Verfahren zur Emulsionspolymerisation von Kautschuken auf Basis von Butadien oder anderen kautschukbildenden Dienen, bei dem ein Teil oder alle Monomeren während der Polymerisation zudosiert werden (sog. Zulauf-Verfahren), sind bekannt.

So beschreibt die DE-OS 34 47 585 Styrol/Butadien-Latices, deren Pfropfunterlage mindestens 86 Gew.-% Styrol und deren Pfropfauf- lage mindestens 62 Gew.-% Styrol enthält und die im Zulaufverfah- ren ggf. mit einem Polystyrol-Saatlatex hergestellt werden. Buta- dienreiche Latices offenbart diese Schrift nicht.

Die EP-A 387 855 lehrt ein Zulaufverfahren zur Herstellung von Polymerteilchen aus u. a. Styrol und Butadien, bei dem ein Saatla- tex einer gewichtsmittleren Molmasse Mw von nur 500 bis 10 000 verwendet wird. Die Vergleichsbeispiele enthalten zwar auch höhermolekulare Saatlatices, jedoch beträgt der Butadien-Anteil im Zulauf maximal 40 Gew.-%, d. h. auch diese Polymerteilchen sind arm an Butadien.

Die EP-A 814 103 offenbart ein Zulaufverfahren zur Herstellung von Polymerisatdispersionen aus u. a. Styrol und Butadien, bei dem ein Saat-Latex mit den Monomeren vermischt und emulgiert, und diese Emulsion dann dem aufgeheizten Polymerisationsreaktor zudo- soiert. Der Saat-Latex wird demnach nicht vorgelegt, sondern ist

im Zulauf enthalten, was zu einer unerwünscht breiten Teilchen- größenverteilung führt.

Die EP-A 276 894 lehrt Klebstoffzusammensetzungen aus Stärke und Styrol/Butadien-Latices. Die Latices werden im Zulaufverfahren mit einem Polystyrol-Saatlatex hergestellt und enthalten mehr als 60 Gew.-% Styrol, sind also butadienarm.

Die EP-A 792 891 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von La- tices auf Basis von konjugierten Dienen wie Butadien, bei dem ein Saatlatex, insbesondere aus Polystyrolteilchen von 10 bis 80 nm Durchmesser, vorgelegt wird. Man dosiert in Gegenwart eines Akti- vators (= Initiators) und eines Emulgators die Gesamtmenge der Monomeren derart hinzu, daß sich ein bestimmtes Verhältnis Poly- merisationsgeschwindigkeit/Monomer-Zugabegeschwindigkeit ein- stellt. Die Polymerisation wird erst beendet, wenn der Umsatz mindestens 95 % beträgt. Es wird demnach nur der Saatlatex vorge- legt, nicht jedoch ein Teil der Monomeren. In Vergleichsversuchen werden alle Monomeren zusammen mit dem Saatlatex vorgelegt (Batch = kein Zulauf).

Die EP-A 761 693 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Dienla- tices, bei dem ein gewisser Anteil der Reaktionsmischung vorge- legt wird, so daß ein bestimmter Füllgrad des Kessels erzielt wird, und der Rest der Reaktionsmischung unter kontrollierten Be- dingungen zulaufen gelassen wird. Mit diesem Verfahren können nur kleine Teilchen von 60 bis 120 nm Durchmesser erzeugt werden. Die dem Verfahren eigene verstärkte Ausnutzung des Gasraumes im Kes- sel zu Kühlzwecken führt zu verstärkter Koagulatbildung. AuBerdem ist die Polymerisationsdauer unökonomisch lang.

Die Latices bzw. Polymerpartikel des Standes der Technik haben folgende Nachteile : Sie sind arm an Butadien, oder es werden lange Polymerisationszeiten benötigt, um größere Teilchen herzu- stellen. AuBerdem weisen die Verfahren des Standes der Technik während der Polymerisationsreaktion große Mengen an nicht umge- setzten Monomeren auf (der sogenannte"Hold-up"), was ein Sicher- heitsrisiko bei Störungen sein kann (mangelnde Fahrsicherheit).

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzu- stellen, das die geschilderten Nachteile nicht aufweist. Insbe- sondere sollte ein Verfahren geschaffen werden, daß es ermögicht, dienreiche Kautschukteilchen mit Diengehalten > 80 Gew.-% und Teilchengrößen über 100 nm in kurzer Zeit herzustellen. Außerdem soll das Verfahren fahrsicher sein, indem der Anteil nicht umge- setzter Monomere (Hold-up) im Reaktor gering gehalten wird.

Demgemäß wurde das eingangs definierte Verfahren gefunden. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß man 1) eine Mischung M1 vorlegt, enthaltend, bezogen auf M1, Mla) 20 bis 100 Gew.-% des Wassers, welches zur Herstellung der Emulsion erforderlich ist (Emulsions-Wasser), und Mlb) 0,1 bis 100 Gew.-% des Emulgators, 2) zeitgleich oder danach eine Mischung M2 zufügt, enthaltend, bezogen auf M2, M2a) 90 bis 100 Gew.-% von einem oder mehreren Monomeren aus- gewählt aus Styrol, a-Methylstyrol, Butadien, n-Butyla- crylat, Methylmethacrylat und Acrylnitril, und M2b) 0 bis 10 Gew.-% von einem oder mehreren copolymerisier- baren Monomeren, wobei die Monomeren M2a) und M2b) entweder in polymerisierter Form als Saatlatex, oder in monomerer Form unter nachfolgen- der in-situ-Polymerisation zu einem Saatlatex, oder als Mischung aus polymerisierter und monomerer Form, zugefügt werden, und wobei das Saatlatex-Polymer eine gewichtsmittlere Molmasse über 20 000 aufweist, 3) danach die Polymerisation der erhaltenen Mischung in Gegen- wart des Polymerisationsinitiators bei Temperaturen von 5 bis 95°C startet, 4) zeitgleich oder danach eine Mischung M3 zufügt, enthaltend M3a) 0 bis 100 Gew.-%, bezogen auf B, der Comonomeren B, und M3b) 0 bis 25 Gew.-%, bezogen auf A, der Dienmonomeren A, 5) zeitgleich oder danach eine Mischung M4 zudosiert, enthaltend M4a) die restlichen 75 bis 100 Gew.-%, bezogen auf A, der Dienmonomeren A, und M4b) die restlichen 0 bis 100 Gew.-%, bezogen auf B, der Comonomeren B, und polymerisiert, und

