TWI453252B - 含聚(伸丙基醚)乙二醇酯之增塑劑 - Google Patents
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Description
本發明係關於包含聚(伸丙基醚)乙二醇之單羧酸酯(單酯及/或二酯)的增塑劑及其用於多種基質聚合物之增塑的用途。
增塑劑為添加至其他材料中時使得彼材料更軟及更具撓性的物質。一般而言,此意謂聚合物之撓性及可加工性增加(在有些情況下因玻璃轉移溫度Tg降低所致)。增塑劑所添加至之聚合物一般稱為「基質聚合物」。通常被增塑的一種基質聚合物為聚(氯乙烯)(PVC),且另一種聚合物為聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。
常用增塑劑包括:鄰苯二甲酸酯,包括(例如)鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯及鄰苯二甲酸苄基丁酯;己二酸酯,包括己二酸二-2-乙基己酯;偏苯三酸酯,包括偏苯三酸三-2-乙基己酯;及磷酸酯,包括磷酸三-2-乙基己酯。然而,其中一些的使用因潛在毒性問題而減少。亦使用聚酯增塑劑,但彼等增塑劑一般係基於丙二醇或丁二醇與己二酸或鄰苯二甲酸酐之縮合產物,且因此會呈現極高的黏度,此隨後在與其他聚合物摻混中引起加工問題。聚合物之增塑揭示於例如D.F.Cadogan及C.J.Howick in Kirk-Othmer Encylclopedia of Chemical Technology,John Wiley and Sons,Inc.,New York,2000年12月4日,DOI:10.1002/0471238961.1612011903010415.a01。
聚伸丙基醚乙二醇之各種單羧酸單酯及二酯具有使得其可用於多種領域(包括用作潤滑劑)的特性。美國專利申請案第11/593954號揭示此等酯之製備及其用於多種功能流體的用途。
環氧化植物油亦為PVC及其他聚合物基質廣泛使用之增塑劑。此等材料可為經增塑聚合物材料提供對鄰接材料之低遷移性、協同穩定化及更好的低溫撓性。有些環氧化植物油已被批准用於食品包裝應用。在環氧化過程中,大豆油及松油脂肪酸過去常在催化劑存在下使過氧化氫及乙酸反應,並產生過甲酸及其他非所需雜質。通常,植物油(作為大豆油或精製級之松油脂肪酸)為不同飽和/不飽和脂肪酸之混合物;因此,很難製造具有受控結構及分子量的酯。
仍需要用於聚合物之增塑、同時將雜質減至最少且改良聚合物之特性的方法及組合物。
本發明之一態樣為在基質聚合物中包含有效量之增塑劑的聚合物組合物,其中該增塑劑包含聚(伸丙基醚)乙二醇之酯。
本發明之另一態樣為製備經增塑聚合物之方法,該方法包含:
a.提供基質聚合物;
b.於該基質聚合物中添加有效量之增塑劑,其中該增塑劑包含聚(伸丙基醚)乙二醇之酯;
c.加工該基質聚合物與增塑劑以形成混合物;及
d.將該混合物冷卻。
在一些實施例中,基質聚合物及增塑劑之加工包含在比基質聚合物之熔融溫度高20至40℃的溫度下進行熔融加工。
在一些實施例中,基質聚合物及增塑劑之加工包含形成水性漿液或溶劑(亦即含有非水性溶劑)漿液。
加工及冷卻之後,可將混合物研磨以形成粒子。
除非另外定義,否則本文中使用之所有技術及科學術語具有之含義與由一般熟習本發明所屬技術之技術者通常所瞭解之含義相同。若有衝突,則以本說明書(包括定義)為準。
除非另有說明,否則所有百分比、份數、比率等均以重量計。
當數量、濃度或其他值或參數以範圍、較佳範圍或較佳上限值及較佳下限值之清單形式列出時,此應理解為特定地揭示由任意對之任何範圍上限值或較佳值及任何範圍下限值或較佳值所形成之全部範圍,不論範圍是否被單獨揭示。當本文中敍述數值範圍時,除非另外說明,否則該範圍意欲包括其端點及該範圍內之所有整數及分率。不希望本發明之範疇限於當定義範圍時所述之特定值。
