[发明专利]非羧化的苯乙烯-丁二烯共聚物及其制备方法和用途

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月14日提交的的美国临时专利申请61/393,189的优先权，该申请全文以引用的方式纳入本申请。

背景技术

苯乙烯-丁二烯聚合物分散体用于制备多种产品，包括汽车轮胎、地毯背衬、粘合剂、泡沫、纸张涂料和沥青乳液。制备苯乙烯-丁二烯共聚物分散体有两种常用的方法：低温法（即，冷聚合）和高温法（即，热聚合）。生产苯乙烯-丁二烯共聚物分散体的低温法包括在表面活性剂存在及不使用羧化酸共聚单体的条件下，在通常5°C-25°C之间的温度聚合苯乙烯单体和丁二烯单体生产“冷”苯乙烯丁二烯橡胶（SBR）共聚物。低温法可用来制备高分子量聚合物而不会引入过度的交联。与低温法不同，生产苯乙烯-丁二烯共聚物分散体的高温法包括在大于40°C温度下，通常50°C-95°C范围内，在表面活性剂和羧化酸单体存在下，聚合苯乙烯单体和丁二烯单体。

通常使用制备苯乙烯-丁二烯共聚物分散体的低温法生产上述许多用途的苯乙烯-丁二烯共聚物分散体，因为分散体可聚集以产生通常超过65%固体的高固体含量的分散体且能交联（即，固化）以提高该SBR的拉伸强度而不会显著降低其伸长率。另一方面，热聚合方法通常被认为仅在生产具有窄粒径分布且固体含量低于55%的苯乙烯-丁二烯共聚物分散体时是有用的，上述特性使得分散体在制备例如纸张涂料等产品时有用，这些产品不需要聚合物固体大于60%，并且羧化作用的存在提供了在生产这类产品时遭遇到的高剪切环境下的胶乳颗粒稳定性。因此，热聚合方法通常仅在纸张涂料和一些低固体压敏粘合剂应用中合乎需要。

低温SBR水性分散体所存在的一个问题是它们通常不能被用于热混沥青制剂，例如用于道路铺设和沥青瓦的应用中的沥青制剂。用于道路铺设的热混沥青制剂必须符合战略性高速公路研究计划（Strategic Highway Research Program,SHRP）中所提出的要求，包括具有合乎需要的动态剪切模量和劲度。高分子量非羧化SBR水性分散体导致热混沥青制剂粘度的不合需要的增加，使得难以将该制剂均匀施用在表面上。低分子量非羧化胶乳聚合物可制备较低粘度的热混沥青制剂；然而，它们不具有合乎需要的SHRP性能特性。

发明内容

本文公开了一种苯乙烯-丁二烯共聚物、制备苯乙烯-丁二烯共聚物的方法以及包含所述苯乙烯-丁二烯共聚物的方法和组合物。使用温度为40°C或更高的高温方法制备该苯乙烯-丁二烯共聚物，形成了含有苯乙烯和丁二烯单体单元的苯乙烯-丁二烯共聚物。该共聚物不包含酸单体单元，即为非羧化的且使用例如硫固化剂固化（硫化）。该共聚物可包含基于该共聚物中丁二烯单元总数计，大于20%的量的顺式-1,4丁二烯单元和小于60%的量的反式-1,4丁二烯单元。在一些实施方案中，该共聚物中苯乙烯与丁二烯单体单元的重量比为20:80至80:20。共聚物可仅来源于苯乙烯和丁二烯单体或可包括其他单体（例如，丙烯腈或丙烯酰胺）或分子量调节剂。在一些实施方案中，该共聚物含有可溶的部分，该可溶的部分具有由凝胶渗透色谱（GPC）测定的低于400,000g/mol或低于200,000g/mol的重均分子量和低于20,000g/mol的数均分子量。在一些实施方案中，该共聚物具有0%-40%或70%-100%的凝胶含量。该共聚物可在水性分散体中提供并可被改性为具有总的阳离子电荷。

还公开了制备苯乙烯-丁二烯共聚物的方法，包含在40°C或更高温度下在水性介质中聚合苯乙烯和丁二烯生产未固化的苯乙烯-丁二烯共聚物，其中聚合步骤在不存在酸单体条件下发生，所述方法可进一步包括用硫基固化剂固化苯乙烯-丁二烯共聚物从而生产固化的非羧化苯乙烯-丁二烯共聚物的步骤。在一些实施方案中，该方法可进一步包括用硫基固化剂固化苯乙烯-丁二烯共聚物从而生产固化的非羧化苯乙烯-丁二烯共聚物的步骤。在一些实施方案中，聚合步骤发生在50°C或更高的温度。聚合步骤可仅包括苯乙烯和丁二烯单体或可包括其他单体（例如，丙烯腈）或分子量调节剂。所形成的共聚物可具有如上所述的重均分子量、数均分子量和凝胶含量。该方法还包括改性该共聚物分散体使其具有总的阳离子电荷的步骤。在一些实施方案中，聚合以单步方法进行。