[发明专利]电中性分散体及其制备方法

说明书

发明背景

本发明涉及可例如用于制备阴离子或阳离子聚合物分散体的聚合物分 散体，也称作胶乳，特别是电中性或略微阴离子的聚合物分散体。

聚合物分散体或胶乳由分散在水中，通常大小为60-250nm的小粒子 聚合物组成。它们通常使用乳液聚合制备，并且可用于广泛的工业应用， 包括油漆、纸张涂层、密封涂层、防水薄膜、粘合剂、地毯背衬、印刷油 墨、无纺布、皮革修整、浸蘸物品、沥青和混凝土改性、医学应用和塑料 材料的改性。苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丙烯酸酯和乙酸乙烯酯聚合物占世 界聚合物分散体总产量的95％。当在聚合物分散体最小成膜温度以上的温 度下干燥时，取决于聚合物分散体的具体性能，聚合物分散体形成可以为 透明或不透明、硬或粘性、塑性或弹性的聚合物膜。尽管在干燥以后，聚 合物膜可能是不可见的，它通常为最终产品提供关键性能。

大多数商业的聚合物分散体由于在乳液聚合期间加入配方中的阴离子 表面活性剂和可共聚乙烯基酸的存在而带负电。这种制备带阴离子电荷聚 合物分散体的方法通常称作羧化。羧化广泛用于制备用于广泛应用，包括 纸张涂层、油漆、地毯背衬和粘合剂中的带阴离子电荷聚合物分散体。

在一些具体应用，例如造纸、纸施胶和乳液基沥青铺路中，需要带阳 离子电荷，而不是带阴离子电荷聚合物分散体。制备带阳离子电荷聚合物 分散体的一种已知方法使用阳离子表面活性剂、阳离子聚电解质和少量可 与其他主要单体如苯乙烯、二烯和丙烯酸酯衍生物一起共聚的具有阳离子 官能团的单体以制备聚合物分散体。然而，使用此方法制备阳离子聚合物 的生产设备必须与制备阴离子聚合物分散体的生产设备分离，这是由于两 种带不同电荷的聚合物分散体的交叉污染可导致立即形成凝结物。

制备带阳离子电荷聚合物分散体的其他方法为通过加入阳离子表面活 性剂将带负电的聚合物分散体转变为带阳离子电荷的。此方法也称作“翻 转(flipping)”，已用阴离子聚苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)胶乳商业实行至少 30年。此翻转方法限于非常窄范围的聚合物分散体并且难以用大多数羧化 聚合物分散体实行。Dow Chemical的美国专利号5,045,576描述了一种将 羧化聚(苯乙烯-丁二烯)胶乳翻转以制备可用于沥青应用的阳离子聚合物分 散体的方法。在美国专利号5,045,576所述翻转方法中，将大量具有高分子 量聚氧乙烯((EO)_m，其中m>20)的非离子乳化剂在加入阳离子乳化剂以前 加入聚合物分散体中。然后通过加入无机酸水溶液降低分散体的pH。

经由所述翻转方法制备的聚合物分散体的一个缺点是由聚合物分散体 制备的聚合物膜对水高度敏感，产生具有高度吸水率的低湿抗拉强度。经 由所述翻转方法制备的聚合物分散体的其他缺点是在沥青应用中，表面活 性剂的存在降低了沥青在混凝料上的附着力。此附着力的降低导致沥青在 路面寿命期间通过交通而从聚集体表面过早剥离。

制备聚合物分散体，特别是聚(乙烯-乙酸乙烯酯)或聚氯丁二烯分散体 的其他方法包括使单体在水溶性高分子量非离子聚合物的存在下聚合。这 些非离子聚合物分子在乳液聚合过程期间吸附在聚合物粒子的表面上，并 且充当保护胶体以保持分散体的稳定性。然而，使用这些类型保护胶体的 缺点是由包括这些保护胶体的聚合物分散体制备的聚合物膜对水敏感并且 显示高度吸水性和低湿抗拉强度。因此，使用这些保护胶体制备的聚合物 分散体遭受与使用翻转方法制备的聚合物分散体同样的问题。使用这些保 护胶体制备的聚氯丁二烯分散体(来自DuPont Elastomers的氯丁二烯橡胶) 自1950以来已用于各种应用。

通过上述方法用保护胶态稳定的聚合物分散体可与阳离子表面活性剂 组合以制备阳离子乳液。然而，以此方式制备阳离子乳液的缺点是仅有限 类型的阳离子表面活性剂可用于制备聚合物分散体。此外，产生的乳液可 实际上太稳定，而且过稳定可阻碍聚合物分散体对于特定应用如快凝沥青 乳液固化的能力。