WO2000055224A1 - Polymer dispersion and method for producing the same - Google Patents

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WO2000055224A1
WO2000055224A1 PCT/EP2000/002322 EP0002322W WO0055224A1 WO 2000055224 A1 WO2000055224 A1 WO 2000055224A1 EP 0002322 W EP0002322 W EP 0002322W WO 0055224 A1 WO0055224 A1 WO 0055224A1
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copolymer
stage
monomeric
polymer dispersion
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PCT/EP2000/002322
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French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen ADLER
Axel Henke
Thomas Schmidt-Hansberg
Original Assignee
Chemetall Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D143/00Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing boron, silicon, phosphorus, selenium, tellurium, or a metal; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D143/02Homopolymers or copolymers of monomers containing phosphorus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F230/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal
    • C08F230/02Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing phosphorus

Definitions

  • the invention relates to an aqueous polymer dispersion and a process for its preparation.
  • Aqueous polymer dispersions with different compositions are widely used today for the application of protective layers to metallic surfaces.
  • an aqueous emulsion which consists of a polymerized acrylic resin, at least one emulsifier, a mercaptan and a water-soluble colloid, the acrylic resin at least 20% by weight of acrylic acid ester or methacrylic acid ester and the colloid one or more carboxylic acid groups contains.
  • the acrylic acid resin may also contain styrene, methyl styrene or vinyl toluene.
  • 1 to 5% by weight of a polymerizable acid, in particular itaconic acid, methacrylic acid or acrylic acid, can be present in the acrylic resin.
  • the emulsifier used contains phosphate, phosphonate, sulfate or sulfonate groups.
  • the mercaptan is used in an amount of up to 4 parts by weight per 100 parts by weight of total monomer, and alkyl mercaptans having at least 6 carbon atoms are used as mercaptans.
  • the emulsion can also contain a pigment, in particular a corrosion-inhibiting pigment, and is used as a base coat for steel.
  • DE-A 25 33 043 discloses a process for emulsion polymerization in which a vinyl halide or a mixture of a vinyl halide and a vinyl ester or an ester of an unsaturated carboxylic acid is polymerized in an aqueous medium in the presence of a surface-active agent and an initiator, wherein a phosphate ester is used as the surface-active agent, which has one or two alkyl groups each having 8 to 10 carbon atoms.
  • DE-C 27 43 764 describes an aqueous plastic dispersion which contains a vinyl polymer and an emulsifier, the emulsifier being a water-soluble salt of an alkanephosphonic acid or an alkanephosphonic acid monoalkyl ester or a mixture of these salts.
  • the dispersion is produced in the presence of the emulsifier by polymerizing at least one vinyl monomer.
  • EP-B 0 208 194 discloses binders for aqueous anticorrosion paints, which are emulsions which are a copolymer consisting of styrene and a methacrylic acid ester and 0.5 to 4% by weight of a monoalkyl phosphate and 0.1 to 3% by weight. 5% by weight of an ethoxylated alkylphenol and / or an ethoxylated C 8 to C 8 fatty alcohol, these two additives acting as an emulsifier system, the amount of the two additives being based on the amount of copolymer and the copolymer having an average particle diameter of 0 , 01 to 0.5 ⁇ m.
  • EP-A 0 305 850 discloses an aqueous dispersion for paints which, by copolymerization of 25 to 98% by weight of acrylic and / or methacrylic acid esters, 1 to 10% by weight of acrylic and / or methacrylic acid, 1 to 8% by weight a compound of the general formula
  • Y H and / or Ci - to C 8 - hydrocarbon radical
  • Z Ci - to C 8 - alkyl radical and 0 to 60% by weight of a further copolymerizable olefinic compound in an organic solvent, neutralization of the copolymer solution and dilution with water and optionally distilling off the solvent.
  • Vinylaromatics styrene and vinyltoluene
  • vinyl ethers vinyl esters
  • (meth) acrylamide or (meth) acrylonitrile can be used as the copolymerizable olefinic compound.
  • the copolymer solution can be neutralized with aqueous ammonia solution.
  • the known aqueous dispersion can be used for the production of paints and as a coating agent for coating metals.
  • the polymer content of the known dispersion is 40 to 60% by weight and the pH of the dispersion is between 6.8 and 10.
  • a disadvantage of the dispersion known from EP-A 0 305 850 is seen in the fact that it is used to prepare it Solvent, preferably butanol, isobutanol, propanol, ethanol, methyl isobutyl ketone, toluene or xylene, must be used, which is separated from the dispersions by distillation, a quantitative separation of the solvent should hardly be possible.
  • the invention has for its object to provide an aqueous polymer dispersion which is solvent-free and the polymer particles have a spherical particle shape and a particle diameter ⁇ 200 nm.
  • the invention is also based on the object of providing a method for producing an aqueous polymer dispersion which does not use organic solvents and avoids neutralization of the polymer dispersion.
  • the object on which the invention is based is achieved by a polymer dispersion comprising water and / or organic solvent, which is characterized in that it consists essentially of 5 to 50% by weight, preferably 5 to 30% by weight, of a copolymer, 1 to 3% by weight, preferably 0.3 to 3% by weight, of an emulsifier and the remainder water and / or organic solvent, the copolymer having a spherical or / and essentially spherical particle shape and a particle diameter of 10 to 500 nm, preferably up to 400 or particularly preferably up to 200 nm, or has a coil structure and from 95 to 0% by weight, preferably 90 to 40% by weight, at least one monomeric vinyl compound and 5 to 100% by weight, preferably 10 to 60% by weight, of at least one monomeric phosphoric acid ester containing a vinylidene group, and that it is composed by two-stage emulsion polymerization in water or / and Organic solvent is produced, wherein the monomeric vinyl compound
  • the object is achieved by creating an aqueous polymer dispersion which consists essentially of 5 to 30% by weight of a copolymer, 0.3 to 3% by weight of an emulsifier and the rest of water, the copolymer having a spherical particle shape and a Has particle diameter of 10 to 200 nm and is made up of 95 to 60% by weight of at least one monomeric vinyl compound and 5 to 40% by weight of at least one monomeric phosphoric acid ester containing a vinylidene group.
  • the amounts given in% by weight relate to the fact that the aqueous polymer dispersion or the copolymer are each 100% by weight.
  • the particle size is determined by known methods, e.g. B. with the light scattering method (photon correlation spectroscopy), the laser diffraction method, the single counting method (Coulter measuring principle), the covalence method or with a chromatographic method or with another fractionation method such as the flow-field-flow fractionation Method.
  • the particle shape is determined by means of electron microscopy (scanning or transmission electron microscopy) or solid-state NMR spectroscopy or from light scatter measurements.
  • the pH of the polymer dispersion according to the invention is in the weakly acidic range from about 2 to 4, and according to the invention, the neutralization of the polymer dispersion or its conversion into the alkaline range is deliberately avoided, since it was found that the Copolymer particles in the weakly acidic pH range are more stable than in the neutral or alkaline pH range and that the phosphoric acid ester groups in the weakly acidic pH range adsorb better on the aluminum than their salts, which are above pH 7 in the copolymer Particles are present. It was also found that the pH should not fall below 2, since phosphoric acid esters lose stability in the strongly acidic range, because they are partially hydrolytically cleaved under these conditions.
