsäure-Derivate benutzt.

Über die Möglichkeit zur Aufarbeitung zu blockfreien, rieselfähigen Pulvern werden keine Angaben gemacht.

Weiterhin nennt die EP 0 632 096 Polyvinylalkohol im Gemisch mit aminofunktionellen Polyvinylalkoholen und die EP 0 477 900 Polyvinylalkohol im Gemisch mit einem vollverseiften 1-Alkylvinylester/Vinylester-Copolymeren, das eine Höppler Viskosität von 1 bis 5 mPa·s aufweist, im Zusammenhang mit Styren/Butadien-Copolymerisaten als Sprühhilfsmittel. Einen anderen Weg be schreibt die US PS 3 409 578.

Hierin wird eine harte Schale auf einem weichen Kern dadurch erzeugt, daß Metallionen wie Calcium, Barium oder Zink über Carboxylgruppen, die aus dem Basispolymeren oder einem Zusatzpolymeren stammen können, auf die Ober fläche gebunden werden.

Die Herstellung von frei fließenden und klumpenfreien Pulvern auf Basis von Butadien/Styren-Copolymerisaten wird in der US-PS 3 784 648 bzw. in der DE-AS 20 49 114 erwähnt. Als Sprühhilfsmittel wird das "sulfonatgruppen"-haltige Kondensationsprodukt aus Melamin und Formaldehyd benutzt.

Mit diesem Sprühhilfsmittel wurde eine Copolymerdispersion mit einer Poly merbasis bestehend aus 40 Gew.-% Butadien und 60 Gew.-% Styren versprüht. Es wurde ein frei fließendes, redispergierbares Pulver erhalten. Die Redisper sion wies aber laut DE 20 49 114 eine durchschnittliche Teilchengröße zwi schen 2000 und 7000 nm auf. Diese Werte liegen bedeutend höher als die der Ausgangsdispersionen, die bei dieser Dispersionsart üblicherweise zwi schen 100 und 200 nm liegen.

Damit ist die Redispersion nicht in ausreichendem Maße gegeben, eine ent sprechende Filmbildung aus der Redispersion also behindert. Aussagen über die Eigenschaften der aus der Redispersion gezogenen Filme werden in keiner der aufgeführten Patentschriften getroffen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, redispergierbare Pulver auf Basis von butadienhaltigen Copolymeren herzustellen, die gut redispergierbar sind, eine ausreichende Blockfestigkeit aufweisen und deren aus der Redispersion gezo genen Filme ein der Ausgangsdispersion angenähertes Niveau der Zugfestig keits/Dehnungs-Werte aufweisen.

Weiterhin muß die Vernetzungsfähigkeit durch Wärme und mittels Vernetzer, wie beispielsweise Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze, erhalten bleiben. Gegenstand der Erfindung sind redispergierbare Pulver aus Dispersionen auf Basis von Copolymeren des Butadiens mit Styren und/oder Acrylnitril, die 0,5 bis 15 Gew.-% bezogen auf das Polymere, vorzugsweise 1 bis 8 Gew.-% einer ungesättigten Carbonsäure mit einer oder zwei Carbonsäuregruppen, wie bei spielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure, Maleinsäure oder Ita consäure bzw. Mischungen hiervon, enthalten. Diese Dispersionen werden mit 1 bis 15 Gew.-% eines Salzes der alkylierten Di-phenyl-äther-di-sulfonsäure, Kaseinat und/oder N-alkylsulfosuccinamid, vorzugsweise 2-10 Gew.-%, einzeln oder in Mischungen versprüht.

Dabei können zusätzlich 2 bis 30 Gew.-% Antiblockmittel, wie beispielsweise Kreide, Talkum, Diatomeenerde, Kaolin, Silikate, Kieselsäure, Zemente, Calci umcarbonat und ähnliche Stoffe eingeblasen werden.

Die Herstellung der Pulver erfolgt dann in den üblichen Sprüh-, Scheiben- oder Walzentrocknern. Die Viskosität der zu versprühenden Lösungen sollte 2 Pa·s nicht überschreiten (s. DE 34 17 388). Im Bedarfsfall können Hilfsmittel, wie Viskositätsregler oder Entschäumer zugesetzt werden.

Die Trocknungstemperaturen für solche Systeme liegen üblicherweise zwi schen 60 und 80°C.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung und verdeutlichen die Vorzüge der erfindungsgemäßen redispergierbaren Pul ver anhand der erreichten Eigenschaftswerte. Die Beispiele 1 bis 3 stellen Vergleichsbeispiele dar, erläutern damit den Stand der Technik und sind nicht erfindungsgemäß.

In einem Sprühtrockner werden die in Tabelle 1 aufgeführten Dispersionen unter Zugabe von 15 Gew.-% feinverteiltem Aluminiumsilikat versprüht.

Tabelle 1

Zusammensetzung der in den Beispielen benutzten Latices

Die jeweiligen Sprühhilfsmittel sind in den einzelnen Beispielen beschrieben und in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2

Zusammenstellung der in den einzelnen Beispielen verwendeten Sprühhilfsmittel

Von den entstandenen Pulvern wurde das Blockverhalten auf folgendem Weg bestimmt.

