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Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Polyisobutylendispersionen
Das Arbeiten mit wäßrigen Dispersionen hochmolekularer, filmbildender Stoffe bringt
gegenüber dem Arbeiten mit Lösungen der Stoffe in organischen Lösungsmitteln große
Vorteile. Daher war man bemüht, auch von filmbildenden Stoffen, die nicht zwangsläufig
bei der Polymerisation zunächst in Dispersionsform, sondern in festem Zustand erhalten
werden, nachträglich Dispersionen herzustellen. Man hat dazu die festen Stoffe mit
möglichst wenig Lösungsmittel auf der Walze oder im Kneter angequollen und die gequollenen
Massen anschließend mit Hilfe von Emulgiermitteln bei gleichzeitiger Anwesenheit
von Schutzkolloiden emulgiert. Derartige pastenartige Emulsionen bieten gegenüber
den Lösungen der betreffenden Stoffe schon erhebliche Vorteile, da man mit weniger
Lösungsmittel auskommt und sogar unterUmständen auf deren Rückgewinnung verzichten
kann, ohne daß das Verfahren unwirtschaftlich wird. Da man jedoch auch hierbei noch
auf das Arbeiten mit brennbaren oder gesundheitsschädlichen Lösungsmitteln angewiesen
war, die noch dazu aus der Dispersion erst nach der Verarbeitung wiedergewonnen
werden könnten, befriedigte auch diese Arbeitsweise nicht völlig. Man hat nun weiterhin
vorgeschlagen, feste filmbildende Stoffe in Form
verdünnter niedrigviskoser
Lösungen in geschlossener Apparatur zu emulgieren.Aussoerhaltenen verdünnten Dispersionen
läßt sich unter bestimmten Bedingungen das Lösungsmittel restlos entfernen, ohne
daß die Beständigkeit der dabei entstehenden wäßrigen Dispersionen gefährdet, wird.
Man muß allerdings verhältnismäßig große Mengen Lösungsmittel im Kreislauf führen.
Außerdem ist das Abtreiben von Lösungsmitteln aus derartigen Dispersionen wegen
starken Schäumens nicht ganz einfach.
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Es ist daher begreiflich, daß es nicht an Versuchen gefehlt hat, bei
der Dispergierung fester filmbildender Stoffe ohne Lösungsmittel auszukommen. Für
Kautschuk bzw. Regenerate sind einige derartige Verfahren zur Herstellung von wäßrigen
Dispersionen bekanntgeworden. Man arbeitet z.B. unter Zusatz von ölen oder anderen
Weichmachern; diese Zusätze bewirken jedoch, daß die Eigenschaften des zu dispergierenden
Grundstoffes wesentlich verändert werden.
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Bei der Herstellung wäßriger Dispersionen von Polyisobutylen, das
bekanntlich bisher nicht durch Emulsionspolymerisation erzeugt werden konnte, kommen
wegen seiner Weichheit derartige Zusätze nicht in Frage. Überhaupt bietet das Polyisobutylen
wegen seines völlig wasserabweisenden Verhaltens beim Dispergieren in Wasser besonders
große Schwierigkeiten.
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Es wurde nun gefunden, daß man wäßrige Dispersionen von Polyisobutylen
ohne Mitverwendung von Lösungsmitteln herstellen kann,wenn man es mit einem großen
Überschuß an Emulgator und Schutzkolloid gegenüber den in wäßrigen Dispersionen
sonst verwendeten Mengen in Knetern, auf Walzen oder ähnlich wirkenden Maschinen
vermischt, in Wasser dispergiert, die Dispersion mit Wasser auf den üblichen Prozentgehalt
an Emulgator und Schutzkolloid verdünnt, durch Zentrifugieren oder auf andere bekannte
Weise eine an Polyisobutylen hochkonzentrierte Dispersion abtrennt und gegebenenfalls
aus der verbleibenden Flüssigkeit die darin enthaltene Hauptmenge des verwendeten
Emulgators und Schutzkolloids zur erneuten Verwendung wiedergewinnt. Das Polyisobutylen
wird dabei auf der Walze, im Kneter oder ähnlich wirkenden Maschinen zunächst mit
einem großen Überschuß von Emulgiermitteln, wie Seifen, Salzen von substituierten
Naphthalinsulfonsäuren, Kondensationsprodukten aus ß, ß'-Dichlordiäthyläther und
höhermolekularen Aminen bei Anwesenheit von ebenfalls beträchtlichen Mengen zweckmäßig
mit Wasser angeteigten natürlichen oder künstlichen Schutzkolloiden, wie Leim, Gelatine,
Pflanzenschleimen, Kasein, wasserlöslichen Polyacrylsäureverbindungen, Polyvinylalkohol
oder Polyvinyläthern, vermischt und anschließend Wasser in dem Maße zugesetzt, wie
es die Masse aufnimmt.
