聚合物水分散体制造技术

一种固体体积浓度至少为５０％（体积）的聚合物水分散体可通过自由基水乳液聚合的方法使单体随着至少一种细的和至少一种粗的起始聚合物水分散体和添加而聚合获得。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种最终的聚合物水分散体，其固体体积浓度(固体体积＝固体质量除以固体密度)为至少50％(体积)，且可通过在一个聚合反应器中，在表面活性物质和自由基聚合引发剂存在下，用自由基水乳液聚合的方法，使至少一种可自由基聚合的单体随着起始聚合物I的至少一种起始水分散体I的添加及随着起始聚合物II的至少一种起始水分散体II的添加而聚合得到，其条件是a)起始聚合物I呈分散的起始聚合物颗粒I的形式存在于该至少一种起始水分散体I中，其非零重均粒径等于或小于50纳米(nm)，b)相对于由该至少一种可自由基聚合的单体的量和以起始水分散体I和II的形式添加的起始聚合物I和II的量构成的总质量而言，所添加的该至少一种起始聚合物I的量是0.2～0.7％，c)起始聚合II存在于该至少一种起始水分散体II中，呈分散的起始聚合物颗粒II的形式，其总量中不多于60％的非零粒径≤200纳米，且至少40％的粒径＞200纳米，d)相对于由该至少一种可自由基聚合的单体的质量和以起始水分散体I和II的形式添加的起始聚合物I和II的质量构成的总质量而言，所添加的该至少一种起始聚合物II的量是2～20％，e)在所要添加的该至少一种起始水分散体I的总量中，在自由基水乳液聚合开始之前作为初始加料引进该聚合反应器中的量是零，f)所要添加的该至少一种起始水分散体II的总量，是在自由基乳液聚合开始之前作为初始加料引进该聚合反应器中的，g)在所要聚合的该至少一种单体的总量中，在自由基水乳液聚合开始之前作为初始加料引进该聚合反应器中的比例是零，h)所要聚合的该至少一种单体的总量，是从自由基水乳液聚合开始起以这样一种方式添加到聚合反应器中的使得在这种添加的任何时刻，以前已添加到该聚合反应器中的总单体的聚合转化率是至少80％(摩尔)，i)在自由基水乳液聚合开始之后的任何时刻，以前已经以至少一种起始水分散体I的形式添加到该聚合反应器中的起始聚合物I颗粒的摩尔数与以前已添加到该聚合反应器要进行自由基聚合的该至少一种单体量的摩尔数之比V，经标准化为要以该至少一种起始水分散体I的形式添加的总起始聚合物颗粒的摩尔数与要进行自由基聚合的单体总量的摩尔数之比后，在大于0至10的范围内，j)在该至少一种起始水分散体I要添加的总量添加完毕时，再向该聚合反应器额外添加要进行自由基聚合的该至少一种单体总量的至多20％(摩尔)，k)所要添加的该至少一种起始水分散体I，以其起始聚合物I的含量为基准计，含有至少10～50％(重量)的表面活性物质，l)所要添加的该至少一种起始水分散体II，以其起始聚合物II的含量为基准计，含有至少1～5％(重量)的表面活性物质，m)该最终聚合物水分散体，以由该至少一种可自由基聚合的单体的量和要以起始水分散体I和II的形式添加的起始聚合物I和II的量构成的总量为基准计，含有1～5％(重量)的表面活性物质，n)在从自由基水乳液聚合开始起的任何时刻在聚合反应器中所含有表面活性物质的量减去在k)和l)项中提到的引进聚合反应器中的表面活性物质的最小量，按以前已经添加到聚合反应器中的单体为基准计，小于5％(重量)，和o)自由基聚合引发剂使用的总量，以要进行自由基聚合的该至少一种单体的总量为基准计，是0.1～5％(重量)，并在该自由基水乳液聚合进程中以这样一种方式添加到聚合反应器中使得自由基水乳液聚合能继续进行到要聚合的该至少一种单体的总量的最小聚合转化率为至少90％(摩尔)。