  • the aqueous polymer dispersion according to the invention has a content of 5 to 50% by weight, preferably 5 to 30% by weight, of the copolymer means that the dispersion has a relatively low viscosity and therefore has the form of thin layers a metallic or metal oxide substrate can be applied, the spherical particles being spontaneously adsorbed on the substrate surface and forming thin layers.
  • the advantageous interaction of the emulsifier and the copolymer constructed according to the invention ensures that the aqueous polymer dispersion is stable over a long period of time, ie that the particle shape and size are constant over a long period of time and that the discrete individual particles during the Do not agglomerate storage time.
  • the phosphoric acid ester contained in the copolymer is particularly responsible for the binding of the thin copolymer layer to a metallic or metal oxide substrate .
  • the copolymer contains, as monomeric vinyl compound, styrene, vinyl acetate, a vinyl ether, acrylic acid, methacrylic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, an acrylic acid ester, a methacrylic acid ester, an amide of acrylic acid and / or an amide of methacrylic acid, the alcohol residue of the ether and the esters Has 1 to 8 carbon atoms and one or more carbon atoms of the ester or the ethers can be substituted by an alkyl or aryl radical which has 1 to 8 carbon atoms.
  • the copolymer contains as monomeric phosphoric acid esters of formula I or II
  • R — is hydrogen or an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, in particular a methyl radical
  • R 2 is an alkoxy, alkyl or aryl group having 2 to 12 carbon atoms is and can be linear or branched.
  • the aqueous polymer dispersion contains an anionic or nonionic surfactant, preferably a sodium alkylbenzenesulfonate or sodium dodecyl sulfate, as emulsifier.
  • an anionic or nonionic surfactant preferably a sodium alkylbenzenesulfonate or sodium dodecyl sulfate.
  • the use of these emulsifiers ensures that the dispersion is stable for at least 12 months and that the copolymer particles do not agglomerate during this time.
  • the copolymer contains as crosslinker p-divinylbenzene, a bis-acrylic acid ester or a bis-methacrylic acid ester, the alcohol group of the esters having 1 to 8 carbon atoms.
  • crosslinkers advantageously ensures that the discrete copolymer particles are dimensionally stable.
  • the polymer dispersion according to the invention can contain small amounts e.g. a fungicide, a UV stabilizer, a film-forming aid or a plasticizer.
  • the aqueous polymer dispersion according to the invention has particularly advantageous performance properties if it has a pH of 2 to 3 and consists of 20% by weight of a copolymer, 0.5 to 0.75% by weight of the emulsifier sodium dodecyl sulfate and the rest water, where the copolymer has a particle diameter of 50 to 100 nm and consists of 2% by weight of p-divinylbenzene as a crosslinking agent, 45 to 46% by weight of styrene and 45 to 46% by weight of n-butyl acrylate as a vinyl compound and 6 to 8% by weight of a mixture of 2-methacryloyloxyethyl phosphate and bis-2-methacryloyloxyethyl phosphate in a ratio of 1: 1 is built up as a phosphoric acid ester.
  • This dispersion forms very thin layers on substrates.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a process for the preparation of the aqueous polymer dispersion, in which a two-stage emulsion polymerization is carried out at 50 to 90 ° C., an aqueous solution of the emulsifier being prepared in the first stage, then into the aqueous emulsifier solution all or part of the monomeric vinyl compound is introduced and a radical generator is added to this mixture, and in the second stage the polymerization product of the first stage of the monomeric phosphoric acid esters and optionally the rest of the monomeric vinyl compound is added and a radical generator is added.
  • the monomeric phosphoric acid ester is polymerized into the outer shell of the copolymer particles and that this component is therefore available almost quantitatively for the binding of the copolymer particles to a substrate, while the core of the copolymer particles consists entirely of the monomeric vinyl compounds is built up, which are responsible in particular for the hardness and elasticity of the copolymer particles.
  • the fact that the monomeric phosphoric acid ester is polymerized in varying amounts into the outer shell of the copolymer particles means that the swelling of the copolymer particles caused by water can be influenced, since the swelling of the particles increases with increasing phosphoric acid ester content.
  • At least one peroxy compound preferably ammonium peroxide sulfate, is added as the radical generator.
  • Water-soluble peroxy compounds are used as radical formers, 0.5 to 3 g radical formers / kg monomers being used in the first and second stages.
  • the water-soluble radical formers are used in the form of highly diluted solutions.
  • aqueous polymer dispersions prepared by the process according to the invention it is not necessary to neutralize the aqueous polymer dispersions prepared by the process according to the invention before their further use, since their pH is generally between 2 and 3.
  • the process according to the invention avoids the use of organic solvents and therefore provides products which are solvent-free.
  • the aqueous polymer dispersions according to the invention can be used in particular to apply thin polymer layers to different metallic and metal oxide substrates.
  • the polymer dispersions according to the invention can be used to coat workpieces with surfaces of metals, alloys, glass, ceramics, etc. be used.
  • metals, alloys, glass, ceramics, etc. those of iron, steel, zinc, titanium, magnesium, aluminum and their alloys can be coated as surfaces.
  • the coatings serve in particular to protect against corrosion and have proven themselves extremely well for pretreatment before painting or other coating with an organic layer. They can also be used on non-metallic-inorganic surfaces or on surfaces of titanium alloys as coatings for implants. You can also form an adhesive layer on which e.g. subsequently adhesive layers are to be applied.
  • the emulsifier sodium dodecyl sulfate is dissolved in water.
  • Styrene, n-butyl acrylate and divinylbenzene are added dropwise to the emulsifier solution at 75 ° C.
  • the mixture of the radical formers ammonium peroxide sulfate in the form of a 1% aqueous solution is added dropwise.
  • the monomeric compounds are polymerized at 75 ° C. with stirring up to about 90%.
  • the aqueous polymer dispersion produced by two-stage emulsion polymerization has a solids content of 20% by weight and its pH is 2.5 to 2.6.
  • the aqueous dispersion can be applied directly to a metallic or metal oxide substrate without neutralization and, if necessary after drying, forms a thin polymer layer.

Abstract

The invention relates to an aqueous polymer dispersion which is produced by means of a two-step emulsion polymerisation process and which consists essentially of 5 to 50 wt.% of a copolymer and 0.1 to 3 wt.% of an emulsifier with the remainder being water or/and an organic solvent. Said copolymer has a spherical or/and essentially spherical particulate form and a particle diameter of 10 to 500 nm or a coil structure and consists of 95 to 0 wt.% of at least one monomeric vinyl compound and 5 to 100 wt.% of at least one monomeric phosphoric acid ester containing a vinylidene group.

Description

Polymer-Dispersion und Verfahren zu ihrer Herstellung Polymer dispersion and process for its preparation
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine wässrige Polymer-Dispersion sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Wässrige Polymer-Dispersionen mit unterschiedlicher Zusammensetzung werden heute vielfach für das Aufbringen von Schutzschichten auf metallische Oberflächen verwendet.The invention relates to an aqueous polymer dispersion and a process for its preparation. Aqueous polymer dispersions with different compositions are widely used today for the application of protective layers to metallic surfaces.
