TWI378104B - Process for preparation of pastable polymers - Google Patents

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Description

1378104 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種藉微懸浮法製造可成爲糊漿狀之聚 合物（特別是氯乙烯均-和共聚物）之單階段批次法，其 中’與塑化劑摻合之聚合物形成黏度非常低且乳化劑含量 非常低的PVC糊漿（亦稱爲塑料溶膠）。 【先前技術】 已經知道意圖用以製造塑料溶膠之氯乙烯均-和共聚 物可藉連續和批次法製得。糊漿黏度對於塑料溶膠之加工 性具有決定性的影響。用於大多數應用（塗覆法，如，散 佈、印刷和經由浸泡和經由澆鑄加工），低糊漿黏度有利 於提高產能。低糊漿黏度的其他優點在於可減少（可能至 〇)塑化劑含量低之調合物中之用以增進散佈之加工助劑的 量。
連續乳化聚合法中製得之氯乙烯聚合物使得塑料溶膠 於高剪力範圍內具有低黏度及於低剪力範圍內具有高黏度 (如，DE 1017369、DE 1029563、DD 145171 、DE 2714948、DE 1065612、DE 2625149)。但是，特定言之， 於低剪力範圍內具有低糊漿黏度將有利於許多前述加工法 中之產能和產物品質。藉連續法製得之氯乙烯聚合物亦具 有非常高的乳化劑濃度，自其製造產物時，此對於性質 (如，吸水性、遷徙行爲和薄片的透光性..等）具有負面影 -5- 1378104 p) P 2存在時，藉由添加適當的晶種乳膠和氯乙烯，而得到 具有雙峰顆粒尺寸的乳膠。有一關於藉由使具有不同顆粒 尺寸的聚合物乳膠摻混並繼而乾燥而改良流變性之先前描 述（US 6245848) ° 多階段法的一個缺點在於實施此方法之技術和分析成 本。晶種乳膠的品質對於雙峰乳膠的品質有決定性的影 響。顆粒尺寸和晶種乳膠P1或P2中之一顆粒族群的重量 比變動都會對雙峰乳膠中之顆粒族群的顆粒尺寸或含量之 變動造成影響，因此也會影響塑料溶膠的流變性。晶種乳 膠之可再製產製和品質控制須投注與稱入技巧（乳化劑、 引發劑、單體）相關的高成本及用以測定顆粒族群P 1和 P2之顆粒尺寸的高分析成本。 也已經知道用以製備低黏度氯乙烯均-和共聚物之方 法，其藉微懸浮程序，添加至高1 %烷烴（具有>8個碳原 子的烷烴）（DD 2203 1 7)。此方法的缺點在於，乳膠乾燥 (以噴霧乾燥爲佳）之後，烷烴（其與聚合物不相容）大多留 在聚合物中並對最終產物之性質造成負面影響（汽車組件 之模糊 '屋頂覆物和壁紙部分之移動、戶外散逸（VOC 値））。再者，單體移除法期間內，回收利用的殘留單體中 之揮發性烷烴濃度提高，因此’單體回收利用系統中須要 複雜的蒸餾分離程序以自單體分離烷烴。 【發明內容】 本發明的一個目的是提供一種經濟上有效的單階段方 (5) (5)1378104 安定單體液滴和聚合物分散液，且不會對於所形成的乳膠 之安定性造成任何負面影響（於3000rpm攪拌之安定性之 30分鐘）。 本發明提供的方法的另一優點在於，不須經由均化設 備將全量單體或共聚單體餵至聚合反應槽中，而是可以直 接將一"份"材料加至反應器中》此使得餵入時間較短且空 間一時間產率較高。 本發明之方法導致具有在分散液中之不同顆粒尺寸族 群體積比例幾乎相同之聚合物分散液。相較於衍生自微懸 浮法之顆粒尺寸分佈寬廣的塑料溶膠，此聚合物乾燥之 後’自其和塑化劑得到之塑料溶膠之糊漿黏度顯然較低^ 能夠不必添加用以降低糊漿黏度之添加劑（如，稀釋劑或 增充劑）。 