[发明专利]可溶于苯乙烯的离子共聚单体的合成

说明书

相关申请的交叉引用

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技术领域

本发明一般涉及聚合物化合物的生产，更具体涉及聚苯乙烯的生产。

背景技术

通用聚苯乙烯(GPPS)由苯乙烯制备，苯乙烯是一种可由芳族烃(例如来自石油的芳族烃)生产的乙烯基芳族单体。GPPS可用于各种应用中，例如用作用具的外壳，模塑成玩具或器具，或者膨胀产生发泡苯乙烯。在大部分情况中，GPPS是硬而脆的塑料，但是，使用共聚单体可以改变其物理性质，例如苯乙烯可以与聚丁二烯共聚，制得SBS聚合物。得到的SBS聚合物具有更类似于橡胶的性质，例如弹性和耐磨性。当使用共聚单体聚合时，其它聚合物也能发生物理性质的改变。例如，离子共聚单体可改变聚合物的性质，例如熔体流动速率、熔体强度、多分散性和玻璃化转变温度。

当使用离子共聚单体时，聚合物产物可称为离聚物。离聚物是含有非离子重复单元和小部分离子重复单元的聚合物。通常，离子基团在聚合物中所占的比例小于15％。离子基团以随意的间隔连接在聚合物主链上，可以可逆地互相结合，形成可逆交联。这些可逆交联可导致产物聚苯乙烯不那么脆，并且更耐磨。共聚物中的离子聚集体也会影响弯曲模量、拉伸强度、抗冲击性、熔体强度、玻璃化转变温度和熔体粘度之类的性质。

不饱和羧酸盐是一类可用作有效交联剂的离子共聚单体。金属甲基丙烯酸盐是羧酸盐的一个例子。可用作离聚交联剂的一种金属甲基丙烯酸盐是二甲基丙烯酸锌Zn(MA)₂。它是一种二价金属，因此能与结合到聚苯乙烯链主链中的甲基丙烯酸盐的离子化酸端形成两个可逆的交联键。锌的缺点在于它在美国环境保护署(EPA)的有害金属列表上，由于可能带来的环境危害而需要特别的处理程序和监控。

其它可用作离聚交联剂的金属甲基丙烯酸盐是基于锆的化合物，例如甲基丙烯酸锆Zr(MA)₄或二甲基丙烯酸氧锆ZrO(MA)₂。锆是相当丰富的元素，它不在EPA的有害金属列表上，一些锆前体可以比含锌前体更低的价格购得。这些前体为粉末形式，材料的测量和操作很困难，并且不溶于苯乙烯。

鉴于以上内容，人们需要一种方法，用于由较便宜的前体原位制备甲基丙烯酸锆化合物，该方法可与苯乙烯聚合联用。

发明概述

本发明的实施方式一般包括一种由离子共聚单体的化学前体原位制备该离子共聚单体的方法，该离子共聚单体在苯乙烯单体的溶液中形成。该方法包括向含苯乙烯单体的反应容器中加入化学前体，通过搅拌和/或暴露于较高的温度，使共聚单体形成并溶解在苯乙烯单体中，除去不要的副产物，用苯乙烯稀释溶液，直到获得可用于苯乙烯聚合的混合物。

在一个实施方式中，离子共聚单体是甲基丙烯酸锆Zr(MA)₄或甲基丙烯酸氧锆ZrO(MA)₂，或它们的组合。依据相同的实施方式，使用的化学前体是碳酸二羟基二氧二锆ZrCO₃(OH)₂·ZrO2和甲基丙烯酸CH₂＝C(CH₃)-COOH。可以在锆与甲基丙烯酸的摩尔比为1∶2-1∶6的前提下将前体加入苯乙烯单体中。1∶2的摩尔比通常导致甲基丙烯酸氧锆的形成。1∶4的摩尔比通常导致甲基丙烯酸锆的形成。1∶6的摩尔比通常导致甲基丙烯酸锆和额外的两摩尔当量的甲基丙烯酸的形成。因为锆的配位数为6，大于其氧化值4，所以锆能与额外的甲基丙烯酸形成配位络合物。