CN1242777A - 制造稳定化非着色橡胶的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从聚合过程生产的胶浆中回收原为活性的聚合物的方法。活性聚合物胶浆依次接受速止,洗涤,稳定化,凝固及干燥处理。该回收方法包括:将速止剂加入到胶浆形式的聚合物中。用水将催化剂残余从聚合物中洗掉,向胶浆中加入抗氧剂Irganox 1520以稳定胶浆,以及凝固和干燥该聚合物。回收过程的催化剂洗涤和凝固步骤期间,胶浆的pH调节在约3—约7,优选在约6—约7。还描述了该方法的产品。该产品和方法提供了一种抗氧剂体系的用法。它消除了目前用于阴离子聚合方法中抗氧剂体系所带来的健康忧虑,同时提供一种颜色和稳定性特征优异,适合应用在高抗冲聚苯乙烯领域的聚合物产品。

Description

制造稳定化非着色橡胶的方法
技术领域
本发明涉及制造稳定化非着色阴离子聚合聚合物产品的方法。具体地说,本发明涉及在聚合物回收过程中采用环氧化豆油和新癸酸制造稳定化非着色橡胶的方法。
背景技术
制造诸如丁锂橡胶、丁苯橡胶及丁二烯-苯乙烯-异戊二烯橡胶之类的阴离子聚合聚合物产品的聚合方法,是众所周知的。同样众所周知的是,聚合反应之后可在聚合物胶浆中加入诸如抗氧剂之类的稳定剂,以减轻自然降解和由此带来的聚合物着色。要求产品维持无色,对用于HIPS(高抗冲聚苯乙烯)的丁二烯橡胶或丁苯橡胶尤为重要。在丁锂橡胶的制造中普遍采用的抗氧剂体系,例如有三(壬基苯酚)亚磷酸酯(TNPP)与酚类抗氧剂的组合,如使用Irganox 1076。然而,作为改进其制造方法以减少或消除有害健康物质的努力的一部分,正在寻找和试验替代的抗氧剂体系。已知Irganox 1520,一种受阻酚,可为聚合物提供可人的性能并把降解减少到与目前抗氧剂体系不相上下的水平。但是,近年来认识到(美国专利3,658,743),作为抗氧剂使用的受阻酚会导致着色。低纯度受阻酚1520的副产物在橡胶回收过程中能生成有色体,从而使橡胶产品着色。单独使用低纯度品级的Irganox 1520处理并回收的聚合物,不能提供经热老化后仍保持无色(以下称“持久的无色”)的产品。
Irganox 1520有3种纯度不同的品级供应。为了净化或减少粗Irganox 1520产品中的杂质,人们采用高耗能的蒸馏来除去高及低沸点副产物。一种含副产物(造成异味的硫醇)较少的产品,作为Irganox 1520L品级已在市场上推出。还推出了一种副产物比例较高的产品,即Irganox 1520D,它可通过进一步净化生产出Irganox 1520L。Irganox1520L级,另外还可再与环氧化豆油起反应,进一步去除诸如硫醇之类的副产物以减少异味。该产品目前以Irganox 1520LR级供应。
发明公开
我们已发现一种改进的聚合物回收方法,它能生产出持久无色的阴离子聚合聚合物产品,如聚丁二烯聚合物、溶液丁二烯-苯乙烯共聚物或丁二烯-苯乙烯-异戊二烯共聚物。该回收的聚合物具有已知聚合物的优选物理特性以及包括抗着色在内的抗降解稳定性,其指标符合工业和商业上的优选标准。
在一种从锂烷基引发聚合过程生产的胶浆回收聚合物的优选方法中,聚合物胶浆接受速止(快速终止),洗涤,稳定化,凝固,汽提,最后干燥。该回收过程包括:向胶浆形式聚合物中加入速止剂,用水洗掉聚合物中的催化剂残余,在胶浆中加入抗氧剂Irganox 1520以使聚合物稳定化,在聚合物中加入环氧化豆油以使聚合物获得抗变色的稳定性,凝固,汽提并最后干燥聚合物。在回收过程的催化剂洗涤和凝固步骤期间,胶浆的pH调节在约3~约7的范围,优选在约6~约7。在一种替代的方法中,代替将环氧化豆油加入到聚合物胶浆中,可让环氧化豆油先与Irganox 1520起反应,然后再加入到聚合物胶浆中。
还提供一种阴离子聚合方法的产品。聚合物按一种回收方法从聚合过程产物中提取出来,该方法包括:速止剂加入步骤、催化剂洗涤步骤、抗氧剂添加步骤、凝固以及汽提步骤。在催化剂洗涤步骤和凝固步骤期间,pH调节在约3~约7,优选在约6~约7。速止剂加入步骤是添加通式为R-COOH的有机酸,其中R是有机部分,优选是C3~C30,更优选C3~C20,最优选C3~C15。优选的速止剂是新癸酸。抗氧剂是Irganox 1520和环氧化豆油,其中该Irganox 1520含有尚未除掉的副产物,而不加环氧化豆油,用它生产出的聚合物产品就会带有颜色。Irganox 1520有几种纯度不同的品级供应。应当指出的是,杂质的去除是由产品的制造商完成的事情,而这里在涉及到Irganox 1520含有的杂质所说的“去除”或“去除后的”是指减少副产物或杂质,不一定指将产品中的全部副产物或杂质都除净。
