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CN105713129A - 聚乙酸乙烯酯乳胶 - Google Patents

聚乙酸乙烯酯乳胶 Download PDF

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CN105713129A
CN105713129A CN201510889284.9A CN201510889284A CN105713129A CN 105713129 A CN105713129 A CN 105713129A CN 201510889284 A CN201510889284 A CN 201510889284A CN 105713129 A CN105713129 A CN 105713129A
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J·C·勃林
K·贝沙
P·罗
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Rohm and Haas Co
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Rohm and Haas Co
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    • C08L31/02Homopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids
    • C08L31/04Homopolymers or copolymers of vinyl acetate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08F218/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid or of a haloformic acid
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    • C08F218/04Vinyl esters
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Abstract

本发明涉及用于制备乙酸乙烯酯聚合物的水性分散液的方法,其包含以下步骤:在链转移剂存在下,在乳液聚合条件下使乙酸乙烯酯聚合,所述链转移剂是次磷酸盐或X-R1-SH,其中R1是C1-C4烷基并且X是磺酸酯基、羟基、硫酸酯基、磷酸酯基、膦酸酯基、羧酸或其盐,或C1-C3烷基羧酸酯。所述方法提供在既定固体含量下降低乙酸乙烯酯聚合物的粘度的方法。

Description

聚乙酸乙烯酯乳胶
背景技术
本发明涉及聚乙酸乙烯酯乳胶组合物,更具体地说,涉及相对低粘度聚乙酸乙烯酯乳胶组合物。
历史上,含有聚乙酸乙烯酯的胶乳显示较高的过程中粘度(in-processviscosities),其对加工和制造造成极大挑战。无法降低过程中粘度通常迫使乳胶制造商使用极端搅拌,其可在设备中产生安全性问题,或减少聚合物固体,其增加不必要的装运和操作成本。此外,低固体含量胶乳限制乳胶之可销售性。因此,宜研发具有较高固体和/或较低粘度的聚乙酸乙烯酯胶乳。
发明内容
本发明是用于制备乙酸乙烯酯聚合物的水性分散液的方法,其包含以下步骤:在链转移剂存在下,在乳液聚合条件下使乙酸乙烯酯聚合,所述链转移剂是次磷酸盐或X-R1-SH,其中R1是C1-C4烷基并且X是磺酸酯基、羟基、硫酸酯基、磷酸酯基、膦酸酯基、羧酸或其盐,或C1-C3烷基羧酸酯。本发明的方法提供在既定固体含量下制备具有较低进料端粘度的乙酸乙烯酯均聚物和共聚物的方法。
具体实施方式
