CN102453175B - 一种高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法，是通过如下步骤实现的：通过将氯乙烯、去离子水、引发体系、分散体系和功能助剂加入聚合釜中，在一定聚合温度下，反应一定时间，加入终止剂，获得聚氯乙烯悬浮液；脱除未反应的氯乙烯单体，离心悬浮液后干燥，得到聚氯乙烯树脂。这里的功能助剂指的是C₄～C₁₀的正烷烃及其异构烷烃中的若干种复合。改善了聚氯乙烯树脂颗粒形态，所得树脂内部疏松多孔，空隙率高而且空隙分部均匀，吸油率高。

Description

一种高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法

技术领域

本发明属于一种聚氯乙烯树脂的制备方法，尤其涉及一种高吸油率(或称增塑剂吸收率高)的制备方法。

背景技术

聚氯乙烯树脂(PVC)是世界第二大产量的树脂，由于其价格低廉，性能优异，应用领域广泛。该树脂可通过本体法、乳液法、悬浮法合成，2009年我国PVC树脂产能达到了1700万吨/年，其中悬浮法合成的树脂占了约70～80％。悬浮法聚氯乙烯树脂是在分散剂的分散、保胶作用下，通过强力搅拌使单体均匀分散在连续的水相中，在一定温度下由过氧化物类或偶氮类引发剂引发聚合而成，相态上属典型的非均相沉淀聚合，聚合机理属自由基聚合。

PVC在加工过程中，为了达到使用要求，往往要加入多种添加剂，比如增塑剂、稳定剂、填充剂、着色剂、发泡剂等。这些添加剂在与PVC颗粒共混过程中，受到颗粒性能的影响，比如粒度，颗粒内部空隙均匀性、大小等因素影响，因而表现出不同的混配性能，也影响着树脂制品的性能。聚氯乙烯树脂粉料粒子实际上是许多PVC微细粒子以物理方式粘结在一起的聚集体，在微细粒子聚集的过程中，微细粒子间有不同程度的空隙形成，而在悬浮聚合情况下，由于生产方法和工艺上的差异，比如水油比、搅拌强度、聚合温度、转化率、分散剂体系等，都会对树脂颗粒空隙造成不同程度的影响，在加工过程中可明显表现为对添加的增塑剂吸收性能上的差异，即吸油率不同。

为了得到合适加工、使用性能要求的树脂，通过聚合配方和工艺控制可以得到不同空隙率的树脂。分散体系在聚合体系中起到分散单体、保护胶体稳定存在的作用。一种分散剂难以兼顾分散和保胶的作用，所以实际生产中往往是两种或多种分散剂复合使用，以生产出颗粒性能优秀的树脂。现今分散体系多为聚乙烯醇、纤维素醚类分散剂的复合体系，其中聚乙烯醇以聚合度、醇解度的不同分类，纤维素醚以聚合度、取代基种类、取代度的不同分类。为了进一步调节颗粒特性，往往加入助分散剂，低聚合度、低醇解度类聚乙烯醇就是一类，也被称作亲油表面活性剂。这类聚乙烯醇易与氯乙烯相溶，起到了致孔剂的作用，可有效调节颗粒空隙性能。由于氯乙烯会与这些高分子分散剂进行接枝共聚，故按此方法制得的PVC颗粒外表面总是或多或少地包有一层由接枝共聚物形成的皮膜。这层皮膜妨碍PVC颗粒中残留氯乙烯的脱除，且对聚氯乙烯的塑化加工有不利影响。另外，树脂内部残留分散剂无法去除，则树脂的热稳定性、透明度以及初期着色性能均受到不良影响。而且由于聚乙烯醇、纤维素醚类分散剂的浊点、凝胶温度的缘故，当浓度、聚合温度提高时，会使得分散剂失去分散保胶的作用，在聚合过程中产生粘釜，甚至由于分散效果降低产生严重粘釜而影响生产安全。

