[发明专利]可水膨胀聚合物珠粒

说明书

本发明涉及用于制备可水膨胀聚合物珠粒(WEPS)的方法。

可商购的可膨胀聚苯乙烯珠粒(EPS)一般将戊烷用作起泡剂。戊烷及其异构体的应用导致了低密度的均匀EPS泡沫。然而，使用戊烷或其异构体的一个主要的缺点是对环境有害。研究显示戊烷和其异构体都促成低层大气中臭氧的形成。而且，在光-氧化戊烷的过程中形成了促成温室效应的二氧化碳。

追溯到1997年，埃因霍温大学的J.J.Crevecoeur的论文″WaterExpandable Polystyrene″描述了用于生产WEPS的方法，其中，首先通过表面-活性物质的方式乳化细微地分布于苯乙烯中的水，在其之后，聚合苯乙烯至高至50%的转化率，使用相转化使混合物悬浮于水中，并且通过过氧化物引发剂的方式最终聚合苯乙烯至完成。使用的表面-活性物质为双亲乳化剂，例如双(2-乙基己基)磺基丁二酸钠或苯乙烯磺酸钠或包含聚苯乙烯嵌段和聚(苯乙烯磺酸盐)嵌段的嵌段共聚物。所有这些物质展示都出亲水和疏水部分，并且因此能够乳化苯乙烯中的水。

US6160027描述了由聚苯乙烯均聚物构成的珠粒的制备。在预聚合步骤中将额外的乳化剂(优选双(2-乙基己基)磺基丁二酸钠：AOT)用于乳化聚苯乙烯/苯乙烯预聚物混合物中的水液滴。使用具有长线性烷基链的乳化剂的问题是这些脂肪族乳化剂尾端(tail)与芳族苯乙烯/聚苯乙烯相的可混和性随着苯乙烯/聚苯乙烯混合物转化率的增加而降低。在显示高粘度的特定转化程度下，形成了富含表面活性剂的区域，其将随后负面地影响水液滴的尺寸和形状。因此，分散水液滴的聚结将最终发生。最终的结果是水相和苯乙烯/聚苯乙烯相之间的相分离。此外，乳化剂(例如AOT)可以在悬浮液稳定性上具有负面影响。因此，包含乳化的水的苯乙烯/聚苯乙烯粘性液滴的形状和尺寸可以改变，从而导致非球形珠粒。在具体的情况中，作为用于分散苯乙烯/聚苯乙烯液滴的介质使用的本发明的悬浮水可以变得完全乳化，作为连续苯乙烯/聚苯乙烯相(反相乳液)中的小水液滴。

Polymer,2006,47,6303-6310和WO2007/030719描述了与Crevecoeur等人开发的用制备WEPS珠粒的方法相似的方法，然而，将钠型蒙脱石纳米粘土作为水吸收剂/载体加入至乳化的水。就这些反应而言，将乳化剂双(2-乙基己基)磺基丁二酸钠盐用作乳化剂。描述了归因于蒙脱石纳米粘土的存在的储存过程中的改进的吸水率和降低的水损失。获得了具有小于50kg/m³的密度的WEPS泡沫。根据这些出版物，在WEPS珠粒起泡过程中，蒙脱石纳米粘土在泡壁(cell wall)周围形成层。在起泡过程中，该层降低了水向珠粒外的自由扩散，以便使更多水可用于膨胀，并且因此获得更大的膨胀比。乳化剂(例如AOT)可以在悬浮稳定性上具有负面影响。

工业中存在对用于制备可水膨胀聚合物珠粒的新型方法的需要。

本发明的目标是提供用于制备可水膨胀聚合物珠粒的新型方法，其中减少了以上和/或其它问题。

根据本发明，提供了用于不含乳化剂地制备可水膨胀聚合物珠粒的方法，该方法包括如下步骤：

a)提供不含乳化剂的单体组合物，所述单体组合物含有苯乙烯和包含碳-碳双键的极性共聚单体，

b)预聚合单体组合物以获得包含苯乙烯、极性共聚单体及其共聚物的预聚物组合物，

c)将不含改性剂的纳米粘土的含水分散体加入至预聚物组合物以获得反相乳液，

d)使通过步骤c)获得的反相乳液悬浮于含水介质中以产生悬浮液滴的含水悬浮液，和

e)聚合通过步骤d)获得的悬浮液的液滴中的单体。CL1

令人惊奇地发现极性共聚单体和纳米粘土的组合允许非常稳定的悬浮聚合系统，其导致了具有良好的可膨胀性的聚合物珠粒。

现有技术中已知的用于制备可水膨胀的聚合物珠粒的乳化剂为羧酸脱水山梨糖醇酯、羧酸山梨醇或甘露醇酯、羧酸乙二醇或甘油酯、烷醇酰胺、烷基酚和二烷基醚(该乳化剂的任意一种可以包含或可以不包含具有1-20个氧化烯基团的聚烷氧基链)。其它已知的用于制备可水膨胀的聚合物珠粒的乳化剂为长链(C8-C30)羧酸的盐、长链(C8-30)烷基磺酸的盐，其它已知的用于制备可水膨胀的聚合物珠粒的乳化剂为烷基芳基磺酸、磺基琥珀酸、高分子量脂肪胺、长链羧酸铵或长链羧酸的其它氮衍生物。

本文中术语“不含乳化剂的方法”意为其中单体组合物不包含或包含少量的，例如小于0.01wt%(就单体组合物中的单体而论)的如前段中提及的乳化剂的方法。