當術語「約」用於描述值或範圍之端點時,應瞭解本揭示案包括所提及之特定值或端點。
如本文中所使用,術語「包含」、「包括」、「具有」或其任何其他變化形式意欲涵蓋非排他性包容。舉例而言,包含一列要素之製程、方法、物品或裝置不必僅限於彼等要素,而可包括未明確列出或該製程、方法、物品或裝置所固有之其他要素。另外,除非明確有相反說明,否則「或」係指包容的或,而非指排他性的或。舉例而言,下列情形中之任一種滿足條件A或B:A為真(或存在)且B為假(或不存在),A為假(或不存在)且B為真(或存在),及A與B均為真(或存在)。
使用「一」係用以描述本發明之要素及組份。此描述僅為方便起見及給出本發明之一般意義。此描述應理解為包括一個或至少一個,且單數亦包括複數,除非明顯意謂其他情況。
本文中之材料、方法及實例僅具說明性,且除非特定說明,否則不希望具有限制性。儘管類似於或等效於本文中所述者的方法及材料可用於本發明之實務或測試中,但本文中描述適當的方法及材料。
根據本發明之實施例,提供包含聚伸丙基醚乙二醇之一或多種酯(單酯、二酯或其混合物)的增塑劑。在較佳實施例中,增塑劑由再生性來源成份製備。除非另有說明,否則如本文中結合一列組分(例如聚合物)使用的「其混合物」意欲包括所列組分中任何兩種或兩種以上組分之混合物。
增塑劑為包含式(I)之一或多種化合物的組合物:
其中Q表示聚(伸丙基醚)乙二醇在抽除羥基之後之殘基,R2
為H或R3
CO,且R1
及R3
每一者獨立地為含有2至40個碳原子的經取代或未經取代之芳族、飽和脂族、不飽和脂族或環脂族有機基團。
聚(伸丙基醚)乙二醇酯較佳藉由如下步驟製備:使主要包含1,3-丙二醇之含羥基單體(含有2個或2個以上羥基之單體)聚縮合以形成聚(伸丙基醚)乙二醇,隨後與單羧酸發生酯化反應。以酯總重量計,酯組合物較佳包含約50至100 wt%,更佳約75至100 wt%之二酯及0至約50 wt%,更佳0至約25 wt%之單酯。
用於本揭示案之目的之聚(伸丙基醚)乙二醇為其中至少50%之重複單元為伸丙基醚單元的寡聚物或聚合物醚乙二醇。更佳約75%至100%、仍更佳約90%至100%且甚至更佳約99%至100%之重複單元為伸丙基醚單元。
聚(伸丙基醚)乙二醇較佳藉由使包含1,3-丙二醇之單體聚縮合、從而產生含有-(CH2
CH2
CH2
O)-鍵聯(例如伸丙基醚重複單元)的聚合物或共聚物來製備。如上所說明,至少50%之重複單元為伸丙基醚單元。
除伸丙基醚單元外,可存在較少量之其他單元,諸如其他聚伸烷基醚重複單元。在本揭示案之上下文中,術語「聚(伸丙基醚)乙二醇」包括由基本上純的1,3-丙二醇形成的PO3G以及含有至多約50重量%之共聚單體的彼等寡聚物及聚合物(包括下述彼等物)。
用於製備聚(伸丙基醚)乙二醇的1,3-丙二醇可藉由各種熟知的化學方法或生物化學轉化方法中任何者獲得。較佳路線描述於例如US20050069997A1中。
較佳地,以生物化學方式、由再生性來源獲得1,3-丙二醇(「生物來源」之1,3-丙二醇)。
1,3-丙二醇之特別較佳來源係使用再生性生物來源經由醱酵方法。作為來自再生性來源之起始材料的說明性實例,已描述使用由生物資源及再生性資源所產生之原料(諸如玉米原料)製備1,3-丙二醇(PDO)之生物化學途徑。舉例而言,能夠使甘油轉化為1,3-丙二醇之菌株係存在於以下屬種中:充雷伯氏菌屬(Klebsiella
)、檸檬酸桿菌屬(Citrobacter
)、梭狀芽胞桿菌屬(Clostridium
)及乳酸桿菌屬(Lactobacillus
