ВОДНАЯ СТИРОЛАКРИЛОВАЯ ДИСПЕРСИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
AQUEOUS STYRENE-ACRYLIC DISPERSION AND PREPARATION METHOD THEREOF

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения водных стиролакриловых дисперсий, применяемых для производства лакокрасочных материалов, клеев, смесей, изготовления различных строительных материалов, например, в качестве связующего компонента для гидроизоляционных и тонкослойных энергосберегающих и теплоизоляционных покрытий.
Известен способ получения акрилового пленкообразователя (патент RU 2275386, МПК C08F 220/18, опубл. 27.04.2006) двухстадийной сополимеризацией бутилакрилата, метилметакрилата, стирола и метакриловой кислоты при соотношении, равном (40-45):(40-45):(10-14):(1-5), в среде смеси толуола и этилацетата при порционной подаче смеси мономеров и инициатора и многократной выдержке реакционной массы. При достижении конверсии мономеров 82-85% дополнительно вводят раствор сополимера бутилакрилата, стирола и метакриловой кислоты при соотношении, равном 42:57:1, в смеси толуола и бутанола или этанола, или толуола и ацетона, или толуола, этилацетата, этанола и бутанола. Сополимер бутилакрилата, стирола и метакриловой кислоты вводят в количестве 1,77-4,0 мас.% рассчитанном от концентрации основного сополимера. Толуол и этилацетат берут в соотношении (0,1-1,0):1. На первой стадии подают 10-30% смеси бутилакрилата, метилметакрилата, стирола и метакриловой кислоты, на вторую стадию - 70-90%.
Недостатками данного изобретения является низкий показатель условной прочности на разрыв пленки, полученной из акрилового пленкообразователя, и применение токсичных растворителей.
Известен способ получения акрилстирольного пленкообразователя (заявка на изобретение RU 2007142161, МПК C08F 220/18, опубл. 20.05.2009), включающий сополимеризацию стирола, бутилакрилата и метакриловой кислоты при соотношении (50-67):(33-48):(2-4) в среде нефраса С4-155/200 при соотношении (1,1-1,9):1 при непрерывной подаче в течение 2-5 ч смеси мономеров, содержащей инициатор радикального типа в количестве 25-50% от его общего количества, с вводом оставшейся части инициатора после окончания дозирования смеси мономеров, при этом инициатор вводится частями в 2-4 стадии, и после многократной выдержки реакционной массы - разведение охлажденной реакционной массы толуолом в соотношении (3,5-4,5):1.
Недостатком данного способа получения акрилстирольного пленкообразователя является высокий показатель водопоглощения полученной пленки и применение токсичного растворителя.
Известен способ получения акрилстирольного пленкообразователя (заявка на изобретение RU 2011113332, МПК C08F 212/08, опубл. 20.10.2012), включающий сополимеризацию стирола или смеси стирола и метилметакрилата, бутилакрилата и метакриловой кислоты в присутствии инициатора радикального типа с дальнейшим добавлением растворителей после многократной температурной выдержки реакционной массы, отличающийся тем, что сополимеризацию стирола или смеси, взятых в соотношении (1-3):3 стирола и метилметакрилата, бутилакрилата и метакриловой кислоты, проводят при соотношении компонентов реакционной смеси, равном (50-67):(31,9-48):(1,9-4,3), в среде нефраса С4-155/200 при соотношении (1,1-1,9):1 при непрерывной подаче в течение 2-5 ч смеси мономеров в присутствии инициатора радикального типа, причем инициатор добавляют частями: вторую часть инициатора (75-50%) от общего количества подают в 2-4 стадии после окончания дозирования смеси мономеров и разведения охлажденной реакционной массы толуолом или смесью нефраса и толуола в соотношении (3,3-6,4):1 после многократной температурной выдержки реакционной смеси.
Недостатками данного способа получения акрилстирольного пленкообразователя являются продолжительный технологический процесс и применение экологически небезопасного толуола.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения водных дисперсий стиролакриловых сополимеров (патент RU 2260602, МПК C08F 212/18, МПК C08F 220/06, опубл. 20.09.2005). Способ получения водной дисперсии стиролакрилового сополимера осуществляется путем предварительного эмульгирования смеси акриловых мономеров со стиролом в присутствии эмульгатора и последующей водоэмульсионной сополимеризации реакционной смеси в присутствии инициатора. Мономерная смесь дополнительно содержит акриламид, а в качестве инициатора используют персульфат аммония и пероксид водорода, при этом осуществляют последовательную дробно дозируемую подачу персульфата аммония в два приема, а затем пероксида водорода, после чего при перемешивании в реакционную смесь вводят смесь полиметилсилоксана с молекулярной массой 500-1000 и сульфата железа при их массовом соотношении 25-35:1, охлаждают реакционную массу и нейтрализуют до рН 5-6.
Недостатками данного изобретения является низкий показатель относительного удлинения при разрыве и высокий показатель водопоглощения пленки, полученной из водных дисперсий стиролакриловых сополимеров.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение водной стиролакриловой дисперсии, обеспечивающей высокие физико-механические и эксплуатационные свойства пленки, получаемой на ее основе.
Технический результат достигается тем, что водная стиролакриловая дисперсия, включающая смесь мономеров из стирола, бутилакрилата, акриловой кислоты, эмульгатор - синтанол ДС-10, инициатор - персульфат аммония, дистиллированную воду, дополнительно содержит мономеры - глицидилметакрилат и 2-гидроксиэтилметакрилат при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
Стирол
19,56-20,49
Бутилакрилат
16,27-17,05
Акриловая кислота
0,40-0,42
Синтанол ДС-10
0,65-0,68
Глицидилметакрилат
3,85-9,37
2-Гидроксиэтилметакрилат
3,65-5,31
Персульфат аммония
0,14-0,15
Дистиллированная вода
49,96-53,68
Отличительным признаком предлагаемой водной стиролакриловой дисперсии является наличие в ее составе мономеров - 2-гидроксиэтилметакрилата и глицидилметакрилата, улучшающих физико-механические свойства полученной пленки.