本发明是用于制备乙酸乙烯酯聚合物的水性分散液的方法,其包含以下步骤:在链转移剂存在下,在乳液聚合条件下使乙酸乙烯酯聚合,所述链转移剂是次磷酸盐或X-R1-SH,其中R1是C1-C4烷基并且X是磺酸酯基、羟基、硫酸酯基、磷酸酯基、膦酸酯基、羧酸或其盐,或C1-C3烷基羧酸酯。乙酸乙烯酯聚合物可以是均聚物或共聚物;因此,可在另一种单体存在下,通过均聚或共聚作用制备聚合物,所述另一种单体如丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸乙基己酯和甲基丙烯酸脲酯;分支链羧酸单体的乙烯基酯,包括叔碳酸乙烯酯;磷酸单体,如甲基丙烯酸磷酸乙酯、甲基丙烯酸磷酸丙酯和CH2=CH-CH2-(OCH2CH2)n(O)m-P(O)(OH)2,或其盐,其中n是1到5并且m是0或1;以及丙烯酰胺单体和磺酸单体以及其盐和其组合,包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐,和乙烯基磺酸或其盐。
优选的是,以全部单体的重量计,乙酸乙烯酯的浓度是40重量百分比、更优选50重量百分比并且最优选60重量百分比到优选95重量百分比并且更优选90重量百分比。
以全部单体的重量计,优选包括5、更优选8并且最优选10重量百分比到50、更优选40并且最优选35重量百分比范围内的浓度的低Tg丙烯酸烷酯(如丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸乙基己酯)作为聚合步骤中的共聚单体。
当使用磷酸单体时,以全部单体的重量计,其浓度优选在0.1、更优选0.2重量百分比到优选5、更优选3并且最优选2重量百分比范围内。优选磷酸单体是甲基丙烯酸磷酸乙酯(PEM),其特征在于下式:
其中R是H或
其中虚线表示到氧原子的连接点。
以全部单体的重量计,优选包括0.1、更优选0.5重量百分比到5、更优选3并且最优选2重量百分比范围内的浓度的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐或乙烯基磺酸或其盐(优选2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐)作为共聚单体。
以全部单体的重量计,还可以包括0.1、更优选0.2并且最优选0.5重量百分比到5、更优选3并且最优选2重量百分比范围内的浓度的甲基丙烯酸脲酯。
适合的链转移剂的实例包括钠和钾的次磷酸盐、β-巯基乙烷磺酸的钠盐和钾盐;γ-巯基丙酸以及其钠和钾盐;以及β-巯基乙醇。以单体的总重量计,优选使用0.01、更优选0.02并且最优选0.05重量百分比到优选2、更优选1并且最优选0.5重量百分比浓度的链转移剂。
已发现与通过不包括指定类别的链转移反应剂的方法制备的类似乙酸乙烯酯聚合物相比,通过本发明的方法制备的乙酸乙烯酯聚合物(PVA乳胶),优选乙酸乙烯酯共聚物的水性分散液在水相中呈现较低粘度。相信次磷酸和水可溶烷基硫醇可降低水可溶聚合物的重量平均分子量(Mw),其说明针对不使用指定类别的链转移剂的PVA胶乳所测量的在恒定固体含量(或在类似粘度下增加的固体含量)下降低的过程中乳胶粘度。降低乳胶配方中的粘度而不降低固体含量可提供水在乳胶配方中的更有效使用。
PVA乳胶适用作涂层组合物、粘着剂或建筑材料的粘结剂。对于涂层组合物,乳胶可与选自由以下组成的群组的一种或多种成分组合:颜料(如TiO2)、分散剂、消泡剂、表面活性剂、溶剂、其它粘合剂、增稠剂、填料、聚结剂、杀生物剂和着色剂。
缩写
缩写 名称
BA 丙烯酸丁酯
VA 乙酸乙烯酯
AMPS 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸
PEM 甲基丙烯酸磷酸乙酯
t-BHP 氢过氧化叔丁基
IAA 异抗坏血酸
UMA 甲基丙烯酸脲酯
EA 丙烯酸乙酯
MMA 甲基丙烯酸甲酯
MAA 甲基丙烯酸
NaPS 过硫酸钠
PS 粒度
实例
在以下实例中,用布鲁克海文90Plus粒度分析器(Brookhaven90PlusParticleSizeAnalyzer),在90°处使用动态光散射测量平均粒度。用布洛克菲尔德DV-IIPro粘度计(BrookfieldDV-IIProViscometer)或布洛克菲尔德LVTD粘度计(BrookfieldLVTDViscometer)测量粘度。
比较实例1-制备不含任何链转移剂的PVA共聚物
通过首先混合去离子水(2258g)、PEM(60%活性,230.85g)、NaOH(50%,151g)、迪斯邦尼尔FES-77表面活性剂(DisponilFES-77surfactant)(185.37g)、TERGITOLTM15-S-40表面活性剂(169.2g)和十二烷基苯磺酸(22.5%水溶液,220.35g),接着混合BA(1370.63g)、VA(9810.90g)和路博润AMPS2405(LubrizolAMPS2405)(259.7g)来制备单体乳液。
