聚合物乳液的生产的制作方法

文档序号:17848907发布日期:2019-06-11 22:01阅读:238来源:国知局
本发明涉及一种制备在水中的聚合物的方法,其包括制备包含hase型共聚物的乳液,以及包含至少一个可聚合的烯属不饱和度的单体和生成自由基的化合物的混合物,然后通过在高于聚合反应所需温度的温度下加热使乳化单体聚合。本发明还涉及制备的聚合物及其用途。尽管存在制备在水中的聚合物的方法,但是现有技术的方法并不总是能够为遇到的问题提供令人满意的解决方案。特别地,用于制备聚合物乳液的现有技术方法需要使用大量表面活性化合物。此外,已知方法并不总是能够控制乳化单体颗粒的尺寸或所制备的单体颗粒的尺寸。在现有技术的制备水性介质中聚合物的方法并不总是能够产生高的固体含量水平。因此,需要有可用于制备在水中的聚合物的改进方法。根据本发明的方法使得可以提供针对现有技术方法的所有问题或一些问题的解决方案。因此,本发明提供一种制备在水中的聚合物(p1)的方法,其包括:(a)在低于40℃的温度下,制备包含水和至少一种hase型共聚物(p2)的混合物,该共聚物(p2)通过碱完全中和或部分中和,(b)在搅拌和温度低于40℃的条件下加入:(b1)至少一种含有至少一个可聚合的烯属不饱和度的单体,和(b2)至少一种生成自由基的化合物,和(c)通过在大于50℃的温度下搅拌加热来聚合单体(b1)。有利地,根据本发明的方法可以与少量的或非常少量的表面活性化合物(小于5重量%的单体,优选小于3重量%或小于1重量%的单体)一起使用,实际上即使在不存在表面活性化合物的情况下也是可行的。在实施根据本发明的方法的步骤(a)和步骤(b)期间,单体(b1)的液滴通过hase型共聚物(p2)分散。在聚合(c)期间,聚合物(p1)的液滴也通过共聚物(p2)分散。特别有利地,在实施根据本发明的方法期间所形成的液滴具有可控的尺寸。优选地,单体(b1)或聚合物(p1)的液滴具有50nm至50μm,更优选50nm至500nm或1μm至50μm的尺寸。单体(b1)或聚合物(p1)的液滴的尺寸也可以为50nm至1μm或500nm至50μm。根据本发明的方法通过hase型共聚物(p2)制备的单体(b1)的乳液或聚合物(p1)的乳液具有可以相当广泛地变化的固体含量。优选地,该固体含量为乳液的10重量%至50重量%,优选为乳液的15重量%至45重量%或20重量%至40重量%。根据本发明的方法使用的共聚物(p2)通常可以是已知的。该共聚物(p2)是hase(疏水改性的碱溶性乳液)型的聚合物,其通过碱处理变得可溶。它是包含酸基团和疏水基团的线性或交联丙烯酸共聚物。这种hase型共聚物由阴离子单体例如丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚合产生、由疏水性非离子单体的共聚合产生、和由疏水缔合大分子单体的共聚合产生。在通常小于5的低ph并且不添加碱的情况下,hase型丙烯酸共聚物不溶于水并以胶乳的形式存在。在加入碱的过程中,阴离子基团被部分中和或完全中和,并且共聚物溶解于水中。优选地,根据本发明的方法,hase型共聚物(p2)通过以下单体的聚合反应获得:(a1)至少一种包含至少一个可聚合的烯属不饱和度的阴离子单体,优选包含至少一个可聚合的烯属不饱和度和至少一个羧酸基团的阴离子单体,优选地,阴离子单体选自丙烯酸和甲基丙烯酸、丙烯酸盐、甲基丙烯酸盐,(a2)至少一种衍生自选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸和马来酸的酸的化合物的酯,所述酸优选丙烯酸或甲基丙烯酸,和(a3)至少一种式(i)的化合物:r1-(eo)m-(po)n-r2(i)其中:-m和n相同或不同,独立地表示0或小于150的整数或小数,m或n不为0,-eo独立地表示ch2ch2o基团,-po独立地表示ch(ch3)ch2o基团或ch2ch(ch3)o基团,-r1表示直链或带支链的c6至c40烷基,优选直链或带支链的c8至c20烷基,和-r2表示包含至少一个可聚合的烯属不饱和度的基团,优选丙烯酸酯基团或甲基丙烯酸酯基团。在制备聚合物(p2)期间,除了共聚单体(a1)、(a2)和(a3)之外,根据本发明的方法的聚合反应可以使用一种或多于一种其他单体。优选地,在聚合物(p2)的制备过程中可以使用的另一种单体是选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯磺酸乙酯、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸盐/酯及它们的盐的化合物(a4)。