Verfahren zur Herstellung von blockstabilen, in Wasser redis- pergierbaren Polymerpulvern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von blockstabilen, in Wasser redispergierbaren Dispersionspulvern sowie die Verwendung von wasserlöslichen, pulverförmigen Schutzkolloiden als Antiblockmittel bei der Herstellung der genannten Dispersionspulver.

In Wasser redispergierbare Polymerpulver (Dispersionspulver) werden durch Trocknung der entsprechenden wässrigen Polymer- dispersionen, im allgemeinen durch Sprühtrocknung in einem heißen Luftstrom, hergestellt. Dispersionspulver von Polymeren mit niederer Glasübergangstemperatur Tg neigen aber, speziell bei der Einwirkung von Druck oder Temperatur, zur Verblockung der Pulverteilchen, wodurch die Redispergierbarkeit der Poly- merteilchen in Wasser verschlechtert wird.

Die Blockstabilität von Dispersionspulvern von Polymerisaten deren Tg < 50°C, insbesonders < 20°C beträgt, wird im allge- meinen durch Zumischen von anorganischen Pulvern, sogenannten Antiblockmitteln, wie Calciumcarbonat, Calciummagnesiumcarbo- nat, Silicaten wie Aluminiumsilicat oder Siliciumdioxid ver- bessert. Diese Antiblockmittel werden meistens beim Austragen der Polymerpulver aus dem Trockner zugegeben. Der durch- schnittliche Teilchendurchmesser dieser anorganischen Pulver beträgt gewöhnlich weniger als 40 ym. Je kleiner er ist, desto besser können die anorganischen Teilchen die Polymerharzteil- chen überziehen und deren Aneinanderkleben verhindern. So hängt auch die erforderliche Menge an anorganischem Pulver vom Verhältnis der Teilchengröße der Harzteilchen zu der des

anorganischen Pulvers ab. Die zugesetzte Menge an anorgani- schem Pulver beträgt üblicherweise 2-30 GewW, bezogen auf Harz. Nachteilig ist, daß die anorganischen Antiblockmittel- Teilchen für die redispergierbaren Harze gewissermaßen eine Verunreinigung darstellen, welche vor allem die Bindekraft der vornehmlich als Bindemittel in Beschichtungen oder Klebemittel eingesetzten Polymeren reduziert. Besonders nachteilig wirken sich anorganische Partikel bei der Textilbeschichtung und im Klebstoffsektor aus. Beim Einsatz in zementhaltigen Produkten bilden besonders die sehr feinteiligen anorganischen Partikel leicht Stäube, was ebenfalls unerwünscht ist.

Aus diesem Grund wurde nach Alternativen zu anorganischen An- tiblockmitteln gesucht. In der JP-A 5-140325 (Derwent-Abstract AN 93-216910) wird vorgeschlagen, zur Verbesserung der Block- stabilität von redispergierbaren Polymerpulvern mit einer Tg < 20°C, wässrige Polymerdispersionen von wasserunlöslichen Vinylharzen mit einer Tg von > 80°C als Antiblockmittel zu verwenden. Die Herstellung erfolgt dabei entweder durch Vermi- schen der beiden Polymerdispersionen und Sprühtrocknen der Mi- schung, wobei die Austrittstemperatur der Teilchen aus dem Trockner unter der Tg des Vinylharzes, welches als Antiblock- mittel dient, liegen muß oder durch Versprühen der beiden Dis- persionen durch getrennte Düsen. Nachteilig ist, daß diese Vinylharze aufgrund der hohen Tg ebenfalls als inerter Füll- stoff, ähnlich den anorganischen Antiblockmitteln, wirken.

Darüberhinaus wird mit derartigen Antiblockmitteln die Staub- problematik nicht gelöst.