6) danach die Polymerisation bei einem Umsatz über 90 und unter 95 %, bezogen auf die Summe der Monomeren, beendet, wobei man die restlichen 0 bis 80 Gew.-% des Emulsions-Wassers und die restlichen 0 bis 99,9 Gew.-% des Emulgators einzeln oder getrennt voneinander bei einem oder mehreren der Schritte 2) bis 5) zufügt.

AuBerdem wurden die nach dem Verfahren hergestellten Kautschuk- teilchen K, sowie deren eingangs genannten Verwendungen gefunden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kautschuk- teilchen K enthalten in polymerisierter Form A) 80 bis 100, bevorzugt 85 bis 100 Gew.-%, bezogen auf K, von einem oder mehreren konjugierten Dienmonomeren A, und B) 0 bis 20, bevorzugt 0 bis 15 Gew.-%, bezogen auf K, von einem oder mehreren monoethylenisch ungesättigten Comonomeren B, die mit den Dienmonomeren A zu Copolymeren copolymerisierbar sind.

Als Dienmonomere A kommen alle Diene mit konjugierten Doppelbin- dungen in Betracht, insbesondere Butadien, Isopren, Chloropren oder deren Mischungen. Besonders bevorzugt sind Butadien oder Isopren oder deren Mischungen. Ganz besonders bevorzugt verwendet man Butadien.

Als Comonomere B kommen alle monoethylenisch ungesättigten Mono- mere in Betracht, insbesondere vinylaromatische Monomere wie Styrol, Styrolderivate der allge- meinen Formel I in der R1 und R2 für Wasserstoff oder Cl-C8-Alkyl stehen und n gleich 0,1,2 oder 3 ; Methacrylnitril, ;

Acrylsäure, Methacrylsäure, weiterhin Dicarbonsäuren wie Malein- säure und Fumarsäure sowie deren Anhydride wie Maleinsäureanhy- drid ; Stickstoff-funktionelle Monomere wie Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Vinylimidazol, Vinylpyrrolidon, Vinyl- caprolactam, Vinylcarbazol, Vinylanilin, Acrylamid ; Cl-Clo-Alkylester der Acrylsäure wie Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, i-Propylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutyl-acry- lat, sek.-Butylacrylat, tert.-Butylacrylat, Ethylhexylacrylat, und die entsprechenden Cl-Clo-Alkylester der Methacrylsäure, sowie Hydroxyethylacrylat ; aromatische und araliphatische Ester der Acrylsäure und Meth- acrylsäure wie Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, 2-Phenylethylacrylat, 2-Phenylethylmethacry- lat, 2-Phenoxyethylacrylat und 2-Phenoxyethylmethacrylat ; N-substituierte Maleinimide wie N-Methyl-, N-Phenyl-und N-Cyclo- hexylmaleinimid ; ungesättigte Ether wie Vinylmethylether ; vernetzende Monomere, wie sie weiter unten bei den Comonomeren M2b) beschrieben werden ; sowie Mischungen dieser Monomeren.

Bevorzugt werden Styrol, a-Methylstyrol, p-Methylstyrol, t.-Bu- tylstyrol, n-Butylacrylat, Methylmethacrylat (MMA), Acrylnitril oder deren Mischungen als Comonomere B verwendet. Besonders bevorzugt sind Styrol, n-Butylacrylat, Methylmethacrylat, Acryl- nitril oder deren Mischungen. Insbesondere verwendet man Styrol.

In einer besonderen Ausführungsform verwendet man zur Herstellung der Kautschukteilchen K, bezogen auf K, A) 70 bis 99,9, bevorzugt 90 bis 99 Gew.-% Butadien, und B) 0,1 bis 30, bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% Styrol, Acrylnitril, MMA, n-Butylacrylat oder deren Mischungen.

Die Kautschukteilchen K werden nach dem Verfahren der Emulsions- polymerisation hergestellt. Dabei werden übliche Emulgatoren mit- verwendet, beispielsweise Alkalimetallsalze von Alkyl-oder Alkylarylsulfonsäuren, Alkylsulfate, Fettalkoholsulfonate, Salze

höherer Fettsäuren mit 10 bis 30 Kohlenstoffatomen, Sulfosucci- nate, Ethersulfonate oder Harzseifen. Vorzugsweise nimmt man die Alkalimetallsalze, insbesondere die Na-und K-Salze, von Alkyl- sulfonaten oder Fettsäuren mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen. Be- vorzugt werden als Emulgatoren die genannten Salze höherer Fett- säuren verwendet. Kalium-und Natriumstearat sind besonders be- vorzugt. Ebenso kann man Mischungen verschiedener Emulgatoren verwenden.