本發明之方法得以藉由適當地調整分散設備中之壓力 和剪力隙寬度參數而設定顆粒族群P1和P2之清晰的體積 分佈，並藉此"修改"塑料溶膠之流變性。 欲理想地利用與本發明之方法相關的優點，顆粒族群 P1的體積平均顆粒尺寸是由0.05-1.0微米，以0.2-0.8微 米爲佳，0.4-0.7微米特別佳，顆粒族群P2的體積平均顆 粒尺寸是由1.0-2 0微米，以2.0-5.0微米爲佳，2_5-4微 米特別佳。顆粒族群P 1和P 2最大値之間的差距以2 - 5微 米爲佳。 所得分散液中之雙峰分佈之顆粒族群P1和P2的體積 比是由90: 10至1〇: 90，以在60: 40至40: 60的範圍 -9- 1378104
內爲佳。 本方法的另一優點在於，每一案例中，用於聚名 散液之安定化作用所須的乳化劑/輔助乳化劑量S0 因此顯著低於微懸浮液聚合物慣用的量（每一案例 1.0-1.5%)。儘管乳化劑/輔助乳化劑含量非常低， 散液可以被無困難地抽取且安定地儲存（此分散 3 000rpm攪拌之安定性2 30分鐘）。 自此聚合物製得之產物的特徵在於吸水性非常 光產物（特別是薄片）亦具有特別高的透光率。應用 是在汽車組件）中的一個優點在於乳化劑含量低，使 糊"的趨勢非常低。 本發明中製得之聚合物分散液可藉慣用的陰離子 離子或非離子乳化劑加以安定，本發明不限制所用 劑。 特別地，可以使用離子性乳化劑，如，具有1 0 個碳原子的羧酸之鹼金屬或銨鹽，如，月桂酸鈉、肉 酸鈉或棕櫚酸鈉。 其他適當化合物是一級和二級鹼金屬和烷基硫 (如，月桂基硫酸鈉、肉豆蔻酸硫酸鈉和油基硫酸鈉） 作爲乳化劑組份之用之烷基磺酸的鹼金屬或銨鹽 包含其烷基具有10至20個支鏈或直鏈碳原子（以 17個碳原子爲佳）者。所用者的例子爲：癸基磺酸鈉 桂基磺酸鈉、肉豆寇基磺酸鈉、棕櫚酸磺酸鈉、硬脂 酸鈉、十七碳烷基磺酸鈉。 t物分 .8 %並 I中爲 此分 液於 έ。透 (特別 得"模 1、陽 乳化 至20 丨豆蔻 ，酸銨 〇 丨可以 ]4至 丨、月 i基磺 -10- (7) (7)1378104 可作爲乳化劑組份之烷基芳基磺酸的鹼金屬和銨鹽可 以包含其烷基鏈具有8至18個支鏈或直鏈碳原子（以10 至13個碳原子爲佳）者。可提及的例子爲：四伸丙基苯磺 酸鈉、月桂基苯磺酸鈉、十八碳烷基苯磺酸鈉、辛基苯磺 酸鈉和十六碳烷基苯磺酸鈉。 可以作爲乳化劑組份之磺基丁二酸酯的鹼金屬和銨鹽 可包含具有6至14個支鏈或直鏈碳原子（以8至10個碳 原子爲佳）的醇部分者。可資利用者的例子爲：二辛基磺 基丁二酸鈉、二-2-乙基己基磺基丁二酸鈉、二癸基磺基 丁二酸鈉、二（十三碳烷基）磺基丁二酸鈉。 可使用之非離子性乳化劑爲具有12至20個碳原子的 脂肪醇（如，鯨蠟醇、硬脂醇）或脂肪醇-環氧乙烷-環氧 丙烷加合物，或烷基酚聚乙二醇醚（如，壬基酚聚乙二醇 醚）。 也可以使用乳化劑之混合物。也可以使額外輔助劑與 所述乳化劑摻混，其例子爲酯，如，單月桂酸山梨糖醇酯 和羧酸二醇酯。 可用於此方法之引發劑是已知的有機和無機過氧化 物》同樣地’本發明對於引發劑之使用並無限制，可以使 用任何適當的引發劑》 較佳地’使用過氧基二碳酸烷酯，其烷基包含2至 20個碳原子（如，過氧基二碳酸二乙酯、過氧基二碳酸二 (2 -乙基己基）醋 '過氧基二碳酸二鯨蠟酯、過氧基二碳酸 二肉豆蔻酸酯）或二醯基化過氧，其烷基含有4至2〇個碳 -11 - 1378104 do) 下列者加入其中 55公斤烷基芳基磺酸鹽 55公斤硬脂基單乙二醇醚 5.5公斤過氧基二碳酸二肉豆蔻酸酯 5 5 00公斤氯乙烯。 