将去离子水(9386.8g)馈入配备有机械搅拌器、氮气层、温度计、冷凝器、加热套和温度控制器的5盖尔(19L)反应器中并且在N2下加热到71℃。向这一烧瓶中添加迪斯邦尼尔FES-32表面活性剂(DisponilFES-32surfactant)(250.08g)、TERGITOLTM15-S-40表面活性剂(169.2g)和七水合硫酸亚铁(0.36g)于水(20g)中的溶液。将含共馈料催化剂溶液t-BHP(37.1g)的水(222.6g)以及含共馈料活化剂溶液IAA(51.08g)和乙酸钠(35.67g)的水(482.18g)分别以1.44g/min和2.96g/min的速率供应到烧瓶中。两分钟之后,将单体乳液以64.78g/min的速率供应到烧瓶中。十分钟之后,单体乳液供应速率增加到129.55g/min并且控制反应温度处于71℃。在单体乳液添加完成之后,用去离子水(160g)冲洗单体乳液容器,并且共馈料溶液继续额外60分钟直到完成。在共馈料溶液完成之后,将t-BHP(12.36g)于水(74.21g)中的溶液和亚硫酸氢钠(15.38g)于水(161.56g)中的溶液分别以1.44g/min和2.95g/min供应到烧瓶中以减少残余单体。在所有馈料完成之后,将烧瓶冷却到室温。当烧瓶冷却到50℃时,向烧瓶中历时5分钟以10.49g/min添加NH3(52.46g,28%水溶液),接着冷却到40℃,接着历时5分钟以16.95g/min的速率添加KATHONTMLX杀菌剂(24.74g,1.5%)于水(60g)中的溶液。在冷却到室温之后,过滤内含物以移除凝胶。发现经过滤的分散液的固体含量是44.0%并且pH值是6。
实例1-制备PVA共聚物次磷酸钠链转移剂
通过首先混合去离子水(2258g)、次磷酸钠溶液(26.5g,45%水溶液)、甲基丙烯酸磷酸乙酯(60%活性,230.85g)、NaOH(50%,151g)、迪斯邦尼尔FES-77表面活性剂(185.37g)、TERGITOLTM15-S-40表面活性剂(169.2g)和十二烷基苯磺酸(22.5%水溶液,220.35g),接着混合BA(1255.21g)、VA(9810.90g)和路博润AMPS2405(259.7g)来制备单体乳液。
将去离子水(9160g)馈入配备有机械搅拌器、氮气层、温度计、冷凝器、加热套和温度控制器的5盖尔(19L)反应器中并且加热到71℃,同时用N2吹扫。向这一烧瓶中添加迪斯邦尼尔FES-32表面活性剂(250.08g)、TERGITOLTM15-S-40表面活性剂(169.2g)和七水合硫酸亚铁(0.36g)于水(20g)中的溶液。将含共馈料催化剂溶液t-BHP(37.1g)的水(449g)以及IAA(51.08g)和乙酸钠(35.67g)于水(482.18g)中的共馈料溶液分别以2.7g/min和2.96g/min的速率供应到烧瓶中。两分钟之后,将单体乳液以64.78g/min的速率供应到烧瓶中。十分钟之后,单体乳液供应速率增加到129.55g/min并且控制反应温度处于71℃。在开始单体乳液供应之后60分钟,将UMA(50%活性,230.84g)添加到单体乳液中。在单体乳液添加完成之后,用去离子水(160g)冲洗单体乳液容器,并且共馈料溶液继续额外60分钟直到完成。在共馈料溶液完成之后,将t-BHP(12.36g)于水(74.21g)中的溶液和亚硫酸氢钠(15.38g)于水(161.56g)中的溶液分别以1.44g/min和2.95g/min供应到烧瓶中以减少残余单体。在所有馈料完成之后,将烧瓶冷却到室温。当烧瓶冷却到50℃时,向烧瓶中历时5分钟以10.49g/min添加NH3(52.46g,28%水溶液)。将反应器冷却到40℃,接着历时5分钟以16.95g/min的速率添加KATHONTMLX杀菌剂(24.74g,1.5%)于水(60g)中的溶液。在反应器冷却到室温之后,过滤内含物以移除凝胶。发现经过滤的分散液的固体含量是44.3%并且pH值是6。
实例2-制备具有次磷酸钠链转移剂的PVA共聚物
通过首先混合去离子水(2258g)、次磷酸钠溶液(26.5g,45%水溶液)、PEM(60%活性,230.85g)、NaOH(50%,151g)、迪斯邦尼尔FES-77表面活性剂(185.37g)、TERGITOLTM15-S-40表面活性剂(169.2g)和十二烷基苯磺酸(22.5%水溶液,220.35g),接着混合BA(1255.21g)、VA(9810.90g)和路博润AMPS2405(259.7g)来制备单体乳液。