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Man erhält so ohne große Schwierigkeiten eine einwandfreie, wäßrige
Rohdispersion, die ohne weiteres mit Wasser verdünnbar ist. Nachteilig bleibt jedoch,
daß in der Dispersion recht beträchtliche Mengen (io bis 30%) Emulgiermittel und
Schutzkolloide verbleiben, die sich naturgemäß störend, beispielsweise auf die Wasserfestigkeit
mit diesen Dispersionen hergestellter Filme oder Überzüge, auswirken. Man kann nun
aus den mit Wasser verdünnten Dispersionen diese störenden großen Mengen Emulgiermittel
und Schutzkolloide nachträglich entfernen bzw. auf ein technisch tragbares Maß herabmindern,
ohne daß dabei die Beständigkeit der Dispersionen notleidet, wenn man diese durch
Zentrifugieren, Aufrahmen, Ausfrieren oder Elektrophorese in konzentrierte Dispersion
und polyisobutylenfreie Flüssigkeit trennt. Die Hauptmenge der Emulgiermittel und
Schutzkolloide verbleibt dabei in dieser Flüssigkeit, dem sogenannten Serum, aus
dem diese durch Eindampfen, gegebenenfalls im Vakuum, oder durch chemische Arbeitsweisen,
wie Ausfällen, wiedergewonnen und ohne vorherige Trennung in konzentrierter Form
verlustfrei dem Verfahren aufs neue zugeführtwerden können. Es ist also mit Hilfe
zunächst übermäßig groß erscheinender Mengen von Emulgiermitteln und Schutzkolloiden
möglich, eine beständige Rohdispersion zu erhalten, die jedoch nach Entfernung der
Hauptmenge von Emulgiermitteln bzw. Schutzkolloiden technisch brauchbar wird. Zusätzlich
erreicht man nebenbei, daß bei dem Konzentrieren, z.B. durch Zentrifugieren, der
Festgehalt der Dispersionen erheblich gesteigert wird, z.B. bis zu 6o bis 7o% Die
erhaltenen lösungsmittelfreien Dispersionen ha en dünnflüssigen bis pastenartigen
Charakter und eignen sich vorzüglich zum Herstellen von Filmen und Überzügen, z.B.
zum Wasser- und Gasdichtmachen von Textilien. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist
die Herstellung von Faserleder u. ähnl. Erforderlichenfalls lassen sich die hochprozentigen
Dispersionen jederzeit beliebig wieder verdünnen. Beispiel i 500 Gewichtsteile
Polyisobutylen vom Molekulargewicht 2ooooo werden mit einem Teig von ioo Gewichtsteilen
Hautleim und 25 Gewichtsteilen din-propylnaphthalinsulfonsaurem Natrium in 140 Gewichtsteilen
Wasser mit Hilfe einer :Mischmaschine, z. B. einer Walze oder eines Kneters, allmählich
versetzt und innig vermischt. Zu der Mischung werden sodann im Kneter zusätzlich
500 Gewichtsteile Wasser hinzugegeben. Wenn die ersten Zoo bis
300 Gewichtsteile Wasser aufgenommen sind, kann man die Wasserzugabe erheblich
beschleunigen. Die in bezug auf Polyisobutylengehalt etwa 40%ige Rohdispersion wird
nun mit 290o Teilen Wasser, d. h. so weit verdünnt, daß der Emulgator- und Schutzkolloidgehalt
etwa 3% entspricht. Dann wird zentrifugiert und eine 70%ige, stabile Dispersion
mit etwa 3% Gesamtgehalt an Emulgiermittel und Schutzkolloiden sowie ein Serum erhalten,
das etwa 9o% der angewandten Gesamtmenge von Emulgator und Schutzkolloid enthält.
Dieses Serum wird im Vakuum auf einen Festgehalt von 5o% eingedampft und erneut
angewandt. Beispiel 2 Gemäß Beispiel i werden 45o Gewichtsteile Polyisobutylen vom
Molekulargewicht 200000 mit einem Teig von 12o Gewichtsteilen Kasein und 6ö Gewichtsteilen
di-n-propylnaphthalinsulfonsaurem Natrium in 225 Gewichtsteilen Wasser vermischt.
Nach allriiählicher Zugabe von 60o Gewichtsteilen Wasser erhält man eine etwa 30%ige
Rohdispersion, die mit 460o Gewichtsteilen Wasser weiter verdünnt und dann zentrifugiert
wird. Es fällt ein 65%iges Konzentrat an, welches
etwa 3°,ö Emulgator
und Schutzkolloid enthält. Die Restmenge von Emulgator und Schutzkolloid wird aus
dem Serum zurückgewonnen underneutangewandt. Beispiel 3 Gemäß Beispiel i werden
8oo Gewichtsteile Polyisobutylen vom Molekulargewicht 8o ooo mit einem Teig von
ioo Gewichtsteilen Kasein und 4o Gewichtsteilen Natriumoleat in 175 Gewichtsteilen
Wasser im Kneter vermischt und anschließend mit 155o Gewichtsteilen Wasser emulgiert.
Nach Umschlag wird die entstandene 3o%ige Rohdispersion mit 2000 Gewichtsteilen
Wasser weiter verdünnt und zentrifugiert. Man erhält ein 550%iges Konzentrat mit
einem Gehalt von 3% Emulgator und Schutzkolloid. Die Hauptmenge von Emulgator und
Schutzkolloid wird aus dem Serum wiedergewonnen und ohne vorherige Trennung wieder
verwendet. Beispiel 4 8oo Gewichtsteile in Lösungsmitteln quellbares, aber nicht
mehr lösliches Polyisobutylen werden mit i2o Gewichtsteilen Leim und 4o Gewichtsteilen
din-propylnaphthalinsulfonsaurem Natrium bei 120° in einer Knetmaschine innig vermischt,
und die erhaltene Mischung wird auf 9o0 abgekühlt. Dann werden bis zur Pastenbildung,
zunächst allmählich und darauf schneller, 9oo Gewichtsteile Wasser zugegeben. Man
erhält eine dickflüssige Paste. Diese wird mit 3640 Gewichtsteilen Wasser verdünnt,
so daß der Gehalt an Emulgator und Schutzkolloid insgesamt etwa 3% beträgt.
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Durch Zentrifugieren dieser verdünnten Dispersion erhält man eine
6o%ige beständige Dispersion mit einem Gehalt von etwa 3% Emulgator und Schutzkolloid,
während die Hauptmenge an Emulgator und Schutzkolloid im Serum verbleibt und gemäß
Beispiel i erneut verwendet werden kann,