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CN1878796A - 含磺基琥珀酸酯的聚合物分散体 - Google Patents

含磺基琥珀酸酯的聚合物分散体 Download PDF

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CN1878796A CNA2004800332410A CN200480033241A CN1878796A CN 1878796 A CN1878796 A CN 1878796A CN A2004800332410 A CNA2004800332410 A CN A2004800332410A CN 200480033241 A CN200480033241 A CN 200480033241A CN 1878796 A CN1878796 A CN 1878796A
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Abstract

本发明涉及一种改进含水溶性离子化合物的聚合物水分散体的工业应用特性的方法,其特征在于从所述聚合物分散体中除去至少50mol%的水溶性离子化合物,然后在磺化二羧酸中加入至少一种单烷基酯或二烷基酯盐。

Description

含磺基琥珀酸酯的聚合物分散体
本发明涉及一种改进包含水溶性离子化合物的聚合物水分散体的操作性能的方法,其包括从聚合物分散体中除去至少50mol%的水溶性离子化合物,然后加入至少一种磺化二羧酸的单烷基酯或二烷基酯的盐。
自粘性制品如标签或保护膜被经常使用并且也用于户外领域。
在户外领域中,自粘性制品暴露于湿气的影响下。
水对粘性膜的作用导致不希望的浑浊,称为水发白。
已知这种浑浊可归因于在粘膜中存在水溶性离子化合物。
因此EP-A-571 069建议通过用离子交换树脂处理而从聚合物分散体中除去这些离子化合物。
虽然所得聚合物分散体因而具有改进水发白性能,但它们的其它操作性能受到损害。尤其是在常规基质如聚合物膜或有机硅纸上它们具有差的润湿性,并且几乎不能在这些基质上仍均匀施用并成膜。
将磺基琥珀酸的酯用作乳化剂或润湿剂由EP-A-1 006 106已知。
本发明的目的是表现出改进的水发白性能并在宽范围的基质上具有良好的润湿性以及良好的操作性能的聚合物分散体。
因此本发明提供了开头所定义的方法、由所述方法得到的聚合物分散体以及聚合物分散体的用途。
用于本发明方法的聚合物可优选通过烯属不饱和化合物(单体)的自由基加成聚合而得到。
聚合物尤其是由至少60重量%,优选至少80重量%,更优选至少90重量%的所谓的主单体组成。
主单体选自(甲基)丙烯酸C1-C20烷基酯、含至多20个碳原子的羧酸的乙烯基酯,具有至多20个碳原子的乙烯基芳族化合物、烯属不饱和腈、乙烯基卤化物、含1-10个碳原子的醇的乙烯基醚、具有2-8个碳原子以及一个或两个双键的脂族烃或这些单体的混合物。
实例包括具有C1-C10烷基的(甲基)丙烯酸烷基酯如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己基酯。
特别地,也合适的是(甲基)丙烯酸烷基酯的混合物。
具有1-20个碳原子的羧酸的乙烯基酯例如为月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、Versatic酸乙烯酯和乙酸乙烯酯。
合适的乙烯基芳族化合物包括乙烯基甲苯、a-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、a-丁基苯乙烯、4-正丁基苯乙烯、4-正癸基苯乙烯、并且优选苯乙烯。腈的实例为丙烯腈和甲基丙烯腈。
乙烯基卤化物为氯、氟或溴取代的烯属不饱和化合物,优选氯乙烯和亚乙烯基二氯。
乙烯基醚例如包括乙烯基·甲基醚或乙烯基·异丁基醚。优选含1-4个碳原子的醇的乙烯基醚。
可以提及的具有4-8个碳原子和两个烯属双键的烃包括丁二烯、异戊二烯和氯丁二烯。
优选的主单体为丙烯酸C1-C10烷基酯和甲基丙烯酸C1-C10烷基酯,尤其是丙烯酸C1-C8烷基酯和甲基丙烯酸C1-C8烷基酯以及乙烯基芳族化合物,尤其是苯乙烯及其混合物。
非常特别优选丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸2-乙基己基酯、苯乙烯以及这些单体的混合物。