In der Regel werden die Emulgatoren in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, insbesondere von 0,2 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzten Monomeren A und B, eingesetzt. Besonders bevor- zugt sind Mengen von 0,2 bis 1 Gew.-%.

Zu den Polymerisationsinitiatoren ist folgendes zu sagen : zum Starten der Polymerisationsreaktion sind alle Radikalbildner ge- eignet, die bei der gewählten Reaktionstemperatur zerfallen, also sowohl solche, die allein thermisch zerfallen, als auch solche, die dies in Gegenwart eines Redox-Systems tun. Als Polymerisati- onsinitiatoren kommen vorzugsweise Radikalbildner, beispielsweise Peroxide wie bevorzugt Peroxosulfate (etwa Natrium-oder beson- ders bevorzugt Kaliumpersulfat) und Azoverbindungen wie Azodiiso- butyronitril in Betracht. Es können jedoch auch Redox-Systeme, insbesondere solche auf Basis von Hydroperoxiden wie Cumolhydro- peroxid, eingesetzt werden. Ebenso kann man Mischungen verschie- dener Initiatoren verwenden.

In der Regel werden die Polymerisationsinitiatoren in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Monomeren A und B, einge- setzt.

Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung der Dispersion soviel Wasser, daß die fertige Dispersion einen Feststoffgehalt von 30 bis 60, bevorzugt 40 bis 55 Gew.-% hat. Üblicherweise wird bei einem Wasser/Monomeren-Verhältnis von 2 : 1 bis 0,7 : 1 gearbeitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren enthält sechs Verfahrensschritte.

Im Schritt 1) legt man eine Mischung MI vor. Sie enthält, bezogen auf M1 Mla) 20 bis 100, bevorzugt 50 bis 100 Gew.-% des Wassers, welches zur Herstellung der Emulsion erforderlich ist (Emulsions-Was- ser), und Mlb) 0,1 bis 100, bevorzugt 15 bis 100 Gew.-% des Emulgators.

Die Mischung M1 kann demnach die Gesamtmenge oder nur einen Teil des Wassers enthalten, welches zur Herstellung der Emulsion er- forderlich ist (nachfolgend als Emulsions-Wasser bezeichnet).

Gleiches gilt sinngemäß für den Emulgator.

In Schritt 2) fügt man zeitgleich mit Schritt 1) oder danach eine Mischung M2 hinzu. Sie enthält, bezogen auf M2, M2a) 90 bis 100, bevorzugt 95 bis 100 Gew.-% von einem oder mehre- ren Monomeren ausgewählt aus Styrol, a-Methylstyrol, Butadien, n-Butylacrylat, MMA und Acrylnitril, und M2b) 0 bis 10, bevorzugt 0 bis 5 Gew.-% von einem oder mehreren copolymerisierbaren Monomeren.

Als Comonomere M2b) sind alle Monomere geeignet, die bereits für die Comonomeren B genant wurden, und außerdem vernetzende Monomere.

Vernetzende Monomere sind bi-oder polyfunktionelle Comonomere mit mindestens zwei olefinischen, nichtkonjugierten Doppelbindungen, beispielsweise Divinylester von Dicarbonsäuren wie der Bernstein- säure und Adipinsäure, Diallyl-und Divinylether bifunktioneller Alkohole wie des Ethylenglycols und des Butan-1,4-diols, Diester der Acrylsäure und Methacrylsäure mit den genannten bifunktio- nellen Alkoholen, 1,4-Divinylbenzol und Triallylcyanurat. Beson- ders bevorzugt sind der Acrylsäureester des Tricyclodecenyl- alkohols, der unter dem Namen Dihydrodicyclopentadienylacrylat bekannt ist, sowie die Allylester der Acrylsäure und der Meth- acrylsäure.

Falls vernetzende Monomere als Comonomere M2b) verwendet werden, beträgt ihr Anteil bevorzugt 0,01 bis 5, insbesondere 0,05 bis 3 Gew.-%, bezogen auf M2.

Die Monomeren M2a) und M2b) können entweder in polymerisierter Form, also als Saatlatex aus Polymerpartikeln plus Wasser M2c), oder in monomerer Form zugefügt werden. Falls sie in monomerer Form zugefügt werden, werden sie in Schritt 3) (Starten der Polymerisation) in situ zu einem Saatlatex polymerisiert, d. h. der Saatlatex wird in diesem Fall in situ vor oder während der Polymerisationsreaktion der Dienmonomeren A und der Comonomeren B gebildet oder es werden vor oder während der Polymerisationsreak- tion der Stufe 3) Teilchen gebildet, die als Wachstumskeime für die Emulsionspolymerisation dienen.

Die Monomeren M2a) und M2b) können auch als Mischung aus polyme- risierter und monomerer Form zugefügt werden, d. h. ein Teil von M2a) und M2b) ist bereits im polymerisierten Saatlatex eingebaut und der verbleibende Teil wird wie beschrieben in situ polymerisiert.

Bevorzugt sind die Polymere der Stufe 2) aufgebaut aus 95 bis 100 Gew.-% Styrol oder n-Butylacrylat und 0 bis 5 Gew.-% der genannten vernetzenden Monomere (also ein Saatlatex aus ver- netztem oder unvernetztem Polystyrol oder vernetztem oder unver- netztem Poly-n-butylacrylat). Polystyrol-Polymerpartikel sind be- sonders bevorzugt.

Erfindungsgemäß haben die Saatlatexpartikel eine gewichtsmittlere Molmasse Mwüber 20000, bestimmt durch GPC-Messung. Der Saatlatex enthält demnach keine niedermolekularen Polymere (Gewichts- mittel), sondern nur Polymerpartikel üblichen Molekulargewichts.

