DE4435404A1 - Verfahren zur Herstellung stabilisierter wäßriger Polyolefinwachs-Dispersionen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung stabilisierter wäßriger Polyolefinwachs-DispersionenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung stabili
sierter wäßriger Polyolefinwachs-Dispersionen, bei dem man
wäßrige Dispersionen aus einem Polyolefinwachs und einem sau
ren tensidischen Dispergiermittel bei erhöhter Temperatur und
gegebenenfalls erhöhtem Druck neutralisiert.
Polymere auf Basis Ethylen und/oder Propylen mit einer mitt
leren Molmasse im Bereich von 500 bis 20 000 weisen einen
wachsartigen Charakter auf. Wäßrige Dispersionen dieser Po
lyolefinwachse werden daher seit langem als Ersatz für na
türliche Wachsemulsionen eingesetzt und dienen beispielsweise
zur Versiegelung von harten Oberflächen, zur textilen Ausrü
stung oder als Entschäumer.
Ein Problem bei der Herstellung dieser Polyolefinwachsdis
persionen besteht darin, feinteilige Dispersionen zu erzie
len, die über einen möglichst langen Zeitraum stabil sind und
nicht sedimentieren. Eine Möglichkeit, die Dispergierbarkeit
der Polyolefine zu verbessern, besteht in einer oxidativen
Oberflächenbehandlung der Polymere. Hierbei werden Methyl- zu
Carboxylgruppen oxidiert und die Polarität der Wachse erhöht.
Üblicherweise werden die Polyolefine jedoch in die wäßrige
Lösung eines tensidischen Dispergiermittels, vorzugsweise
eines Alkylphosphates, eingerührt und über den Schmelzpunkt
erhitzt. Die auf diesem Wege zugänglichen Dispersionen sind
zwar hinreichend feinteilig, weisen jedoch eine nicht immer
zufriedenstellende Lagerstabilität auf.
Die Aufgabe der Erfindung hat somit darin bestanden, ein
verbessertes Verfahren zur Herstellung von feinteiligen wäß
rigen Polyolefinwachs-Dispersionen mit verbesserter Lager
stabilität zur Verfügung zu stellen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
stabilisierter wäßriger Polyolefinwachs-Dispersionen, bei dem
man
- (a) eine wäßrige Lösung aus einem sauren tensidischen Dis pergiermittel und feinverteiltem Polyolefinwachs her stellt und
- (b) die Dispersion anschließend durch Zugabe von Alkalihy droxiden oberhalb des Schmelzpunktes des Wachses neutra lisiert.
Nachdem bekannt war, Polyolefinwachs-Dispersionen durch die
Verwendung von Tensiden und insbesondere neutralisierten
Alkylphosphaten zu stabilisieren, wurde überraschenderweise
festgestellt, daß besonders feinteilige Dispersionen verbes
serter Stabilität resultieren, wenn man Tenside in saurer
Form, vorzugsweise saure Alkylphosphate, und Polyolefinwachse
gegebenenfalls unter Druck einer gemeinsamen Neutralisation
unterwirft.
Als Dispergiermittel kommen grundsätzlich anionische Tenside
in ihrer sauren, d. h. nicht neutralisierten Form in Betracht.
Typische Beispiele sind Alkylbenzolsulfonate, Alkansulfonate,
Olefinsulfonate, Alkylethersulfonate, Glycerinethersulfonate,
α-Methylestersulfonate, Sulfofettsäuren, Alkylsulfate, Fett
alkoholethersulfate, Glycerinethersulfate, Hydroxymischether
sulfate, Monoglycerid(ether)sulfate, Fettsäureamid(ether)sul
fate, Mono- und Dialkylsulfosuccinate, Mono- und Dialkylsul
fosuccinamate, Sulfotriglyceride, Amidseifen, Ethercarbon
säuren, Fettsäureisethionate, Fettsäuresarcosinate, Fettsäu
retauride, Acyllactylate, Alkyloligoglucosidsulfate und Pro
teinfettsäurekondensate (insbesondere pflanzliche Produkte
auf Sojabasis). Sofern die anionischen Tenside Polyglycol
etherketten enthalten, können sie eine konventionelle, vor
zugsweise jedoch eine eingeengte Homologenverteilung aufwei
sen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Dispergiermitteln
um Alkyl- bzw. Alkyletherphosphate in der sauren Form.
Alkylphosphate und Alkyletherphosphate stellen bekannte anio
nische Tenside dar, die üblicherweise durch Umsetzung von
gegebenenfalls ethoxylierten Fettalkoholen mit Phosphorpent
oxid hergestellt werden. In Abhängigkeit des Einsatzverhält
nisses der Komponenten werden dabei technische Gemische er
halten, die überwiegend Mono- und Dialkylester, neben Tri
estern, Phosphorsäure und nicht umgesetzter Alkoholkomponente
enthalten. Übersichten zu diesem Thema sind beispielsweise
von R. S. Cooper sowie G. Imokawa in J. Am. Oil. Chem. Soc. 41, 337
(1964) bzw. 55, 839 (1978), H. Distler in Tenside Detergents
12, 263 (1975) und O′Lennick in Soap, Cosm., Chem. Spec. 7, 26
(1986) erschienen.
