Способ получения поливинилацетатной дисперсии
Владельцы патента RU 2494115:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к способу получения поливинилацетатной дисперсии и может быть использовано в химической промышленности. Способ получения поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) включает эмульсионную полимеризацию винилацетата, полимеризацию проводят в присутствии водорастворимого радикального инициатора персульфата калия, эмульгатора - стеарата калия и кристаллического глиоксаля при соотношении компонентов, мас.%: винилацетат 14,16; персульфат калия 0,11; глиоксаль кристаллический 0,71; стеарат калия 0,07; вода 84,95. Технический результат - увеличение стабильности ПВАД в процессе хранения, хорошая прочность клеевых соединений при равномерном отрыве, сокращение количества операций и уменьшение продолжительности технологического цикла при получении ПВАД. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.
Изобретение относится к способу получения поливинилацетатной дисперсии и может быть использовано в химической промышленности.
Известен способ получения поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) эмульсионной полимеризацией винилацетата в водной среде в присутствии водорастворимых инициаторов и эмульгаторов при температуре 70…85°C в течении 2…3 часов /Коршак В.В. Технология пластических масс. - М.: Химия, 1985 г. - С 143-146/. Недостатком данного способа является низкая стабильность ПВАД в процессе хранения.
Для увеличения стабильности ПВАД при хранении по окончании или в процессе полимеризации ее пластифицируют.
Известен способ пластифицирования готовой ПВАД дибутилфталатом в количестве 5,0…35,0% от массы поливинилацетата (сухого остатка) [Фрейдин А.С. Полимерные водные клеи. - М.: Химия, 1985. - С.79 - 80]. Недостатком, данного способа пластифицирования, является снижение прочности клеевых соединений на основе ПВАД при равномерном отрыве.
Известен способ получения пластифицированной поливинилацетатной дисперсии [Патент РФ 2083597, 10.07.1997, МПК6 C08F 118/08] водоэмульсионной полимеризацией винилацетата в присутствии водорастворимого радикального инициатора персульфата калия, защитного полимерного коллоида - сополимера стирола с малеиновым ангидридом, эмульгатора - бис(алкилполиоксиэтилен)фосфата и дибутилфталата.
Основными недостатками являются многостадийность процесса полимеризации, связанная с необходимостью предварительного получения защитного коллоида - натриевой соли сополимера стирола с малеиновым ангидридом, в которой 0,48…0,52 эквивалента карбоксильных групп нейтрализовано гидроксидом натрия и увеличение продолжительности технологического цикла.
Аналогом является также способ получения дисперсии поливинилацетата путем эмульсионной полимеризации винилацетата в присутствии защитного коллоида - частично омыленного поливинилового спирта, и окислительно-восстановительной инициирующей системы, содержащей перекись водорода, гидроксикарбоновую кислоту типа винной и (0,1-100)×10-4% (в расчете на массу воды в эмульсии) водорастворимого соединения двух- или трехвалентного железа, например сульфата железа [Заявка Японии 60-226509, 11.11.1985, МПК C08F 118/08].
Недостатками данного способа являются относительная сложность технологии процесса, обусловленная введением гидроксикарбоновых кислот типа винной, двухступенчатым введением винилацетата, перекиси водорода и пластификатора в реакционную смесь, а также необходимость поддержания сравнительно высокой температуры полимеризации - 80…90°C и большая продолжительность процесса - более 6 часов.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения поливинилацетатной дисперсии, включающий водно-эмульсионную полимеризацию винилацетата в течение 2,5…3,0 ч при 58…78°C в присутствии поливинилового спирта с применением окислительно-восстановительной инициирующей системы, содержащей монопероксигидрат мочевины в количестве 0,4-1,0% от массы дисперсии в виде 10…40%-ного водного раствора, с последующей пластификацией дисперсии при 25°C в течение 1 часа [Патент РФ 2136701, 10.09.1999, МПК7 C08F 118/08]. Недостатками данного способа являются необходимость организации отдельной стадии пластификации дисперсии, что сопровождается большой продолжительностью технологического цикла.
В основу изобретения поставлена задача:
1. Увеличить стабильность ПВАД в процессе хранения;
2. Увеличить прочность клеевых соединений на основе ПВАД при равномерном отрыве;
3. Сократить количество операций при получении ПВАД;
4. Уменьшить продолжительность технологического цикла.
Поставленная задача решается за счет проведения эмульсионной полимеризации винилацетата в присутствии водорастворимого радикального инициатора персульфата калия, эмульгатора стеарата калия и кристаллического глиоксаля или водных растворов на его основе.
Соотношение компонентов, масс.% для получения ПВАД эмульсионной полимеризацией
| Винилацетат | 14,16 |
| персульфата калия | 0,11 |
| глиоксаль кристаллический | 0,71 |
| стеарата калия | 0,07 |
| вода | 84,95 |
Использование предлагаемого способа позволит увеличить стабильность ПВАД в процессе хранения, увеличить прочность клеевых соединений на основе ПВАД при равномерном отрыве, сократить количество операций и уменьшить продолжительность технологического цикла при получении ПВАД.
Составы и характеристики ПВАД представлены в таблице.
Полимеризацию винилацетата проводят согласно нижеследующих примеров.