Es ist weiterhin bekannt, daß durch Zumischen von in Wasser gelösten Polymeren zu der Dispersion vor dem Trocknungsvorgang

die Blockstabilität, erhöht werden kann. Diese Methode erfor- dert jedoch, insbesondere bei höher polymeren Produkten, eine stärkere Verdünnung der zu trocknenden Mischung und damit ei- nen erhöhten Energieaufwand und eine Verschlechterung der Raumzeitauslastung der Trockner. Weiter ist aus der DE-A 1719317 (GB-A 1206501) bekannt, die Blockstabilität von Poly- merpulvern durch Polymerisation in Gegenwart von Polyvinylal- kohol zu verbessern. Der Einsatz von anorganischem Antiblock- mittel wird aber bei dieser Vorgehensweise, insbesondere bei Harzen mit einer Tg < 10°C, nicht entbehrlich.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem blockstabile Dispersionspulver ohne Zusatz von anorganischen Antiblockmitteln zugänglich werden, ohne daß die genannten Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahrensweisen auftreten.

Es wurde gefunden, daß sich die wasserlöslichen Polymere auch dann als Antiblockmittel eignen, wenn man sie in Pulverform dem getrockneten, redispergierbaren Pulver zumischt. Der Zu- satz von anderen organischen oder von den üblicherweise einge- setzten anorganischen Antiblockmitteln ist dadurch nicht mehr erforderlich.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von blockstabilen, in Wasser redispergierbaren Dispersionspulvern mittels Trocknung von wässrigen Dispersionen von wasserunlös- lichen Homo-oder Copolymerisaten von ethylenisch ungesättig- ten Monomeren und Zugabe von Antiblockmittel nach dem Trocknungsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß als Antiblock- mittel wasserlösliche Polymerpulver zugegeben werden.

Unter wasserlöslichen Polymerpulvern sind solche zu verstehen, deren Löslichkeit mehr als 10 g pro Liter Wasser beträgt. Ge- eignete wasserlösliche Polymerpulver, welche gegebenenfalls auch als Gemisch eingesetzt werden können, sind Polyvinylalko- hole mit einem Gehalt von 80 bis 100 Mol% Vinylalkoholeinhei- ten ; Polyvinylpyrrolidone mit einem Molekulargewicht von 5 000 bis 400 000 ; Hydroxyethylcellulosen mit einem Substitutions- grad von 1.5 bis 3 ; Polysaccharide in wasserlöslicher Form wie Stärken (Amylose und Amylopectin), Cellulose, Guar, Tragan- tinsäure, Dextran, Alginate und deren Carboxymethyl-, Methyl-, Hydroxyethyl-, Hydroxypropyl-Derivate ; Dextrine wie Gelbdex- trine oder Röstdextrine sowie deren Derivate ; oder Cyclodex- trine sowie deren Derivate ; Proteine wie Casein, Sojaprotein, Gelatine ; synthetische Polymere wie Poly (meth) acrylsäure, Po- ly (meth) acrylamid, Polyvinylsulfonsäuren und deren wasserlös- lichen Copolymere ; Melaminformaldehydsulfonate, Naphthalin- formaldehydsulfonate, Styrolmaleinsäure-und Vinylethermalein- säure-Copolymere ; Ligninsulfonate.

Die genannten wasserlöslichen Polymerpulver sind im Handel er- hältliche Produkte bzw. nach gängigen Herstellungsverfahren zugänglich. Neben den hydrophilen Gruppen wie-OH,-COOH, -SO3H,-OSO3H,-PO3H2,-NHCO,-NH2CO können die wasserlöslichen Polymerpulver auch Imid-oder Imidazol-, beispielsweise Methy- limidazolgruppen, Epoxidgruppen, Alkoxysilylgruppen oder ter- tiäre oder quarternäre Amingruppen wie Dimethylaminoethyl- vinylether-Einheiten, Allyltrimethylammoniumchlorid-Einheiten oder Trimethyl-3-acrylamido-3, 3-dimethyl-propyl-ammonium- chlorid-Einheiten, sowie-CO-CH2-CO-Funktionen wie Acetoace- tyl-, Malonsäureester-oder Acetylacetonyl-Funktionen ent-

halten.