8
10
В качестве эмульгатора используют синтанол ДС-10 (смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных высших спиртов фракции C-C).
В качестве инициатора используют персульфат аммония (аммонийная соль пероксодисерной кислоты).
Еще одним объектом изобретения является способ получения водной стиролакриловой дисперсии, включающий следующие стадии:
- приготовление реакционной смеси мономеров;
- растворение инициатора в дистиллированной воде;
- дозирование эмульгатора в реакционную смесь в течение 5 минут;
- дозирование раствора инициатора в реакционную смесь мономеров в течение 10 минут;
- нагрев реакционной смеси до температуры 80°C и перемешивание в течение 90 минут до получения однородной дисперсии;
- охлаждение полученной дисперсии с отдувкой азотом до температуры 45°С;
- нейтрализация полученной дисперсии смесью триэтаноламина с аммиачной водой в соотношении 1:1 до значения рН=5-6.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Синтез водной стиролакриловой дисперсии проводят путем радикальной полимеризации в присутствии инициатора. Предварительно готовят смесь мономеров из стирола, бутилакрилата, акриловой кислоты, 2-гидроксиэтилметакрилата, глицидилметакрилата и дозируют эмульгатор - синтанол ДС 10. Перемешивание компонентов ведут при комнатной температуре в течение 5 минут. В трехгорлую колбу, снабженную перемешивающим устройством, термометром, дозировочными воронками, обратным холодильником, загружают дистиллированную воду и инициатор - персульфат аммония, перемешивают до полного растворения инициатора, далее при температуре 80°С в течение 10 минут дозируют приготовленную смесь мономеров с эмульгатором. Перемешивание ведут в течение 90 минут до получения однородной дисперсии. По окончании полимеризации полученную дисперсию охлаждают с отдувкой азотом до температуры 45°С и нейтрализуют смесью триэтаноламина с аммиачной водой в соотношении 1:1 до значения рН=5-6.
Ингредиенты добавляют в следующем соотношении: стирол - 20,49 мас.ч., бутилакрилат - 17,05 мас.ч., акриловая кислота - 0,42 мас.ч., глицидилметакрилат - 3,85 мас.ч., 2-гидроксиэтилметакрилат - 3,68 мас.ч., синтанол ДС-10 - 0,68 мас.ч., персульфат аммония - 0,15 мас.ч., дистиллированная вода - 53,68 мас.ч.
Пример 2
По способу, указанному в примере 1, изготавливают дисперсию, включающую стирол - 20,00 мас.ч., бутилакрилат - 16,62 мас.ч., акриловую кислоту - 0,41 мас.ч., глицидилметакрилат - 6,32 мас.ч., 2-гидроксиэтилметакрилат - 3,66 мас.ч., синтанол ДС-10 - 0,66 мас.ч., персульфат аммония - 0,14 мас.ч., дистиллированную воду - 52,19 мас.ч.
Пример 3
По способу, указанному в примере 1, изготавливают дисперсию, включающую стирол - 19,78 мас.ч., бутилакрилат - 16,54 мас.ч., акриловую кислоту - 0,41 мас.ч., глицидилметакрилат - 7,12 мас.ч., 2-гидроксиэтилметакрилат - 3,65 мас.ч., синтанол ДС-10 - 0,65 мас.ч., персульфат аммония - 0,14 мас.ч., дистиллированную воду - 51,71 мас.ч.
Пример 4
По способу, указанному в примере 1, изготавливают дисперсию, включающую стирол - 19,70 мас.ч., бутилакрилат - 16,38 мас.ч., акриловую кислоту - 0,40 мас.ч., глицидилметакрилат - 7,09 мас.ч., 2-гидроксиэтилметакрилат - 5,31 мас.ч., синтанол ДС-10 - 0,65 мас.ч., персульфат аммония - 0,14 мас.ч., дистиллированную воду - 50,33 мас.ч.
Пример 5
По способу, указанному в примере 1, изготавливают дисперсию, включающую стирол - 19,56 мас.ч., бутилакрилат - 16,27 мас.ч., акриловую кислоту - 0,40 мас.ч., глицидилметакрилат - 9,37 мас.ч., 2-гидроксиэтилметакрилат - 3,65 мас.ч., синтанол ДС-10 - 0,65 мас.ч., персульфат аммония - 0,14 мас.ч., дистиллированную воду - 49,96 мас.ч.
Рецептуры водных стиролакриловых дисперсий по примерам 1-5 приведены в таблице 1.
Результаты сравнительных испытаний водных стиролакриловых дисперсий, изготовленных по примерам 1-5, и их пленок приведены в таблице 2.
Наилучшие результаты по комплексу свойств показали пленки, изготовленные из водных стиролакриловых дисперсий, рецептуры которых представлены в примерах 2 и 3. Заявленные пределы содержания глицидилметакрилата обусловлены тем, что уменьшение (пример 1) или увеличение глицидилметакрилата (пример 5) приводит к снижению условной прочности пленки (пример 1) и к снижению относительного удлинения пленки при разрыве (пример 5). Также увеличение содержания 2-гидроксиэтилметакрилата (пример 4) приводит к снижению условной прочности пленки при разрыве (пример 1).
Данные, представленные в таблице 2, показывают, что водная стиролакриловая дисперсия по предлагаемому изобретению обеспечивает высокие физико-механические и эксплуатационные свойства пленки, получаемой на ее основе.