除主单体之外,聚合物可以包括其它单体,实例为具有羧酸、磺酸或膦酸基团的单体。优选羧酸基团。可以提及的实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸或富马酸。
其它单体的实例包括含羟基的单体,尤其是(甲基)丙烯酸C1-C10羟烷基酯和(甲基)丙烯酰胺。
可以提及的另外的其它单体包括苯氧基乙基乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯以及氨基(甲基)丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸2-氨乙基酯。
作为其它单体还可以提及的是交联单体。
特别地,聚合物由至少60重量%,更优选至少80重量%,非常优选至少95重量%的(甲基)丙烯酸C1-C20烷基酯合成。
在一个优选实施方案中,通过乳液聚合进行聚合物的制备,因此聚合物为乳液聚合物。
将离子型乳化剂和/或非离子乳化剂和/或保护胶体和/或稳定剂作为表面活性化合物用于乳液聚合。
合适的保护胶体的详细描述在Houben-Weyl,Methoden derorganischen Chemie,第XIV/1卷,Makromolekulare Stoffe[大分子化合物],Georg-Thieme-Verlag,Stuttgart,1961,第411-420页中找到。合适的乳化剂包括阴离子、阳离子和非离子乳化剂。优选仅将乳化剂用作伴随的表面活性物质,与保护胶体不同的是其分子量通常小于2000g/mol。当使用表面活性物质的混合物时,各个组分当然必须互相相容,如果不确定的话可借助一些初步试验而检测。优选将阴离子乳化剂和非离子乳化剂用作表面活性剂。普通的伴随乳化剂例如为乙氧基化脂肪醇(EO单元:3-50,烷基:C8-C36),乙氧基化单-、二-和三烷基酚(EO单元:3-50,烷基:C4-C9),磺基琥珀酸二烷基酯的碱金属盐以及烷基硫酸酯(烷基:C8-C12)的碱金属盐和铵盐、乙氧基化链烷醇(EO单元:4-30,烷基:C12-C18)的碱金属盐和铵盐、乙氧基化烷基酚(EO单元:3-50,烷基:C4-C9)的碱金属盐和铵盐、烷基磺酸(烷基:C12-C18)的碱金属盐和铵盐和烷基芳基磺酸(烷基:C9-C18)的碱金属盐和铵盐。
其它合适的乳化剂为通式II的化合物:
其中R5和R6为氢或C4-C14烷基并且不同时为氢,X和Y可以为碱金属离子和/或铵离子。优选R5和R6为具有6-18个碳原子的线性或支化烷基或氢,尤其具有6、12和16个碳原子并且R5和R6不同时为氢。X和Y优选为钠、钾或铵离子,特别优选钠。特别有利的化合物为其中X和Y为钠,R5为具有12个碳原子的支化烷基且R6为氢或R5的化合物II。经常使用的是含有比例为50-90重量%的单烷基化产品的工业级混合物,实例为Dowfax2A1(Dow Chemical Company的商标)。
合适的乳化剂也在Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie,第14/1卷,Makromolekulare Stoffe[大分子化合物],Georg Thieme Verlag,Stuttgart,1961,第192-208页中找到。
乳化剂商品名的实例包括Dowfax2A1、EmulanNP 50、DextrolOC 50、Emulgator 825、Emulgator 825S、EmulanOG、TexaponNSO、Nekanil904S、LumitenI-RA、LumitenE 3065、DisponilFES 77、LutensolAT 18、Steinapol VSL和Emulphor NPS 25。
对于本发明,优选离子型乳化剂或保护胶体。特别优选所述化合物为离子型乳化剂,尤其是盐和酸如羧酸、磺酸、硫酸盐、磺酸盐或羧酸盐。尤其也可以使用离子和非离子乳化剂的混合物。
每100重量份待聚合单体通常使用0.1-10重量份,优选0.2-5重量份的表面活性物质。
乳液聚合用水溶性引发剂例如为过二硫酸的铵盐和碱金属盐如过二硫酸钠,过氧化氢或有机过氧化物如过氧化氢叔丁基。
也合适的是所谓氧化-还原(Red-Ox)引发剂体系。
Red-ox引发剂体系由至少一种通常为无机还原剂以及一种有机或无机氧化剂组成。
氧化组分例如包括用于乳液聚合的已提及的上述引发剂。