Bevorzugte wasserlösliche Polymerpulver sind Polyvinylalkohole mit 80 bis 99 Mol'-. Vinylalkohol-Einheiten ; Stärken (Amylose und Amylopectin) ; Stärkederivate und Cellulosederivate wie de- ren Carboxymethyl-, Methyl-, Hydroxyethyl-, Hydroxypropyl-De- rivate ; Casein ; Ligninsulfonate.

Wesentlich ist, daß die wasserlöslichen Polymere vorgetrocknet werden. Die Vortrocknung erfolgt je nach Stabilität bevorzugt bei Temperaturen von 50°C bis 150°C. Die Trockenzeit richtet sich nach der gewählten Trockentemperatur und der Wärmestabi- lität der Polymerpulver. Die Trocknung kann gegebenenfalls auch im Vakuum erfolgen. Der Wassergehalt sollte dabei unter 5 Gew%, bevorzugt unter 3 Gewk und besonders bevorzugt unter 1 Gew% liegen.

Die wässrigen Dispersionen der wasserunlöslichen Homo-und Co- polymerisate werden im allgemeinen mit einem Festgehalt von 20 bis 60 a zur Herstellung der Dispersionspulver eingesetzt.

Die Trocknung der Polymerdispersion erfolgt vorzugsweise mit- tels Sprühtrocknung in üblichen Sprühtrocknungsanlagen, wobei die Zerstäubung mittels Ein-, Zwei-oder Mehrstoffdüsen oder mit einer rotierenden Scheibe erfolgen kann. Die Austrittstem- peratur wird im allgemeinen im Bereich von 55°C bis 100°C, be- vorzugt 70°C bis 90°C, je nach Anlage, Tg des Harzes und ge- wünschtem Trocknungsgrad gewählt. Es sind aber auch andere Trocknungsverfahren möglich, wie Gefriertrocknung und Wirbelschicht-Trocknung.

Im allgemeinen werden 5 bis 50 Gew%, vorzugsweise 8 bis 25 GewW, des wasserlöslichen Polymerpulvers dem Dispersionspulver zugegeben, jeweils bezogen auf den Anteil an wasserunlösli- chem Homo-oder Copolymerisat. Gegebenenfalls als Mischung mit diesen Antiblockmitteln können andere Zusätze den redisper- gierbaren Pulvern zugesetzt werden, wie z. B. Antischaummit- tel, Farbstoffe, Vernetzer.

Die Harzzusammensetzung der wasserunlöslichen Homo-oder Copo- lymerisate von ethylenisch ungesättigten Monomeren spielt für das erfindungsgemäße Verfahren keine Rolle. Als wasserunlöli- che Polymere sind dabei solche zu verstehen, deren Löslichkeit in Wasser weniger als 1 g pro Liter beträgt.

Beispiele für geeignete Polymerisate sind Homo-oder Copolyme- risate enthaltend eine oder mehrere Monomereinheiten aus der Gruppe der Vinylester von unverzweigten oder verzweigten Al- kylcarbonsäuren mit 1 bis 15 C-Atomen, der Methacrylsäureester und Acrylsäureester von unverzweigten oder verzweigten Alkoho- len mit 1 bis 12 C-Atomen, der Olefine oder Diene wie Ethylen oder Butadien, der Vinylaromaten wie Styrol oder Methylstyrol, der Vinylhalogenverbindungen wie Vinylchlorid.

Bevorzugte Vinylester sind Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyl- butyrat, Vinyl-2-ethyl-hexanoat, Vinyllaurat, 1-Methylvinyl- acetat, Vinylpivalat und Vinylester von alpha-verzweigten Mo- nocarbonsäuren mit bis zu 11 C-Atomen, beispielweise VeoVa9R oder VeoValOR. Besonders bevorzugt ist Vinylacetat. Bevorzugte Methacrylsäureester oder Acrylsäureester sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacry- lat, Propylmethacrylat, n-Butylacrylat, t-Butylacrylat, n-

Butylmethacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat. Be- sonders bevorzugt sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, n- Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat.

