TWI466890B - A method of preparing a rubber-coated zinc acrylate powder - Google Patents

Description

製備具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之方法

一種製備具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之方法，尤指一種不需有機溶劑即可合成具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之方法。

丙烯酸鋅(zinc diacrylate,ZDA)具有耐酸鹼、耐油、耐腐蝕、耐高温的特性，目前常做為橡膠(rubber)、人造大理石的交聯劑。現有技術生產丙烯酸鋅粉體之方法，是將氧化鋅(zinc oxide,ZnO)分散在甲苯(toluene)或正己烷(n-hexane)或正庚烷(n-heptane)等有機溶劑中，並加入丙烯酸(acrylic acid,AA)攪拌反應後，經減壓蒸餾之方式回收有機溶劑，再經由乾燥及粉碎等步驟，以製成丙烯酸鋅粉體。

丙烯酸鋅大多應用於高爾夫球心的生產上，具有交聯架橋作用，並可提升高爾夫球的硬度及反彈系數，但由於丙烯酸鋅的粉體型態及其低比重容易飛揚的特性，以致在高爾夫球的生產過程中粉塵飛揚，對操作人員的呼吸系統造成嚴重損害、也造成皮膚過敏等不適的副作用。

故現有研究提出之改進方法，係將以溶劑法所生產之丙烯酸鋅粉劑，再添加橡膠溶液，經過攪拌、混合、蒸餾、加壓、造粒等手續，使之形成比重較高及有較大的粒徑的產品，藉以避免丙烯酸鋅粉體對人體健康的影響。但由於丙烯酸鋅容易於高溫高壓下自行聚合，因此此方法較不合經濟效應與實用性。美國專利US 6,194,504及5,096,943揭示，係將人造橡膠溶解於有機溶劑，再加入丙烯酸鋅粉體並攪拌，其中該橡膠係做為黏結劑(binder)，用以將丙烯酸鋅粉體黏結成顆粒，經過蒸餾除去有機溶劑後，以形成無粉塵的丙烯酸鋅粒劑。此外，美國專利7,135,514亦揭示將橡膠置於滾輪機，並高溫壓延成膠狀後，再加入丙烯酸鋅粉體，經反覆壓延後使橡膠包覆丙烯酸鋅粉體，並且藉由造粒機加工製成無粉塵的丙烯酸鋅粒劑。

上述之無粉塵的丙烯酸鋅粒劑製程皆為兩段式，首先，需於有機溶劑環境下，氧化鋅與丙烯酸反應形成丙烯酸鋅粉體，再加入橡膠熱融液化，並以造粒機加工後，以形成無粉塵的丙烯酸鋅粒劑。其缺點在於使用有機溶劑會造成環境污染，且於橡膠包覆丙烯酸鋅粉體之步驟中，丙烯酸鋅粉體之比重輕而易飛揚，對操作人員的身體健康有不良影響之慮。

鑒於現有技術製備丙烯酸鋅無粉塵粒劑之過程中，需使用有機溶劑以及丙烯酸鋅粉體之比重輕而易飛揚，進而影響操作人員健康之缺點，本發明之目的在於提供一種製備具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之方法，該方法不需使用有機溶劑先製成丙烯酸鋅，即可直接一步製成具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體。

為達上述目的，本發明提供一種製備具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之方法，其係包括：使用一分散設備捏合分散橡膠及氧化鋅，以形成一混合物，再將丙烯酸以連續分量加入該混合物，並再捏合攪拌歷經一反應時間後，經減壓蒸餾並去除水份，即可獲得具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體。

依據本發明，「分散設備」如此處所指係任何可以令氧化鋅充分分散於前述橡膠中，或者令氧化鋅及橡膠充分拌勻，進而與丙烯酸充分混合之任一設備。

較佳的，所述之分散設備係每分鐘至少30轉速(rpm)之捏合攪拌設備，其包括，但不限於捏合機(kneader)、萬馬力機(banbury)及押出機(extruder)。

此處所指「捏合機」如所屬知識者所知，係用於將較多量的固體或粉體與較少量液體的混合，或係指黏稠性物料與固體或粉體混合之捏合裝置。依據本發明，該捏合機係用於伸展、折疊或混合橡膠、氧化鋅及丙烯酸。

此處所指「萬馬力機」又名為密閉式批量混合機。依據本發明，該萬馬力機之使用步驟係將橡膠、氧化鋅及丙烯酸經由加料斗倒入混練密閉空間中，並施加固定壓力於橡膠、氧化鋅及丙烯酸使其形成一混料，並使該混料進入複數個轉動元件中，經由複數個轉動元件轉動下進行捏合作用。

依據本發明，該押出機之使用步驟係將橡膠、氧化鋅及丙烯酸由供料口置入押出機之進料段，並使其形成一混料，該混料經螺桿傳輸送至壓縮段後，因螺桿溝深度逐漸減少而使混料間的空氣強制被押出，並使混料均勻混練。