Aus der DE-A 19 42 423 ist eine wässrige Emulsion bekannt, die aus einem polymerisierten Acrylharz, wenigstens einem Emulgator, einem Mercaptan und einem wasserlöslichen Kolloid besteht, wobei das Acrylharz wenigstens 20 Gew.% Acrylsäureester oder Methacrylsäureester und das Kolloid eine oder mehrere Carbonsäuregruppen enthält. Das Acrylsäureharz kann außerdem Styrol, Methylstyrol oder Vinyltoluol enthalten. Außerdem können im Acrylharz 1 bis 5 Gew.% einer polymerisierbaren Säure, insbesondere Itaconsäure, Methacrylsäure oder Acrylsäure vorhanden sein. Der verwendete Emulgator enthält Phosphat-, Phosphonat-, Sulfat- oder Sulfonatgruppen. Das Mercaptan wird in einer Menge bis zu 4 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Gesamt- Monomeres eingesetzt, und als Mercaptane werden Alkylmercaptane mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen verwendet. Die Emulsion kann auch ein Pigment, insbesondere ein korrosionshemmendes Pigment enthalten und wird als Grundanstrich für Stahl verwendet.From DE-A 19 42 423 an aqueous emulsion is known which consists of a polymerized acrylic resin, at least one emulsifier, a mercaptan and a water-soluble colloid, the acrylic resin at least 20% by weight of acrylic acid ester or methacrylic acid ester and the colloid one or more carboxylic acid groups contains. The acrylic acid resin may also contain styrene, methyl styrene or vinyl toluene. In addition, 1 to 5% by weight of a polymerizable acid, in particular itaconic acid, methacrylic acid or acrylic acid, can be present in the acrylic resin. The emulsifier used contains phosphate, phosphonate, sulfate or sulfonate groups. The mercaptan is used in an amount of up to 4 parts by weight per 100 parts by weight of total monomer, and alkyl mercaptans having at least 6 carbon atoms are used as mercaptans. The emulsion can also contain a pigment, in particular a corrosion-inhibiting pigment, and is used as a base coat for steel.
Aus der DE-A 25 33 043 ist ein Verfahren zur Emulsionspolymerisation bekannt, bei dem in einem wässrigen Medium in Anwesenheit eines oberflächenaktiven Mittels und eines Initiators ein Vinylhalogenid oder eine Mischung aus einem Vinylhalogenid und einem Vinylester oder einem Ester einer ungesättigten Carbonsäure polymerisiert wird, wobei als oberflächenaktives Mittel ein Phosphatester verwendet wird, der eine oder zwei Alkylgruppen mit jeweils 8 bis 10 C-Atomen aufweist. Nach diesemDE-A 25 33 043 discloses a process for emulsion polymerization in which a vinyl halide or a mixture of a vinyl halide and a vinyl ester or an ester of an unsaturated carboxylic acid is polymerized in an aqueous medium in the presence of a surface-active agent and an initiator, wherein a phosphate ester is used as the surface-active agent, which has one or two alkyl groups each having 8 to 10 carbon atoms. After this
BESTATIGUNGSKOPIE Verfahren können stabile Emulsionen hergestellt werden, die sich zur Erzeugung farbstabiler Filme eignen.CONFIRMATION COPY Processes can be used to produce stable emulsions which are suitable for producing color-stable films.
Die DE-C 27 43 764 beschreibt eine wässrige Kunststoffdispersion, die ein Vinylpolymer und einen Emulgator enthält, wobei der Emulgator ein wasserlösliches Salz einer Alkanphosphonsäure oder eines Alkanphosphonsäuremonoalkylesters oder ein Gemisch dieser Salze ist. Die Dispersion wird in Gegenwart des Emulgators durch Polymerisieren mindestens eines Vinylmonomeren erzeugt.DE-C 27 43 764 describes an aqueous plastic dispersion which contains a vinyl polymer and an emulsifier, the emulsifier being a water-soluble salt of an alkanephosphonic acid or an alkanephosphonic acid monoalkyl ester or a mixture of these salts. The dispersion is produced in the presence of the emulsifier by polymerizing at least one vinyl monomer.
Aus der EP-B 0 208 194 sind Bindemittel für wässrige Korrosionsschutzanstriche bekannt, bei denen es sich um Emulsionen handelt, die ein aus Styrol und einem Methacrylsäureester bestehendes Copolymerisat sowie 0,5 bis 4 Gew.% eines Monoalkylphosphats sowie 0,1 bis 3,5 Gew.% eines ethoxylierten Alkylphenols und/oder eines ethoxylierten C8- bis Cι8 - Fettalkohols enthalten, wobei diese beiden Zusätze als Emulgatorsystem wirken, wobei die Menge der beiden Zusätze auf die Copolymerisatmenge bezogen ist und wobei die Copolymerisate einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,01 bis 0,5 μm haben.EP-B 0 208 194 discloses binders for aqueous anticorrosion paints, which are emulsions which are a copolymer consisting of styrene and a methacrylic acid ester and 0.5 to 4% by weight of a monoalkyl phosphate and 0.1 to 3% by weight. 5% by weight of an ethoxylated alkylphenol and / or an ethoxylated C 8 to C 8 fatty alcohol, these two additives acting as an emulsifier system, the amount of the two additives being based on the amount of copolymer and the copolymer having an average particle diameter of 0 , 01 to 0.5 μm.
Die EP-A 0 305 850 offenbart eine wässrige Dispersion für Anstrichmittel, die durch Copolymerisation von 25 bis 98 Gew.% Acrylsäure- und/oder Methacrylsäureestern, 1 bis 10 Gew.% Acryl- und/oder Methacrylsäure, 1 bis 8 Gew.% einer Verbindung der allgemeinen FormelEP-A 0 305 850 discloses an aqueous dispersion for paints which, by copolymerization of 25 to 98% by weight of acrylic and / or methacrylic acid esters, 1 to 10% by weight of acrylic and / or methacrylic acid, 1 to 8% by weight a compound of the general formula
OO
CH2= CY — C — O — Z — O — p — OYCH 2 = CY - C - O - Z - O - p - OY
11 I 11 I
O OHO OH
Y = H und/oder Ci - bis C8 - Kohlenwasserstoffrest Z = Ci - bis C8 - Alkylrest und 0 bis 60 Gew.% einer weiteren copolymerisierbaren olifinischen Verbindung in einem organischen Lösungsmittel, Neutralisation der Copolymerisat-Lösung und Verdünnen mit Wasser sowie gegebenenfalls Abdestillation des Lösungsmittels hergestellt wird. Als copolymerisierbare olifinische Verbindung können Vinylaromaten (Styrol und Vinyltoluol) Vinylether, Vinylester, (Meth)acrylamid oder (Meth)acrylnitril verwendet werden. Die Neutralisation der Copolymerisat-Lösung kann mit wässriger Ammoniak-Lösung erfolgen. Die bekannte wässrige Dispersion kann zur Herstellung von Anstrichstoffen und als Überzugsmittel zur Beschichtung von Metallen verwendet werden. Der Polymergehalt der bekannten Dispersion beträgt 40 bis 60 Gew.%, und der pH-Wert der Dispersion liegt zwischen 6,8 und 10. Ein Nachteil der aus der EP-A 0 305 850 bekannten Dispersion wird darin gesehen, daß zu ihrer Herstellung ein Lösungsmittel, vorzugsweise Butanol, Isobutanol, Propanol, Ethanol, Methylisobutylketon, Toluol oder Xylol, verwendet werden muß, welches durch Destillation aus den Dispersionen abgetrennt wird, wobei eine quantitative Abtrennung des Lösungsmittels kaum möglich sein dürfte.Y = H and / or Ci - to C 8 - hydrocarbon radical Z = Ci - to C 8 - alkyl radical and 0 to 60% by weight of a further copolymerizable olefinic compound in an organic solvent, neutralization of the copolymer solution and dilution with water and optionally distilling off the solvent. Vinylaromatics (styrene and vinyltoluene), vinyl ethers, vinyl esters, (meth) acrylamide or (meth) acrylonitrile can be used as the copolymerizable olefinic compound. The copolymer solution can be neutralized with aqueous ammonia solution. The known aqueous dispersion can be used for the production of paints and as a coating agent for coating metals. The polymer content of the known dispersion is 40 to 60% by weight and the pH of the dispersion is between 6.8 and 10. A disadvantage of the dispersion known from EP-A 0 305 850 is seen in the fact that it is used to prepare it Solvent, preferably butanol, isobutanol, propanol, ethanol, methyl isobutyl ketone, toluene or xylene, must be used, which is separated from the dispersions by distillation, a quantitative separation of the solvent should hardly be possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wässrige Polymer-Dispersion zu schaffen, die lösungsmittelfrei ist und deren Polymerteilchen eine kugelförmige Teilchenform sowie einen Teilchendurchmesser < 200 nm aufweisen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymer-Dispersion zu schaffen, das keine organischen Lösungsmittel verwendet und eine Neutralisation der Polymer-Dispersion vermeidet.The invention has for its object to provide an aqueous polymer dispersion which is solvent-free and the polymer particles have a spherical particle shape and a particle diameter <200 nm. The invention is also based on the object of providing a method for producing an aqueous polymer dispersion which does not use organic solvents and avoids neutralization of the polymer dispersion.