50 cm³ Pulver werden in einen Metallzylinder mit einem Innendurchmesser von 60 mm und einer Höhe von 150 mm gefüllt. Dann wird ein Stempel mit einem Gewicht von 5000 g eingesetzt und die Probe bei 20°C 24 h gelagert.

Danach wird die Pulvertablette langsam aus den Zylinder gedrückt und unter Zuhilfenahme folgender Skala beurteilt.

Note
1 keine Pulvertablette
2 Pulvertablette ist mit den Fingern nicht aufzunehmen
3 Pulvertablette ist mit den Fingern aufzunehmen
4 Pulvertablette zerfällt bei leichtem Fingerdruck
5 Pulvertablette zerfällt bröcklig
6 Pulvertablette bleibt fest geformt.

Die Redispergierbarkeit des Pulvers wird durch eine Sedimentationsanalyse ermittelt. Dazu werden 50 ml einer 5%igen Redispersion in eine Sedimendati onsbürette mit einer 0,1 ml Graduierung gefüllt und die Höhe des Bodensedi ments nach 24 h abgelesen. Eine als sehr gut einzuschätzende Redispersion darf nach dieser Methode lediglich Werte zwischen 2 und 10 aufweisen. Diese sind durch das Antiblockmittel bedingt.

Weiterhin wird aus dem Pulver eine 50%ige Redispersion hergestellt. Von die ser wird die entstandene Teilchengröße mit einem Ultrafine Particle Analyser bestimmt.

Das Film/Dehnungs-Niveau der aus der Ausgangsdispersion bzw. Redisper sion gezogenen Filme im ungeheizten und bei 145°C, 10 min geheizten, sowie im vernetzten Zustand wird nach der DIN 53 504 ermittelt.

Die Vernetzung erfolgt durch Zusatz von 10 Gew.-% (bez. auf Polymer) eines Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Der Latex Nr. 1 aus Tab. 1 mit einem Styrengehalt von 23 Gew.-% wird, wie in Tab. 2 zusammenfassend dargestellt, mit 10 Gew.-% Naphtalinsulfon säure-Formaldehyd-Kondensat versetzt und versprüht. Das entstandene Pulver war klumpig und es kam zu Verklebungen in der Sprühtrocknungsapparatur. Es konnte keine vollständige Redispersion hergestellt werden, da ca. 40 Gew.-% des Pulvers nicht redispergierbar waren. Die aus der Redispersion gezogenen Filme waren rissig und von geringer Festigkeit.

Die weiteren Ergebnisse sind in Tab. 3 zu finden.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

Ein Latex mit einem Styrengehalt von 40 Gew.-% (Latex 2 aus Tab. 1) wird mit Naphtalinsulfonsäure-Formaldehyd-Kondensat gemäß Tab. 2 versprüht. Das entstandene Pulver war klumpig und ließ sich nur schlecht redispergieren. Beim Blocktest bildete sich eine feste Tablette.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)

Es wurde der Latex aus Beispiel 2 unter Einsatz von Kaseinat versprüht (s. Tab. 1 u. 2). Dadurch verbesserte sich zwar das Sprühverhalten, jedoch wies das Pulver ein sehr schlechtes Blockverhalten auf. Die Redispergierbarkeit und die Filmwerte waren ebenfalls unzureichend.

Beispiele 4 bis 18

Es wurde erfindungsgemäß, wie in den Tabellen 1 und 2 zusammengefaßt, gearbeitet.

Die entstandenen Pulver waren gut redispergierbar und wiesen gute Blockfe stigkeiten auf.

Die aus der Redispersion gezogenen Filme lagen mit ihrem Zugfestig keits/Dehnungs-Niveau auf dem der Ausgangsdispersionen, teilweise, wie in den Beispielen 4, 7, 10, 14 und 16, sogar höher. Das Vernetzungsverhalten war nicht beeinträchtigt.

Claims

1. Redispergierbare Pulver auf Basis von carboxylierten butadienhaltigen Co polymeren aus Styren und/oder Acrylnitril, deren aus der Redispersion ge zogenen Filme gute Zugfestigkeiten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß carboxylierte Styren-Butadien Latices mit einem Gehalt an ungesättig ten Carbonsäuren von 0,5 bis 15 Gew.-% bezogen auf Polymeres, mit Sprühhilfsmittelmischungen bestehend aus 1 bis 15 Gew.-% eines Salzes der alkylierten Di-phenyl-äther-di-sulfonsäure, Kaseinat und N-alkylsulfosuc cinamid, einzeln oder in Mischungen versprüht werden.

2. Redispergierbare Pulver nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 8 Gew.-% einer ungesättigten Carbonsäure mit einer oder zwei Carbon säuregruppen eingesetzt werden.

3. Redispergierbare Pulver nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß als ungesättigte Carbonsäuren Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumar säure, Maleinsäure und/oder Itaconsäure eingesetzt werden.

4. Redispergierbare Pulver nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 10 Gew.-% eines Salzes der alkylierten Di-phenyl-äther-di-sulfon säure, Kaseinat und/oder N-alkylsulfosuccinamid eingesetzt werden.