Bevorzugt haben die Saatlatexpartikel eine gewichtsmittlere Teilchengröße d50 von 10 bis 100, besonders bevorzugt 10 bis 80, insbesondere 20 bis 70 nm.

Danach startet man in Schritt 3) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Polymerisation der in Schritt 1) bis 2) erhaltenen Mischung in Gegenwart des Polymerisationsinitiators bei Temperaturen von 5 bis 95°C, bevorzugt 40 bis 95°C.

Die restlichen 0 bis 80 Gew.-% des Emulsions-Wassers und die restlichen 0 bis 99,9 Gew.-% des Emulgators werden einzeln oder getrennt voneinander bei einem oder mehreren der Schritte 2) bis 5) zugefügt.

Die-zuvor bereits beschriebenen-Polymerisationsinititatoren werden dem Reaktionsansatz beispielsweise diskontinuierlich als Gesamtmenge zu Beginn der Reaktion, oder aufgeteilt in mehrere Portionen absatzweise zu Beginn und zu einem oder mehreren späte- ren Zeitpunkten zugefügt, oder kontinuierlich während eines be- stimmten Zeitintervalls zugefügt. Die kontinuierliche Zugabe kann auch entlang eines Gradienten erfolgen, der z. B. auf-oder ab- steigend, linear oder exponentiell, oder auch stufenweise (Trep- penfunktion) sein kann.

Insbesondere kann man die Initiatoren schon bei Schritt 1) des Verfahrens zugeben oder erst bei Schritt 2) oder 3) oder 4) oder 5) zufügen. Ebenso kann man einen Teil der Initiatoren bei Schritt 1) und einem weiteren Teil bei Schritt 2) und/oder Schritt 3) und/oder 4) und/oder 5) zufügen. Bevorzugt wird ein

Teil des Initiators in Schritt 2) zugefügt und der restliche Teil in Schritt 3) des Verfahrens zudosiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Initiator in Schritt 1) und/oder 3) zugefügt und weiterer Initiator in Schritt 4) und/oder 5) in Form eines Dosierprogramms (definierte Dosie- rung) zugegeben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt 3) Initiator zugefügt, und während der Schritte 4) und 5) weiterer Initiator in Stufen oder kontinuierlich oder in Intervallen nach- dosiert.

Gleiches gilt sinngemäß für die Zugabeweise der Emulgatoren.

Bevorzugt wird ein Teil der Emulgatoren vorgelegt, und ein Teil mit dem restlichen Emulsions-Wasser zulaufen gelassen.

Ferner kann man Molekulargewichtsregler wie z. B. Ethylhexylthio- glycolat, n-oder t-Dodecylmercaptan oder andere Mercaptane, Terpinole und dimeres a-Methylstyrol oder andere, zur Regelung des Molekulargewichts geeigneten Verbindungen, mitverwenden. Die Molekulargewichtsregler werden dem Reaktionsansatz diskontinuier- lich oder kontinuierlich zugefügt, wie dies für die Initiatoren und Emulgatoren zuvor beschrieben wurde.

Zur Einhaltung eines konstant bleibenden pH-Wertes, der vorzugs- weise bei 7 bis 11, bevorzugt 8 bis 10 liegt, kann man Puffer- substanzen wie Na2HPO4/NaH2PO4, Natriumhydrogencarbonat/Natrium- carbonat oder Puffer auf Basis Citronensäure/Citrat, mit- verwenden. Auch andere Puffersysteme sind geeignet, sofern sie den pH-Wert im genannten Bereich halten. Regler und Puffer- substanzen werden in den üblichen Mengen eingesetzt, so daß sich nähere Angaben hierzu erübrigen.

In Schritt 4) fügt man zeitgleich mit Schritt 3) oder danach eine Mischung M3 hinzu. Sie enthält, M3a) 0 bis 100, bevorzugt 50 bis 100 und besonders bevorzugt 95 bis 100 Gew.-%, bezogen auf B, der Comonomeren B, und M3b) 0 bis 25, bevorzugt 0 bis 20 Gew.-%, bezogen auf A, der Dien- monomeren A.

Bevorzugt wird die Gesamtmenge der Comonomeren B in Schritt 4) zudosiert.

In Schritt 5) dosiert man zeitgleich mit Schritt 4) oder danach eine Mischung M4 hinzu, enthaltend M4a) die restlichen 75 bis 100, bevorzugt 80 bis 100 Gew.-%, bezogen auf A, der Dienmonomeren A, und M4b) die restlichen 0 bis 100, bevorzugt 0 bis 50 und besonders bevorzugt 0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf B, der Comonomeren B, und polymerisiert die Monomeren.

Wie bereits erwähnt, können Initiatoren und Emulgatoren auch in Schritt 5) zudosiert werden. Dies ist bevorzugt. Man kann die Mo- nomeren A und ggf. B, die Initiatoren und Emulgatoren gemeinsam als Mischung (ein Zulauf) zudosieren, oder-dies ist bevorzugt- getrennt voneinander als mehrere Zuläufe. Auch die Molekular- gewichtsregler werden bevorzugt als Zulauf zudosiert, entweder alleine oder in Mischung mit den zudosierten Monomeren und/oder Emulgatoren. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält ein Zu- lauf die Monomeren, ein weiterer Zulauf die Initiatoren und ein weiterer Zulauf die Emulgatoren.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden die Monomeren A und ggf. B, die Emulgatoren und ggf. die Regler gemeinsam mit einer Teilmenge des Emulsions-Wassers emulgiert und als Emulsion zudosiert. Die Herstellung dieser Emulsion kann beispielsweise in einem separaten Behälter erfolgen, oder auch kontinuierlich durch aktive oder passive Emulgiersysteme, z. B. Inline-Mischer, Sulzer- Mischer, Dispergiergeräte mit Rotor-Stator-Prinzip (z. B. Dispax@, Fa. IKA).