将去离子水(8100g)馈入配备有机械搅拌器、氮气层、温度计、冷凝器、加热套和温度控制器的5盖尔(19L)反应器中并且加热到71℃,同时用N2吹扫。向这一烧瓶中添加迪斯邦尼尔FES-32表面活性剂(250.08g)、TERGITOLTM15-S-40表面活性剂(169.2g)和七水合硫酸亚铁(0.36g)于水(20g)中的溶液。将含共馈料催化剂溶液t-BHP(37.1g)的水(449g)以及IAA(51.08g)和乙酸钠(35.67g)于水(482.18g)中的共馈料溶液分别以2.7g/min和2.96g/min的速率供应到烧瓶中。两分钟之后,将单体乳液以64.78g/min的速率供应到烧瓶中。十分钟之后,单体乳液供应速率增加到129.55g/min并且控制反应温度处于71℃。在单体乳液添加完成之后,用去离子水(160g)冲洗单体乳液容器,并且共馈料溶液继续额外60分钟直到完成。在共馈料溶液完成之后,将t-BHP(12.36g)于水(74.21g)中的溶液和亚硫酸氢钠(15.38g)于水(161.56g)中的溶液分别以1.44g/min和2.95g/min供应到烧瓶中以减少残余单体。在所有馈料完成之后,将烧瓶冷却到室温。当烧瓶冷却到50℃时,向烧瓶中历时5分钟以10.49g/min添加NH3(52.46g,28%水溶液)。将反应器冷却到40℃,接着历时5分钟以16.95g/min的速率添加KATHONTMLX杀菌剂(24.74g,1.5%)于水(60g)中的溶液。在反应器冷却到室温之后,过滤内含物以移除凝胶。发现经过滤的分散液的固体含量是46.1%并且pH值是6。
表1说明在聚合反应温度下,固体含量与单体乳液馈料粘度(EOF)端值之间的关系。C1是指比较实例1,并且1和2分别是指实例1和实例2。PS是指胶乳粒子的粒度;EOF是指馈料粘度的端值(厘泊(cP))并且是使用布洛克菲尔德DV-IIPro粘度计测量。
表1-次磷酸钠CTA对PVA乳胶共聚物粘度的作用
表1展示添加少量次磷酸钠可引起相同固体含量下EOF的显著降低和大致相同的粒度,以及甚至EOF降低10%和显著改良的固体含量(46.1%对比44%固体)。
还在具有和不具有次磷酸钠(NaH2PO3)的情况下评估含有VA、BA和AMPS结构单元,但不含PEM结构单元的PVA乳胶,如表2中展示。比较实例2可通过如关于比较实例1所描述的常规方法制备。
表2-次磷酸钠CTA对PVA乳胶共聚物粘度的作用
实例编号 固体(%) PS(nm) NaH2PO3(%) EOF(cP) 组成
C2 56.2 223 0 22800 65.4VA/34BA/0.6AMPS
3 56.4 218 0.1 9400 65.4VA/34BA/0.6AMPS
表2说明观察到不含磷酸功能的PVA乳胶共聚物在恒定固体含量下的粘度降低。
比较实例3-制备不含链转移剂的VA共聚物
通过首先混合去离子水(368.8g)、PEM(60%活性,8.53g)、NaOH(50%,5.29g)、TERGITOLTM15-S-9表面活性剂(陶氏化学公司或其附属公司(TheDowChemicalCompanyorItsAffiliates)的商标,17.1g)、迪斯邦尼尔FES-77表面活性剂(27.38g)、TERGITOLTM15-S-40表面活性剂(49.93g)和十二烷基苯磺酸(22.5%水溶液,32.55g),接着混合BA(570.15g)、VA(1116.78g)和Na-AMPS(19.1g)来制备单体乳液。
将去离子水(900g)馈入配备有机械搅拌器、氮气层、温度计、冷凝器、加热套和温度控制器的5L4颈圆底烧瓶中并且加热到71℃,同时用N2吹扫。向这一烧瓶中添加七水合亚硫酸钠溶液(0.1%于水中,18g)、氮基三乙酸(0.1%于水中,15g)和EA/MMA/MAA预成形品种(52/47/1,40nm粒度,103.83g)。将含共馈料催化剂(t-BHP,1.51g)和NaPS(2.27g)的水(49.5g)以及含共馈料活化剂(IAA,2.26g)和NaOH(1.02g,50%水溶液)的水(50g)以0.34g/min的速率供应到烧瓶中。五分钟之后,将单体乳液以9.6g/min的速率供应到烧瓶中。