)。US5821092特別揭示一種使用重組有機體由甘油生物製備1,3-丙二醇的方法。該方法合併經異源pdu二醇脫水酶基因轉型且對1,2-丙二醇具有特異性的大腸桿菌細菌。使轉型之大腸桿菌在作為碳源的甘油存在下生長且自生長培養基中分離出1,3-丙二醇。因為細菌與酵母可使葡萄糖(例如玉米糖)或其他碳水化合物轉化為甘油,所以此等公開案中所揭示之方法提供快速、廉價且環境上可靠之1,3-丙二醇單體來源。
生物來源之1,3-丙二醇(諸如藉由以上所述及所參考之方法製得的1,3-丙二醇)含有來自植物所併入之大氣二氧化碳之碳,該等植物組成用於產生1,3-丙二醇之原料。以此方法,較佳用於本發明上下文中之生物來源之1,3-丙二醇僅含有再生性碳且不含有基於化石燃料或基於石油之碳。由於組合物中所用之1,3-丙二醇無消耗遞減之化石燃料並在降解後使碳釋回至大氣中以供植物再次使用,因此使用生物來源之1,3-丙二醇的PO3G及基於其之酯對環境的影響較小。因此本發明之組合物的特徵為比包含基於石油之乙二醇之類似組合物更天然且具有更小的環境影響。
可藉由雙重碳同位素指紋法區分生物來源之1,3-丙二醇、PO3G及PO3G酯及自石化來源或化石燃料碳所產生之類似化合物。此方法可有效地區分化學上相同之材料,且按照生物圈(植物)組分之生長來源(並可能依年份)分配共聚物中之碳。同位素14
C及13
C為此問題帶來補充資訊。核半衰期為5730年的放射性碳定年同位素(14
C)顯然容許在化石(「死」)原料與生物圈(「活」)原料之間分配樣本碳(Currie,L.A.「Source Apportionment of Atmospheric Particles,」Characterization of Environmental Particles,
J.Buffle及H.P.van Leeuwen編,IUPACE nvironmental Analytical Chemistry Series第1卷之第1期(Lewis Publishers,Inc)(1992)3-74)。放射性碳定年之基本假定為大氣中恆定之14
C濃度使得活有機體中之14
C恆定。當處理孤立樣本時,樣本之年齡可藉由以下關係大致推導出:t=(-5730/0.693)ln(A/A0
)其中t=年齡,5730年為放射性碳之半衰期,且A及A0
分別為樣本及現代標準之特定14
C活性(Hsieh,Y.,Soil Sci.Soc. Am J.,
56,460,(1992))。然而,因1950年以來之大氣層核試驗及1850年以來化石燃料之燃燒,14
C獲得第二種地球化學時間特徵。其在大氣CO2
中且因此在活生物圈中之濃度在二十世紀六十年代中期、核試驗高峰期時大致加倍。後來逐漸恢復至約1.2×10-12
之穩定態宇生(大氣)基線同位素比率(14
C/12
C),鬆弛「半衰期」約為7-10年。(此後者半衰期不可依字面理解;相反,必須使用詳細的大氣層核輸入/衰減函數追蹤核時代開始以來大氣層及生物圈14
C之變化)。此後者生物圈14
C時間特徵維持近來生物圈碳每年定年之可能性。14
C可藉由加速器質譜法(AMS)量測,其中結果係以「現代碳之分率」單位(fM
)列出。fM
係依據國家標準與技術學會(National Institute of Standards and Technology;NIST)標準參考材料(Standard Reference Materials;SRMs)4990B及4990C(已知分別為草酸標準HOxI及HOxII)定義。基本定義係關於0.95乘以14
C/12
C同位素比HOxI(參考AD 1950)。此大致等於經衰減修正之工業革命以前木材。對於當前活生物圈(植物材料)而言,fM 1.1。
穩定碳同位素比(13
C/12
C)提供對來源區分及分配之補充途徑。給定生物來源材料之13