发明最佳实施方案
按照本发明回收方法回收的聚合物为基本无色的,并在经过一段可接受的聚合物贮存期限的热老化之后仍保持为无色状态。本发明所述持久无色产品所具有的包括无色在内的稳定性和贮存期限,是指在经热老化之后其无色程度与采用目前优选的Irganox 1076(一种汽巴嘉基公司的受阻酚稳定剂)和TNPP三(壬基苯基)亚磷酸酯体系回收的聚丁二烯聚合物达到的无色程度不相上下。下面,将结合丁锂聚合法和溶液苯乙烯/丁二烯聚合法来说明本发明,不过,这并不是打算将本发明限制在这2类回收聚合物的方法。
按阴离子聚合,如丁锂聚合法或溶液苯乙烯-丁二烯聚合法生产的聚合物胶浆,包含起初为“活性”的聚合物。在该活性聚合物胶浆中加入速止剂,从而使聚合过程终止。
优选的速止剂是新癸酸,其用量等于或大于聚合所使用的锂引发剂的摩尔量。新癸酸对锂的摩尔比优选是1.5。
实施催化剂洗涤及中和步骤,以便将锂的残余从聚合物中洗掉。该步骤的实施包括:(1)加入5~100wt%(相对于胶浆)去离子水,(2)剧烈搅拌,以及(3)加入水溶性酸,其非限定性例子是硫酸、盐酸,或者优选地,柠檬酸。酸的加入量根据pH来选择,目标是将催化剂洗涤步骤维持在微酸性到中性的环境中,即pH为约3~约7,优选为约6~约7的范围。盐酸的摩尔量为聚合使用的锂引发剂摩尔量的1~1.5倍;硫酸的摩尔量为锂引发剂摩尔量的0.5~0.75倍;柠檬酸的摩尔量为锂引发剂摩尔量的0.3~0.5倍。在步骤(1)中,替代地,去离子水的加入量也可在5~50wt%或5~25wt%(相对于胶浆)的范围。
抗氧剂的加入包括在聚合物中加入任何Irganox 1520的品级及环氧化豆油:
Irganox 1520D或市售的Irganox 1520L,再加上例如约200wt%环氧化豆油(相对于抗氧剂),一起加入到聚合物胶浆中。该环氧化豆油可以与Irganox 1520D或Irganox 1520L掺混在一起,或者单独地加入。环氧化豆油的需要量视所选择的抗氧剂而定。
也可让Irganox 1520D或Irganox 1520L与约4%环氧化豆油预先起反应,然后,可将该未经纯化的反应产物加入到聚合物胶浆中。环氧化豆油的需要量视所选择的抗氧剂而定。
也可将市售的Irganox 1520LR加入到聚合物胶浆中。Irganox 1520LR包含残留量的环氧化豆油。
实施聚合物凝固步骤。严密控制凝固和汽提期间的pH。需要的话,为了将pH控制在3~7,或者优选地在6~7的范围,可加入补加的酸,如硫酸、盐酸,或者优选地,柠檬酸。
凝固的聚合物接受汽提处理,以驱除未反应单体和残留溶剂。需要的话,为了将pH控制在3~7,或者优选地,在6~7的范围,可加入补加的酸,如硫酸、盐酸,或者优选地,柠檬酸。经汽提的聚合物在加热和空气条件下进行干燥。
本发明的方法用于制造诸如聚丁二烯橡胶或溶液苯乙烯-丁二烯橡胶之类的聚合物,以提供要求持久无色的用途,如用于高抗冲聚苯乙烯的制造。
本发明的一个优点在于,发现了一种将受阻酚稳定剂与新癸酸组合使用,并使用其他上述回收体系要素,以提供与采用目前的Irganox 1076及TNPP所生产的产品不相上下的持久无色产品的方法,同时又避免了TNPP的使用。使用环氧化豆油的好处尤其明显地表现在,它允许使用成低纯度Irganox 1520的能力上,相应地,制造成本也就低于较高纯度品级如Irganox 1520L及Irganox LR之类。
下面的实施例意在举例说明本发明的方法及其优点,然而,绝无在任何意义上限定本发明之意。
实施例
实例1(先有技术)
本试验的目的在于提供一个对比例,它按照先有技术方法以Irganox 1076/TNPP作为抗氧剂体系生产丁锂橡胶。85g丁二烯1,3在415g干燥正己烷中,在加入0.4mmol丁基锂在5g正己烷中的溶液之后便开始聚合反应。反应在惰性气氛下的1.51气密反应容器中,在70℃、持续摇动之下进行3h。
活性聚合物胶浆,在加入10ml乙醇之后便迅速终止。在胶浆中加入Irgannox 1076及TNPP的混合物并进行混合。在100℃实施蒸汽凝固1h。回收湿的白色聚合物并在开炼机上干燥。干燥后的橡胶显示出水晶般的透明颜色(颜色品级0)。在烘箱中,70℃下老化7日之后,产品颜色依旧维持不变(颜色品级0)。材料及结果载于表1中。