十五分钟之后,单体乳液供应速率增加到19.2g/min并且控制反应温度处于71℃。在单体乳液添加完成之后,用去离子水(40g)冲洗单体乳液容器,并且共馈料溶液供应速率降低到0.25g/min。再继续供应45分钟直到完成。将t-BHP(0.48g)和H2O2(8.25g)于水(42g)中的溶液以及IAA(5.12g)和NaOH(2.3g,50%水溶液)于水(42g)中的溶液以0.85g/min分别供应到烧瓶中以减少残余单体。在所有馈料添加完成之后,将烧瓶冷却到室温。当烧瓶温度达到50℃时,向烧瓶中逐滴添加NH3(2.9g,28%水溶液)于水(8g)中的溶液。将烧瓶冷却到45℃,接着逐滴添加ROCIMATMBT2S杀菌剂(陶氏化学公司或其附属公司的商标,1.87g,19.3%水溶液)于水(10g)中的溶液和KORDEKTMLX5000杀菌剂溶液(陶氏化学公司或其附属公司的商标,50%,于10g水中)。在烧瓶冷却到室温之后,过滤内含物以移除凝胶。发现经过滤的分散液的固体含量是51.42%并且pH值是6。
除了单体乳液中包含表3中所描述的量的链转移剂以外,实质上如关于比较实例3所描述来进行实例4-8和比较实例4-6。比较实例4-6展示不属于本发明的范围内的链转移剂的实例。
表3-不同类型的CTA对PVA共聚物乳胶粘度的作用
资料展示本发明的范围内的使用CTA制备的PVA乳胶共聚物与不含CTA(比较实例3)或正十二烷基硫醇(比较实例4)或氯乙酸,钠盐(比较实例5)或溴乙酸的类似共聚物相比,呈现较低并且在一些情况下,显著较低的馈料粘度端值。

Claims (9)

1.一种用于制备乙酸乙烯酯聚合物的水性分散液的方法,其包含以下步骤:在链转移剂存在下,在乳液聚合条件下使乙酸乙烯酯聚合,所述链转移剂是次磷酸盐或X-R1-SH,其中R1是C1-C4烷基并且X是磺酸酯基、羟基、硫酸酯基、磷酸酯基、膦酸酯基、羧酸或其盐,或C1-C3烷基羧酸酯。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述乙酸乙烯酯聚合物是通过乙酸乙烯酯与至少一种其它单体的共聚作用制备的共聚物,所述至少一种其它单体是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、磷酸单体、丙烯酰胺、磺酸酯单体、分支链羧酸单体的乙烯基酯或其组合,其中以全部单体的重量计,所述链转移剂的浓度是0.01到1重量百分比。
3.根据权利要求2所述的方法,其中以全部单体的重量计,所述共聚物是通过包含50到95重量百分比乙酸乙烯酯和5到50百分比丙烯酸丁酯的单体的共聚作用制备。
4.根据权利要求2所述的方法,其中所述共聚物是通过单体的共聚作用制备,以全部单体的重量计,所述单体包含50到90重量百分比乙酸乙烯酯、5到40重量百分比丙烯酸丁酯、0.2到3重量百分比甲基丙烯酸磷酸乙酯和0.1到3重量百分比2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐,其中所述链转移剂是次磷酸钠、巯基乙烷磺酸酯、巯基丙酸或其盐、巯基乙醇或巯基丙酸甲酯。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述链转移剂是次磷酸钠。
6.根据权利要求4所述的方法,其中所述链转移剂是巯基乙烷磺酸酯、巯基丙酸或其盐、巯基乙醇或巯基丙酸甲酯。
7.根据权利要求5所述的方法,以全部单体的重量计,其进一步包含0.2到2重量百分比甲基丙烯酸脲酯。
8.根据权利要求2所述的方法,其中所述共聚物是通过单体的共聚作用制备,以全部单体的重量计,所述单体包含50到90重量百分比乙酸乙烯酯、5到40重量百分比丙烯酸丁酯和0.1到2重量百分比2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐或乙烯基磺酸钠,其中所述链转移剂是次磷酸钠。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的方法,其进一步包括组合所述乙酸乙烯酯聚合物与一种或多种选自由以下组成的群组的成分的步骤:颜料、分散剂、消泡剂、表面活性剂、溶剂、其它粘合剂、增稠剂、填料、聚结剂、杀生物剂和着色剂。
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