专利名称：减低保护性胶体稳定的乙烯基芳族－1,3－二烯共聚物水分散液释放气味的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于减低经保护性胶体稳定的乙烯基芳族－1，3－二烯共聚物水分散液及干燥该聚合物分散液所得的再分散粉末释放气味的方法。
以乙烯基芳族－1，3－二烯共聚物分散液为主要成分的水性聚合物分散液以及通过喷干法由其制得的再分散粉末，主要是建筑界用作提高水泥或非水泥粉状混合物制成品的品质。该等分散液及再分散粉末常引起的问题是其中仍包含若干挥发性浓厚气味的组分，例如在聚合反应期间用作分子量调节剂的硫醇类、用于中和作用的氨、残留单体、单体的不可聚合的污染物、在反应条件下由单体形成的挥发性反应生成物、以及聚合物的挥发性降解产物。所形成的气味，制造者及使用者均感到难以忍受，所以确实需要经除臭的水性聚合物分散液。
聚合物分散液可通过物理或化学后处理来实施除臭作用是众所周知的。如EP－A327006中所述，物理法的实例是蒸馏法，尤其是蒸汽蒸馏，或利用惰性气体的汽提法。该方法的缺点是许多分散液对该型除臭作用的稳定性不足，以致发生凝聚现象，所以在随后使用之前必须经过复杂的过滤作用。该方法的另一缺点是，虽然可减低水性聚合物分散液内挥发性物质的比例，但并不能解决该类物质的处置问题。
通过化学处理可消除聚合物分散液浓臭单体的方法亦经公开。举例言之，DE－A4419518中曾述及一种化学方法，经暴露于氧化还原引发剂系统，通过自由基后聚合反应降低残留单体的含量。US－A4529753中曾述及一种方法，其中主要聚合反应完成后，由特殊自由基氧化还原引发剂系统所导致的自由基后聚合反应，可减低水性聚合物分散液的残留单体含量。此类氧化还原引发剂系统包含至少一种氧化剂、至少一种还原剂、及一种或更多种具有不同价态的过渡金属离子。
但上述诸方法的缺点是，虽然可减低浓臭聚合物分散液(例如苯乙烯－丁二烯分散液)中的残留单体含量，但并不能有效地减低苯乙烯及浓臭副产品(例如硫醇类、单体的不可聚合污染物、单体的挥发性反应生成物或聚合物的挥发性降解产物)所形成的难闻气味。
DE－A19728997中曾述及若干经除臭的水性聚合物分散液，该等分散液是通过添加蓖麻油酸的锌盐和/或松香酸的锌盐或分别添加类似树脂酸和/或其他饱和或不饱和、具有16个或更多个碳原子、经羟化的脂肪酸的其他锌盐。但该方法的缺点是，由于另外含有电解质而损及水性聚合物分散液的稳定性。
吸附剂对挥发性有机物质的吸附作用是众所周知的。WO－A98/11156中曾述及一种方法，其中于聚合物分散液内添加少量(0.1至20重量％，以分散液的聚合物组分为基准)活性碳，即可与生臭挥发性污染物强力结合，以致聚合物分散液内或由该分散液制造的产品内实际上不复存在这些污染物。该方法的缺点是，为有效减低气味，活性碳的驻留时间须高达数个小时，在继续使用之前，分散液(尤其添加颜料的系统，例如乳液油漆)通常必须加以过滤。该项缺点是就经济成本以及生态环保观点而论，尤其滤除的污染活性碳的处置仍是有特公开研讨解决的问题。
经保护性胶体稳定的苯乙烯－丁二烯聚合物水分散是由水相及聚合物相组成的两相系统。经分散的聚合物微粒及水性分散液介质均可能是浓臭组分出现的场所。两相之间形成一分配平衡。减低水性聚合物分散液内挥发性组分所用的已知方法的特定缺点是，该等方法仅单独影响水性分散液，或者仅单独影响聚合物微粒。也就是说，水性聚合物分散液内挥发性组分的有效总减低量主要是受扩散作用的控制(分配平衡的重建)，而且可能是采用常规方法时所以导致水性聚合物分散液内挥发性物质减低率不够高的原因。
令人惊奇地发现，如果在主要的聚合反应接近结束时在反应混合物中添加不饱和羧酸的酯，可以使含水相和聚合物相中的有味物质发生除臭作用。
本发明提供一种用于减低经保护性胶体稳定的乙烯基芳族－1，3－二烯共聚物水分散液及通过干燥该分散液所得的再分散粉末释放气味的方法，其中在有一种或更多种保护性胶体存在的情况下，使包括至少一种乙烯基芳族及至少一种1，3－二烯的混合物进行乳液聚合反应，而且如果合适的话，将所得聚合物分散液干燥，所述方法包括于聚合反应接近终止、该水性聚合物分散液的自由单体总含量为＞0至≤20重量％时，添加0.01至15.0重量％的一种或更多种选自以下组中的单体单不饱和单或二羧酸的分枝或不分枝烷基酯，其烷基具有1至8个碳原子，而且在各种情况下重量％均是以分散液的聚合物含量为基准。
优选添加丙烯酸、甲基丙烯酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸或亚甲基丁二酸的烷基酯类，例如甲基丙烯酸甲基酯、丙烯酸甲基酯、甲基丙烯酸正丁基酯、丙烯酸正丁基酯、甲基丙烯酸乙基酯、丙烯酸乙基酯、甲基丙烯酸2－乙基己基酯、丙烯酸2－乙基己基酯、反丁烯二酸二异丙基酯、反丁烯二酸二乙基或该等化合物的混合物。其中特别优选丙烯酸正丁基酯。