还原组分例如包括亚硫酸的碱金属盐如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠,焦亚硫酸的碱金属盐如焦亚硫酸钠,脂族醛和酮的亚硫酸氢盐加合物如亚硫酸丙酮(acetone bisulfite)或还原剂如羟基甲烷亚磺酸及其盐或抗坏血酸。Red-ox引发剂体系可以与可溶性金属化合物一起使用,其金属组分可以以多种价态存在。
常规的red-ox引发剂体系例如为抗坏血酸/硫酸亚铁(II)/过二硫酸钠、过氧化氢叔丁基/焦亚硫酸钠、过氧化氢叔丁基/羟基甲烷亚磺酸钠。各个组分例如还原组分也可以是混合物,实例为羟基甲烷亚磺酸的钠盐和焦亚硫酸钠的混合物。
所述化合物通常以水溶液的形式使用,较低浓度由分散体中可接受的水的量决定,较高浓度由各个化合物在水中的溶解度决定。通常基于溶液,浓度为0.1-30重量%,优选0.5-20重量%,更优选1.0-10重量%。
基于待聚合单体,引发剂的量通常为0.1-10重量%,优选0.5-5重量%。也可以在乳液聚合中使用两种或更多种不同的引发剂。
对于聚合还可以使用调节剂以降低摩尔质量,其用量例如为每100重量份待聚合单体使用0-0.8重量份。合适的化合物的实例为具有硫羟基的那些化合物如叔丁基硫醇、巯基乙酸乙基丙烯酸酯(Thioglycolic acidethylacrylic ester)、巯基乙炔醇(mercaptoethynol)、巯基丙基三甲氧基硅烷或叔十二烷基硫醇。
乳液聚合通常在30-130℃,优选50-90℃下进行。聚合介质可以仅由水构成或由水和水溶混性液体如甲醇的混合物构成。优选仅使用水。乳液聚合可以以分批操作或以包括分步或梯度程序在内的汇流方法(feed process)进行。优选这样的汇流方法,其中首先引入一部分聚合混合物作为起始进料,将其加热至聚合温度并部分聚合,然后在保持聚合的同时,将剩余聚合混合物供入聚合区域中,通常经由两股或更多股空间上分开的进料以连续、分步或经浓度梯度的方式加入,其中一股或多股所述进料包含纯的或呈乳化形式的单体。在聚合中,如为了更有效的调节粒度,在起始进料中也可以包括聚合物种。
在自由基水乳液聚合过程中,将引发剂加入聚合容器中的方式对本领域普通熟练人员是已知的。它可以完全包括在供入聚合容器中的起始进料中或根据其在自由基水乳液聚合中的消耗速率连续或分步加入。对于任何情况,这同时取决于引发剂体系的化学性质和聚合温度。优选在起始进料中包括它的一部分,并以其消耗速率将剩余部分供入聚合区域。
为了去除残留单体,通常甚至在乳液聚合完全结束后,即在单体转化率至少95%后,加入引发剂。
对于汇流方法,可以从上面、从侧部或通过反应器底从下面将各个组分加入反应器中。
对于乳液聚合,通常得到固体含量为15-75重量%,优选40-75重量%的聚合物水分散体。
所得聚合物分散体包括水溶性离子化合物。
这种化合物例如为离子型乳化剂、引发剂体系的离子组分或在进行乳液聚合时形成的其它离子性次级产物。
水溶性是指离子化合物在1升水中的溶解度至少为200g(21℃,1巴)。
聚合物分散体尤其可以包括至多5重量份水溶性离子化合物/100重量份分散的聚合物。量通常为至少0.3重量份。
水溶性离子化合物的量通常为0.5-4重量份,更优选1-3重量份/100重量份聚合物。
在本发明方法的情况下,将至少50mol%,优选至少70mol%,更优选至少90mol%的水溶性离子化合物从聚合物分散体中去除。
从水中除去水溶性离子化合物的方法是已知的。
一种合适的方法例如为描述于EP-A-571 069中的方法。根据那种方法,用离子交换树脂处理聚合物水分散体。优选使用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合物,以同时捕捉两种离子。
其它合适方法的实例为渗析法。在渗析中,通过半透膜保留了聚合物颗粒,而水溶性离子化合物通过膜扩散。连续供入水以维持浓度梯度。
渗析装置可市购。
在同样适于除去离子化合物的渗滤(diafiltration)中,水在过压下穿过分散体。在穿过分散颗粒不能透过的膜之后,除去了含有水溶性离子化合物的水。
对于本发明方法,在除去水溶性离子化合物后,加入亚磺化二羧酸的单烷基酯或二烷基酯的盐。
二羧酸优选为具有4-8个碳原子的二羧酸,尤其是琥珀酸(HOOC-CH2-CH2-COOH)。二羧酸是磺化的,即被至少一个,优选一个磺酸基取代的羧酸。
将一个或两个羧酸基用链烷醇酯化,以存在单烷基酯或二烷基酯。所述烷基含有优选2-20个,更优选4-16个,非常优选4-12个碳原子。
优选二烷基酯。
特别优选二C4-C12烷基酯如二辛酯或二2-乙基己基酯。
优选盐的阳离子为碱金属阳离子或铵阳离子。因此,a)尤其为磺化琥珀酸二烷基酯的碱金属盐或铵盐。
