[发明专利]用保护胶体组合物稳定的可再分散的聚合物粉末

说明书

发明领域

本发明涉及被保护胶体组合物稳定的可再分散的聚合物粉末组合物。

发明背景

在建筑材料中，常常加入有机聚合物以提高混凝土之类的无机组分的粘合性。该有机聚合物通常是胶乳，例如乙酸乙烯酯-乙烯，该产品可以干燥的粉末形式购得。通常通过对液体聚合物组合物进行喷雾干燥得到具有亚微米粒度的粉末的方式来生产该粉末形式。为了在加入该聚合物粉末的应用制剂(例如混凝土)中起到其作用，希望该聚合物粉末能在应用制剂中再分散到亚微米粒度。各种胶体稳定剂和抗结块剂与聚合物粉末一起引入，以产生这种再分散能力。部分水解的聚乙烯醇(PVOH)常用作保护胶体来提高有机粉末的再分散性。但是，为了获得有效的再分散性，需要大量PVOH，往往不利地提高聚合物组合物或分散体的粘度，造成难以通过喷雾干燥产生粉末。而且，为了制备适用于高pH应用制剂(例如水泥制剂)的可再分散粉末，聚合物组合物或分散体常常采用高pH值，而在此高pH值条件下，部分水解的PVOH可能继续水解，降低PVOH作为保护胶体的效力。

胶体是一类化学混合物，其中一种物质均匀地完全分散在另一种物质中。分散的物质的颗粒仅仅悬浮在该混合物中，这与溶液不同，在溶液中它们完全溶解。这种现象产生的原因是胶体中的颗粒比溶液中的大，但是又足够小可以均匀地分散并保持均质外观，但是胶体中的颗粒足够大能够散射光但是不能溶解。胶体体系由以下两个独立的相构成：分散相(或内相)和连续相(或分散介质)。胶体体系可以是固体、液体或气体。

在胶体颗粒的相互作用中起重要作用的力包括：1)排除体积排斥力，该力使得硬颗粒之间不可能发生任何重叠；2)静电相互作用，即胶体颗粒常常带有静电，因此相互吸引或排斥，连续相和分散相的电荷以及相的迁移率是影响该相互作用的因素；3)范德华力，该力是因为两个偶极之间的相互作用，所述偶极是永久或诱导的，即使颗粒不具有永久电极，电子密度的波动也会在颗粒中产生临时偶极，在相邻颗粒中诱导偶极，然后该临时偶极和诱导的偶极再相互吸引；4)熵力，该力是依据热力学第二定律，一个体系发展到熵最大的状态，甚至在硬球之间也能产生有效的力；以及5)空间力，该力产生在聚合物覆盖的表面之间，或者产生在含未吸附的聚合物的溶液中，该力能调节颗粒间的力，在颗粒之间产生额外的空间排斥力或吸引损耗力。

胶体稳定化防止胶体发生聚集。空间稳定化和静电稳定化是胶体稳定化的两种主要机理。静电稳定化是基于相似电荷之间的互相排斥。通常，不同相具有不同的电荷亲合力，因此在任何界面都形成电双层。小粒度产生大表面积，这种效应在胶体中被大大放大。在一种稳定的胶体中，分散相的质量很低，以致于它的浮力或动能太弱，难以克服分散相中电荷层之间的静电排斥。

不稳定的胶体分散体随着颗粒间吸引导致的颗粒聚集而产生絮凝物。絮凝物的形成或聚集可能是因为消除了防止颗粒聚集的静电屏障。向悬浮液中加入盐，或者改变悬浮液的pH从而有效中和或″掩蔽(screen)″悬浮液中颗粒的表面电荷，可以消除静电屏障。这样消除了保持胶体颗粒互相分开的排斥力，使得颗粒可以在范德华力的作用下凝聚。此外，加入带电荷的聚合物絮凝剂可以通过静电相互吸引作用将各独立的胶体颗粒连接起来。此外，加入称为损耗剂(depletants)的未吸附的聚合物可以导致颗粒由于熵效应而聚集。而且，颗粒的物理变形(例如拉伸)也可能提高范德华力，使其超过稳定化力(例如静电力)，从而导致胶体在某些取向上凝聚。

低体积分数的不稳定的胶体悬浮液形成簇状的液体悬浮液，其中每个颗粒簇下降落在悬浮液的底部，或者漂浮在顶部，具体取决于颗粒的密度是否比悬浮介质的密度小，在颗粒簇达到布朗力所需的足够尺寸时，布朗力使颗粒克服重力的作用保持在悬浮液中。但是，较高体积分数的胶体悬浮液形成具有粘弹性的胶体凝胶。

除了PVOH外，可再分散的聚合物组合物中使用的胶体稳定剂包括端部官能化的PVOH、聚乙烯基吡咯烷酮、糖类、聚乙烯基磺酸、纤维素和聚酯。但是，单独使用的这些组分也具有以下缺点：高成本或高使用量，或者明显提高分散体在喷雾干燥前的粘度，或者对分散体或应用制剂中的pH过分敏感。

虽然在乳液聚合中使用少量螯合剂，但是在生产可再分散聚合物粉末中使用螯合剂作为胶体稳定剂在本领域中是未知的。