Die genannten Polymerisate können gegebenenfalls noch 0.05 bis 10.0 Gew%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Monomergemisches, Hilfsmonomere enthalten, beispielsweise aus der Gruppe der ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren, vorzugsweise Acrylsäu- re oder Methacrylsäure ; aus der Gruppe der ethylenisch unge- sättigten Carbonsäureamide, vorzugsweise Acrylamid ; aus der Gruppe der ethylenisch ungesättigten Sulfonsäuren bzw. deren Salze, vorzugsweise Vinylsulfonsäure ; und/oder aus der Gruppe der mehrfach ethylenisch ungesättigten Comonomeren, beispiel- weise Divinyladipat, Diallylmaleat, Allylmethacrylat oder Triallylcyanurat.

Geeignete Hilfsmonomere sind auch siliciumhaltige Monomere wie Acryl-bzw. Methacryloxy-propyltri (alkoxy) silane, Vinyltrial- koxysilane und Vinylmethyldialkoxysilane, wobei als Alkoxy- gruppen z. B. Methoxy-, Ethoxy-, Methoxyethylen-, Ethoxyethy- len-, Methoxypropylenglykolether-bzw. Ethoxypropylenglykol- ether-Reste eingesetzt werden können. Geeignete, durch Säure vernetzbare Comonomere sind beispielweise Acrylamidoglykolsäu- re (AGA), Methacrylamidoglykolsäuremethylester (MAGME), N-Me- thylolacrylamid (NMAA), N-Methylolmethacrylamid, N-Methylolal- lylcarbamat, Alkylether, wie der Isobutoxyether, oder-Ester des N-Methylolacrylamids, des N-Methylolmethacrylamids oder des N-Methylolallylcarbamats. Weitere geeignete Hilfsmonomere sind Imide und Imidazole wie N-Vinyl-oder N-Allylsuccinimid und N-Vinylimidazol, tertiäre und quarternäre Amin-und

Ammoniumverbindungen wie Dimethylaminoethylvinylether- Einheiten, Allyltrimethylammoniumchlorid-Einheiten oder Tri- methyl-3-acrylamido-3,3-dimethylpropyl-ammoniumchlorid- Einheiten ; sowie Vinylphosphonsäure-Einheiten bzw. deren Ester. Geeignet sind auch epoxidgruppenhaltige Comonomere wie Glycidyl (meth) acrylat.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise für Dispersionspulver von Homo-und Copolymerisaten mit einer Tg von < 30°C, insbesonders < 20°C. Die Glasübergangstemperatur Tg der Polymerisate kann in bekannter Weise mittels Differen- tial Scanning Calorimetry (DSC) ermittelt werden.

Die Herstellung der wässrigen Dispersionen der wasserunlösli- chen Homo-oder Copolymerisate erfolgt in bekannter Weise, vorzugsweise nach dem Emulsionspolymerisationsverfahren. Das Emulsionspolymerisationsverfahren wird im offenen Reaktionsge- fäß oder in Druckgefäßen, in einem Temperaturbereich von 0 bis 100°C durchgeführt und mit den für die Emulsionspolymerisation üblicherweise eingesetzten Methoden eingeleitet. Die Initiie- rung erfolgt mittels der gebräuchlichen, zumindest teilweise wasserlöslichen Radikalbildner, die vorzugsweise in Mengen von 0.01 bis 3.0 Gew% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monome- ren, eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Ammonium-, Na- trium-und Kaliumpersulfat, Wasserstoffperoxid, t-Butylhy- droperoxid. Gegebenenfalls können die genannten radikalischen Initiatoren auch in bekannter Weise mit 0.01 bis 0.5 Gewo, be- zogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, Reduktionsmittel, beispielsweise Alkali-Formaldehydsulfoxylate und Ascorbinsäure eingesetzt werden. Als Dispergiermittel können alle üblicher- weise bei der Emulsionspolymerisation verwendeten anionischen,