上述烷基酯可直接加入或以水性乳液方式加入。以水性聚合物分散液的聚合物含量为基准，添加量优选为0.1－5重量％。添加工作的实施是在接近聚合反应终止、水性聚合物分散液内的自由单体含量为＞0至≤20重量％时，换言之，在所用单体总量的转化率为≥80至＜100％时。添加工作的实施最好在水性分散液自由单体总含量(以分散液的聚合物含量为基准)业已降至5至15重量％(对应于转化率为85至95％)时。添加烷基酯之后，聚合反应继续进行直至检测不出再有单体转化作用为止。
适当的乙烯基芳族是苯乙烯及甲基苯乙烯，且优选共聚合苯乙烯。1，3－二烯的实例是1，3－丁二烯及异戊二烯，优选1，3－丁二烯。该等共聚物通常包括20至80％的乙烯基芳族及20至80％的1，3－二烯，且必要时亦可能含有其他单体。在各种情况下，以百分重量表示的数据，其总和为100重量％。
其他单体的实例是可与乙烯基芳族及与1，3－二烯实施共聚合反应的单体，例如乙烯、氯乙烯、具有1至15个碳原子的醇类的(甲基)丙烯酸酯或具有1至15个碳原子的不分枝或分枝羧酸的乙烯基酯、乙烯型不饱和单一及二羧酸等共聚单体的乙烯基酯、乙烯型不饱和羧酰胺类、乙烯型不饱和碳腈类、反丁烯二酸及顺丁烯二酸的单酯及二酯、顺丁烯二酸酐、乙烯型不饱和磺酸，具有一个以上乙炔型不饱和的共聚单体或后交联共聚单体、环氧官能共聚单体、或硅官能共聚单体、附有羟基或CO基的单体。举例言之，PCT申请PCT/EP98/06102中曾述及若干适当的单体及共聚单体，在此将其中所揭示的有关部分纳入本案以供参考。
通过乳液聚合反应的制备工作是在40至100℃温度下实施，优选在60至90℃温度下。聚合反应的引发通常是使用乳液聚合反应引发剂或氧化还原引发剂组合，例如氢过氧化物，如叔丁基过氧化氢，偶氮化合物，如偶氮双异丁腈，或无机引发剂，如过氧二硫酸的钠盐、钾盐及铵盐。以单体总重量为基准，所述引发剂的使用量通常为0.05至3重量％。所用氧化还原引发剂是所述引发剂与若干还原剂(如亚硫酸钠、羟基甲烷亚磺酸钠、或抗坏血酸)的组合。以单体的总重量为基准，还原剂的使用量优选为0.01至5重量％。
聚合反应混合物是用保护性胶体加以稳定的，最好不添加乳化剂。适当的保护性胶体是全部或部分水解的聚乙酸乙烯基酯。其他适当的聚乙酸烯基酯是部分水解的疏水化聚乙酸乙烯基酯，举例言之，该疏水化可通过与乙酸异丙烯基酯、乙烯或具有5至11个碳原子的饱和α－分枝单羧酸的乙烯基酯共聚合来实施。其他实例是聚乙烯基吡咯酮类；水溶性多醣类，如淀粉(直链淀粉及支链淀粉)、纤维素及其羧甲基、甲基、羟乙基或羟丙基的衍生物；蛋白质，如酪蛋白或酪蛋白酸盐或大豆蛋白或明胶；木质素磺酸盐；合成聚合物，如聚(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯与羧基官能共聚单元的共聚物、聚(甲基)丙烯酰胺、聚乙烯基磺酸及其水溶性共聚物；三聚氰胺－甲醛磺酸酯、萘－甲醛磺酸酯、苯乙烯－顺丁烯二酸共聚物、乙烯基醚－顺丁烯二酸共聚物及糊精类，如黄糊精。
较合适的是上述部分水解的聚乙酸乙烯基酯及部分水解的疏水化聚乙酸乙烯基酯。特别合适的是Hoeppler粘度(4％浓度水溶液，DIN53015，Hoeppler法，20℃温度)为1至30mPas(优选2至15mPas)而且水解度为80至95mol％的部分水解聚乙酸乙烯基酯。
通常聚合反应中所用保护性胶体的总量为1至15重量％(以诸单体的总重量为基准)。部分保护性胶体最好随初始装填量送入反应器，另一部分则于聚合反应引发后加入。所有单体可随初始装填量送入反应器，或所有单体均是陆续加入，或部分随初始装填量送入反应器，其余部分则于聚合反应引发后加入。举例言之，在PCT专利申请PCT/EP98/06102中曾述及一种适当的制备方法，在此将所揭示的该有关部分在本案中提出作为参考。所得水性分散液的固体含量为30至75重量％，优选40至65重量％。
举例言之，为制备在水中可再分散的聚合物粉末，该等水性分散液是利用流化床干燥法、冷冻干燥法或喷洒干燥法来干燥。该等分散液优选进行喷洒干燥。该喷洒干燥工作是于传统的喷干系统内实施，且雾化作用可使用单－、双－或多流体喷嘴，或旋转盘。排放温度通常选为55至100℃，优选为70至90℃，这取决于所用系统、树脂的玻璃转化温度Tg及预期的干燥程度。PCT专利申请PCT/EP 98/06102中曾述及该项喷干工作，现将其相关的公开内容在本案中提出供参考。
令人惊奇的是，经发现除臭作用是实施于分散液的水性及聚合物两个相内气味释放体上。但有利的是，即使少量羧酸酯亦具有足够的除臭作用，所以添加羧酸酯通常不致损及水性聚合物分散液的功能性质。分散液的分布稳定性及随后的喷干工作亦不致受到影响。