作为特别优选的化合物,可以提及磺基琥珀酸二(2-乙基己基)酯钠或对应的钾或铵化合物。
单烷基酯或二烷基酯的盐例如可以水溶液存在。
可以将盐或盐溶液简单地加入聚合物分散体中并例如通过搅拌而分散。
盐的量优选为0.01-10重量份/100重量份分散的聚合物。
盐的量尤其优选为至少0.1重量份、更优选至少0.3重量份、非常优选至少0.5重量份或至少0.7重量份/100重量份聚合物。盐的量一般不大于5重量份,更优选不大于3重量份/100重量份聚合物。
这样得到的聚合物分散体是在储存中稳定。当它们用作涂料时,表现出改进的水发白性能。暴露在湿气下,也不再观察到浑浊或几乎没有观察到,尽管事实是分散体又包括单烷基羧酸盐或二烷基羧酸盐形式的水溶性离子化合物。
聚合物分散体易于在常规基质上,包括尤其在聚合物膜上润湿和成膜。
聚合物分散体尤其适合用作粘合剂,优选用作压敏粘合剂。
(优选压敏)粘合剂可以仅包含聚合物或聚合物水分散体。
(压敏)粘合剂可以包含其它添加剂如填料、染料、流动剂、增稠剂或增粘剂(增粘树脂);增粘剂例如为天然树脂如松香及其通过歧化、异构化、聚合、二聚或氢化而形成的衍生物。这些树脂可以以它们的盐的形式(例如具有单价或多价抗衡离子(阳离子))存在或优选以它们的酯化形式存在。用于酯化的醇可以为一元醇或多元醇。实例为甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、1,2,3-丙三醇、季戊四醇。
另外也使用烃类树脂如苯并呋喃-茚树脂、多萜树脂,基于不饱和CH化合物如丁二烯、戊烯、甲基丁烯、异戊二烯、戊间二烯、二乙烯基甲烷、戊二烯、环戊烯、环戊二烯、环己二烯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯的烃类树脂。
作为增粘剂越来越多使用的是具有低摩尔质量的聚丙烯酸酯。优选这些聚丙烯酸酯的重均分子量Mw小于30 000。聚丙烯酸酯优选包含至少60重量%,尤其是至少80重量%的(甲基)丙烯酸C1-C8烷基酯。
优选的增粘剂为天然松香或化学改性的松香。松香主要由松香酸或其衍生物组成。
增粘剂的重量优选为5-100重量份,更优选10-50重量份/100重量份聚合物(固体/固体)。
(压敏)粘合剂尤其适用于粘结其中至少一种待粘结基质表面是透明聚合物膜的基质。
本发明(压敏)粘合剂尤其适用于制备自粘性制品如标签、粘合带或粘合片如保护片。
自粘性制品一般由背材和在单面或双面,优选在单面施用粘合剂层组成。
背材材料例如可以为纸,优选聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯或PVC的透明聚合物膜;特别优选为PVC,非常特别优选增塑PVC。
增塑PVC是指包括增塑剂并且软化温度降低的聚氯乙烯。常规增塑剂的实例为邻苯二甲酸酯、环氧树脂、己二酸酯。增塑剂在增塑PVC中的量一般大于10重量%,尤其是大于20重量%。
因此本发明尤其提供了包含涂布有上述粘合剂层的透明聚合物膜背材材料的自粘性制品。
为在背材材料上制备粘合剂层,可以以常规方法涂布背材材料。
所得涂布基质例如用作自粘性制品如标签、粘合带或粘膜。
所述自粘性制品特别适合于户外应用。
尤其是可以将印刷的自粘性膜用于户外领域并且可以将它们例如粘于任何种类的广告牌上或车辆上。
本发明自粘性制品具有良好的操作性能,尤其是良好的剥离强度(粘合力)和剪切强度(内聚力)。
没有观察到粘合层因暴露于湿气而浑浊(水发白)或可忽略。因此粘合层具有高度的水稳定性。
实施例
方法的执行
将市售常规聚合物分散体(AcronalA 220、DS 3556和DS 3559)进行渗滤。
为此,程序如下:
起始进料:396.8g分散体(稀释至固体含量为20重量%的分散体)
操作程序:
将分散体引入渗滤单元。在21℃、搅拌(500rpm)和略微过压(0.2巴)下,使H2O穿过分散体。借助膜(0.1μm,Nuclepore PC-Membrane),将洗出液引入在单元下面的收集容器中。
洗出液的导电率,起始:2150μS,最后:17μS(μS=微西门子)
运行时间:72小时,洗出液总量:7360g
渗滤单元:Amicon Rührzelle 8400,Amicon
膜:聚碳酸酯筛网过滤薄膜,Nuclepore,0.1μm,D:76mm,从Costar购得,订单号111505PC
渗滤后,每100重量份聚合物加入1重量份Lumiten I-SC。LumitenI-SC为磺化琥珀酸的二(乙基己基)酯。
水发白性能