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Wasser oder/und organisches Lösemittel enthaltende Polymer-Dispersion, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie im wesentlichen aus 5 bis 50 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.%, eines Copolymers, 0,1 bis 3 Gew.%, vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.%, eines Emulgators und Rest Wasser oder/und organisches Lösemittel besteht, wobei das Copolymer eine kugelförmige oder/und im wesentlichen kugelförmige Teilchenform sowie einen Teilchendurchmesser von 10 bis 500 nm, vorzugsweise bis 400 bzw. besonders bevorzugt bis 200 nm, hat bzw. eine Knäuelstruktur aufweist und aus 95 bis 0 Gew.%, vorzugsweise 90 bis 40 Gew.%, mindestens einer monomeren Vinylverbindung sowie aus 5 bis 100 Gew.%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.%, mindestens eines eine Vinylidengruppe enthaltenden monomeren Phosphorsäureesters aufgebaut ist, und daß sie durch zweistufige Emulsionspolymerisation in Wasser oder/und organischem Lösemittel hergestellt ist, wobei in der ersten Stufe die monomere Vinylverbindung ganz oder teilweise eingebracht wurde und wobei in der zweiten Stufe dem Polymerisationsprodukt der ersten Stufe der monomere Phosphorsäureester und gegebenenfalls der Rest der monomeren Vinylverbindung zugegeben wurde.The object on which the invention is based is achieved by a polymer dispersion comprising water and / or organic solvent, which is characterized in that it consists essentially of 5 to 50% by weight, preferably 5 to 30% by weight, of a copolymer, 1 to 3% by weight, preferably 0.3 to 3% by weight, of an emulsifier and the remainder water and / or organic solvent, the copolymer having a spherical or / and essentially spherical particle shape and a particle diameter of 10 to 500 nm, preferably up to 400 or particularly preferably up to 200 nm, or has a coil structure and from 95 to 0% by weight, preferably 90 to 40% by weight, at least one monomeric vinyl compound and 5 to 100% by weight, preferably 10 to 60% by weight, of at least one monomeric phosphoric acid ester containing a vinylidene group, and that it is composed by two-stage emulsion polymerization in water or / and Organic solvent is produced, wherein the monomeric vinyl compound was introduced in whole or in part in the first stage and wherein in the second stage the monomeric phosphoric acid ester and optionally the rest of the monomeric vinyl compound was added to the polymerization product of the first stage.
Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch die Schaffung einer wässrigen Poiymer- Dispersion, die im wesentlichen aus 5 bis 30 Gew.% eines Copolymers, 0,3 bis 3 Gew.% eines Emulgators und Rest Wasser besteht, wobei das Copolymer eine kugelförmige Teilchenform sowie einen Teilchendurchmesser von 10 bis 200 nm hat und aus 95 bis 60 Gew.% mindestens einer monomeren Vinylverbindung sowie aus 5 bis 40 Gew.% mindestens eines eine Vinylidengruppe enthaltenden monomeren Phopshorsäureesters aufgebaut ist. Die in Gew.% gemachten Mengenangaben beziehen sich darauf, daß die wässrige Polymer-Dispersion bzw. das Copolymer jeweils 100 Gew.% sind. Monomere Vinylverbindungen sind ungesättigte organische Verbindungen, welche die sehr polymerisationsfreudigen Gruppen CH2=CH- (Vinylgruppe) und CH2=CR- (Vinylidengruppe) enthalten. Entsprechend dieser Definition gehören auch die Acryl-und Methacrylverbindungen sowie Styrol zu den monomeren Vinylverbindungen (siehe Römpps Chemie-Lexikon, 8. Auflage, 1988, Stichwort: Vinylmonomere). Die Teilchengrößenbestimmung erfolgt nach bekannten Verfahren, z. B. mit dem Lichtstreu-Verfahren (Photonenkorrelationsspektroskopie), dem Laserdifraktions-Verfahren, dem Einzelzähl-Verfahren (Coulter-Meßprinzip), dem Kovalenz-Verfahren oder mit einem chromatographischen Verfahren oder mit einem anderen Fraktionierverfahren wie dem Fluß-Feld-Fluß-Fraktionier-Verfahren. Die Teilchenform wird mittels der Elektronenmikroskopie (Raster- oder Transmissionselektronenmikroskopie) oder der Festkörper-NMR-Spektroskopie oder aus Lichtstreumessungen bestimmt. Der pH-Wert der erfindungsgemäßen Polymer-Dispersion liegt im schwach-sauren Bereich von etwa 2 bis 4, und entsprechend der Erfindung wird auf die Neutralisation der Polymer-Dispersion beziehungsweise auf ihre Überführung in den alkalischen Bereich bewußt verzichtet, da gefunden wurde, daß die Copolymer-Teilchen im schwach-sauren pH-Bereich stabiler sind als im neutralen oder alkalischen pH- Bereich und daß die Phosphorsäureester-Gruppen im schwach-sauren pH-Bereich besser an das Aluminium adsorbieren als deren Salze, die oberhalb pH 7 in den Copolymer-Teilchen vorliegen. Ferner wurde gefunden, daß ein pH-Wert von 2 nicht unterschritten werden sollte, da Phosphorsäureester im stark-sauren Bereich an Stabilität verlieren, denn sie werden unter diesen Bedingungen teilweise hydrolytisch gespalten.In addition, the object is achieved by creating an aqueous polymer dispersion which consists essentially of 5 to 30% by weight of a copolymer, 0.3 to 3% by weight of an emulsifier and the rest of water, the copolymer having a spherical particle shape and a Has particle diameter of 10 to 200 nm and is made up of 95 to 60% by weight of at least one monomeric vinyl compound and 5 to 40% by weight of at least one monomeric phosphoric acid ester containing a vinylidene group. The amounts given in% by weight relate to the fact that the aqueous polymer dispersion or the copolymer are each 100% by weight. Monomeric vinyl compounds are unsaturated organic compounds which contain the very polymerizable groups CH 2 = CH- (vinyl group) and CH 2 = CR- (vinylidene group). According to this definition, the acrylic and methacrylic compounds and styrene also belong to the monomeric vinyl compounds (see Römpps Chemie-Lexikon, 8th edition, 1988, keyword: vinyl monomers). The particle size is determined by known methods, e.g. B. with the light scattering method (photon correlation spectroscopy), the laser diffraction method, the single counting method (Coulter measuring principle), the covalence method or with a chromatographic method or with another fractionation method such as the flow-field-flow fractionation Method. The particle shape is determined by means of electron microscopy (scanning or transmission electron microscopy) or solid-state NMR spectroscopy or from light scatter measurements. The pH of the polymer dispersion according to the invention is in the weakly acidic range from about 2 to 4, and according to the invention, the neutralization of the polymer dispersion or its conversion into the alkaline range is deliberately avoided, since it was found that the Copolymer particles in the weakly acidic pH range are more stable than in the neutral or alkaline pH range and that the phosphoric acid ester groups in the weakly acidic pH range adsorb better on the aluminum than their salts, which are above pH 7 in the copolymer Particles are present. It was also found that the pH should not fall below 2, since phosphoric acid esters lose stability in the strongly acidic range, because they are partially hydrolytically cleaved under these conditions.