日本专利JP6271610，提出可在PVC树脂聚合过程中单体转化率达到40-80％时加入有机溶剂作为致孔剂，生产一种高空隙率、高增塑剂吸收的树脂的方法，属于反应过程中加入有机溶剂，增加了工艺操作难度。

国内浙江大学发表的专利CN87101663，以氢氧化镁为主分散剂、两类不同性质表面活性剂为辅分散剂，以水溶性无机盐为助剂，进行氯乙烯悬浮聚合，制备疏松、无接枝共聚物形成的皮膜和高表观密度的PVC树脂，并大幅减少粘釜物的方法，但颗粒空隙率提高有限，并且颗粒也较粗。

上海氯碱化工股份有限公司发表的专利CN101717459，分步加入不同醇解度聚乙烯醇为分散剂、伴以变化搅拌功率生产一种减少皮膜提高空隙率的PVC树脂的方法。该方法中分散剂非同步加入，并且搅拌功率也随转化率提高而变化，所以操作起来有一定难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高树脂空隙而又减少皮膜生成的高吸油率聚氯乙烯树脂制备方法，以克服现有技术中存在的树脂加工性能中吸油率低的缺陷。

本发明一种高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法，其特征在于：将氯乙烯、去离子水、引发体系、分散体系和功能助剂加入聚合釜中，在35℃～65℃下，聚合反应4～10小时，加入终止剂，获得聚氯乙烯悬浮液；

脱除未反应的氯乙烯单体，离心悬浮液后干燥，得到高吸油率聚氯乙烯树脂。

所述的去离子水为电导率为1～5μS/cm.

所述的引发体系进行预处理：引发剂、乳化剂和去离子水均化成引发剂质量含量为5％～40％的均匀乳液，其中乳化剂用量占到氯乙烯质量的0.01％～0.05％，引发剂用量占到氯乙烯质量的0.02％～0.06％，所述乳化剂为聚合度在800～2000、醇解度在70％～90％之间的聚乙烯醇，优选聚合度在1000～1600、醇解度在75％～80％之间的聚乙烯醇。

其中：所述引发剂采用过氧化新癸酸异丙苯酯、过氧化二碳酸二-(2-乙基己基)酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔戊酯、偶氮二异庚腈中的一种或若干种的复合。在35℃～45℃聚合温度范围内，优选过氧化新癸酸异丙苯酯，用量占到氯乙烯质量的0.02％～0.06％；在45℃～55℃聚合温度范围内，优选过氧化二碳酸二-(2-乙基己基)酯与过氧化新癸酸异丙苯酯复合，质量比例为1∶1～3∶1，用量占到氯乙烯质量的0.02％～0.06％；在55℃～60℃聚合温度范围内，优选过氧化二碳酸二-(2-乙基己基)酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔戊酯三种复合，质量比例1∶1∶1～1∶2∶3，用量占到氯乙烯质量的0.02％～0.06％；在60℃～65℃聚合温度范围内，优选过氧化二碳酸二-(2-乙基己基)酯和偶氮二异庚腈的复合，质量比例1∶1～2∶1，用量占到氯乙烯质量的0.02％～0.06％；

所述的分散体系为聚乙烯醇、纤维素醚中的一种或若干种复合。

所述分散体系的聚乙烯醇包括聚合度在800～2000、醇解度在70％～90％之间的聚乙烯醇，聚合度在200～500之间、醇解度在30％～55％之间的聚乙烯醇，可以是其中的一种高聚合度高醇解度聚乙烯醇，也可以是一种高聚合度高醇解度聚乙烯醇与低聚合度低醇解度中的一种或若干种的复合，优选聚合度在1000～1600、醇解度在75％～80％之间的聚乙烯醇，与聚合度在300～400之间、醇解度在40％～50％之间的聚乙烯醇，质量比例为1∶5～1∶1，用量占到氯乙烯质量的0.01％～0.05％；