C/12
C比率由二氧化碳被固定時大氣二氧化碳之13
C/12
C比率決定,且亦反映準確代謝途徑。區域性變化亦發生。石油、C3
植物(闊葉樹)、C4
植物(草)及海洋碳酸鹽皆展示13
C/12
C及相應δ13
C值之顯著差異。此外,C3
及C4
植物之脂質物質的分析因代謝途徑而不同於來源於相同植物之碳水化合物組份之材料。在量測精度內,13
C由於同位素分餾效應而展示巨大變化,本發明之最顯著之處為光合機制。植物中碳同位素比不同之主要原因與植物中光合作用碳代謝途徑之差異(尤其初始羧化(亦即,大氣CO2
之最初固定)期間發生之反應)緊密相關。兩大類植物為合併「C3
」(或卡爾文-本森(Calvin-Benson))光合循環之彼等植物及合併「C4
」(或哈奇-斯萊克(Hatch-Slack))光合循環之彼等植物。諸如闊葉樹及針葉樹之C3
植物主要存在於溫帶氣候區。在C3
植物中,初始CO2
固定或羧化反應涉及酶核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶且第一種穩定產物為3-碳化合物。另一方面,C4
植物包括如熱帶禾草、玉米及甘蔗之植物。在C4
植物中,涉及另一種酶(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)之另一種羧化反應為主要羧化反應。第一種穩定碳化合物為4-碳酸,接著4-碳酸脫羧化。由此所釋放之CO2
藉由C3
循環再固定。
C4
與C3
植物均呈現13
C/12
C同位素比率之範圍,但典型值為每密耳(mil)約-10至-14(C4
)及每密耳-21至-26(C3
)(Weber等人,J.Agric.Food Chem.,
45,2042(1997))。煤及石油通常屬於此後者範圍內。13
C量測尺度最初藉由根據擬箭石化石(pee dee belemnite,PDB)設定的零加以定義,其中數值以與此材料之千分之幾偏差給出。「δ13
C」值以千分之一(每密耳)為單位(縮寫)且如下計算:
因為PDB參考材料(RM)已耗盡,所以已與IAEA、USGS、NIST及其他所選國際同位素實驗室合作開發一系列替代RM。PDB之每密耳偏差之符號為δ13
C。藉由針對質量數為44、45及46之分子離子執行高精度穩定比率質譜法(IRMS)來量測CO2
。
基於14
C(fM
)及雙重碳同位素指紋法,生物來源之1,3-丙二醇及包含生物來源之1,3-丙二醇之組合物因此可與其石化來源之對應物完全區分開,表明物質之新組成。區分此等產物之能力有益於商業上追蹤此等材料。舉例而言,可將包含「新」及「舊」碳同位素概況之產物與僅由「舊」材料形成之產物區分。因此,可基於本發明材料之獨特概況及出於限定競爭、測定存放期及尤其評估環境影響之目的對該等材料進行商業追蹤。
較佳地,如藉由氣相層析分析所測定,用作反應物或用作反應物組分之1,3-丙二醇具有大於約99重量%且更佳大於約99.9重量%之純度。
經純化之1,3-丙二醇較佳具有以下特徵:
(1)在220 nm下小於約0.200且在250 nm下小於約0.075且在275 nm下小於約0.075之紫外吸光度;及/或
(2)組合物具有小於約0.15之CIELAB L*a*b*「b*」色值(ASTM D6290)且在270 nm下具有小於約0.075之吸光度;及/或
(3)過氧化物組合物小於約10 ppm;及/或
(4)如藉由氣相層析所量測,全部有機雜質(除1,3-丙二醇以外之有機化合物)之濃度小於約400 ppm、更佳小於約300 ppm且仍更佳小於約150 ppm。