将聚合物分散体以19g/m2(固体)的量涂布于有机硅纸上。
不含Lumiten的试样经渗滤后显示的润湿性能差。加入Lumiten后的试样在待涂布表面的润湿良好。将试样在90℃下干燥(3分钟)以形成均匀的粘合剂涂层。
随后将粘性膜转移至100μm的聚乙烯膜上,由其切下测试条。
将干燥的测试条悬浮在蒸馏水中(21℃)。在规定的时间间隔内,用肉眼评价测试条的外观。
等级0:没有浑浊
等级4:完全发白
表1:水发白
  在水中的浸没时间   AcronalA 220   AcronalDS 3556   AcronalDS 3559   AcronalA 220,渗滤后   AcronalDS 3556,渗滤后   AcronalDS 3559,渗滤后   Acronal A220,渗滤后,+1%Lumiten I-SC   Acronal DS3556,渗滤后,+1%LumitenI-SC   Acronal DS3559,渗滤后,+1%Lumiten I-SC
  10秒   1   0   0   0   0   0   0   0   0
  30秒   1   0   0   0   0   0   0   0   0
  60秒   2   1   0   0   0   0   0   0   0
  3分钟   2   1   0   0   0   0   0   0   0
  5分钟   2-3   2   0   0   0   0   0   0   0
  10分钟   2-3   2-3   0   0   0   0   0   0   0
  20分钟   3   3   0   0   0   0   0   0   0
  30分钟   3-4   3-4   0-1   0   0   0   0   0   0
  40分钟   4   4   0-1   0   0   0   0   0   0
  60分钟   1   0   0   0   0-1   0-1   0

Claims (15)

1.改进包含水溶性离子化合物的聚合物水分散体的操作性能的方法,其包括从聚合物分散体中除去至少50mol%的水溶性离子化合物,然后加入至少一种磺化二羧酸的单烷基酯或二烷基酯的盐。
2.根据权利要求1的方法,其中聚合物水分散体通过乳液聚合而得到。
3.根据权利要求1或2的方法,其中在聚合物分散体中的分散聚合物为可通过自由基加成聚合而得到的聚合物,其由至少60重量%的所谓主单体合成,所述主单体选自(甲基)丙烯酸C1-C20烷基酯、含至多20个碳原子的羧酸的乙烯基酯,具有至多20个碳原子的乙烯基芳族化合物、烯属不饱和腈、乙烯基卤化物、含1-10个碳原子的醇的乙烯基醚、具有2-8个碳原子以及一个或两个双键的脂族烃或这些单体的混合物。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法,其中水溶性离子化合物为离子型乳化剂。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法,其中除去至少90mol%的水溶性离子化合物。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法,其中通过用离子交换树脂处理分散体、通过渗滤或通过渗析而除去离子化合物。
7.根据权利要求1-5中任一项的方法,其中磺化二羧酸的单烷基酯或二烷基酯的盐为二烷基酯。
8.根据权利要求1-6中任一项的方法,其中磺化二羧酸的单烷基酯或二烷基酯的盐为磺化琥珀酸的二烷基酯。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中每100重量份分散的聚合物,加入0.01-5重量份磺化二羧酸的单烷基酯或二烷基酯的盐。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法得到的聚合物水分散体。
11.根据权利要求10的聚合物分散体作为粘合剂,尤其是压敏粘合剂的用途。
12.根据权利要求11的用途,其中至少一种待使用所述粘合剂粘结的基质为透明聚合物膜。
13.根据权利要求12的用途,其中将粘合剂施用于透明聚合物膜背材材料。
14.根据权利要求13的用途,其中透明聚合物膜为PVC膜,尤其是增塑PVC膜、聚乙烯膜或聚丙烯膜。
15.通过根据权利要求11-14中任一项的用途而得到的自粘性制品。
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