Primärdispersionen und Emulsionspolymerisation

Die Emulsionspolymerisation

Zutaten sind Monomere, ein Emulgator, ein Initiator und Wasser. Die Monomeren polymerisieren im Wasser zu feinen Polymerteilchen — es entsteht eine Primärdispersion (auch Latex genannt, siehe L-72). Der Festkörper solcher Dispersionen liegt oft bei etwa 40 bis 55 %. Primärdispersionen brauchen keine Neutralisation von Carboxylgruppen — die Stabilisierung erfolgt über adsorbierte Emulgatoren, nicht über eingebaute Säuregruppen. Viele Dispersionen enthalten dennoch etwas einpolymerisierte Acryl- oder Methacrylsäure; deren Carboxylgruppen an der Teilchenoberfläche werden mit Ammoniak auf pH 8–9 neutralisiert, was die Stabilität zusätzlich erhöht — daher der typische Ammoniakgeruch, zu dem auch Reste des häufig eingesetzten Initiators Ammoniumperoxodisulfat beitragen.

Emulgatoren und Schutzkolloide

Die feinen Teilchen müssen stabilisiert werden, sonst koagulieren sie. Das geschieht elektrostatisch durch anionische Emulgatoren (Tenside) und sterisch durch Schutzkolloide wie Polyvinylalkohol oder Celluloseether (siehe L-50, L-51). Emulgatorreste können später die Wasserfestigkeit des Films mindern; man hält ihren Anteil deshalb möglichst niedrig.

Ein- oder mehrstufig, Kern-Schale

Einstufig entstehen homogene Teilchen. Stufenweise lässt sich eine Kern-Schale-Morphologie aufbauen — etwa ein harter Kern mit weicher Schale. So verbindet man scheinbar gegensätzliche Eigenschaften wie Härte und gute Filmbildung in einem Teilchen. Die Morphologie steuert man über die Reihenfolge der Monomerzugabe.

Metastabil und koagulierbar

Primärdispersionen sind nur metastabil. Starke Scherung, Frost, mehrwertige Kationen (Salze) oder eine pH-Änderung können die Teilchen zur Koagulation bringen — dann fällt das Bindemittel unwiederbringlich aus. Deshalb sollten Dispersionen möglichst frostfrei gelagert werden; wie empfindlich eine Dispersion auf Frost reagiert, hängt vom konkreten System und von der Zahl der Frost-/Auftauzyklen ab.

Der große Vorteil

Die Viskosität einer Dispersion hängt nicht an der Molmasse des Polymers, sondern an Teilchengröße und -verteilung. Deshalb lassen sich sehr hohe Molmassen bei niedriger Viskosität erreichen — das ergibt harte, beständige Filme aus einem dünnflüssigen Lack. Das ist der Kernvorteil wässriger Primärdispersionen. Ein Styrol-Acrylat für Fassadenfarbe hat eine Molmasse von mehreren Millionen g/mol — dieselbe Polymermenge echt gelöst wäre ein unverarbeitbares Gel; als Dispersion bleibt sie spritzbar und gut verarbeitbar.

Merksatz