In einer anderen, besonders bevorzugten Ausführungsform enthält ein Zulauf eine Mischung aus Monomeren, Wasser, Molekular- gewichtsregler und Emulgatoren und ein weiterer Zulauf die In- itiatoren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden jeweils mehr als 50 Gew.-%, der Gesamtmenge der Initiatoren, der Gesamtmenge der Emulgatoren, und der Gesamtmenge der Molekulargewichtsregler nicht in Schritt 1) vorgelegt, sondern in Schritt 5) zudosiert.

Die Zudosierung kann mit konstanter Zugabenmenge, oder entlang eines Gradienten erfolgen, der z. B. auf-oder absteigend, linear, exponentiell oder stufenweise (Treppenfunktion) sein kann. Dies gilt z. B. für Monomere, Emulgatoren, Initiatoren und/oder Regler.

Insbesondere können bei mehr als einem Zulauf die jeweiligen Zu- dosierungen unterschiedlich lang andauern. Beispielsweise kann man den Zulauf von Monomeren und/oder Emulgatoren in kürzerer Zeit zudosieren als den Zulauf der Initiatoren. Dies ist bevor- zugt.

Bevorzugt dauert die Zudosierung der Monomeren A und ggf. B in Schritt 5) 1 bis 18, besonders bevorzugt 2 bis 16 und ins- besondere 4 bis 14 Stunden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Zudosierungsge- schwindigkeit der Monomeren A und B in Schritt 5) so gewählt, daß zu keinem Zeitpunkt der Polymerisatiosreaktion von A und B sich mehr als 50 Gew.-% der Gesamtmenge von monomerem A + B im Polyme- risationsreaktor befinden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Zudosie- rungsgeschwindigkeit der Monomere A und B in Schritt 5) so ge- wählt, daß sich bis zu einem Umsatz von 50 %, bezogen auf die Summe von A + B, weniger als 30 %, bezogen auf die Summe an nicht polymerisierten und polymerisierten Monomeren A + B, nicht poly- merisierte Monomere im Polymerisationsreaktor befinden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wählt man in an sich bekannter Weise die Polymerisationsbedingungen, ins- besondere die Art, die Menge und die Dosierung (Zugabeweise) des Emulgators derart, daß die gewichtsmittlere Teilchengröße d5o der Kautschukteilchen K 80 bis 800, bevorzugt 100 bis 400, besonders bevorzugt 110 bis 350 und insbesondere 120 bis 300 nm beträgt.

Im nachfolgenden Schritt 6) des Verfahrens beendet man die Polymerisation bei einem Umsatz von über 90 und unter 95 %, bezogen auf die Summe der Monomeren. Die Polymerisation wird also beendet, wenn für den Umsatz U gilt : 90 % < U < 95 %.

Das Beenden geschieht in üblicher Weise, z. B. durch Absenken der Reaktortemperatur oder Zugabe von inhibierenden Substanzen, wie z. B. Diethylhydroxylamin, oder durch Entfernen der nicht umge- setzten Monomeren etwa durch Entspannen des Reaktors oder durch eine Kombination dieser Abbruch-Methoden.

Bevorzugt wird während der einzelnen Verfahrensschritte ein Temperaturgradient eingestellt, z. B.

Schritt 4) : Starten bei 60 bis 80°C, Schritt 5) : während der Polymerisation Gradient bis auf 75 bis 95°C Maximaltemperatur, Schritt 6) : Beenden durch Abkühlen auf 50°C und/oder Entfernen der Monomeren.

Das Aufheizen und Abkühlen kann z. B. linear oder stufenweise, oder gemäß einer anderen Funktion erfolgen. Insbesondere kann das Aufheizen unter Ausnutzung der Reaktionswärme dem adiabatischen Reaktionsverlauf folgen.

Üblicherweise wird die Polymerisation der Kautschukteilchen K durch Wahl der Reaktionsbedingungen so geführt, daß Kautschuk- teilchen mit einem bestimmten Vernetzungszustand resultieren.

Als hierfür wesentliche Parameter sind beispielhaft anzuführen die Reaktionstemperatur und-dauer, das Verhältnis von Monomeren, Regler, Initiator und die Zulaufgeschwindigkeit und die Menge und der Zugabezeitpunkt von Regler und Initiator, sowie Art und Menge gegebenenfalls verwendeter vernetzender Monomeren.

Eine Methode zur Charakterisierung des Vernetzungszustandes von vernetzten Polymerteilchen ist die Messung des Quellungsindex QI, der ein Maß für die Quellbarkeit eines mehr oder weniger stark vernetzten Polymeren durch ein Lösemittel ist. Übliche Quellungs- mittel sind beispielsweise Methyletylketon oder Toluol. Üblicher- weise liegt der QI der erfindungsgemäßen Kautschukteilchen im Be- reich QI = 10 bis 60, bevorzugt bei 15 bis 55 und besonders bevorzugt bei 18 bis 50.