实例2
85g丁二烯1,3在415g干燥正己烷中,在加入0.4mmol丁基锂在5g正己烷中的溶液之后便开始聚合反应。反应在惰性气氛下的1.51气密反应容器中,在70℃、持续摇动之下进行3h。
活性聚合物胶浆,在加入0.6mmol新癸酸,随后加入0.2mmol柠檬酸之后便快速终止。速止后的聚合物胶浆倒入到盛有300g去离子水的敞口烧杯中,然后剧烈搅拌。频繁测定pH,若pH超过7,就补加柠檬酸。将水排净。在100℃进行约1h的凝固。在该加工步骤期间,频繁测定pH,若pH超过7,就补加柠檬酸。回收湿聚合物并在开炼机上干燥。通过与HIPS用途所要求的颜色性能指标进行比较,按相对的标准测定颜色。又测定了Haake稳定性。材料及结果载于表2中。
从表2可见,试验情况随所使用的抗氧剂体系而变化。在试验2-1、2-2或2-3中,分别使用了Irganox 1520D,Irganox 1520L及Irganox 1520LR.在试验2-4中,10gIrganox 1520D与0.4g环氧化豆油在敞口容器中、120℃、持续摇动之下预先反应1h。0.069g(0.09phr(每百份橡胶))上述未净化的反应产物在10ml干燥正己烷中的溶液,被混入到洗涤的胶浆中。300ml去离子水加入到该稳定化的聚合物胶浆中,然后在100℃下进行1h的蒸汽凝固。随后,回收湿的纯白色聚合物并在开炼机上在100℃干燥3min。干燥后的橡胶(挥发份低于0.5%)显示出水晶般的透明颜色(颜色品级0)。在烘箱中,70℃下老化7日之后,产品颜色依旧维持不变。
试验2-5基本按照试验2-4的操作程序实施,只是用Irganox 1520L代替Irganox D。
在试验2-6中,0.069gIrganox D溶解在10ml正己烷中,然后混入到洗涤胶浆中,随后,140mg环氧化豆油混入到洗涤胶浆中。其余的步骤按照试验2-1的操作程序实施。
试验2-7基本上按照试验2-6的程序,只是用Irganox L代替IrganoxD。
实例2中的7种试验的材料和结果,包括颜色测定结果,一并载于表2中。该结果表明,在试验2-3至2-7中制备的产品具有良好的颜色和稳定性。试验2-1和2-2的聚合物产品,由于使用了低品级Irganox 1520作为抗氧剂,又没有让环氧化豆油预先包含在Irganox 1520中,或者加入到Irganox 1520中或加入到胶浆中,具有不良的颜色特性。颜色测定结果载于表2中。
实例3
实例3中的各项试验基本按照实例2的试验4操作程序执行。在试验3-1中,催化剂洗涤步骤被省略了,且在凝固步骤中加入0.4mmol柠檬酸以控制pH。试验3-2基本按照试验2-4的操作程序执行。这些试验的材料和结果,包括颜色测定值,一并载于表3中。试验3-1的结果表明,省略催化剂洗涤步骤的方法所生产的产品,随老化的进行而逐渐着色。
实例4
本实例用以说明不控制pH的方法。在试验4-1中,速止步骤包括加入0.6mmol新癸酸,但在催化剂洗涤步骤或凝固步骤中未使用柠檬酸来控制pH。所使用的抗氧剂体系是,Irganox 1520D与环氧化豆油按试验2-4中所使用的程序进行预先反应的产物。在试验4-2中,用水作为速止剂,并同样未着意控制催化剂洗涤步骤及凝固步骤期间的pH。材料及结果载于表4中。这2种方法均生产出着色的产品。在试验4-1中,产品在老化后着色,而在试验4-2中,产品原来和老化后都带有颜色。
实例5
本实例说明不使用新癸酸作速止剂的方法。各试验基本上按照试验2-4的程序进行,只是用柠檬酸作为速止剂来代替新癸酸。材料及结果载于表6中。该方法生产出的产品,起初颜色良好,但老化后就变了色。
实例6
本实例用以说明不加抗氧剂的方法。试验基本按照试验2的程序实施,只是不加抗氧剂。材料及结果载于表6中。该方法生产出的产品具有良好的初始和老化后的颜色。
实例7
基本上按照试验2-4的操作程序实施了实例3中的试验。试验材料和结果,包括颜色测定值,一并载于表7中。试验7的结果表明,硫酸是适合用来调节催化剂洗涤步骤的pH的酸,且当pH在3.1左右时可达到良好的颜色。
应当理解,本说明和实施例仅为举例说明而已,不构成对本发明的限制,而且,在本发明精神和范围内的其他实施方案对本领域技术人员来说是不言而喻的。
                                                                 表1:实例1