kationischen oder nichtionischen Emulgatoren und/oder Schutz- kolloide wie Polyvinylalkohol eingesetzt werden. Die Polymeri- sation kann diskontinuierlich oder kontinuierlich, mit oder ohne Verwendung von Saatlatices, unter Vorlage aller oder ein- zelner Bestandteile des Reaktionsgemisches, oder unter teil- weiser Vorlage und Nachdosierung der oder einzelner Bestand- teile des Reaktionsgemisches, oder nach dem Dosierverfahren ohne Vorlage durchgeführt werden.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglichen block- stabilen, in Wasser redispergierbaren Dispersionspulver eignen sich für den Einsatz in Beschichtungsmitteln, in Klebemitteln, als Bindemittel für Textilien oder Papier, und als Additive für hydraulisch abbindende Massen, wie Zement oder Gips.

Beispiele : Herstellung der Polymerpulver-Zusammensetzung : Für das Pulver 1 der in Tabelle 1 aufgeführten Beispiele 1 bis 4 bzw. Vergleichbeispiele 1 und 2 wurde eine wässrige Disper- sion eines Copolymerisats mittels Emulsionspolymerisation von 99.2 GewTeilen Vinylacetat und 0.8 GewTeilen N-Methylolacry- lamid, in Gegenwart von Polyvinylalkohol als Schutzkolloid, hergestellt. Die Dispersion hatte einen Festgehalt von 50 Gew. Vor dem Trocknen wurde der Festgehalt der Dispersion auf 35 Gew% eingestellt.

Die Trocknung wurde in einem Nubilosa-Sprühtrockner bei einer Eintrittstemperatur von 112°C und einer Austrittstemperatur von 79°C durchgeführt. Nach der Sprühtrocknung lag ein in Wasser redispergierbares Pulver vor, welches 15 GewTeile

Polyvinylalkohol auf 100 Teile Copolymerisat I) enthielt (Pul- vertype 1).

Für die Beispiele 1 bis 4 wurden die in Tabelle 1 angegebenen Mengen an wasserlöslichem Polymerpulver eingearbeitet.

Das Pulver für Vergleichsbeispiel 1 wurde ohne weitere Zusätze getestet. Das Pulver für Vergleichsbeispiel 2 wurde mit einem üblichen Antiblockmittel versetzt.

Für das Pulver 2 der in Tabelle 1 aufgeführten Beispiele 5 bis 7 bzw. Vergleichbeispiel 3 wurde eine wässrige Dispersion ei- nes Copolymerisats mittels Emulsionspolymerisation von 90 Gew.-Teilen Vinylacetat, 10 Gew.-Teilen Ethylen und 0. 5 Gew.-Teile Acrylamidopropansulfonsäure, in Gegenwart von 3 Gew.-Teilen eines ethoxylierten und sulfatierten Fettalkohols, 0.4 Gew.-Teilen Diethylsulfosuccinal sowie 10 Gew.-Teilen Po- lymethacrylsäure hergestellt. Die Dispersion hatte einen Fest- gehalt von 50 Gew%. Vor dem Trocknen wurde der Festgehalt der Dispersion auf 38 Gew% eingestellt.

Die Trocknung wurde in einem Nubilosa-Sprühtrockner bei einer Eintrittstemperatur von 110°C und einer Austrittstemperatur von 80°C durchgeführt. Nach der Sprühtrocknung lag ein in Wasser redispergierbares Pulver vor (Pulvertype 2).

Für die Beispiele 5 bis 7 wurden die in Tabelle 1 angegebenen Mengen an wasserlöslichem Polymerpulver eingearbeitet.

Das Pulver für Vergleichsbeispiel 3 wurde ohne weitere Zusätze getestet.