单体(a4)的量可以相当广泛地变化。优选地,基于单体的总重量,制备聚合物(p2)的反应使用0.1重量%至7重量%、优选0.5重量%至5重量%、更优选1重量%至3重量%的单体(a4)。优选地,在聚合物(p2)的制备过程中可以使用的另一种单体是交联化合物(a5)。有利地,根据本发明,单体(a5)是包含至少两个反应性官能团特别是两个可聚合的烯属不饱和度的化合物。单体(a5)优选选自包含至少两个烯属不饱和度的单体。更优选地,单体(a5)是包含至少两个烯键式不饱和度的化合物。这些单体(a5)是已知的。作为单体(a5),可以提及交联不饱和单体,例如多不饱和芳香族单体例如二乙烯基苯、二乙烯基萘和三乙烯基苯,多不饱和脂环族单体例如1,2,4-三乙烯基环己烷,邻苯二甲酸的双官能酯例如邻苯二甲酸二烯丙酯,聚烯基醚例如三烯丙基季戊四醇、二烯丙基季戊四醇、二烯丙基蔗糖、八烯丙基蔗糖和三羟甲基丙烷二烯丙基醚,多元醇或多元酸的多不饱和酯例如1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、四亚甲基三(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸烯丙酯、衣康酸二烯丙酯、富马酸二烯丙酯、马来酸二烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、聚(亚烷氧基)二醇二(甲基)丙烯酸酯和聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯,亚烷基双丙烯酰胺例如亚甲基双丙烯酰胺和亚丙基双丙烯酰胺,亚甲基双丙烯酰胺的羟基衍生物或羧基衍生物例如n,n'-双(羟甲基)亚甲基双丙烯酰胺,聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯例如乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和季戊四醇四丙烯酸酯,聚(亚烷基氧)二醇二(甲基)丙烯酸酯例如聚乙二醇二丙烯酸酯、双酚a二丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、2,2-二甲基丙二醇二甲基丙烯酸酯、亚苯基二丙烯酸酯及它们的混合物。作为单体(a5),还可以提及式(ii)的化合物:其中:-r3独立地表示h或ch3,-l1独立地表示直链或带支链的c1至c20亚烷基和-p独立地表示0或1至30的整数,例如1至20的整数,尤其是1至15的整数,特别是1至10的整数。作为其他单体(a5),还可以提及式(iii)的化合物:其中r4表示-c(h)=ch2、-c(ch3)=ch2、-c(h)=c(h)c(o)oh、-c(h)=c(h)ch3、-c(=ch2)ch2c(o)oh、-ch2c(=ch2)c(o)oh。作为单体(a5),可以再提及式(iv)的化合物:h2c=c(r5)ch2-(ol2)q-o-c(=o)r6(iv)其中:-r5独立地表示h或ch3,-r6独立地表示-c(h)=ch2、-c(ch3)=ch2、-c(h)=c(h)c(o)oh、-c(h)=c(h)ch3、-c(=ch2)ch2c(o)oh、-ch2c(=ch2)c(o)oh,-l2独立地表示乙烯、丙烯或丁烯基团,和-q独立地表示0或从1到30的整数或小数。单体(a5)的量也可以相当广泛地变化。优选地,基于单体的总重量,制备聚合物(p2)的反应使用0.01重量%至5重量%、优选0.05重量%至3重量%、更优选0.05重量%至1重量%的单体(a5)。优选地,根据本发明的方法,通过碱例如通过碱金属衍生物或碱土金属衍生物部分中和hase型共聚物(p2)。优选的碱选自naoh、koh、nh4oh、ca(oh)2、单异丙胺(amp)、三乙胺、二乙胺、单乙胺。根据本发明的方法还包括在搅拌和低于40℃的温度下加入至少一种包含至少一个可聚合的烯属不饱和度的单体(b1)并加入至少一种生成自由基的化合物(b2)。有利地,根据本发明,单体(b1)在水中的溶解度使得可以在共聚物(p2)中搅拌混合过程中获得乳液。因此,形成了单体(b1)纳米液滴在水中的分散体。优选地,根据本发明的方法,单体(b1)是非离子单体,优选包含至少一个可聚合的烯属不饱和度,尤其是可聚合的烯键式不饱和度,特别是可聚合的乙烯基的非离子单体。更优选地,单体(b1)是选自包含至少一个单羧酸基团的酸的酯的非离子单体,尤其是选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸盐、甲基丙烯酸盐及其混合物的酸的酯。