 No. 丁基锂 第一次加入   第二次加入   H+  pH  第三次加入  测定值  凝固     CA加入        凝固pH 颜色1   颜色2   Haake稳定性
  mmol   mmol  mmol  抗氧剂%      mmol     初    终  老化胶    min
            速止                  洗涤           抗氧剂                                                     凝固
  1   0.4  10ml  乙醇 -     -   -  -   1076/TNP 蒸汽  -     -   8.5   8.5     0     0     6
                                                            CA=柠檬酸
                         表2:实例2(70℃下每次加入后混合1h,充分洗净催化剂,检验不同的1520品级)
 No.   丁基锂   第一次加入   第二次加入   H+   pH    第三次加入   测定值 凝固   CA加入        凝固pH 颜色1   颜色2    Haake稳定性
mmol mmol mmol 抗氧剂% mmol 老化胶 min
          速止                 洗涤           抗氧剂                                      凝固
  1     0.4  0.6mmolVA  0.20mmolCA >0.6  6-7  0.09phr  11520D     0.08 蒸汽 -   -        6-7   1     2     7
  2     0.4  0.6mmolVA  0.20mmolCA >0.6  6-7  0.09phr  11520L     0.10 蒸汽 -   -        6-7   0     1-2     8
  3     0.4  0.6mmolVA  0.20mmolCA >0.6  6-7  0.09phr  11520LR     0.10 蒸汽 -   -        6-7   0     0     7
  4     0.4  0.6mmolVA  0.20mmolCA >0.6  6-7    0.09phr 1520D(用4%ESBO预热)     0.08 蒸汽 -   -        6-7   0     0     7
  5     0.4  0.6mmolVA  0.20mmolCA >0.6  6-7    0.09phr 1520L(用4%ESBO预热)     0.09 蒸汽 -   -        6-7   0     0     8
  6     0.4  0.6mmolVA  0.20mmolCA >0.6  6-7    0.09phr 1520D+140mg ESBO(共混物)     0.10 蒸汽 -   -        6-7   0     0     9
  7     0.4  0.6mmolVA  0.20mmolCA >0.6  6-7    0.09phr 1520L+140mg ESBO(共混物)     0.07 蒸汽 -   -        6-7   0     0     7
            VA=新戊酸
            CA=柠檬酸
            ESBO=环氧化豆油
                                     表3:实例3(70℃,充分混合30min,分开的步骤,无催化剂洗涤)
  No.   丁基锂   第一次加入   第二次加入   H+   pH         第三次加入   测定值  凝固   CA加入      凝固pH 颜色1   颜色2   Haake稳定性
mmol mmol mmol 抗氧剂% mmol 老化胶 min
         速止                     洗涤             抗氧剂                                                      凝固