本专利技术进一步涉及这种最终聚合物水分散体的制备工艺及其作为粘合剂和作为制备涂料和胶接剂的材料的用途。聚合物水分散体是含有在水分散介质中分散成为分散相的聚合物颗粒的体系。聚合物溶液随着溶剂蒸发而形成聚合物薄膜。聚合物水分散体在水分散介质蒸发时也表现出同样的行为，这就是聚合物水分散体何以能有各种不同用途，例如作为粘合剂用于油漆或用于皮革涂料的缘故。聚合物含量高的聚合物水分散体的具体优势在于，一方面，其水分散介质相对较低的比例减少了诸如为成膜或为制备聚合物粉末而使之蒸发所需要的能量，另一方面，用相对较少数量的水相作为载体介质就能贮存和输送有用的聚合物。然而，其缺点则在于，随着聚合物体积浓度增大(US-A-4,130,523)，聚合物水分散体的制备有一些问题。例如，流动阻力(粘度)增大，而这种增大的粘度使得不仅难以除去反应热，而且也难以加工这种水分散体；其次，由于热力学稳定性的缘故，分散的聚合物颗粒凝聚的趋势增大。所形成的絮凝物尤其会干扰聚合物水分散体的成膜，因而一般是所不希望的。对聚合物水分散体流动阻力的研究表明，固体含量相同而分散的聚合物颗粒粒径分布(多分散性)宽的水分散体比那些粒径分布窄(在极端情况下为单分散)的水分散体有较低的流动阻力。此外，假定固体含量相同，则粗粒的聚合物水分散体比细粒的聚合物水分散体有较低的流动阻力。EP-A-129699公开了一种聚合物水分散体制备工艺，其中，不饱和单体在一个聚合反应器中用自由基水乳液聚合法以习用方式聚合，并这样来添加一种起始聚合物的水分散体该起始聚合物的水分散体的添加必须在所要聚合的总单体的40％(重量)已经共聚之前结束，而且不得在单体聚合进程中生成的乳液聚合物的平均粒径两倍于该起始聚合物水分散体的平均粒径之前开始。事实上，该起始聚合物的水分散体较好不要用很长时间添加，而是一次全部加完。这样得到的聚合物水分散体的缺点是，在固体体积浓度为50％(体积)以上时，其流动阻力不完全令人满意，而且按照其实施例，固体体积浓度局限于65％(体积)以下的数值。US-A-4,130,523涉及一种制备聚合物水分散体的工艺，其中，在聚合工艺进行期间，不断地把已经形成的聚合物水分散体从反应区中移出，贮存，其后再以一种起始聚合物分散体形式重新引进到该反应区中。这种工艺的缺点是，它不适合于在工业上实施。US-A-3,424,706涉及一种用于制备含有至少70-97％(重量)偏二氯乙烯作为共聚单元的聚合物的水分散体的工艺，其中，单体聚合是用添加起始聚合物的水分散体进行的。所述参考文献除其它方面外，指出使所要聚合的单体和起始聚合物的水分散体彼此混合，并把这种混合物添加到含有聚合配料组成部分的初始加料中。这种工艺的缺点是它限于主要由偏二氯乙烯组成的单体混合物。此外，按照示范性的实施方案，可用这种工艺得到的聚合物水分散体，不仅就其在固体体积浓度为50％(体积)以上的流动阻力而言不能令人满意，而且就其在仍然令人满意的可流动状态下可达到的固体体积浓度的上限而言也不能令人满意。本专利技术的一目的是提供可用一种简单的、工业上适用的、可重现的、不限于专门单体的方式获得的并提高了固体体积浓度但降低了流动阻力且降低了絮凝物含量的聚合物水分散体。我们已发现，这一目的是通过本文开头所定义的最终聚合物水分散体实现的。