Dadurch, daß die erfindungsgemäße wässrige Polymer-Dispersion einen Gehalt von 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.%, des Copolymers hat, wird erreicht, daß die Dispersion eine relativ niedrige Viskosität aufweist und daher in Form dünner Schichten auf ein metallisches oder metalloxidisches Substrat aufgebracht werden kann, wobei die kugelförmigen Partikel an der Substratoberfläche spontan adsorbiert werden und dünne Schichten bilden. Durch das vorteilhafte Zusammenwirken des Emulgators und des entsprechend der Erfindung aufgebauten Copolymers wird sichergestellt, daß die wässrige Polymer-Dispersion über einen langen Zeitraum lagerstabil ist, d.h., das Teilchenform und- große über einen langen Zeitraum konstant sind und daß die diskreten einzelnen Teilchen während der Lagerzeit nicht agglomerieren. Während die verwendeten monomeren Vinylverbindungen die Härte und Elastizität der einzelnen Copolymer-Teilchen und damit auch die Härte und Elastizität der aus dem Copolymer bestehenden dünnen Schicht bestimmen, ist der im Copolymer enthaltene Phosphorsäureester insbesondere für die Bindung der dünnen Copolymerschicht an ein metallisches oder metalloxidisches Substrat verantwortlich.The fact that the aqueous polymer dispersion according to the invention has a content of 5 to 50% by weight, preferably 5 to 30% by weight, of the copolymer means that the dispersion has a relatively low viscosity and therefore has the form of thin layers a metallic or metal oxide substrate can be applied, the spherical particles being spontaneously adsorbed on the substrate surface and forming thin layers. The advantageous interaction of the emulsifier and the copolymer constructed according to the invention ensures that the aqueous polymer dispersion is stable over a long period of time, ie that the particle shape and size are constant over a long period of time and that the discrete individual particles during the Do not agglomerate storage time. While the monomeric vinyl compounds used determine the hardness and elasticity of the individual copolymer particles and thus also the hardness and elasticity of the thin layer consisting of the copolymer, the phosphoric acid ester contained in the copolymer is particularly responsible for the binding of the thin copolymer layer to a metallic or metal oxide substrate .
Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Copolymer 2 bis 5 Gew.% eines Vernetzers enthält (Copolymer = 100 Gew.%). Durch die erfindungsgemäße Vernetzung des Copolymers werden formstabile Copolymerteilchen erhalten, die auch zu Filmen verarbeitet werden können.According to the invention it is further provided that the copolymer contains 2 to 5% by weight of a crosslinking agent (copolymer = 100% by weight). By the invention Crosslinking of the copolymer gives dimensionally stable copolymer particles which can also be processed into films.
Entsprechend der Erfindung enthält das Copolymer als monomere Vinylverbindung Styrol, Vinylacetat, einen Vinylether, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, einen Acrylsäureester, einen Methacrylsäureester, ein Amid der Acrylsäure und/oder ein Amid der Methacrylsäure, wobei der Alkoholrest des Ethers und der Ester 1 bis 8 C-Atome aufweist und wobei ein oder mehrere C-Atome des Esters oder der Ether durch einen Alkyl- oder Arylrest substituiert sein können, der 1 bis 8 C-Atome aufweist. Entsprechend der Erfindung enthält das Copolymer als monomeren Phosphorsäureester der Formel I oder IIAccording to the invention, the copolymer contains, as monomeric vinyl compound, styrene, vinyl acetate, a vinyl ether, acrylic acid, methacrylic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, an acrylic acid ester, a methacrylic acid ester, an amide of acrylic acid and / or an amide of methacrylic acid, the alcohol residue of the ether and the esters Has 1 to 8 carbon atoms and one or more carbon atoms of the ester or the ethers can be substituted by an alkyl or aryl radical which has 1 to 8 carbon atoms. According to the invention, the copolymer contains as monomeric phosphoric acid esters of formula I or II
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IIII
oder ein Gemisch der Verbindungen I und II, wobei R-_ für Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere ein Methylrest, steht und wobei R2 eine Alkoxy-, Alkyl- oder Arylgruppe mit 2 bis 12 C-Atomen ist und linear oder verzweigt sein kann. Bei Verwendung der vorgenannten monomeren Vinylverbindungen und monomeren Phosphorsäureester resultieren wässrige Polymer-Dispersionen mit guten Gebrauchseigenschaften, in denen die diskreten Copolymerteilchen als formstabile Mikrogele vorliegen.or a mixture of the compounds I and II, where R — is hydrogen or an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, in particular a methyl radical, and wherein R 2 is an alkoxy, alkyl or aryl group having 2 to 12 carbon atoms is and can be linear or branched. The use of the aforementioned monomeric vinyl compounds and monomeric phosphoric acid esters results in aqueous polymer dispersions with good performance properties, in which the discrete copolymer particles are present as dimensionally stable microgels.
Nach der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die wässrige Polymer-Dispersion als Emulgator ein anionisches oder nichtionisches Tensid, vorzugsweise ein Natriumalkylbenzolsulfonat oder Natriumdodecylsulfat, enthält. Durch den Einsatz dieser Emulgatoren wird erreicht, daß die Dispersion mindestens 12 Monate lagerstabil ist und daß die Copolymerteilchen während dieser Zeit nicht agglomerieren.According to the invention, it has proven to be particularly advantageous if the aqueous polymer dispersion contains an anionic or nonionic surfactant, preferably a sodium alkylbenzenesulfonate or sodium dodecyl sulfate, as emulsifier. The use of these emulsifiers ensures that the dispersion is stable for at least 12 months and that the copolymer particles do not agglomerate during this time.
Entsprechend der Erfindung enthält das Copolymer als Vemetzer p-Divinylbenzol, einen Bis- acrylsäureester oder einen Bis - methacrylsäureester, wobei die Alkoholgruppe der Ester 1 bis 8 C-Atome aufweist. Durch den Einsatz dieser Vernetzer wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die diskreten Copolymerteilchen formstabil sind.According to the invention, the copolymer contains as crosslinker p-divinylbenzene, a bis-acrylic acid ester or a bis-methacrylic acid ester, the alcohol group of the esters having 1 to 8 carbon atoms. The use of these crosslinkers advantageously ensures that the discrete copolymer particles are dimensionally stable.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Polymer-Dispersion geringe Anteile z.B. eines Fungizids, eines UV-Stabilisators, eines Filmbildungshilfsmittels bzw. eines Weichmachers enthalten.In addition, the polymer dispersion according to the invention can contain small amounts e.g. a fungicide, a UV stabilizer, a film-forming aid or a plasticizer.