此混合物於2 5 °C攪拌1 5分鐘，之後於壓力下通過轉 子一定子分散器（使用10.5巴和0.5毫米隙寬）進入15立 方米經攪拌的壓熱器中。分散時間是36分鐘，產量是18 立方米/小時。 此反應混合物於壓熱器中加熱至聚合反應溫度52 °C。聚合時間約8小時。 移除單體之後，分散液以噴霧乾燥機處理，得到聚氯 乙烯粉末。調整噴霧乾燥條件，使得粉末的晶粒尺寸分佈 中，<1重量％顆粒>63微米。 欲測定糊漿的流變性，每一案例中，1 00份所得聚氯 乙烯和60份酞酸二乙基己酯混合。儲存2小時之後，於 D=1.5秒-1和45秒-1測定糊漿黏度（附表1)。 本發明實例2 4400公斤去離子水作爲15立方米攪拌槽的初進料。 下列者加入其中 35公斤烷基芳基磺酸鹽 35公斤硬脂基單乙二醇醚 5.5公斤過氧基二碳酸二肉豆蔻酸酯 -14 - (11) 1378104 5 5 00公斤氯乙烯》 此混合物於25 °C攪拌15分鐘，之後於壓力下通過轉 子一定子分散器（使用10.5巴和0_5毫米隙寬）進入15立 方米經攪拌的壓熱器中。分散時間是36分鐘，產量是18 ' 立方米/小時。 此反應混合物於壓熱器中加熱至聚合反應溫度52 °C »聚合時間約8小時。 φ 此分散液以與本發明實例1相同的方式處理。粉末的 . 糊漿黏度列於附表1。 ' 本發明實例3 4400公斤去離子水作爲15立方米攪拌槽的初進料。 下列者加入其中 3.5公斤烷基芳基磺酸鹽 35公斤硬脂基單乙二醇醚 φ 5.5公斤過氧基二碳酸二肉豆蔻酸酯 3000公斤氯乙烯。 . 此混合物於25°C攪拌15分鐘，之後於壓力下通過轉 • 子一定子分散器（使用10.5巴和0.5毫米隙寬）進入15立 . 方米經攪拌的壓熱器中。分散時間是30分鐘，產量是18 - 立方米/小時。反應混合物加熱之前，將2 5 00公斤氯乙 _ 烯餵至經攪拌的壓熱器中。 此反應混合物於壓熱器中加熱至聚合反應溫度52 °C。聚合時間約8小時。 -15- (12) 1378104 此分散液以與本發明實例"目同的方式處理。粉末的 糊漿黏度列於附表1。
* 比較例A . 4400公斤去離子水作爲15立方米攪拌槽的初進料。 下列者加入其中 55公斤基芳基磺酸鹽 φ 55公斤硬脂基單乙二醇醚 . 5·5公斤過氧基二碳酸二肉豆蔻酸醋 5 5 00公斤氯乙烯。 • 此混合物於25 °C攪拌15分鐘，之後於壓力下，藉活 塞均化器使用約170巴均化壓力進入15立方米經攪拌的 壓熱器中，產量是6立方米/小時。 此反應混合物於壓熱器中加熱至聚合反應溫度52 °C。聚合時間約8小時。 • 此分散液以與本發明實例1相同的方式處理。粉末的 糊漿黏度列於附表1。
比較例B 4400公斤去離子水作爲15立方米攪拌槽的初進料》 下列者加入其中 35公斤烷基芳基磺酸鹽 > 35公斤硬脂基單乙二醇醚 5.5公斤過氧基二碳酸二肉豆蔻酸酯 -16- (13) 137810.4 5500公斤氯乙稀。 此混合物於25 °C攪拌15分鐘，之後於壓力下，藉活 塞均化器使用約170巴均化壓力進入15立方米經攪拌的 • 壓熱器中，產量是6立方米/小時。分散時間是100分 鍾。 此反應混合物於壓熱器中加熱至聚合反應溫度52 °C。聚合時間約8小時。 φ 製得大量聚結材料，使其無法藉噴霧乾燥的方式處理 , 此分散液。