較佳的，所述之橡膠、氧化鋅及丙烯酸之用量係以總重量百分比(wt%)為基礎，橡膠之用量係介於10 wt%至30 wt%之間；氧化鋅之用量係介於20 wt%至40 wt%之間；丙烯酸之用量係介於30 wt%至65 wt%之間。

更佳的，所述之橡膠之用量係介於10 wt%至20 wt%之間，氧化鋅之用量係介於25 wt%至35 wt%之間，丙烯酸之用量係介於45 wt%至60 wt%之間。

依據本發明，「連續分量」係指分次逐步加入，且係以30分鐘至120分鐘內分次逐步加入，其中每次加入的量可依據氧化鋅與丙烯酸反應情況做適當調整，以50公斤(kg)之氧化鋅及100 kg之丙烯酸為例子，可於30分鐘分5次，每次約20 kg之丙烯酸加入氧化鋅及橡膠中。

更佳的，所述之連續分量係以30分鐘至60分鐘內將丙烯酸加入該混合物。

較佳的，所述之反應時間係介於1小時至4小時。

更佳的，所述之反應時間係介於1小時至2小時。

較佳的，所述之方法更包括一添加分散劑於分散設備之步驟，其係將分散劑、橡膠及氧化鋅置於捏合分散設備一同攪拌，藉以增加氧化鋅於橡膠中之分散性。

依據本發明，「分散劑」如此處所指係用以潤滑、分散粉體，使該分散設備易於混合攪拌混料；其係包含至少一種分散劑係選自於金屬皂(metal soap)、脂肪酸(fatty acid)、脂肪醯胺(fatty amide)、石臘(paraffin)及聚乙烯蠟(polyethylene wax,PE wax)所構成的群組。

較佳的，所述之金屬皂包含有硬脂酸鋰(lithium stearate)、硬脂酸鋇(barium stearate)、硬脂酸銅(copper stearate)、硬脂酸鎘(cadmium stearate)、硬脂酸鎳(nickel stearate)或硬脂酸鋁(aluminum stearate)。

較佳的，所述之脂肪酸包括，但不限於C₁₄ 至C₁₈ 之烷酸。

更佳的，所述之脂肪酸係棕櫚酸(palmitic acid)或硬脂酸(stearic acid)。

較佳的，所述之方法更包括一加熱步驟，該加熱步驟係將橡膠及氧化鋅於分散設備中加熱，可促進橡膠及氧化鋅混合均勻以及加速反應，且該加熱步驟之溫度係介於20℃至100℃。

更佳的，所述之加熱步驟之溫度係介於40℃至80℃。

較佳的，所述之具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之粒徑係介於0.5微米(μm)至20微米(μm)之間。

較佳的，所述之方法更包括將具有橡膠所包覆之丙烯酸鋅粉體以造粒機予以顆粒化，以形成含有丙烯酸鋅粉體的橡膠粒劑。

此處所指「造粒機」如所屬知識者所知，係具有將密度低、重量輕等之原料壓縮成片、經切碎造粒及整粒等製程之裝置。

本發明之方法之優點如下：

1.本發明不需使用有機溶劑，可避免有機溶劑污染環境，亦可節省回收有機溶劑之時間，而具有節能減碳之優點。

2.本發明係橡膠先與氧化鋅均勻混練後，再加入丙烯酸，其中橡膠係直接包覆氧化鋅與丙烯酸，可避免現有技術之丙烯酸鋅粉體飛揚而造成影響操作人員身體健康之缺點。

3.本發明所製成之具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之粒徑介於0.5 μm至20 μm，小於現有技術之丙烯酸鋅粉體40 μm之粒徑，亦可減少後續加工混練時間以及增進後續加工之架橋性能。

4.本發明之方法不需分離出丙烯酸鋅，並可直接將橡膠包覆丙烯酸鋅粉體，並經由造粒機押出切粒並予以顆粒化，以獲得含有丙烯酸鋅之橡膠母粒，以供後續加工使用。

本發明將由下列的實施例做為進一步說明，這些實施例並不限制本發明前面所揭示的內容。

實施例1

將20 kg之橡膠(係購自於台灣之台橡股份有限公司，產品序號為BR 0150)、50 kg之氧化鋅及10 kg之硬脂酸放入捏合機中，加熱至50℃並捏合攪拌30分鐘以形成一混合物，再以連續分量將100 kg之丙烯酸加入於該混合物中，捏合攪拌歷經60分鐘後，經減壓蒸餾並去除水份，即可獲得155 kg之具有橡膠包覆丙烯酸鋅粉體，該粉體之純度係80%，並以雷射粒徑分析儀器(laser particle size analyzer,BECKMAN)分析測量，如圖1所示，平均粒徑係6.7 μm。