Die erfindungsgemäße wässrige Polymer-Dispersion hat besonders vorteilhafte Gebrauchseigenschaften, wenn sie einen pH-Wert von 2 bis 3 hat sowie aus 20 Gew.% eines Copolymers, 0,5 bis 0,75 Gew.% des Emulgators Natriumdodecylsulfat und Rest Wasser besteht, wobei das Copolymer einen Teilchendurchmesser von 50 bis 100 nm hat und aus 2 Gew.% p-Divinylbenzol als Vernetzer, 45 bis 46 Gew.% Styrol sowie 45 bis 46 Gew.% n-Butylacrylat als Vinylverbindung und 6 bis 8 Gew.% eines Gemisches von 2-Methacryloyloxyethylphosphat und Bis- 2- methacryloyloxyethylphosphat im Verhältnis 1 : 1 als Phosphorsäureester aufgebaut ist. Diese Dispersion bildet auf Substraten sehr dünne Schichten.The aqueous polymer dispersion according to the invention has particularly advantageous performance properties if it has a pH of 2 to 3 and consists of 20% by weight of a copolymer, 0.5 to 0.75% by weight of the emulsifier sodium dodecyl sulfate and the rest water, where the copolymer has a particle diameter of 50 to 100 nm and consists of 2% by weight of p-divinylbenzene as a crosslinking agent, 45 to 46% by weight of styrene and 45 to 46% by weight of n-butyl acrylate as a vinyl compound and 6 to 8% by weight of a mixture of 2-methacryloyloxyethyl phosphate and bis-2-methacryloyloxyethyl phosphate in a ratio of 1: 1 is built up as a phosphoric acid ester. This dispersion forms very thin layers on substrates.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung der wässrigen Polymer-Dispersion gelöst, bei dem bei 50 bis 90°C eine zweistufige Emulsionspolymerisation durchgeführt wird, wobei in der ersten Stufe eine wässrige Lösung des Emulgators hergestellt, dann in die wässrige Emulgatorlösung die monomere Vinylverbindung ganz oder teilweise eingebracht und dieser Mischung ein Radikalbildner zugegeben wird und wobei in der zweiten Stufe dem Polymerisationsprodukt der ersten Stufe der monomere Phosphorsäureester und gegebenenfalls der Rest der monomeren Vinylverbindung zugegeben und ein Radikalbildner zugesetzt wird.The object on which the invention is based is further achieved by a process for the preparation of the aqueous polymer dispersion, in which a two-stage emulsion polymerization is carried out at 50 to 90 ° C., an aqueous solution of the emulsifier being prepared in the first stage, then into the aqueous emulsifier solution all or part of the monomeric vinyl compound is introduced and a radical generator is added to this mixture, and in the second stage the polymerization product of the first stage of the monomeric phosphoric acid esters and optionally the rest of the monomeric vinyl compound is added and a radical generator is added.
Durch die erfindungsgemäße zweistufige Emulsionspolymerisation wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der monomere Phosphorsäureester in die äußere Hülle der Copolymerteilchen einpolymerisiert wird und daß diese Komponente daher für die Bindung der Copolymerteilchen an ein Substrat nahezu quantitativ zur Verfügung steht, während der Kern der Copolymerteilchen vollständig aus den monomeren Vinylverbindungen aufgebaut ist, die insbesondere für die Härte und Elastizität der Copolymerteilchen verantwortlich sind. Dadurch, daß der monomere Phosphorsäureester in unterschiedlicher Menge in die äußere Hülle der Copolymerteilchen einpolymerisiert ist, wird ferner erreicht, daß die durch Wasser verursachte Quellung der Copolymerteilchen beeinflußt werden kann, denn die Quellung der Teilchen nimmt mit zunehmendem Phosphorsäureestergehalt zu.By means of the two-stage emulsion polymerization according to the invention it is advantageously achieved that the monomeric phosphoric acid ester is polymerized into the outer shell of the copolymer particles and that this component is therefore available almost quantitatively for the binding of the copolymer particles to a substrate, while the core of the copolymer particles consists entirely of the monomeric vinyl compounds is built up, which are responsible in particular for the hardness and elasticity of the copolymer particles. The fact that the monomeric phosphoric acid ester is polymerized in varying amounts into the outer shell of the copolymer particles means that the swelling of the copolymer particles caused by water can be influenced, since the swelling of the particles increases with increasing phosphoric acid ester content.
Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß in der ersten Stufe 60 bis 100 Gew.% und in der zweiten Stufe 40 bis 0 Gew.% der monomeren Vinylverbindungen eingebracht und polymerisiert werden (Gesamtmenge der Vinylverbindungen = 100 Gew.%). Durch dieses Gewichtsverhältnis ist sichergestellt, daß die äußere Hülle der Copolymerteilchen eine ausreichend große Zahl von Gruppen aufweist, die zur Bindung des Copolymers an das Substrat erforderlich sind.According to the invention it is further provided that 60 to 100% by weight and in the second step 40 to 0% by weight of the monomeric vinyl compounds are introduced and polymerized (total amount of vinyl compounds = 100% by weight). This weight ratio ensures that the outer shell of the copolymer particles has a sufficiently large number of groups that are required to bind the copolymer to the substrate.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Radikalbildner mindestens eine Peroxiverbindung, vorzugsweise Ammoniumperoxidsulfat, zugesetzt wird. Als Radikalbildner werden wasserlösliche Peroxiverbindungen verwendet, wobei in der ersten und zweiten Stufe jeweils 0,5 bis 3 g Radikalbildner /kg Monomere eingesetzt werden. Die wasserlöslichen Radikalbildner werden in Form stark verdünnter Lösungen verwendet.In a further embodiment of the invention it is provided that at least one peroxy compound, preferably ammonium peroxide sulfate, is added as the radical generator. Water-soluble peroxy compounds are used as radical formers, 0.5 to 3 g radical formers / kg monomers being used in the first and second stages. The water-soluble radical formers are used in the form of highly diluted solutions.
Schließlich ist nach der Erfindung vorgesehen, daß in die erste und zweite Stufe jeweils ein Teil des Vernetzers eingebracht wird, wobei es sich als zweckmäßig erwiesen hat, wenn in die erste Stufe 70 bis 90 Gew.% und in die zweite Stufe 30 bis 10 Gew.% des Vernetzers eingebracht werden.Finally, it is provided according to the invention that a part of the crosslinking agent is introduced into each of the first and second stages, it being expedient has proven if 70 to 90% by weight of the crosslinker is introduced in the first stage and 30 to 10% by weight in the second stage.
Es ist nicht erforderlich, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten wässrigen Polymer-Dispersionen vor ihrer weiteren Verwendung zu neutralisieren, da ihr pH-Wert in der Regel zwischen 2 und 3 liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Verwendung organischer Lösungsmittel und liefert daher Produkte, die lösungsmittelfrei sind. Die erfindungsgemäßen wässrigen Polymer-Dispersionen können insbesondere zum Aufbringen dünner Polymerschichten auf unterschiedlichen metallischen und metalloxidischen Substraten verwendet werden.It is not necessary to neutralize the aqueous polymer dispersions prepared by the process according to the invention before their further use, since their pH is generally between 2 and 3. The process according to the invention avoids the use of organic solvents and therefore provides products which are solvent-free. The aqueous polymer dispersions according to the invention can be used in particular to apply thin polymer layers to different metallic and metal oxide substrates.