Eine andere Methode zur Charakterisierung des Vernetzungszustan- des ist die Messung von NMR-Relaxationszeiten der beweglichen Protonen, die sog. T2 Zeiten. Je stärker vernetzt ein bestimmtes Netzwerk ist, desto niedriger liegen seine T2-Zeiten. Übliche T2-Zeiten für die erfindungsgemäßen Kautschukteilchen sind T2-Zei- ten im Bereich 2,0 bis 4,5 ms, bevorzugt 2,5 bis 4,0 ms und be- sonders bevorzugt 2,5 bis 3,8 ms, gemessen an verfilmten Proben bei 80°C.

Ein weiteres Maß für die Charakterisierung der Kautschukteilchen und deren Vernetzungszustand ist der Gelgehalt, d. h. derjenige Produktanteil, der vernetzt und damit in einem bestimmten Löse- mittel nicht löslich ist. Sinnvollerweise wird der Gelgehalt im gleichen Lösemittel wie der Quellungsindex bestimmt. Übliche Gelgehalte der erfindungsgemäßen Kautschukteilchen liegen im Be-

reich 45 bis 90 %, bevorzugt 50 bis 85 % und besonders bevorzugt 55 bis 80 %.

Die Bestimmung des Quellungsindex geschieht beispielsweise nach folgendem Verfahren : ca. 0,2 g des Feststoffes einer durch Ver- dampfen des Wassers verfilmten Kautschukteilchendispersion werden in einer genügend großen Menge (z. B. 50 g) Toluol angequollen.

Nach z. B. 24 h wird das Toluol abgesaugt und die Probe ausgewo- gen. Nach Trocknen der Probe im Vakuum wird erneut ausgewogen.

Der Quellungsindex ist das Verhältnis der Auswaage nach dem Quel- lungsvorgang zu der Auswaage trocken nach der erneuten Trocknung.

Dementsprechend errechnet sich der Gelanteil aus dem Verhältnis der Trockenauswaage nach dem Quellschritt zur Einwaage vor dem Quellschritt (x 100 %) Die Bestimmung der T2-Zeit geschiegt durch Messen der NMR-Relaxa- tion einer entwässerten und verfilmten Probe der Kautschukteil- chendispersion. Hierzu wird beispielsweise die Probe nach Ablüf- ten über Nacht bei z, B. 60°C 3 h im Vakuum getrocknet und dann mit einem geeigneten Meßgerät, z. B. minispec-Gerät der Fa. Bruker, bei 80°C vermessen. Vergleichbar sind nur Proben, die nach der gleichen Methode vermessen wurden, da die Relaxation deutlich temperaturabhängig ist.

Man kann die Kautschukteilen K als solche verwenden, oder weitere Monomere aufpolymerisieren, insbesondere pfropfpolymerisieren.

Diese aufpolymerisierten Monomere bilden in der Regel eine Schale, welche die Kautschukteilchen K umschließt. Im Falle einer Pfropfpolymerisation wird sie als Pfropfschale oder-auflage be- zeichnet, wobei Pfropfpolymerisate entstehen.

Die Schale kann aus allen Monomeren aufgebaut sein, die sich radikalisch in Emulsion polymerisieren lassen.

Die Herstellung der Schale kann unter den gleichen Bedingungen wie die Herstellung der Kautschukteilchen K erfolgen, wobei man die Schale in einem oder mehreren Verfahrensschritten herstellen kann (ein-oder mehrstufige Pfropfung). Man kann auch mehr als zwei Schalen aufpolymerisieren, indem man die Monomeren ent- sprechend wechselt. Die Übergänge zwischen den Schalen (Stufen) können scharf oder verschmiert sein. Weitere Einzelheiten zur Herstellung der Pfropfpolymerisate sind in den DE-OS 12 60 135 und 31 49 358 beschrieben.

Nach Beendigung der Polymerisation-gleich ob mit oder ohne auf- polymerisierte Schale-liegen die Kautschukteilchen K in Wasser dispergiert vor. Diese Dispersion kann entweder als solche wei- terverarbeitet werden, oder man kann die Kautschukteilchen K von der wäßrigen Phase abtrennen. Diese Aufarbeitung erfolgt in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Sieben, Filtrieren, Dekantieren oder Zentrifugieren, wobei die Kautschukteilchen er- forderlichenfalls in üblicher Weise weiter getrocknet werden kön- nen, etwa durch Warmluft, Sprühtrocknung oder mittels eines Stromtrockners.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten partikel- förmigen Kautschukteilchen K können vielfältig verwendet werden.

Nur beispielhaft sei ihre Verwendung in nicht aufgearbeiteter Form als Dispersion für Anstrichstoffe (Dispersionsfarben) oder bei der Papierherstellung (Papierstreichmittel) sowie als Ober- flächenbeschichtung und zur Textilveredlung genannt. Ebenso kön- nen sie als Propfgrundlage zur Schlagzähmodifizierung von thermo- plastischen Formmassen verwendet werden.

Die Herstellung von thermoplastischen Formmassen, welche die Kautschukteilchen K enthalten, kann nach an sich bekannten Ver- fahren erfolgen, z. B. durch Einarbeiten der noch feuchten oder getrockneten Kautschukteilchen K in die Thermoplast-Matrix ober- halb des Schmelzpunktes der Matrix, insbesondere bei Temperaturen von 150 bis 350°C, in üblichen Mischvorrichtungen, wie Extrudern oder Knetern. Es ist auch möglich, die Dispersion der Kautschuk- teilchen K als solche direkt in den Thermoplasten einzuarbeiten, wobei das Dispersionswasser in üblicher Weise, etwa über Entga- sungseinrichtungen als Dampf, während der Einarbeitung entfernt wird.