显然，本专利技术的论题不限于主要或仅由乙烯基卤和/或亚乙烯基二卤组成的单体混合物的自由基水乳液聚合，尽管一般都知道的事实是，在除乙烯基卤和/或亚乙烯基二卤外的其它单体的情况下，分散相的发展是一种复杂得多的现象。因此，适用于本专利技术工艺的可自由基聚合的单体，除其它外，尤其是单烯键不饱和单体例如链烯烃，如乙烯，芳族乙烯基单体例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻氯苯乙烯或乙烯基甲苯、乙烯基卤和亚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最终聚合物水分散体，其固体体积浓度为至少５０％（体积），可通过在一个聚合反应器中在表面活性物质和自由基聚合引发剂存在下用自由基水乳液聚合的方法，使至少一种可自由基聚合的单体随着起始聚合物Ⅰ的至少一种起始水分散体Ⅰ的添加及随着起始聚合物Ⅱ的至少一种起始水分散体Ⅱ的添加而聚合获得，其条件是：ａ）起始聚合物Ⅰ呈分散的起始聚合物颗粒Ⅰ的形式存在于该至少一种起始水分散体Ⅰ中，其非零重均粒径等于或小于５０纳米（ｎｍ），ｂ）相对于由该至少一种可自由基聚合的单体的量和以起始水分散体Ⅰ和Ⅱ的形式添加的起始聚合物Ⅰ和Ⅱ的量构成的总质量而言，所添加的该至少一种起始聚合物Ⅰ的量是０．２～０．７％，ｃ）起始聚合Ⅱ存在于该至少一种起始水分散体Ⅱ中，呈分散的起始聚合物颗粒Ⅱ的形式，其总量中不多于６０％的非零粒径≤２００纳米，且至少４０％的粒径＞２００纳米，ｄ）相对于由该至少一种可自由基聚合的单体的质量和以起始水分散体Ⅰ和Ⅱ的形式添加的起始聚合物Ⅰ和Ⅱ的质量构成的总质量而言，所添加的该至少一种起始聚合物Ⅱ的量是２～２０％，ｅ）在所要添加的该至少一种起始水分散体Ⅰ的总量中，在自由基水乳液聚合开始之前作为初始加料引进该聚合反应器中的量是零，ｆ）所要添加的该至少一种起始水分散体Ⅱ的总量，是在自由基乳液聚合开始之前作为初始加料引进该聚合反应器中的，ｇ）在所要聚合的该至少一种单体的总量中，在自由基水乳液聚合开始之前作为初始加料引进该聚合反应器中的比例是零，ｈ）所要聚合的该至少一种单体的总量，是从自由基水乳液聚合开始起以这样一种方式添加到聚合反应器中的：使得在这种添加的任何时刻，以前已添加到该聚合反应器中的总单体的聚合转化率是至少８０％（摩尔），ｉ）在自由基水乳液聚合开始之后的任何时刻，以前已经以至少一种起始水分散体Ⅰ的形式添加到该聚合反应器中的起始聚合物Ⅰ颗粒的摩尔数与以前已添加到该聚合反应器的要进行自由基聚合的该至少一种单体量的摩尔数之比Ｖ，经标准化为要以该至少一种起始水分散体Ⅰ的形式添加的总起始聚合物颗粒的摩尔数与要进行自由基聚合的单体总量的摩尔数之比后，在大于０至１０的范围内，ｊ）在该至少一种起始水分散体Ⅰ要添加的总量添加完毕时，再向该聚合反应器额外添加要进行自由基聚合的该至少一种单体总量的至多２０％（摩尔），ｋ）所要添加的该至少一种起始水分散体Ⅰ，以其起始聚合物Ⅰ的含量为基准计，含有至少１０～５０％（重量）的表面活性物质，ｌ）所要添加的该至...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：O艾丁，M波图加尔，J努伊斯纳，W马赫特，
申请(专利权)人：BASF公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]