實施例2

將10 kg橡膠(係購自於Bayer公司，產品序號為BUNA CB 24)、50 kg之氧化鋅及20 kg之硬脂酸放入捏合機中，捏合攪拌20分鐘以形成一混合物，並於30分鐘內以連續分量將105 kg之丙烯酸加入於該混合物中，再捏合攪拌歷經60分鐘後，經減壓蒸餾並去除水份，即可獲得130 kg之具有橡膠包覆丙烯酸鋅粉體，該粉體之純度係80%，並將該粉體以雷射粒徑分析儀器分析測量，如圖2所示，平均粒徑6.2μm。

實施例3

將300kg之橡膠(係購自於台灣之台橡公司股份有限公司，產品序號為BR 0150)置入捏合機攪拌並加熱至80℃，再加入560kg之氧化鋅、100kg之硬脂酸、100kg之聚乙烯蠟，以形成一混合物，並以連續分量將1,000kg之丙烯酸加入於該混合物中，再捏合攪拌歷經60分鐘後，經減壓蒸餾並去除水份及過量之丙烯酸，即可獲得1,850kg之具有橡膠所包覆之丙烯酸鋅粉體，再將該粉體經造粒機押出切粒後，可獲得含有丙烯酸鋅粉體的橡膠粒劑，該丙烯酸鋅粒劑純度係74%。並將該粒劑以雷射粒徑分析儀器分析測量，如圖3所示，平均粒徑係5.8μm。

比較例

將50kg之氧化鋅、10kg之硬脂酸、300kg之甲苯、1kg之非離子型界面活性劑(non-ionic surfactant)及100kg之丙烯酸加入於反應釜中，並攪拌加熱至50℃，再歷經攪拌3小時後，以減壓蒸餾之方式去除甲苯，於乾燥後即可獲得135kg之丙烯酸鋅粉體，該粉體之純度92%。如圖4所示，粒徑係介於20μm至40μm。

圖1係本發明之實施例1之平均粒徑結果圖。

圖2係本發明之實施例2之平均粒徑結果圖。

圖3係本發明之實施例3之平均粒徑結果圖。

圖4係本發明之比較例之平均粒徑結果圖。

Claims (16)

1. 一種製備具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之方法，其係包括：使用以一分散設備捏合攪拌10wt%至30wt%橡膠及25wt%至35wt%氧化鋅，以形成一混合物，再將30wt%至65wt%丙烯酸以連續分量加入該混合物，並再捏合攪拌歷經1小時至4小時後，經減壓蒸餾並去除水份，即可獲得具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體。
2. 如請求項1所述之方法，其中分散設備係每分鐘至少30轉速(rpm)之捏合攪拌設備，該分散設備係捏合機(kneader)、萬馬力機(banbury)或押出機(extruder)。
3. 如請求項1所述之方法，其中橡膠之用量係介於10wt%至20wt%之間，氧化鋅之用量係介於25wt%至35wt%之間，丙烯酸之用量係介於45wt%至60wt%之間。
4. 如請求項1所述之方法，其中連續分量係以30分鐘至120分鐘內將丙烯酸加入該混合物。
5. 如請求項1所述之方法，其中連續分量係以30分鐘至60分鐘內將丙烯酸加入該混合物。
6. 如請求項1所述之方法，該反應時間係介於1小時至2小時。
7. 如請求項1所述之方法，其更包括一添加分散劑於分散設備之步驟，其係將分散劑、橡膠及氧化鋅於捏合機中捏合攪拌。
8. 如請求項7所述之方法，其係包含至少一種分散劑係選自金屬皂(metal soap)、脂肪酸(fatty acid)、脂肪醯胺(fatty amide)、石臘(paraffin)及聚乙烯蠟(polyethylene wax,PE wax)所構成之群組。
9. 如請求項8所述之方法，其中該金屬皂包含有硬脂酸鋰(lithium stearate)、硬脂酸鋇(barium stearate)、硬脂酸鎘(cadmium stearate)、硬脂酸銅(copper stearate)、硬脂酸鎳(nickel stearate)或硬脂酸鋁(aluminum stearate)。
10. 如請求項8所述之方法，其中該脂肪酸係C₁₄ 至C₁₈ 之烷酸。
11. 如請求項10所述之方法，其中該脂肪酸係棕櫚酸(palmitic acid)或硬脂酸(stearic acid)。
12. 如請求項1所述之方法，其更包括一加熱反應步驟，該加熱步驟係將橡膠及氧化鋅於捏合分散設備中加熱，且該加熱步驟之溫度係介於20℃至100℃。
13. 如請求項12所述之方法，該加熱步驟之溫度係介於40℃至80℃。
14. 如請求項1至13中任一項所述之方法，其中該具有橡膠包覆之丙烯酸鋅粉體之粒徑係介於0.5μm至20μm之間。
15. 如請求項1至13中任一項所述之方法，其更包括將具有橡膠所包覆之丙烯酸鋅粉體以造粒機予以顆粒化，以形成含有丙烯酸鋅粉體的橡膠粒劑。
16. 如請求項14所述之方法，其更包括將具有橡膠所包覆之丙烯酸鋅粉體予以顆粒化，以形成含有丙烯酸鋅粉體的橡膠粒劑。