该等分散液及经干燥由其制得的分散液粉末，经减低释放气味后，即可用本领域技术人员已知的传统方式制造工业产品，例如含无机物的配制品的组分，建筑胶粘剂的水固型粘合剂、底灰、涂抹组合物、地板填充组合物、接缝胶泥、灰泥或油漆，涂料组合物和胶粘剂的底基粘合剂，或纺织品或纸张的涂料组合物或粘合剂。
下列诸实施例对本发明加以说明，但本发明的用途并不止于此。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为490nm，固体含量为49.3％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为3200mPas。将400重量份的分散液与200重量份的10.3重量％聚乙烯醇溶液(部分水解聚乙酸乙烯基酯，水解度为88mol％，4％浓度溶解的粘度为13mPas)、0.84重量份的消泡剂及135重量份的水加以彻底混合。分散液经由一双流体喷嘴喷洒。所用喷洒介质是4bar的压缩空气，所形成的微滴是用热至125℃的空气实施同向流动方式干燥。
将所得干燥粉末与10％商购防结块剂(碳酸钙镁及硅酸氢镁的混合物)混合。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为512nm，固体含量为50.2％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为2750mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为550nm，固体含量为50.9％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为3950mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为635nm，固体含量为51.6％，而粘度(Brookfield粘度计20℃，每分钟20转)为3750mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为489nm，固体含量为52.5％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为6450mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。比较例6分散液是依照实施例1制备，惟不同的是聚合反应开始3.5小时之后(87％单体转化率)，于30分钟内进给315g的丙烯酸(以取代丙烯酯丁基酯)。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为946nm，固体含量为50.5％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为1930mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。比较例7分散液是依照实施例1制备，惟不同的是聚合反应开始3.5小时之后(87％单体转化率)，于30分钟内进给315g的甲基丙烯酸(以取代丙烯酯丁基酯)。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为865nm，固体含量为51.1％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为2450mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为564nm，固体含量为51.3％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为4210mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为652nm，固体含量为52.1％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为3750mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。比较例10分散液是依照实施例1制备，惟不同的是聚合反应开始3.5小时之后(87％单体转化率)，于30分钟内进给315g的反丁烯二酸单乙基酯(以取代丙烯酯丁基酯)。
所得稳定且不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为856nm，固体含量为51.1％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为4750mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。比较例11分散液是依照实施例1制备，惟不同的是不添加丙烯酸丁基酯。