Bei der Angabe der mittleren Teilchengröße d handelt es sich um das Gewichtsmittel der Teilchengröße, wie sie mittels einer analytischen Ultrazentrifuge entsprechend der Methode von W. Scholtan und H. Lange, Kolloid-Z. und Z.-Polymere 250 (1972) Seiten 782 bis 796, bestimmt wurden. Die Ultrazentrifugenmessung liefert die integrale Massenverteilung des Teilchendurchmessers einer Probe. Hieraus läßt sich entnehmen, wieviel Gewichtspro- zent der Teilchen einen Durchmesser gleich oder kleiner einer bestimmten Größe haben.

Der d1o-Wert gibt denjenigen Teilchendurchmesser an, bei dem 10 Gew.-% aller Teilchen einen kleineren und 90 Gew.-% einen größeren Durchmesser haben. Umgekehrt gilt für den dgo-Wert, daß 90 Gew.-% aller Teilchen einen kleineren und 10 Gew.-% einen größeren Durchmesser haben als derjenige Durchmesser, der dem

dgo-Wert entspricht. Der gewichtsmittlere Teilchendurchmesser d50 gibt denjenigen Teilchendurchmesser an, bei dem 50 Gew.-% aller Teilchen einen größeren und 50 Gew.-% einen kleineren Teilchen- durchmesser aufweisen. dlo-dso-und ds0-Wert charakterisieren die Breite Q der Teilchengrößenverteilung, wobei Q = (d9o-dlo)/d5o. Je kleiner Q ist, desto enger ist die Verteilung.

Beispiele : Der Anteil der im Reaktor befindlichen Monomeren, der bei einem bestimmten Umsatz noch nicht umgesetzt wurde, wird nachfolgend als Hold-up bezeichnet. Er ist bezogen auf die gesamte Monomer- menge, die bis zu dem betrachteten Zeitpunkt in den Reaktor gege- ben wurde.

Es wurde entiomisiertes Wasser verwendet.

Der verwendete Polystyrol-Saatlatex hatte eine mittlere Molmasse der Polystyrol-Partikel von über 100 000 gemessen mit GPC.

Beispiel 1 In einem Stahlautoklaven (120 1) wurden 50 kg Wasser, 0,189 kg Kaliumstearat, 150 g Natriumhydrogencarbonat (NaHC03) und 83 g Kaliumpersulafat (KPS) bei 63°C gelöst. Dann wurde die Temperatur auf 67°C erhöht. Innerhalb 35 min. wurde eine Mischung aus 8,658 kg Butadien und 3,367 kg Styrol in die Vorlage dosiert.

10 min nach Beginn der Dosierung wurden 160 g tert.-Dodecylmer- captan (TDM) in den Kessel dosiert.

Während der nachfolgenden Phasen der Polymerisation wurde die Temperatur schrittweise auf die Endtemperatur erhöht. 2 Stunden nach Beginn der Dosierung begann man, 36,8 kg Butadien innerhalb 10 h in den Reaktor zu dosieren (Zulauf 2). 6 h nach Zulauf 2-Be- ginn wurden weitere 160g TDM in den Reaktor gegeben. Eine Stunde nach Zulauf 2-Ende wurden erneut 160 g TDM hinzugefügt. Nach wei- teren 2 h wurde auf die Endtemperatur von 75°C erwärmt. Nach wei- teren 4 h wurde die Reaktion durch Abkühlen auf 50°C und Entspan- nen abgebrochen.

Der Umsatz betrug 93,8 % bei einem Feststoffgehalt von 46,9 % nach einer Gesamtzeit von 20 h ; die Teilchengröße d50 = 143 nm und der QI lag bei 33. Der Hold-up bei 50 % Umsatz betrug ca. 25 %.

Beispiel 2

In einem Stahlautoklaven (120 1) wurden 48,5 kg Wasser, 0,189 kg Kaliumstearat, 150 g NaHCO3 und 14 g KPS bei 63°C gelöst. Dann wurde die Temperatur auf 70°C erhöht. Innerhalb 35 min. wurde eine Mischung aus 8,658 kg Butadien und 3,367 kg Styrol in die Vorlage dosiert. 10 min nach Beginn der Dosierung wurden 160 g TDM in den Kessel dosiert.

2 Stunden nach Beginn der Dosierung wurde die Temperatur auf 75°C erhöht und nach einer weiteren Stunde begann man, 36,03 kg Butadien innerhalb 9 h in den Reaktor zu dosieren (Zulauf 2). 6 h nach Zulauf 2-Beginn wurden weitere 160g TDM in den Reaktor gege- ben. Direkt nach Zulauf 2-Ende werden erneut 160 g TDM hinzu- gefügt. Nach weiteren 4 h wurde die Reaktion durch Abkühlen auf 50°C und Entspannen abgebrochen.

Der Umsatz betrug 91,4 % bei einem Feststoffgehalt von 44,8 % nach einer Gesamtzeit von 16 h ; die Teilchengröße d50 = 153 nm und der QI lag bei 29. Der Hold-up bei 50 % Umsatz betrug ca. 20 %.

Beispiel 3 In einem Stahlautoklaven (120 1) wurden 46,3 kg Wasser, 0,150 kg Kaliumstearat, 150 g NaHC03 und 14 g KPS bei 70°C gelöst. Dann wurden 291 g eines Polystyrol-Saatlatex mit einer Teilchengröße von 29 nm und 33 % Feststoffgehalt hinzugefügt. Innerhalb 2,5 h wurde eine Mischung aus 8,637 kg Butadien und 3,359 kg Styrol und 120 g TDM in die Vorlage dosiert. Nach Zulaufende wurde die Temperatur auf 75°C erhöht.