作为单体(b1)的实例,优选的化合物选自苯乙烯、乙烯基己内酰胺、丙烯酸烷基酯,特别是丙烯酸c1至c10烷基酯,优选丙烯酸c1至c4烷基酯,更优选丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯,甲基丙烯酸烷基酯,特别是甲基丙烯酸c1至c10烷基酯,优选甲基丙烯酸c1至c4烷基酯,更优选甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯,丙烯酸芳基酯,优选丙烯酸苄酯、丙烯酸苯氧乙基酯,甲基丙烯酸芳基酯,优选甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苯氧乙基酯。特别优选的单体(b1)是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸正丁酯。根据本发明的步骤(b)使用至少一种生成自由基的化合物(b2)。它可溶于水或可溶于有机相,特别是可溶于单体(b1)中。优选地,根据本发明的方法,用作聚合反应的引发化合物生成自由基的化合物(b2)是偶氮化合物。更优选地,生成自由基的化合物(b2)是选自偶氮二异丁腈(azdn或aibn)、过氧化物化合物,优选过氧化苯甲酰、氢过氧化苯甲酰的化合物及它们的混合物。还可以提及碱金属过硫酸盐尤其是过硫酸钠和过硫酸钾、过硫酸铵、部分水溶性过氧化物特别是过琥珀酸、叔丁基过氧化氢、过氧化氢异丙苯、与亚铁离子结合的过硫酸盐、与亚硫酸根离子结合的过硫酸盐或与亚硫酸氢根离子结合的过硫酸盐、以及它们的混合物。根据本发明,生成自由基的化合物(b2)可以与至少一种受控自由基聚合转移剂组合,特别是raft(可逆加成-断裂链转移)型转移剂,例如黄原酸衍生物,优选三硫代碳酸二丙酯(dpttc或2,2'-(硫代羰基双硫代)二丙酸二钠-cas号864970-33-2),正十二烷基硫醇。优选地,在实施本发明方法的过程中,生成自由基的化合物(b2),优选疏水性生成自由基的化合物(b2)和单体(b1)以混合物的形式加入。再优选地,在实施根据本发明的方法期间,生成自由基的化合物(b2)优选亲水性生成自由基的化合物(b2)和单体(b1)分开或相继加入,优选在单体(b1)加入之后加入生成自由基的化合物(b2)。在单体(b1)的聚合反应期间,除了化合物(b1)和(b2)之外,根据本发明的方法的聚合反应可以使用一种或多于一种其他单体。优选地,在单体(b1)聚合过程中可以使用的另一种单体是选自下列的单体:(b3)至少一种非离子亲水单体,例如乙烯基内酰胺、如n-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸c1至c5羟烷基酯、甲基丙烯酸c1至c5羟烷基酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺,(b4)至少一种阴离子单体,优选包含至少一个可聚合的烯属不饱和度,尤其是可聚合的烯键式不饱和度,特别是可聚合的乙烯基、和至少一个羧酸基团的阴离子单体,优选的单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、丁烯酸、丙烯酸盐、甲基丙烯酸盐、马来酸盐、衣康酸盐、丁烯酸盐,(b5)至少一种选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙氧基甲基丙烯酸酯磺酸、甲基烯丙基磺酸钠、苯乙烯磺酸盐/酯及它们的盐的化合物,和(b6)至少一种包含至少两个烯属不饱和度的单体。更优选地,根据本发明,单体(b3)选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、n-异丙基丙烯酰胺。更优选地,根据本发明,单体(b4)是甲基丙烯酸。根据本发明,所用单体(b4)的重量小于单体(b1)的重量。单体(b5)的量可以相当广泛地变化。优选地,基于单体的总重量,单体(b1)的聚合反应可以使用0.1重量%至7重量%、优选0.5重量%至5重量%、更优选1重量%至3重量%的单体(b5)。优选地,在单体(b1)聚合期间可以使用的另一种单体通常是交联化合物(b6)。有利地,根据本发明,单体(b6)是包含至少两个反应性官能团特别是两个可聚合的烯属不饱和度的化合物。单体(b6)优选选自包含至少两个烯属不饱和度的单体。更优选地,单体(b6)是包含至少两个烯键式不饱和度的化合物。这些单体(b6)是已知的。作为单体(b6),可以提及定义为根据本发明的特定单体(a5)的单体。