  1     0.4   0.6mmolVA0.20mmolCA   (省略) >0.6  -   0.09phr 1520D(用4%ESBO预热)     0.07 蒸汽   0.04CA   6.2   6.9   0     1     6
  2     0.4   0.6   VA   0.20mmolCA >0.6  6.1   0.09phr 1520D(用4%ESBO预热)     0.10 蒸汽 -   -   6.1   6.5   0     0     7
              VA=新戊酸
              CA=柠檬酸
              ESBO=环氧化豆油
                             表4:实例4(70℃,充分混合30min,分开的步骤,不调节pH)
  No.  丁基锂   第一次加入 第二次加入   H+ pH       第三次加入   测定值 凝固  CA加入        凝固pH 颜色1   颜色2   Haake稳定性
  mmol     mmol   mmol   抗氧剂%   mmol   初    终   老化胶    min
         速止                       洗涤             抗氧剂                                                       凝固
  1   0.4  0.6  VA -    -    -  7.7   0.09phr 1520D(用4%ESBO预热)     0.08 蒸汽  -  -   7.7   8.2    0     1-2     6
  2   0.4  10ml  H2O -    -    -  8   0.09phr 1520D(用4%ESBO预热)     0.07 蒸汽  -  -   8.1   8.2    1     2     5
                     VA=新戊酸
                     CA=柠檬酸
                     ESBO=环氧化豆油
                                 表5:实例5(70℃,充分混合30min,分开的步骤,ESBO预反应,无VA)
  No.  丁基锂      第一次加入              第二次加入   H+    pH   测定值   凝固  CA加入       凝固pH 颜色1   颜色2   Haake稳定性
  mmol        mmol  mmol   抗氧剂%   mmol   初   终 老化胶   min
              速止                        抗氧剂           洗涤                           凝固
  1   0.4   0.4     CA     0.09phr     11520D+ESBO预热   1.2    3.1     0.05   蒸汽 -  -   3.1   3.5    0     1    11
                   VA=新戊酸
                   CA=柠檬酸
                   ESBO=环氧化豆油
                                           表6:实例6(70℃,充分混合30min,分开的步骤,无抗氧剂)
 No. 丁基锂  第一次加入  第二次加入   H+  pH  第三次加入  测定值  凝固    CA加入        凝固pH 颜色1  颜色2  Haake稳定性
 mmol     mmol  mmol mmol  抗氧剂%    mmol   初   终 老化胶   min
          速止                洗涤         抗氧剂                                              凝固
  1   0.4   0.6mmolVA   0.20mmolCA >0.6    -  -    - 蒸汽 -   -   6.2   6.5    0     0     7
            VA=新戊酸
            CA=柠檬酸
                                                               表7:实例7