所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素，其甲基取代度为1.6～2.0、含量为19％～30％，羟丙基取代度为0.1～0.3、含量为4.0％～12.0％，优选甲基取代度为1.8～2.0、含量为28％～30％，羟丙基取代度为0.2～0.3、含量为7.0％～12.0％用量占到氯乙烯质量的0.02％～0.05％；

所述的功能助剂包括C₄～C₁₀的正烷烃及其异构烷烃中2～5种烃类的复合，优选C₅～C₇的复合，用量占到氯乙烯质量的1％～30％；

所述终止剂包括二乙基羟胺、丙酮缩氨基硫脲的一种，优选二乙基羟胺，用量为氯乙烯质量的0.003％～0.007％。

低聚合度、低醇解度的聚乙烯醇的加入可以有效调节树脂的空隙大小、空隙率、堆积密度等颗粒性能，有时为了得到高空隙率的树脂需要提高此类聚乙烯醇的加入量，而聚乙烯醇在聚合体系中会与氯乙烯单体反应而生成包裹在颗粒表面的皮膜，即提高树脂空隙的同时也形成了颗粒表面的皮膜。皮膜的存在，影响增塑剂对颗粒内部的渗入，如果皮膜过厚还会使树脂在加工过程中的混配工段时间延长，降低树脂加工效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：树脂颗粒规整、疏松，对增塑剂吸收量大、吸油率高，树脂皮膜薄、易塑化。

具体实施方式

本发明高吸油率聚氯乙烯树脂的各项性能指标按照GB/T5761-2006中规定的检测方法进行测试。下面结合实际实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

组份：

氯乙烯      3.0kg

去离子水    4.0kg

分散体系    高醇解度聚乙烯醇(聚合度1000，醇解度80％，质量浓度5.1％，)/低醇解度聚乙烯醇((聚合度300，醇解度45％，质量浓度34％)/羟丙基甲基纤维素(甲基取代度为1.9、含量为30％，羟丙基取代度为0.25、含量为10％质量浓度2.9％)，比例为3∶1∶2，0.05kg

引发体系过  氧化二碳酸二-(2-乙基己基)酯/过氧化新癸酸异丙苯酯，比例为3∶1，20％水乳液，0.015kg

功能助剂    C₅正烷烃，加入量为0.15kg

终止剂      二乙基羟氨，0.075g

操作方法：

将10L聚合釜冲洗干净，涂覆防粘釜剂并冲洗，然后抽真空，按照聚合配方吸入配方量的去离子水、分散剂、引发剂和功能助剂，再抽真空至0.098MPa后加入配方量的氯乙烯单体，冷搅约5分钟，升温至反应温度57.0℃开始计时。待压力降达到0.15MPa时加入终止剂，搅拌5分钟后排空出料，经离心、干燥后得到成品树脂。树脂颗粒性能测试结果见表1。

实施例2

重复实施例1，不同点是组份中的功能助剂C₅正烷烃，加入量为0.30kg。树脂颗粒性能测试结果见表1。

实施例3

重复实施例1，不同点是组份中功能助剂为C₅、C₆、C₇复合烷烃，比例为1∶1∶1，加入量为0.3kg。树脂颗粒性能测试结果见表1。

实施例4

组份：

氯乙烯      3.0kg

去离子水    4.0kg

分散体系    高醇解度聚乙烯醇(聚合度1000，醇解度80％，质量浓度5.1％，)/羟丙基甲基纤维素(甲基取代度为1.9、含量为30％，羟丙基取代度为0.25、含量为10％质量浓度2.9％)，比例为1∶1.5，0.04kg