Пример 1
В круглодонную трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой, термометром и двумя капельными воронками загружают при работающей мешалке воду (64,95 гр.), стеарат калия (0,07 гр.) и кристаллический глиоксаль (0,71 гр.) при температуре 20…35°C. При непрерывном перемешивании повышают температуру в колбе до 45…50°C и добиваются полного растворения стеарата калия и глиоксаля. Затем к водному раствору стеарата калия и глиоксаля прикапывают винилацетат (14,16 гр.) из капельной воронки с постоянной скоростью в течении 30 минут, и через 5…7 минут после загрузки винилацетата при постоянном перемешивании в колбу вводят персульфат калия (0,11 гр.) предварительно растворенный в (20,00 гр.) воды. После загрузки всех реагентов полимеризацию проводят при непрерывном перемешивании и температуре 60…65°C в течении 2,5 ч. Затем температуру реакционной смеси повышают до 75…80°C и перемешивают еще 30 минут.
Пример 2
В круглодонную четырехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой, термометром и двумя капельными воронками загружают при работающей мешалке и температуре 20-35°C воду (64,95 гр.), стеарат калия (0,07 гр.). При непрерывном перемешивании повышают температуру в колбе до 45…50°C до полного растворения стеарата калия. Затем к водному раствору стеарата калия прикапывают винилацетат (14,16 гр.) из капельной воронки с постоянной скоростью в течении 30 минут, и через 5-7 минут после загрузки винилацетата при постоянном перемешивании в колбу вводят персульфат калия (0,11 гр.) предварительно растворенный в (13,70 гр.) воды. Затем в реакционную смесь начинают прикапывать 20%-й водный раствор глиоксаля (7,00 гр.) в течении 10 минут. После загрузки всех реагентов полимеризацию проводят при непрерывном перемешивании и температуре 60…65°C в течении 2,5 ч. Затем температуру реакционной смеси повышают до 75…80°C и перемешивают еще 30 минут.
Технический результат - увеличение стабильности ПВАД в процессе хранения, увеличение прочности клеевых соединений при равномерном отрыве, сокращение количества операций и уменьшение продолжительности технологического цикла при получении ПВАД. Помимо этого следует отметить, что все используемые в предлагаемом способе реагенты производит отечественная промышленность.
| Таблица. | ||||||||||||
| Способ получения поливинилацетатной дисперсии | ||||||||||||
| № | Загрузка компонентов, масс.% | Свойства ПВАД | Свойства клеевого шва | |||||||||
| Массовая доля сухого остатка, % | Осаждение при разбавлении, %, не более | Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246, сек., сопло диаметром 4 мм | Прочность при равномерном отрыве, МПа | Время отверждения, мин | ||||||||
| Пример | ||||||||||||
| 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |||
| винилацетат | 14,16 | |||||||||||
| 1 | персульфат калия | 0,11 | ||||||||||
| глиоксаль | 50,00 | 49,00 | 0,4 | 0,4 | 30 | 30 | 1,5 | 1,2 | 28 | 31 | ||
| кристаллический | 0,07 | |||||||||||
| стеарат калия | 0,07 | |||||||||||
| вода | 84,95 | |||||||||||
| 2 | винилацетат | 14,16 | ||||||||||
| персульфат калия | 0,11 | |||||||||||
| глиоксаль | 52,0 | 51,50 | 0,2 | 0,3 | 38 | 34 | 1,9 | 1,5 | 26 | 28 | ||
| кристаллический | 0,14 | |||||||||||
| стеарат калия | 0,07 | |||||||||||
| вода | 84,95 | |||||||||||
| 3 | винилацетат | 14,16 | ||||||||||
| персульфат калия | 0,11 | |||||||||||
| глиоксаль | 54,0 | 53,00 | 0 | 0,1 | 41 | 37 | 2,4 | 1,9 | 21 | 25 | ||
| кристаллический | 0,42 | |||||||||||
| стеарат калия | 0,07 | |||||||||||
| вода | 84,95 | |||||||||||
| винилацетат | 14,16 | |||||||||||
| 4 | персульфат калия | 0,11 | ||||||||||
| глиоксаль | 56,0 | 55,00 | 0 | 0 | 43 | 37 | 2,7 | 2,2 | 18 | 22 | ||
| кристаллический | 0,71 | |||||||||||
| стеарат калия | 0,07 | |||||||||||
| вода | 84,95 | |||||||||||
| 5 | винилацетат | 14,16 | ||||||||||
| персульфат калия | 0,11 | |||||||||||
| глиоксаль | 0,99 | 58,0 | 55,0 | 0 | 0 | 43 | 38 | 3,0 | 2,5 | 14 | 18 | |
| стеарат калия | 0,07 | |||||||||||
| вода | 84,95 |
1. Способ получения поливинилацетатной дисперсии, включающий эмульсионную полимеризацию винилацетата, отличающийся тем, что полимеризацию проводят в присутствии водорастворимого радикального инициатора персульфата калия, эмульгатора - стеарата калия и кристаллического глиоксаля при соотношении компонентов, мас.%:
| винилацетат | 14,16 |
| персульфат калия | 0,11 |
| глиоксаль кристаллический | 0,71 |
| стеарат калия | 0,07 |
| вода | 84,95 |
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для эмульсионной полимеризации винилацетата используется 20%-ный водный раствор глиоксаля.