Alkyl(ether)phosphate, die im Sinne der Erfindung in Betracht
kommen, folgen der Formel (I),
in der R¹ für einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 6
bis 22 Kohlenstoffatomen, R² für Wasserstoff oder eine Gruppe
R¹(OCH₂CH₂)n und n für 0 oder Zahlen von 1 bis 10 steht.
Typische Beispiele sind Mono- und/oder Dialkylester auf Basis
von Addukten von 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 8 Mol Ethylen
oxid an Capronalkohol, Caprylalkohol, 2-Ethylhexylalkohol,
Caprinalkohol, Laurylalkohol, Isotridecylalkohol, Myristylal
kohol, Cetylalkohol, Palmoleylalkohol, Stearylalkohol, Iso
stearylalkohol, Oleylalkohol, Elaidylalkohol, Petroselinylal
kohol, Linolylalkohol, Linolenylalkohol, Elaeostearylalkohol,
Arachylalkohol, Gadoleylalkohol, Behenylalkohol und Erucylal
kohol sowie deren technische Mischungen, die z. B. bei der
Hochdruckhydrierung von technischen Methylestern auf Basis
von Fetten und Ölen oder Aldehyden aus der Roelen′schen Oxo
synthese sowie als Monomerfraktion bei der Dimerisierung von
ungesättigten Fettalkoholen anfallen.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Alkylphosphaten bzw.
Alkyletherphosphaten mit einem Veresterungsgrad im Bereich
von 1 bis 2,5 und vorzugsweise 1,3 bis 2,1 auf Basis von 2-
Ethylhexanol oder C12/14- bzw. C12/18-Kokosfettalkohol, Talg
fettalkohol sowie von deren Anlagerungsprodukten mit 1 bis 5
Mol Ethylenoxid.
Unter Polyolefinwachsen sind überwiegend lineare Polyolefine
mit wachsartigem Charakter zu verstehen. Technische Bedeutung
haben Polypropylen- und insbesondere Polyethylenwachse, bei
denen es sich um Produkte mit relativ niedrigen Molmassen im
Bereich von 500 bis 20 000 handelt. Die Herstellung der Poly
olefinwachse erfolgt in der Regel durch direkte Hoch- oder
Niederdruckpolymerisation der Monomere oder durch gezielte
Depolymerisation von Produkten höherer Molmassen. Modifizier
te Polyolefinwachse können durch Copolymerisation von Ethylen
mit geeigneten anderen Monomeren wie beispielsweise Vinylace
tat oder Acrylsäure hergestellt werden. Schließlich ist es
möglich, die Dispergierbarkeit von Polyolefinen durch oxida
tive Oberflächenbehandlung zu verbessern. Übersichten zu die
sem Thema finden sich beispielsweise in Ullmann′s Enzyklopä
die der technischen Chemie (4. Aufl.), 24, 36 sowie Enzcycl.
Polym. Sci. Engng. 17, 792f.
Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Einsatz von
high-density Polyethylenwachs mit einem mittleren Molekular
gewicht im Bereich von 500 bis 10 000 und insbesondere 2000
bis 5000 bevorzugt. Der Anteil des sauren Dispergiermittels
kann 1 bis 40 und vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-% - bezogen auf
das Polyolefinwachs - betragen. Die wäßrigen Dispersionen
weisen in der Regel einen Feststoffgehalt von 1 bis 40 und
vorzugsweise 2 bis 25 Gew.-% auf.
Die Neutralisation der sauren Dispergiermittel erfolgt vor
zugsweise unter Zugabe von wäßrigen Alkalihydroxidlösungen.
Typische Beispiele sind wäßrige 5- bis 25gew.-%ige Lösungen
von Natrium- und vorzugsweise Kaliumhydroxid.
Die gemeinsame Neutralisation von saurem Dispergiermittel und
Polyolefinwachs findet oberhalb des Schmelzpunktes des Wach
ses, vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 120 bis 180
und insbesondere 150 bis 160°C statt. Der Druck kann 1 bis 10
bar betragen. Vorzugsweise erfolgt die Neutralisation der
Dispersion unter einem autogenen Druck von 2 bis 6 bar. An
schließend wird die Dispersion auf Raumtemperatur abgekühlt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die
Neutralisation in Gegenwart eines Co-Dispergators durchge
führt. Hierfür kommen in erster Linie nichtionische Tenside
der Formel (II) in Betracht,
R³O(CH₂CH₂O)mH (II)
in der R³ für einen Alkyl- und/oder Alkenylrest mit 6 bis 22
Kohlenstoffatomen oder einen Nonylphenylrest und m für Zahlen
von 1 bis 20 steht.