用於製備PO3G之起始材料視所需PO3G、起始材料之可獲得性、催化劑、設備等而定且包含「1,3-丙二醇反應物」。「1,3-丙二醇反應物」意謂1,3-丙二醇及較佳具有2至9之聚合度的1,3-丙二醇之寡聚物及預聚物及其混合物。在有些情況下,可能需要使用多達10%或10%以上之低分子量寡聚物(當其可獲得時)。因此,起始材料較佳包含1,3-丙二醇及其二聚物及三聚物。以1,3-丙二醇反應物重量計,特別較佳之起始材料包含約90重量%或90重量%以上之1,3-丙二醇,且更佳99重量%或99重量%以上之1,3-丙二醇。
如以上所說明,除伸丙基醚單元外,聚(伸丙基醚)乙二醇亦可含有較少量之其他聚伸烷基醚重複單元。因此,除1,3-丙二醇反應物外,用於製備聚伸丙基醚二醇之單體亦可含有至多50重量%(較佳約20 wt%或小於20 wt%,更佳約10 wt%或小於10 wt%,且仍更佳約2 wt%或小於2 wt%)之共聚單體多元醇。適用於該方法中之共聚單體多元醇包括脂族二醇,例如乙二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇、3,3,4,4,5,5-六氟-1,5-戊二醇、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1,6-己二醇及3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10-十六氟-1,12-十二烷二醇;環脂族二醇,例如1,4-環己二醇、1,4-環己烷二甲醇及異山梨醇;及多羥基化合物,例如丙三醇、三羥甲基丙烷及異戊四醇。一組較佳共聚單體二醇選自由下列各物組成之群:乙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-(羥甲基)-1,3-丙二醇、C6
-C10
二醇(諸如,1,6-己二醇、1,8-辛二醇及1,10-癸二醇)及異山梨醇及其混合物。除1,3-丙二醇外,特別較佳之二醇為乙二醇,且C6
-C10
二醇亦可特別適用。
含共聚單體之一種較佳聚(伸丙基醚)乙二醇為聚(伸丙基-伸乙基醚)乙二醇。較佳聚(伸丙基-伸乙基醚)乙二醇係藉由50至約99莫耳%(較佳約60至約98莫耳%,且更佳約70至約98莫耳%)1,3-丙二醇與50至約1莫耳%(較佳約40至約2莫耳%,且更佳約30至約2莫耳%)乙二醇經酸催化聚縮合來製備。
用於本發明之較佳聚(伸丙基醚)乙二醇具有至少約134之Mn(數目平均分子量),更佳至少約1000之Mn且仍更佳至少約2000之Mn。Mn較佳小於約5000,更佳小於約4000且仍更佳小於約3500。亦可使用聚(伸丙基醚)乙二醇之摻合物。舉例而言,聚(伸丙基醚)乙二醇可包含較高分子量聚(伸丙基醚)乙二醇與較低分子量聚(伸丙基醚)乙二醇之摻合物,較佳其中較高分子量聚(伸丙基醚)乙二醇具有約1000至約5000之數目平均分子量且較低分子量聚(伸丙基醚)乙二醇具有約200至約950之數目平均分子量。經摻混之聚(伸丙基醚)乙二醇之Mn較佳仍在上述範圍中。
本文中所用之較佳聚(伸丙基醚)乙二醇通常為具有較佳約1.0至約2.2、更佳約1.2至約2.2且仍更佳約1.5至約2.1之多分散度(亦即Mw/Mn)的多分散性。可使用聚(伸丙基醚)乙二醇之摻合物調整多分散度。
用於本揭示案中的聚(伸丙基醚)乙二醇較佳具有小於約100 APHA且更佳小於約50 APHA之色值。
聚(伸丙基醚)乙二醇可經由此項技術中已知的多種方法製備。
如美國申請案第11/593,954號(2006年11月7日所申請,題為「POLYTRIMETHYLENE ETHER GLYCOL ESTERS」)所揭示,聚(伸丙基醚)乙二醇酯較佳係藉由主要包含1,3-丙二醇之含羥基單體(含有2個或2個以上羥基之單體)聚縮合以形成聚(伸丙基醚)乙二醇,隨後與單羧酸進行酯化反應來製備。用於酯化反應的較佳單羧酸為:丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、棕櫚酸、油酸及硬脂酸、苯甲酸及2-乙基-己酸。