单体(b6)的量也可以相当广泛地变化。优选地,基于单体的总重量,单体(b1)的聚合反应可以使用0.01重量%至5重量%、优选0.05重量%至3重量%、更优选0.05重量%至1重量%的单体(b6)。根据本发明的方法,步骤(a)和步骤(b)的温度低于40℃,以防止单体(b1)的聚合。有利地,步骤(a)和步骤(b)的温度相同或不同,可以低于35℃或低于25℃。在实施本发明的方法期间,步骤(c)的加热使得可以进行单体(b1)的聚合。优选地,根据本发明的方法,步骤(c)的温度高于60℃,优选高于70℃。当使用几种单体(b1)时,该加热使得可以进行这些单体(b1)的共聚合。以相同的方式,当使用几种单体(b1)和(b3)至(b6)时,该加热使得可以进行这些单体(b1)和(b3)至(b6)的共聚合。本发明还涉及根据本发明能够制备的聚合物(p1)。有利地,根据本发明的方法可以制备乳液,其中单体(b1)被hase型共聚物(p2)包围。然后,单体(b1)的液滴构成许多聚合纳米反应器或微反应器。在以共聚物(p2)包围的液滴形式乳化的单体(b1)的聚合期间,所形成的聚合物(p1)也可以是由共聚物(p2)包围的液滴形式。因此,可以在实施本发明的方法期间制备核/壳复合材料。因此,本发明还涉及一种包含至少一种根据本发明制备的聚合物(p1)的复合材料,聚合物(p1)被本发明使用的hase型共聚物(p2)包围。根据本发明的方法或根据本发明的聚合物(p1)的特定的、有利的或优选的特征定义了根据本发明的特定的、有利的或优选的复合材料。以下实施例使得可以说明本发明的不同方面。实施例实施例1:制备本发明的聚合物(p1)的方法在搅拌反应器中,在25℃的温度下制备水、hase型共聚物(p2)、碱(95%重量单异丙胺)和如有适当的两亲化合物(disponilg625,cognis)的混合物。使用的hase型共聚物(p2)是:-共聚物(p2-1),其中(a1)是甲基丙烯酸(36.7重量%),(a2)是丙烯酸乙酯(27重量%),(a3)为式(i)的化合物,其中m表示25,n表示0,r1代表带支链的c16烷基,r2代表甲基丙烯酸酯基团(9.2重量%),在存在正十二烷基硫醇(单体总量的0.29干重/干重%)的条件下制备,和-共聚物(p2-2),其中(a1)是甲基丙烯酸(40.9重量%),(a2)是苯乙烯(27重量%),(a3)为式(i)的化合物,其中m表示25,n表示0,r1代表带支链的c16烷基,r2代表甲基丙烯酸酯基团(9.2重量%),在存在正十二烷基硫醇(单体总量的0.29干重/干重%)的条件下制备。在搅拌和25℃的温度下加入单体(b1)和生成自由基的化合物(b2)的混合物,以通过共聚物(p2)制备单体(b1)的乳液。然后在搅拌和25℃的温度下加入葡糖酸内酯酸水溶液。最后,在70℃的温度下搅拌加热2小时。然后冷却中间物并获得根据本发明的聚合物(p1)。根据本发明的所用的反应物和比例(g)以及聚合物的性质列于表1中。实施例2:制备本发明的共聚物(p1)的方法在搅拌反应器中,在25℃的温度下制备水、hase型共聚物(p2)、碱(95%重量单异丙胺)和如有适当的两亲化合物(disponilg625,cognis)的混合物。所用hase型共聚物(p2)是共聚物(p2-1)。在搅拌和25℃的温度下加入单体(b1),然后加入生成自由基的化合物(b2),以通过共聚物(p2)制备单体(b1)的乳液。然后在搅拌和25℃的温度下加入葡糖酸内酯酸水溶液。最后,在70℃的温度下搅拌加热2小时。然后冷却中间物并获得根据本发明的共聚物(p1)。根据本发明的所用的反应物和比例(g)以及共聚物的性质列于表2中。聚合物(p1)p1-10p1-11p1-12p1-13聚合物(p2-1)108.2108.2108.2108.2水167.8167.8167.8167.8disponilg62503.173.213.19amp95%6.2166.1646.1776.219(p2)酸基团的中和度(%)47.0646.6746.7747.08ph6.1566.16苯乙烯(b1)313137.224.8丙烯酸正丁酯(b1)313124,837,2azdn(b2)0.620.620.620.62葡糖酸内酯酸4.874.874.874.87水92.592.59090聚合温度(℃)80-8580-8580-8580-85最终固体含量(重量%)24.824.624.825.2粒径(nm)140.3135.9138.3149.8表2当前第1页12
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