Typische Beispiele sind Anlagerungsprodukte von durchschnitt
lich 1 bis 20 und vorzugsweise 7 bis 15 Mol Ethylenoxid an
Fettalkohole mit 12 bis 18 Kohlenstoffatome oder Nonylphenol
wie beispielsweise C12/14-Kokosfettalkohol-9EO-Addukt,
C12/18-Kokosfettalkohol-7EO-Addukt, C16/18-Talgalkohol-14EO-
Addukt oder Nonylphenol-10EO-Addukt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen wäßri
gen Polyolefinwachs-Dispersionen zeichnen sich durch eine
besonders feine Verteilung der Teilchen sowie eine verbesser
te Lagerstabilität aus und eignen sich beispielsweise zum
Beschichten von festen Oberflächen und textilen Flächenge
bilden, wie etwa Fasern, Garnen und Textilien, sowie als
Entschäumer.
Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung
näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.
- A1) Polyethylenwachs, Festpunkt: 127°C, mittlere Molmasse: 5000
- B1) Stearylphosphat, Veresterungsgrad 1,5
- B2) Stearylphosphat-Natriumsalz, Veresterungsgrad 1,5
- B3) Dodecylbenzolsulfonat-Kaliumsalz
- C1) C12/18-Kokosfettalkohol-9EO-Addukt, FORYL® 100, Henkel KGaA
In 500 ml einer 5gew.-%igen Lösung des sauren Dispergiermit
tels B1 wurden 155 g Polyethylenwachs A1 eingerührt. Der
Feststoffgehalt der resultierenden Dispersion betrug ca. 27
Gew.-%, der Anteil des Dispergiermittels - bezogen auf das
Wachs - 16 Gew.-%. Die Dispersion wurde mit 25gew.-%iger
Kaliumhydroxidlösung neutralisiert und danach 30 min auf
150°C erhitzt. Anschließend ließ man auf Raumtemperatur ab
kühlen. Die Dispersion wurde 3 Wochen bei 20°C gelagert und
Feinteiligkeit bzw. Stabilität optisch beurteilt. Hierbei
bedeuten:
Feinteiligkeit:
+++ = beinahe klare Dispersion
++ = leicht milchige Dispersion
+ = milchig-trübe Dispersion
+++ = beinahe klare Dispersion
++ = leicht milchige Dispersion
+ = milchig-trübe Dispersion
Stabilität:
+++ = kein Bodensatz
++ = sehr geringer Bodensatz
+ = geringer Bodensatz
- = deutlicher Bodensatz.
+++ = kein Bodensatz
++ = sehr geringer Bodensatz
+ = geringer Bodensatz
- = deutlicher Bodensatz.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Beispiel 1 wurde wiederholt, die Neutralisation jedoch in ei
nem Autoklaven durchgeführt, wobei sich bei 150°C ein autoge
ner Druck von 6 bar einstellte. Die Ergebnisse sind in Tabel
le 1 zusammengefaßt.
Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch die Neutralisation in
Gegenwart von 5 Gew.-% - bezogen auf die Dispersion - des Co-
Dispergators C1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle
1 zusammengefaßt.
Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch die Neutralisation in
Gegenwart von 5 Gew.-% - bezogen auf die Dispersion - des Co-
Dispergators C1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle
1 zusammengefaßt.
Beispiel 1 wurde unter Einsatz des neutralisierten Disper
giermittels B2 wiederholt und auf eine nachträgliche Neutra
lisation verzichtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusam
mengefaßt.
Beispiel 1 wurde unter Einsatz des neutralisierten Disper
giermittels B3 wiederholt und auf eine nachträgliche Neutra
lisation verzichtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusam
mengefaßt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung stabilisierter wäßriger Poly
olefinwachs-Dispersionen, dadurch gekennzeichnet, daß
man
- (a) eine wäßrige Lösung aus einem sauren tensidischen Dispergiermittel und feinverteiltem Polyolefin wachs herstellt und
- (b) die Dispersion anschließend durch Zugabe von Alka lihydroxiden oberhalb des Schmelzpunktes des Wachses neutralisiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man als Dispergiermittel Alkyl(ether)phosphate der For
mel (I) einsetzt,
in der R¹ für einen linearen oder verzweigten Alkylrest
mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, R² für Wasserstoff oder
eine Gruppe R¹(OCH₂CH₂)n und n für 0 oder Zahlen von 1
bis 10 steht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als Polyolefinwachs high-density Poly
ethylenwachs mit einem mittleren Molekulargewicht im
Bereich von 500 bis 10 000 einsetzt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß man 1 bis 40 Gew.-% des sauren Disper
giermittels - bezogen auf das Polyolefinwachs - ein
setzt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß man wäßrige Dispersionen mit einem Fest
stoffgehalt von 1 bis 40 Gew.-% einsetzt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als Alkalihydroxid Kaliumhydroxid ein
setzt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Neutralisation bei Temperaturen im
Bereich von 120 bis 180°C bei Drücken von 1 bis 10 bar
durchführt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Neutralisation in Gegenwart von
nichtionischen Tensiden der Formel (II) durchführt,
R³O(CH₂CH₂O)mH (II)in der R³ für einen Alkyl- und/oder Alkenylrest mit 6
bis 22 Kohlenstoffatomen oder einen Nonylphenylrest und
m für Zahlen von 1 bis 20 steht.
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