聚(伸丙基醚)乙二醇酯可用作多種聚合物(本文中亦稱作「基質聚合物」)之增塑劑。雖然可使用任何酯,包括共聚醚酯,但本揭示案之特別較佳酯包括聚(伸丙基醚)乙二醇2-乙基己酸酯。其他共聚醚酯包括聚(伸丙基醚)乙二醇月桂酸酯、聚(伸丙基醚)乙二醇油酸酯及聚(伸丙基醚)乙二醇硬脂酸酯。通常將酯以有效量添加至基質聚合物中。如本文中所使用之「有效量」意謂為基質聚合物提供經改良之實體特性(一般為增加撓性、可加工性)之增塑劑之量,以使得經增塑之基質聚合物在所需終端用途中呈現經改良之效能。雖然可以高達約40重量%之量添加增塑劑,但增塑劑通常係以約10重量%或小於10重量%之量添加至基質聚合物中。當以超過約10重量%添加時,除作為增塑劑之外,該等酯亦可以作為稱為「助流劑」之方式發揮作用。該等酯可用作多種基質聚合物之增塑劑(及助流劑)。剛剛所揭示之酯可用作增塑劑之基質聚合物包括(例如)聚酯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚烯烴、聚氯乙烯(PVC)及聚乙烯醇縮丁醛(PVB),及其混合物。
增塑劑可使用熟習此項技術者已知的任何方便方法添加至基質聚合物中。通常,在混合器中將增塑劑與基質聚合物混合且將溫度提高至150℃與200℃之間,但此溫度係視所使用之基質聚合物及增塑劑之熔融溫度而定。作為熔融加工法之替代方法,可使用溶劑或水性(濕式)漿液方法將增塑劑添加至聚合物中。
將基質聚合物與增塑劑混合之後(通常15分鐘至60分鐘,但此時間可視所混合之材料之性質及特性而變),將混合物冷卻。雖然可使用任何冷卻方法,但通常使用液氮以便將增塑劑-基質聚合物混合物冷卻至其可被研磨之溫度。
可使用任何研磨程序,且通常將此材料研磨至約0.1 mm與10 mm之間之粒度或容許進一步加工的任何尺寸。此材料一經研磨,接著將其在稍高溫度(通常約80℃)下、在惰性氣氛(通常氮氣)下乾燥。接著可將經乾燥之研磨材料進一步加工以形成所需產物。此加工可在例如擠壓機或壓模中進行。
以基質聚合物與增塑劑之總合併重量計,添加至基質聚合物中之聚(伸丙基醚)乙二醇酯之量在1至40重量%範圍內。在較佳實施例中,使用約2至30重量%之聚(伸丙基醚)乙二醇酯。
聚(伸丙基醚)乙二醇酯可與其他已知酯類增塑劑(諸如合成酯及天然酯)摻混。天然酯包括基於植物之甘油三酯油,諸如大豆油、葵花子油、菜籽油、棕櫚油、芥花油及蓖麻油。較佳植物油包括蓖麻油、高油酸大豆油及高油酸葵花子油。
在加工材料之後,藉由多種方法測試組合物,該等方法包括給定溫度下之拉伸及撕裂強度、爆裂強度、燃燒特性、電性質、介電性質、表面特性(觸摸感或「手感」及耐汙性及耐沾色性及給定溫度下之韌性(硬度計硬度及彎曲特性)。通常使用各種測試方法,諸如ASTM第D638號。
本發明進一步說明於以下實例中。此等實例雖然指定了本發明之較佳實施例,但僅供說明。熟習此項技術者依據以上論述及此等實例可確定本發明之基本特徵,且在不悖離本發明之精神及範疇之情況下,可對本發明進行不同變化及修改以使其適於各種用途及狀況。
除非另有指示,否則所有份數、百分比等均以重量計。
此實例說明聚伸丙基醚乙二醇之2-乙基己酸酯之合成。