30 min nach Ende des ersten Zulaufs wurden 35,987 kg Butadien und 360 g TDM innerhalb 9,5 h in den Reaktor dosiert (Zulauf 2). 1 Stunde nach Beginn des Zulauf 2 wurde begonnen, eine Mischung aus 130 g KPS und 4500 g Wasser innerhalb 8 h in den Reaktor zu do- sieren. 3 h nach Zulauf 2-Ende wurde die Reaktion durch Abkühlen auf 50°C und Entspannen abgebrochen.

Der Umsatz betrug 93 % bei einem Feststoffgehalt von 45,6 % nach einer Gesamtzeit von 16 h ; die Teilchengröße dso = 134 nm und der QI lag bei 23. Der Hold-up bei 50 % Umsatz betrug ca. %.

Beispiel 4 In einem Stahlautoklaven (120 1) wurden 30,61 kg Wasser, 0,050 kg Kaliumstearat, 257 g NaHC03 und 14 g KPS bei 70°C gelöst. Dann wurden 218 g eines Polystyrol-Saatlatex mit einer Teilchengröße

von 29 nm und 33 % Feststoffgehalt hinzugefügt. Innerhalb 35 min wurden 3,353 kg Styrol in die Vorlage dosiert.

Während der nachfolgenden Phasen der Polymerisation wurde die Temperatur schrittweise auf die Endtemperatur erhöht. 25 min nach Ende des ersten Zulaufs wurde eine Emulsion aus 100 g Kalium-- stearat, 15,745 kg Wasser, 44,546 kg Butadien und 479 g TDM in- nerhalb 9,5 h in den Reaktor dosiert (Zulauf 2). Gleichzeitig mit Zulauf 2 wurde begonnen, eine Mischung aus 130 g KPS und 4500 g Wasser innerhalb 10,5 h in den Reaktor zu dosieren. 7,5 h nach Zulauf 2-Beginn wurde auf die Endtemperatur von 80°C erwärmt. 6 h nach Zulauf 2-Ende wurde die Reaktion durch Abkühlen auf 50°C und Entspannen abgebrochen.

Der Umsatz betrug 94,4 % bei einem Feststoffgehalt von 46,5 % nach einer Gesamtzeit von 17 h ; die Teilchengröße (d5o)-175 nm und der QI lag bei 30. Der Hold-up bei 50 % Umsatz betrug ca.

10 %.

Beispiel 5 In einem Stahlautoklaven (120 1) wurden 30,6 kg Wasser, 0,050 kg Kaliumstearat, 254 g NaHC03 und 14 g KPS bei 70°C gelöst. Dann wurden 218 g eines Polystyrol-Saatlatex mit einer Teilchengröße von 29 nm und 33 % Feststoffgehalt hinzugefügt. Innerhalb 2,5 h wurde eine Mischung aus 8,62 kg Butadien, 3,35 kg Styrol und 120 g TDM in die Vorlage dosiert. 1 h nach Zulaufbeginn wurde begon- nen, innerhalb von 12,5 h eine Mischung aus 4500 g Wasser und 129 g KPS zulaufen zu lassen.

Nach Zulaufende der obigen Monomeren wurde während der nachfol- genden Phasen der Polymerisation wurde die Temperatur schritt- weise auf die Endtemperatur erhöht. 30 min nach Ende des ersten Zulaufs wurde eine Emulsion aus 35,924 kg Butadien, 100 g Kalium- stearat, 15,745 kg Wasser und 360 g TDM innerhalb 9,5 h in den Reaktor dosiert (Zulauf 2). Während des Zulaufs 2 wurde die Reaktorinnentemperatur schrittweise erhöht, bis 7,5 h nach Beginn des Zulaufs 2 eine Endtemperatur von 80°C erreicht war. 6 h nach Zulauf 2-Ende wurde die Reaktion durch Abkühlen auf 50°C und Ent- spannen abgebrochen.

Der Umsatz betrug 92 % bei einem Feststoffgehalt von 45,2 % nach einer Gesamtzeit von 19 h ; die Teilchengröße d50 = 204 nm und der QI lag bei 46. Der Hold-up bei 50 % Umsatz betrug ca. 20 %.

Beispiel 6

In einem Stahlautoklaven (120 1) wurden 30,6 kg Wasser, 0,015 kg Kaliumstearat, 257 g NaHCO3 und 29 g KPS bei 70°C gelöst. Dann wurden 218 g eines Polystyrol-Saatlatex mit einer Teilchengröße von 29 nm und 33 % Feststoffgehalt hinzugefügt. Innerhalb 35 min wurden 3,35 kg Styrol in die Vorlage dosiert.

25 min nach Ende des ersten Zulaufs wurde eine Emulsion aus 44,52 kg Butadien, 15,745 kg Wasser, 135 g Kalium-Stearat und 479 g TDM innerhalb 9,5 h in den Reaktor dosiert (Zulauf 2). Während des Zulaufs 2 wurde die Temperatur schrittweise erhöht, bis direkt nach dem Ende des Zulaufs 2 eine Endtemperatur von 80°C erreicht war. Gleichzeitig wurde begonnen, eine Mischung aus 144 g KPS und 4500 g Wasser innerhalb 15 h in den Reaktor zu dosieren. 12 h nach Zulauf 2-Ende wurde die Reaktion durch Abkühlen auf 50°C und Entspannen abgebrochen.

Der Umsatz betrug 91 % bei einem Feststoffgehalt von 44,6 % nach einer Gesamtzeit von 22,5 h ; die Teilchengröße dso = 251 nm und der QI lag bei 43. Der Hold-up bei 50 % Umsatz betrug ca. 29 %.