Die erfindungsgemäßen Polymer-Dispersionen können für die Beschichtung von Werkstücken mit Oberflächen von Metallen, Legierungen, Glas, Keramik u.a. verwendet werden. Als Oberflächen können insbesondere solche von Eisen, Stahl, Zink, Titan, Magnesium, Aluminium und deren Legierungen beschichtet werden. Die Beschichtungen dienen insbesondere dem Korrosionsschutz und haben sich für die Vorbehandlung vor dem Lackieren bzw. anderweitigen Beschichten mit einer organischen Schicht hervorragend bewährt. Sie können auch auf nichtmetallisch- anorganischen Oberflächen bzw. auf Oberflächen von Titanlegierungen als Beschichtung von Implantaten bewährt. Sie können hierbei auch eine Haftschicht bilden, auf die z.B. nachfolgend Klebstoffschichten aufgebracht werden soll.The polymer dispersions according to the invention can be used to coat workpieces with surfaces of metals, alloys, glass, ceramics, etc. be used. In particular, those of iron, steel, zinc, titanium, magnesium, aluminum and their alloys can be coated as surfaces. The coatings serve in particular to protect against corrosion and have proven themselves extremely well for pretreatment before painting or other coating with an organic layer. They can also be used on non-metallic-inorganic surfaces or on surfaces of titanium alloys as coatings for implants. You can also form an adhesive layer on which e.g. subsequently adhesive layers are to be applied.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The subject matter of the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
Bei 75°C wird der Emulgator Natriumdodecylsulfat in Wasser gelöst. Zur Emulgatorlösung werden bei 75°C Styrol, n-Butylacrylat und Divinylbenzol zugetropft. Gleichzeitig wird der Mischung der Radikalbildner Ammoniumperoxidsulfat in Form einer 1 %-igen wässrigen Lösung zugetropft. In der ersten Stufe der Emulsionspolymerisation werden die monomeren Verbindungen bei 75°C unter Rühren bis zu etwa 90% polymerisiert. In dieses Zwischenprodukt werden dann in der zweiten Verfahrensstufe Styrol, n- Butylacrylat und ein Gemisch aus 2-Methacryloyloxyethylphosphat, sowie Bis- 2- methacryloyloxyethyl phosphat im Verhältnis 1 :1 sowie eine 1 %-ige wässrige Lösung des Radikalbildners Ammoniumperoxidsulfat durch Zutropfen bei 75°C unter Rühren eingebracht.At 75 ° C the emulsifier sodium dodecyl sulfate is dissolved in water. Styrene, n-butyl acrylate and divinylbenzene are added dropwise to the emulsifier solution at 75 ° C. At the same time, the mixture of the radical formers ammonium peroxide sulfate in the form of a 1% aqueous solution is added dropwise. In the first stage of the emulsion polymerization, the monomeric compounds are polymerized at 75 ° C. with stirring up to about 90%. In this intermediate product, styrene, n-butyl acrylate and a mixture of 2-methacryloyloxyethyl phosphate and bis-2-methacryloyloxyethyl phosphate in a ratio of 1: 1 and a 1% strength aqueous solution of the radical generator ammonium peroxide sulfate are then added dropwise at 75 ° C introduced with stirring.
Nach Zugabe aller Substanzen wird die Mischung bei 75 bis 70°C gerührt, bis die Polymerisationsreaktion beendet ist. In der nachfolgenden Tabelle werden die in den beiden Stufen der Emulsionspolymerisation eingebrachten Rohstoffmengen angegeben.After all the substances have been added, the mixture is stirred at 75 to 70 ° C. until the polymerization reaction has ended. The table below shows the amounts of raw material introduced in the two stages of the emulsion polymerization.
Die durch zweistufige Emulsionspolymerisation erzeugte wässrige Polymer-Dispersion hat einen Feststoffgehalt von 20 Gew.% und ihr pH-Wert liegt bei 2,5 bis 2,6. Die wässrige Dispersion kann ohne eine Neutralisation direkt auf ein metallisches oder metalloxidisches Substrat aufgetragen werden und bildet, gegebenenfalls nach einer Trocknung, eine dünne Polymerschicht.The aqueous polymer dispersion produced by two-stage emulsion polymerization has a solids content of 20% by weight and its pH is 2.5 to 2.6. The aqueous dispersion can be applied directly to a metallic or metal oxide substrate without neutralization and, if necessary after drying, forms a thin polymer layer.
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Claims

Patentansprüche claims
1. Wasser oder/und organisches Lösemittel enthaltende Polymer-Dispersion, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 5 bis 50 Gew.% eines Copolymers, 0,1 bis 3 Gew.% eines Emulgators und Rest Wasser oder/und organisches Lösemittel besteht, wobei das Copolymer eine kugelförmige oder/und im wesentlichen kugelförmige Teilchenform sowie einen Teilchendurchmesser von 10 bis 500 nm hat bzw. eine Knäuelstruktur aufweist und aus 95 bis 0 Gew.% mindestens einer monomeren Vinylverbindung sowie aus 5 bis 100 Gew.% mindestens eines eine Vinylidengruppe enthaltenden monomeren Phosphorsäureesters aufgebaut ist, und daß sie durch zweistufige1. water or / and organic solvent-containing polymer dispersion, characterized in that it consists essentially of 5 to 50% by weight of a copolymer, 0.1 to 3% by weight of an emulsifier and the remainder water and / or organic solvent, wherein the copolymer has a spherical and / or substantially spherical particle shape and a particle diameter of 10 to 500 nm or has a coil structure and from 95 to 0% by weight of at least one monomeric vinyl compound and from 5 to 100% by weight of at least one vinylidene group containing monomeric phosphoric acid ester, and that it by two-stage
Emulsionspolymerisation in Wasser oder/und organischem Lösemittel hergestellt ist, wobei in der ersten Stufe die monomere Vinylverbindung ganz oder teilweise eingebracht wurde und wobei in der zweiten Stufe dem Polymerisationsprodukt der ersten Stufe der monomere Phosphorsäureester und gegebenenfalls der Rest der monomeren Vinylverbindung zugegeben wurde.Emulsion polymerization is prepared in water and / or organic solvent, the monomeric vinyl compound being introduced in whole or in part in the first stage and in the second stage the monomeric phosphoric acid esters and optionally the remainder of the monomeric vinyl compound being added to the polymerization product in the first stage.