比較例C 4400公斤去離子水作爲15立方米攪拌槽的初進料。 下列者加入其中 35公斤烷基芳基磺酸鹽 35公斤硬脂基單乙二醇醚 # 5.5公斤過氧基二碳酸二肉豆蔻酸酯 3000公斤氯乙烯。 . 此混合物於25°C攪拌15分鐘，之後於壓力下，藉活 ' 塞均化器使用約170巴均化壓力進入15立方米經攪拌的 . 壓熱器中，產量是6立方米/小時。反應混合物加熱之 ， 前，將2 5 00公斤氯乙烯餵至經攪拌的壓熱器中。分散時 • 間是8 5分鐘》 此反應混合物於壓熱器中加熱至聚合反應溫度52 °C。聚合時間約8小時。 -17- (14)137810.4 製得大量聚結材料，使其無法藉噴霧乾燥的方式處理 此分散液。 附表1 糊漿黏度PVC/DEHP= 1 00/60，體積平均顆粒尺寸 M v (P 1)和（P 2)(亦參考附圖2) 本發明實例/ Pa.s MV(P1) MV(P2) 比較例 D=1.5 秒-1 D=45 秒] [微米] [微米] 1 1.8 2.2 0.48 2.3 2 1.9 2.4 0.51 2.7 3 2.0 2.2 0.52 2.8 A 3.0 3.2 0.50 B — C 一 一 一 一
【圖式簡單說明】 附圖1 :得自本發明實例丨之聚合物分散液的顯微圖 附圖1所示者爲得自本發明實例丨之聚合反應之聚合 物分散液的顯微圖。此顯微圖顯示具有兩種顆粒族群P1 和P2之聚合物分散液之雙峰分佈。 附圖2:聚合物分散液之差示顆粒尺寸分佈 附圖2所示者爲所得聚合物分散液之測得的差示顆粒 尺寸分佈。此聚合反應的實施方式與此處所述之本發，明實 例相同。 -18-

Claims (1)

1378104 附件5A :第095106852號申請專利範圍修正本 ' 民國101年.8异30日|正 : 十、申請專利範圍 ^ ；* ι· 一種製備由乙烯系不飽和單體構成之可成爲糊漿 狀之聚合物之方法，其藉由在微懸浮法中之批次聚合反應 或共聚反應，使用利用轉子-定子原理的分散設備或另一 均化機械，其中以反應混合物之總重計，用以安定此聚合 物分散液之乳化劑/輔助乳化劑的量在每一案例中爲< 0.8 重量％，和聚合物分散液的雙峰（bimodal)-次粒徑分佈係 r·、. 、 藉由有關分散器系統之分散壓力和剪力隙寬而最有效化之 Λ 單階段法而生成，使得族群P1的原始粒子的直徑在0.05- 1 .0微米的範圍內，而族群Ρ2則是在1 .5-20微米的範圍 內，且雙峰分佈之顆粒族群Ρ1和Ρ2的體積比是由90 : 10 至 10: 90。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該可成爲糊 漿狀之聚合物是氯乙烯之均聚合物或氯乙烯與至高30重 量％之可共聚的單體之混合物之共聚物。 3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該雙峰 . 分佈之顆粒族群Ρ1和Ρ2的體積比是在60: 40至40: 60 1 的範圍內。 ' 4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中具有低 含量之乳化劑/輔助乳化劑的混合物以乳化劑/輔助乳化 • 劑的量在每一案例中爲0.4-0.8重量％方式聚合。 5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中僅30_ 1378104 80重量％單體藉分散設備被轉移進入聚合反應器中，剩餘 部分被直接餵入聚合反應槽中。 6. 一種可成爲糊漿狀之聚合物，其製自申請專利範 圍第1至5項中任一項之方法。 7. 一種產物，其製自申請專利範圍第6項之聚合 物。 -2-
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