所得稳定、不凝结的分散液，其平均粒径(重量平均)为489nm，固体含量为51.3％，而粘度(Brookfield粘度计，20℃，每分钟20转)为3970mPas。
制备分散粉末的所有其他方法与实施例1相同。聚合物粉末测试分散粉末再分散液的分散液薄膜上气味的评估将所制分散粉末再分散于水中制成约30％浓度的分散液以制造薄膜。所用参考物质是由比较例的分散粉末制成的30％浓度水性再分散液。
将该等分散液倒在硅橡胶片上，随后在23℃温度下干燥24小时。将所制得的15×10cm大小的薄膜置入一预热至75℃、附有螺旋塞的250ml广颈玻璃瓶内，再置入一热至75℃的干燥箱内，历时5分钟。随后将该等试样冷却至室温，并由八位测试员以1至6级(气味强度)的标准估计气味。所得气味测试结果详如表1。
表1气味测试结果
由表1内的结果显示，若用新方法消除聚合物分散液及分散粉末的气味，难闻的气味则大幅减低。粉末沉降反应的测定(管沉降)为测定沉降反应，将每种分散粉末50g再分散于50ml水内，之后稀释至0.5％固体含量，将100ml该再分散液倒入一有刻度的管中，沉降1小时及24小时之后，测量沉降固体的高度。所得测试结果详如表2。抗结块性的测定为测定抗结块性，将分散粉末置入一附有螺纹的铁管内，之后用一金属模塞施以负荷。施加负荷之后，于干燥箱内，在50℃温度下储存16小时。冷却至室温后，将该粉末自管中取出，压碎该粉末以测定其抗结块的性能。抗结块性的高低是分为下列四级1＝抗结块性极佳2＝抗结块性佳3＝抗结块性可4＝无抗结块能力，压碎后的粉末不再能够自由流动所得测试结果详如表2。
表2
表2内的结果显示，通常并不因为除臭处理工作而损及粉末的品质。
权利要求
1.用于减低经保护性胶体稳定的乙烯基芳族－1，3－二烯共聚物水分散液及干燥该分散液所得的再分散粉末释放气味的方法，其中在有一种或更多种保护性胶体存在的情况下，使包括至少一种乙烯基芳族及至少一种1，3－二烯的混合物进行乳液聚合反应，而且如果合适的话，干燥所得的聚合物分散液，所述方法的特征在于，在接近聚合反应终止、水性聚合物分散液内的自由单体总含量为＞0至≤20重量％时，添加0.01至15.0重量％的一种或更多种选自于以下组中的单体单不饱和的单一或二羧酸的分枝或不分枝烷基酯，其烷基具有1至8个碳原子，而且在各种情况下重量％均是以分散液的聚合物含量为基准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，添加一种或更多种丙烯酸、甲基丙烯酸、反丁烯二酸、顺丁烯二酸或亚甲基丁二酸的烷基酯类。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，添加一种或更多种选自于以下组中的酯甲基丙烯酸甲基酯、丙烯酸甲基酯、甲基丙烯酸正丁基酯、丙烯酸正丁基酯、甲基丙烯酸乙基酯、丙烯酸乙基酯、甲基丙烯酸2－乙基已基酯、丙烯酸2－乙基己基酯、反丁烯二酸二异丙基酯及反丁烯二酸二乙基酯。
4.根据权利要求1－3之一所述的方法，其特征在于，使20至80重量％的苯乙烯与20至80重量％的1，3－丁二烯进行共聚合反应，必要时存在其他单体。
5.根据权利要求1－4之一所述的方法制得的、释放气味减低的、经保护性胶体稳定的乙烯基芳族－1，3－二烯共聚物水分散液。
6.根据权利要求1－4之一所述的方法制得的、以保护性胶体稳定的乙烯基芳族－1，3－二烯共聚物为主要成分的再分散粉末。
7.根据权利要求1－4之一所述的方法制得的产品在用作含无机物的配制品的组分、建筑胶粘剂的水固型粘合剂、底灰、涂抹组合物、地板填充组合物、接缝胶泥、灰泥或油漆中的用途。
8.根据权利要求1－4之一所述的方法制得的产品在用作涂料组合物的底基粘合剂中的用途。
9.根据权利要求1－4之一所述的方法制得的产品在用作胶粘剂中的用途。
10.根据权利要求1－4之一所述的方法制得的产品在用作纺织品或纸张的涂料组合物或粘合剂中的用途。
全文摘要
本发明涉及用于减低经保护性胶体稳定的乙烯基芳族－1,3－二烯共聚物水分散液及干燥该分散液所得的再分散粉末释放气味的方法,其中在有一种或更多种保护性胶体存在的情况下,使包括至少一种乙烯基芳族及至少一种1,3－二烯的混合物进行乳液聚合反应,而且如果合适的话,干燥所得的聚合物分散液,所述方法的特征在于,在接近聚合反应终止、水性聚合物分散液内的自由单体总含量为>0至≤20重量%时,添加0.01至15.0重量%的一种或更多种选自于以下组中的单体:单不饱和的单一或二羧酸的分枝或不分枝烷基酯,其烷基具有1至8个碳原子,而且在各种情况下重量%均是以分散液的聚合物含量为基准。
文档编号C08K5/10GK1326468SQ99813504
公开日2001年12月12日 申请日期1999年10月14日 优先权日1998年11月19日
发明者特奥·迈尔, 彼得·鲍尔 申请人:瓦克化学有限公司