  No. 丁基锂 第一次加入 第二次加入   H+   pH    第三次加入   测定值 凝固  CA加入     凝固pH 颜色1 颜色2    Haake稳定性
mmol     mmol  mmol   抗氧剂%   mmol   初   终 老化胶     min
            速止                  洗涤            抗氧剂                                     凝固
  1   0.4   0.6   VA   0.4mmolH2SO4 >>0.6  3.1  0.09phr 1520D(用4%ESBO预热)     0.09  蒸汽  -  -   3.1   3.1    0     0     8.0
              VA=新戊酸
              CA=柠檬酸
              ESBO=环氧化豆油

Claims (10)

1.一种从聚合过程制造的胶浆中回收活性聚合物的方法,其中活性聚合物胶浆经历速止,洗涤,稳定化,凝固,汽提及干燥,特征在于,回收过程包括:
向所述胶浆中的所述聚合物中加入速止剂,
用水洗涤所述聚合物中的催化剂残余,用水量为胶浆的5~25wt%,优选5~50wt%,最优选5~100wt%,
向所述胶浆中加入抗氧剂Irganox 1520以使所述聚合物稳定化,
向所述聚合物中加入环氧化豆油以使聚合物抗变色降解稳定,
使所述聚合物凝固并对其实施汽提,
回收过程中催化剂洗涤和凝固步骤期间,胶浆的pH调节在约3~约7,优选约6~约7。
2.权利要求1的回收方法,其中该环氧化豆油被加入到一种尚未用环氧化豆油纯化除杂的Irganox 1520品级中去,且所述环氧化豆油和Irganox 1520在加入到所述胶浆中的聚合物中去之前,彼此混合并在最高约120℃下加热至少约1h。
3.权利要求2的回收方法,其中该环氧化豆油被加入到一种尚未用环氧化豆油纯化除杂的Irganox 1520品级中去,且所述环氧化豆油和Irganox 1520在加入到所述胶浆中的聚合物中去之前,彼此掺混在一起。
4.权利要求1,2或3的回收方法,其中速止剂是通式为R-COOH的有机酸,其中R是有机部分,且优选是C3~C30部分,更优选是C3~C20部分,最优选是C3~C15部分。
5.权利要求1,2或3的回收方法,其中速止剂是新癸酸。
6.权利要求1,2或3的回收方法,其中聚合过程中使用锂引发剂,速止剂是新癸酸,且新癸酸对锂的摩尔比为约1.5。
7.权利要求1,2或3的回收方法,其中在催化剂洗涤步骤中,水的存在量是胶浆数量的5~25%,优选5~5-%,最优选5~100%,胶浆经受剧烈搅拌,且根据将pH维持在约3~约7,优选约6~约7范围的需要加入水溶性酸。
8.一种阴离子聚合方法的产品,其中所述聚合物是采用这样一种方法提取出来的,它包括:速止剂加入步骤、催化剂洗涤步骤、抗氧剂加入步骤、凝固步骤,而在所述催化剂洗涤步骤和所述凝固步骤期间,pH控制在约6~约7,而且,其中所述速止剂加入步骤是加入通式为R-COOH的有机酸,其中R是有机部分,且优选是C3~C30部分,更优选是C3~C20部分,最优选是C3~C15部分,而且所述抗氧剂是Irganox 1520和环氧化豆油,所述Irganox 1520含有尚未除掉的副产物,若不加入环氧化豆油,生产出来的产品将是带色的。
9.一种阴离子聚合方法的产品,其中所述聚合物是采用这样一种方法提取出来的,它包括:速止剂加入步骤、催化剂洗涤步骤、抗氧剂加入步骤、凝固步骤,而在所述催化剂洗涤步骤和所述凝固步骤期间,pH控制在约6~约7,而且,其中所述速止剂加入步骤是加入通式为R-COOH的有机酸,其中R是有机部分,且优选是C3~C30部分,更优选是C3~C20部分,最优选是C3~C15部分,而且所述抗氧剂是用环氧化豆油净化过的Irganox 1520。
10.按照权利要求8或9的阴离子聚合方法的产品,其中速止剂加入步骤中的无机酸是新癸酸。
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CN106189039A (zh) * 2014-12-29 2016-12-07 奇美实业股份有限公司 嵌段共聚物组成物

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