2. Wässrige Polymer-Dispersion, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus 5 bis 30 Gew.% eines Copolymers, 0,3 bis 3 Gew.% eines Emulgators und Rest Wasser besteht, wobei das Copolymer eine kugelförmige Teilchenform sowie einen Teilchendurchmesser von 10 bis 200 nm hat und aus 95 bis 60 Gew.% mindestens einer monomeren Vinylverbindung sowie aus 5 bis2. Aqueous polymer dispersion, characterized in that it consists essentially of 5 to 30% by weight of a copolymer, 0.3 to 3% by weight of an emulsifier and the rest of water, the copolymer having a spherical particle shape and a particle diameter of 10 up to 200 nm and from 95 to 60% by weight of at least one monomeric vinyl compound and from 5 to
40 Gew.% mindestens eines eine Vinylidengruppe enthaltenden monomeren Phosphorsäureesters aufgebaut ist, und daß sie durch zweistufige Emulsionspolymerisation in Wasser oder/und organischem Lösemittel hergestellt ist, wobei in der ersten Stufe die monomere Vinylverbindung ganz oder teilweise eingebracht wurde und wobei in der zweiten Stufe dem Polymerisationsprodukt der ersten Stufe der monomere Phosphorsäureester und gegebenenfalls der Rest der monomeren Vinylverbindung zugegeben wurde. Wässrige Polymer-Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer 2 bis 5 Gew.% eines Vernetzers enthält.40% by weight of at least one monomeric phosphoric acid ester containing a vinylidene group, and that it is prepared by two-stage emulsion polymerization in water or / and organic solvent, the monomeric vinyl compound being introduced in whole or in part in the first stage and in the second stage the Polymerization product of the first stage of the monomeric phosphoric acid ester and optionally the rest of the monomeric vinyl compound was added. Aqueous polymer dispersion according to Claim 1 or 2, characterized in that the copolymer contains 2 to 5% by weight of a crosslinking agent.
Wässrige Polymer-Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer als monomere Vinylverbindung Styrol, Vinylacetat, einen Vinylether, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, einen Acnylsäureester, einen Methacrylsäureester, ein Amid der Acrylsäure und/oder ein Amid der Methacrylsäure enthält, wobei der Alkoholrest des Ethers und der Ester 1 bis 8 C-Atome aufweist und wobei ein oder mehrere C-Atome der Ether oder des Esters durch einen Rest substituiert sein können, der 1 bis 8 C-Atome aufweist.Aqueous polymer dispersion according to claim 1 or 2, characterized in that the copolymer as monomeric vinyl compound styrene, vinyl acetate, a vinyl ether, acrylic acid, methacrylic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, an acyl ester, a methacrylic ester, an amide of acrylic acid and / or an amide Contains methacrylic acid, where the alcohol radical of the ether and the ester has 1 to 8 carbon atoms and where one or more carbon atoms of the ether or ester can be substituted by a radical which has 1 to 8 carbon atoms.
5. Wässrige Polymer-Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer als monomeren Phosphorsäureester Verbindungen der Formel I oder II5. Aqueous polymer dispersion according to claim 1 or 2, characterized in that the copolymer as monomeric phosphoric acid compounds of formula I or II
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IIII
oder ein Gemisch der Verbindungen I und II enthält, wobei R1 für Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere ein Methylrest, steht und wobei R2 eine Alkoxy-, Alkyl- oder Arylgruppe mit 2 bis 12 C-Atomen ist. or contains a mixture of compounds I and II, where R 1 is hydrogen or an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, in particular a methyl radical, and wherein R 2 is an alkoxy, alkyl or aryl group having 2 to 12 carbon atoms is.
6. Wässrige Polymer-Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Emulgator ein anionisches oder nichtionisches Tensid, vorzugsweise ein Natriumalkylbenzolsulfonat oder Natriumdodecylsulfat enthält.6. Aqueous polymer dispersion according to claim 1 or 2, characterized in that it contains an anionic or nonionic surfactant, preferably a sodium alkylbenzenesulfonate or sodium dodecyl sulfate, as emulsifier.
7. Wässrige Polymer-Dispersion nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer als Vernetzer p-Divinylbenzol, einen Bis-acrylsäureester oder einen Bis-methacrylsäureester enthält, wobei die Alkoholgruppe der Ester 1 bis 8 C-Atome aufweist.7. Aqueous polymer dispersion according to claim 3, characterized in that the copolymer contains as crosslinking agent p-divinylbenzene, a bis-acrylic acid ester or a bis-methacrylic acid ester, the alcohol group of the esters having 1 to 8 carbon atoms.
8. Wässrige Polymer-Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen pH-Wert von 2 bis 3 hat sowie aus 20 Gew.% eines Copolymers, 0,5 bis 0,75 Gew.% des Emulgators Natriumdodecylsulfat und Rest Wasser besteht, wobei das Copolymer einen Teilchendurchmesser von 50 bis 100 nm hat und aus 2 Gew.% p-Divinylbenzol als Vernetzer, 45 bis 46 Gew.% Styrol sowie 45 bis 46 Gew.% n-Butylacrylat als Vinylverbindung und 6 bis 8 Gew.% eines Gemisches von 2-Methacryloyloxyethylphosphat und Bis- 2- methacryloyloxyethylphosphat im Verhältnis 1 :1 als Phosphorsäureester aufgebaut ist.8. Aqueous polymer dispersion according to claims 1 to 7, characterized in that it has a pH of 2 to 3 and from 20% by weight of a copolymer, 0.5 to 0.75% by weight of the emulsifier, sodium dodecyl sulfate and The remainder consists of water, the copolymer having a particle diameter of 50 to 100 nm and consisting of 2% by weight of p-divinylbenzene as a crosslinking agent, 45 to 46% by weight of styrene and 45 to 46% by weight of n-butyl acrylate as the vinyl compound and 6 to 8 % By weight of a mixture of 2-methacryloyloxyethyl phosphate and bis-2-methacryloyloxyethyl phosphate is built up in a ratio of 1: 1 as the phosphoric acid ester.
9. Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymer-Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von 50 bis 98 °C, vorzugsweise bis 90 °C, eine zweistufige Emulsionspolymerisation durchgeführt wird, wobei in der ersten Stufe eine Wasser oder/und organisches9. A process for the preparation of an aqueous polymer dispersion according to claims 1 to 8, characterized in that a two-stage emulsion polymerization is carried out at temperatures of 50 to 98 ° C, preferably to 90 ° C, wherein in the first stage a water or / and organic
Lösemittel enthaltende Lösung des Emulgators hergestellt, dann in die wässrige Emulgatorlösung die monomere Vinylverbindung ganz oder teilweise eingebracht und dieser Mischung ein Radikalbildner zugegeben wird undSolvent-containing solution of the emulsifier is prepared, then all or part of the monomeric vinyl compound is introduced into the aqueous emulsifier solution and a radical generator is added to this mixture and
10. wobei in der zweiten Stufe dem Polymerisationsprodukt der ersten Stufe der monomere Phosphorsäureester und gegebenenfalls der Rest der monomeren10. wherein in the second stage the polymerization product of the first stage of the monomeric phosphoric acid esters and optionally the rest of the monomers
Vinylverbindung zugegeben und ein Radikalbildner zugesetzt wird. Vinyl compound is added and a radical generator is added.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe 60 bis 100 Gew.% und in der zweiten Stufe 40 bis 0 Gew.% der monomeren Vinylverbindung eingebracht und polymerisiert werden.11. The method according to claim 9, characterized in that in the first stage 60 to 100 wt.% And in the second stage 40 to 0 wt.% Of the monomeric vinyl compound are introduced and polymerized.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Radikalbildner mindestens eine wasserlösliche Peroxiverbindung, vorzugsweise Ammoniumperoxidisulfat zugesetzt wird.12. The method according to claim 9, characterized in that at least one water-soluble peroxy compound, preferably ammonium peroxydisulfate, is added as the radical generator.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste und zweite Stufe jeweils ein Teil des Vernetzers eingebracht wird. 13. The method according to claim 9, characterized in that in each case part of the crosslinker is introduced into the first and second stages.
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