將1,3-丙二醇(2.4 kg,31.5莫耳)饋入裝有攪拌器、冷凝器及氮氣入口之5 L燒瓶中。在室溫下將燒瓶中之液體用乾燥氮氣沖洗30分鐘且接著加熱至170℃,同時以120 rpm攪拌。當溫度達到170℃時,添加12.6 g(0.5 wt%)濃硫酸。使反應在170℃下進行3小時,且接著將溫度升至180℃且在180℃下保持135分鐘。收集總共435 mL餾出物。冷卻反應混合物且接著添加2.24 kg(14.6莫耳)2-乙基己酸(99%)。接著在氮氣流動下、在180 rpm之連續攪動下將反應溫度升至160℃且在彼溫度下維持6小時。在此期間,再收集305 mL蒸餾水。停止加熱及攪動且使反應混合物沈降。自約5 g之下層不混溶副產物相傾析出產物。副產物相之NMR分析證實不存在羧酸酯。
將2.0 kg聚伸丙基醚乙二醇酯產物與0.5 kg水混合,且接著將所得混合物在95℃下加熱6小時。將水相與聚合物相分離且接著用2.0 kg水洗滌聚合物相兩次。將所得產物在200 mTorr下、在120℃下加熱以移除揮發物(255 g)。
使用質子NMR分析所得酯產物。未發現與硫酸酯及未反應之2-乙基己酸相關之峰。數目平均分子量算得為525。當使用WDXRF光譜法分析時未在聚合物中偵測到硫。
在此實例中,將實例1中獲得之酯分餾為具有不同分子量之若乾餾份。
在160℃、130 mTorr及7毫升/分鐘之流動速率的條件下,使實例1中所獲得之產物通過短程蒸餾裝置。收集兩種餾份。揮發性餾份具有370之數目平均分子量。在180℃、110 mTorr及4.5 mL之流動速率下,再次使非揮發性餾份通過短程蒸餾裝置。此操作所得之揮發性餾份具有460之數目平均分子量,大部分對應於三聚物及四聚物酯。
此實例說明製備分子量比實例1中所製備者高的聚伸丙基醚二醇之2-乙基己酸酯。
原材料及程序與實例1中所述之原材料及程序相同,例外之處為將一定量之硫酸增至14.9 g(0.6 wt%)且將聚合時間由315分鐘增至525分鐘。聚合期間收集總計545.3 mL之餾出物。如實例1中所述,藉由添加943.8 g(6.5莫耳)2-乙基己酸來進行酯化。酯化期間所收集之餾出物為113 mL。
水解後,藉由中和產物中殘留之游離硫酸來純化產物。中和如下進行。將產物(1516 g)轉移至反應燒瓶中,添加0.15 g於15 mL去離子水中之Ca(OH)2
,且在氮流下攪拌的同時將混合物加熱至70℃。中和持續3小時且接著將產物在減壓下、在110℃下乾燥2小時且過濾以移除固體。過濾之後,分析產物且發現其具有870之數目平均分子量。
此實例說明聚(伸丙基-共-伸乙基醚)乙二醇酯之2-乙基己酸酯之合成。
將1,3-丙二醇(0.762 kg,10莫耳)及乙二醇(0.268 kg,4.32莫耳)饋入裝有攪拌器、冷凝器及氮氣入口之5 L燒瓶中。在室溫下將燒瓶中之液體用乾燥氮氣沖洗30分鐘且接著加熱至170℃,同時以120 rpm攪拌。當溫度達到170℃時,將濃硫酸(5.2 g)添加至反應混合物中。使反應在170℃下進行3小時,且接著將溫度升至180℃且在180℃下保持135分鐘。收集總計258 mL餾出物。冷卻反應混合物且接著添加0.5 kg(3.4莫耳)2-乙基己酸(99%)。接著在氮氣流動下、在180 rpm之連續攪動下將反應溫度升至160℃且在彼溫度下維持6小時。在此期間,再收集63 mL蒸餾水。如實例1中所述,將產物水解及純化。
使用質子NMR分析所得酯產物。未發現與硫酸酯及未反應之2-乙基己酸相關之峰。數目平均分子量算得為620。當使用WDXRF光譜法分析時未在聚合物中偵測到硫。
以下實例說明用聚(伸丙基醚)乙二醇酯使聚乙烯醇縮丁醛(PVB)聚合物增塑。
在玻璃釜中將約50 g之濕PVB(約40%水)與約150 g之熱水(38℃)混合。將約13 g之聚(伸丙基醚)乙二醇2-乙基己酸酯饋入釜內。在38℃及650 rpm下執行增塑4小時。將經增塑之PVB用水洗滌且在60℃下烘乾16小時。