Die Rieselfähigkeit beider Pulvertypen 1 und 2 war sehr gut und wurde in den Beispielen 1 bis 7 durch Zusatz der wasser- löslichen Polymerpulver noch deutlich verbessert.

Prüfung der Blockfestigkeit : Jeweils 100 g der Dispersionspulverzusammensetzungen der Bei- spiele bzw. Vergleichsbeispiele wurden in drei gleichen Por- tionen unter Klopfen mit einem Hammer (ca. 30 Hammerschläge zur Verdichtung des Materials) in ein Eisenrohr mit Verschrau- bung (Höhe : 100 mm, Durchmesser : 50 mm) eingefüllt. Danach wurde das eingefüllte Pulver mit einem Metallstempel (Gewicht 3 kg) mit Gradierung im mm-Abstand (Durchmesser 49 mm) bela- stet. Die Eindringtiefe des Metallstempels wurde an der Gra- dierung abgelesen. Die Meßapparatur wurde über 16 h bei 50° im Trockenschrank gehalten.

Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Eindringtiefe des Metallstempels nach Belastung abgelesen. Der Metallstempel wurde vorsichtig entfernt, der Schraubverschluß geöffnet und das mehr oder weniger verblockte Dispersionspulver in einen Plastikbecher gegeben. Bei stärker geblocktem Pulver wurde das Pulvermaterial vorsichtig mit dem Metallstempel aus dem Eisen- rohr herausgedrückt.

Der Blockgrad wurde durch Zerdrücken des Pulvers bestimmt.

Blockgrad 1 : Herausgedrückter Pulverzylinder kann sehr leicht zerteilt werden. Es entstehen wenige, sehr leicht zerteilbare Brocken.

Blockgrad 2 : Herausgedrückter Pulverzylinder kann leicht zer- teilt werden. Es entstehen viele kleine und größere Brocken, die leicht zerteilt werden können.

Blockgrad 3 : Herausgedrückter Pulverzylinder kann leicht zer- teilt werden. Es entstehen viele kleine und größere Brocken, die zerteilt werden können.

Blockgrad 4 : Herausgedrückter Pulverzylinder ist nur noch durch sehr starkes Drücken zerteilbar. Es bleiben viele kleine und größere harte Brocken erhalten.

Die Pulverzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 7 und der Ver- gleichsbeispiele 1 bis 4 sowie die zugehörigen Prüfergebnisse für die Blockfestigkeit sind in Tabelle 1 angegeben.

Die erfindungsgemäßen Antiblockmittel sind dabei bezüglich der damit erhaltenen Blockfestigkeit den herkömmlichen Antiblock- mitteln zumindest ebenbürtig.

Tabelle 1 : Beispiel Pulvertyp Antiblockmittel (Gew%) Blockgrad Vergl. Bsp. 1 1---4 Vergl. Bsp. 2 1 Calciumcarbonat1) (10 %) 2 Beispiel 1 1 Stärke2) (5 %) 2 Beispiel 2 1 Stärke2) (10 W) 1 Beispiel 3 1 Gelbdextrin3) (10 %-) 1 Beispiel 4 1 Gelatine (10 W) 2 Vergl. Bsp. 3 2---3 Beispiel 5 2 Gelatine45 (20 %) 1 Beispiel 6 2 Gelbdextrin3) (20 %) 1 Beispiel 7 2 Polyvinylalkohol 5) (20 %) 1 Vergl. Bsp. 4 2 Calciumcarbonat1) (20 %) 2 1) Übliches Antiblockmittel auf CaC03-Basis (SE-Super) 2) Wasserlösliches Stärkepulver (Aeromyl 33, Fa. Südstärke) 3) Wasserlösliches Gelbdextrinpulver (Avedex 35, Fa. Avebe) 4) Wasserlösliches Gelatinepulver (Gelita Sol E, Fa. Deutsche Gelatine-Fabriken) 5) Wasserlösliches Polyvinylalkoholpulver (Polyviol M05/140, Fa. Wacker-Chemie)