引发体系    偶氮二异庚腈，20％水乳液，0.005kg

功能助剂    C₆的正烷烃，加入量为0.20kg

终止剂      二乙基羟氨，0.075g

操作方法中聚合温度为63.0℃，其余与实施例1中操作方法相同。树脂颗粒性能测试结果见表1。

实施例5

重复实施例4，不同点是组份中功能助剂为C₅、C₆、C₇复合烷烃，比例为1∶1∶1，加入量为0.20kg。树脂颗粒性能测试结果见表1。

实施例6

重复实施例4，不同点是组份中功能助剂为C₅、C₆、C₇复合烷烃，比例为3∶2∶1，加入量为0.20kg。树脂颗粒性能测试结果见表1。

对比例1

重复实施例1，不同点是未加入功能助剂，所得到的树脂颗粒性能与实施例1、2、3相比较。树脂颗粒性能测试结果见表1。

对比例2

重复实施例4，不同点是未加入功能助剂，所得到的树脂颗粒性能与实施例4、5、6相比较。树脂颗粒性能测试结果见表1。

通过本发明，获得成品树脂按照国标GB/T5761-2006中规定的检测方法进行测试。测试结果见表1。

Claims (4)

1.一种高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法，其特征在于将氯乙烯、去离子水、引发体系、分散体系和功能助剂加入聚合釜中，在35℃～65℃下，聚合反应4～10小时，加入终止剂，获得聚氯乙烯悬浮液；脱除未反应的氯乙烯单体，离心悬浮液后干燥，得到高吸油率聚氯乙烯树脂；其中：

①. 所述去离子水的电导率为1～5μS/cm；

②. 所述的引发体系进行预处理：引发剂、乳化剂和去离子水均化成引发剂质量含量为5%～40%的均匀乳液，其中乳化剂用量占到氯乙烯质量的0.01%～0.05%，引发剂用量占到氯乙烯质量的0.02%～0.06%，所述乳化剂为聚合度在800～2000、醇解度在70%～90%之间的聚乙烯醇；

③. 所述的分散体系为聚乙烯醇、纤维素醚中的一种或若干种复合，其中聚乙烯醇的用量为氯乙烯质量的0.01%～0.05%，纤维素醚的用量为氯乙烯质量的0.02%～0.05%；

④. 所述的功能助剂包括C4～C10的正烷烃及其异构烷烃中2～5种烃类的复合，用量占到氯乙烯质量的1%～30%；

⑤. 所述聚合反应，在35℃～45℃聚合温度范围内，引发剂采用过氧化新癸酸异丙苯酯，在45℃～55℃聚合温度范围内，引发剂采用过氧化二碳酸二-（2-乙基己基）酯与过氧化新癸酸异丙苯酯复合，质量比例为1：1～3：1，在55℃～60℃聚合温度范围内，引发剂采用过氧化二碳酸二-（2-乙基己基）酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔戊酯三种复合，质量比例为1：1：1～1：2：3，在60℃～65℃聚合温度范围内，引发剂采用过氧化二碳酸二-（2-乙基己基）酯和偶氮二异庚腈的复合，质量比例为1：1～2：1；

⑥. 所述终止剂包括二乙基羟胺、丙酮缩氨基硫脲的一种，用量为氯乙烯质量的0.003%～0.007%。

2.根据权利要求1所述的高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法，其特征在于③中所述分散体系所采用的聚乙烯醇是聚合度在800～2000、醇解度在70%～90%之间的聚乙烯醇，聚合度在200～500之间、醇解度在30%～55%之间的聚乙烯醇，采用其中的一种高聚合度高醇解度聚乙烯醇，或者采用一种高聚合度高醇解度聚乙烯醇与其中的低聚合度低醇解度的聚乙烯醇中的一种或若干种的复合。

3.根据权利要求2所述的高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法，其特征在于所述分散体系的聚乙烯醇为聚合度在1000～1600、醇解度在75%～80%之间的聚乙烯醇，与聚合度在300～400之间、醇解度在40%～50%之间的聚乙烯醇的混合物，质量比例为1：5～1：1。

4.根据权利要求1所述的高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法，其特征在于③中所述分散体系所采用中的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素，其甲基取代度为1.6～2.0、含量为19%～30%，羟丙基取代度为0.1～0.3、含量为4.0%～12.0%。