將經增塑聚合物在塗有Teflon之鋁模中、在220℃下壓模(模尺寸220 mm×150 mm)。在23℃及50% RH下、在Instron Corporation抗張測定器(第1125型)(Instron Corp.,Norwood MA)上用測試棒(ASTM D1708-06a)進行實體量測。表1列出經增塑之PVB之特性。
用小於50%之量之聚(伸丙基醚)乙二醇2-乙基己酸酯重複實例5中所述之實驗且結果報導如下。
使用工業混合器(C.W.Brabender Instruments Inc.NJ)將42 g之乾燥PVB樹脂與18 g聚(伸丙基醚)乙二醇2-乙基己酸酯摻混約6分鐘。混合器速度為40 rpm且混合器溫度為210℃。混合之後,將聚合物冷卻,接著在研磨過程(Thomas工業研磨機,Thomas,Philadelphia,PA)中使用液N2
以使聚合物達成1-5 mm粒度。將經研磨之聚合物在氮氣層下、在80℃下、在真空中乾燥。將聚合物在塗有Teflon之鋁模中、在220℃下壓模(模尺寸220 mm×150 mm)。在Instron Corporation抗張測定器(第1125型)(Instron Corp.,Norwood MA)上用測試棒(ASTM D1708-06a)進行實體量測。
Claims (15)
- 一種聚合物組合物,其在基質聚合物中包含有效量之增塑劑,其中該增塑劑包含聚(伸丙基醚)乙二醇之酯;其中該基質聚合物係選自由聚酯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚烯烴、聚氯乙烯及聚乙烯醇縮丁醛及其混合物組成之群。
- 如請求項1之組合物,其中增塑劑之該有效量為以該基質聚合物與該增塑劑之總合併重量計1至40重量%。
- 如請求項1之組合物,其中該增塑劑係選自由聚(伸丙基醚)乙二醇2-乙基己酸酯、聚(伸丙基醚)乙二醇月桂酸酯、聚(伸丙基醚)乙二醇油酸酯及聚(伸丙基醚)乙二醇硬脂酸酯組成之群。
- 如請求項1之組合物,其進一步包含一或多種其他天然酯或合成酯。
- 如請求項4之組合物’其中該一或多種其他天然酯係選自由大豆油、葵花子油、菜籽油、棕櫚油、芥花油、蓖麻油、高油酸大豆油及高油酸葵花子油組成之群。
- 如請求項1之組合物,其中該聚(伸丙基醚)乙二醇具有小於100APHA的色值。
- 一種製備經增塑聚合物之方法,該方法包含:a.提供基質聚合物;b.於該基質聚合物中添加有效量之增塑劑,其中該增塑劑包含聚(伸丙基醚)乙二醇之酯; c.加工該基質聚合物與該增塑劑以形成混合物;及d.冷卻該混合物且視需要研磨該混合物以產生粒子;其中該基質聚合物係選自由聚酯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚烯烴、聚氯乙烯及聚乙烯醇縮丁醛及其混合物組成之群。
- 如請求項7之方法,其中該加工包含在比該基質聚合物之熔融溫度高20至40℃之溫度下進行熔融加工。
- 如請求項7之方法,其中該加工包含形成水性漿液或溶劑漿液。
- 如請求項7之方法,其進一步包含藉由擠出成形法或衝壓成形法自該等粒子形成物品。
- 如請求項7之方法,其中增塑劑之該有效量為以該基質聚合物與該增塑劑之總合併重量計1至40重量%。
- 如請求項7之方法,其中該增塑劑係選自由聚(伸丙基醚)乙二醇2-乙基己酸酯、聚(伸丙基醚)乙二醇月桂酸酯、聚(伸丙基醚)乙二醇油酸酯及聚(伸丙基醚)乙二醇硬脂酸酯組成之群。
- 如請求項7之方法,其中該增塑劑進一步包含一或多種其他合成酯或天然酯。
- 如請求項13之方法,其中該一或多種其他天然酯係選自由大豆油、葵花子油、菜籽油、棕櫚油、芥花油、蓖麻油、高油酸大豆油及高油酸葵花子油組成之群。
- 如請求項7之方法,其中該聚(伸丙基醚)乙二醇具有小於100APHA的色值。
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