[发明专利]用于制备可膨胀聚苯乙烯的方法

说明书

本发明涉及一种用于制备含有绝热材料(例如炭黑或石墨)的颗粒的可膨胀苯乙烯聚合物的方法。

膨胀聚苯乙烯已知多年，并且已证明其可用于许多应用。其通常通过膨胀浸渍了膨胀剂的聚苯乙烯的颗粒而制备，可随后任选模塑为成形制品。一个重要的应用领域是在建筑行业中的绝热。

用于生产这样的膨胀聚苯乙烯的公知方法涉及在悬浮液中使苯乙烯任选与共聚单体一起和任何所需的添加剂聚合，其中在聚合之前、期间或之后加入膨胀剂。在该方法的一种版本中，例如在FR 2725997A中公开的，将含有苯乙烯和任何共聚单体以及至少一种聚合引发剂的有机相预热至优选45℃-70℃的温度。随后将该有机相加入到已加热至优选90℃-115℃温度的含有水和悬浮剂的水相。随后发生聚合，在此期间将膨胀剂(例如戊烷)连续加入到聚合混合物中。在聚合期间，通常加入添加剂，例如过氧化物引发剂、悬浮稳定剂、链转移剂、成核剂和软化剂。

公知通过在其中掺入绝热材料(例如炭黑、石墨、金属氧化物、金属粉末或颜料染料)来改进膨胀聚苯乙烯的隔热性质。在上述悬浮聚合方法中，通常在已开始聚合之后将绝热材料加入到聚合混合物中。例如US 6384094公开了在悬浮聚合期间，在开始聚合程序之后的某一点，优选在聚合周期的前一半期间，加入石墨的颗粒。然而，在这样的绝热材料的情况下，将纯的炭黑和/或石墨直接加入到聚合混合物中呈现一些困难。炭黑和石墨非常亲水，并且当将任一种加入到含水聚合悬浮液中时，其吸收大量的水。这可显著降低悬浮液的稳定性，并且还导致在所得到的珠粒中高水分含量，这可导致在最终的膨胀产物中差的泡孔结构。此外，向悬浮液中加入显著的矿物含量可导致悬浮液的粘度实质提高，这可导致产生的最终聚合物的粒径较大的变化，以及悬浮液的不稳定性。最后，所得到的聚苯乙烯珠粒的粒径分布比不加入炭黑宽得多。

用于降低膨胀聚苯乙烯珠粒的内部水含量的方法为已知的。例如，US 5585410公开了含有聚乙烯蜡和二聚α-甲基苯乙烯(AMSD)的膨胀聚苯乙烯珠粒。AMSD为通过α-甲基苯乙烯的二聚得到的C18纯的组分，与在苯乙烯聚合期间形成的C16二聚物不同，并且与C16二聚物相反，C18纯的组分不具有混合的亲水/亲有机物质性质。

我们现已开发一种可改善以上问题中的一些的方法。在第一方面，本发明提供了一种用于制备含有炭黑和/或石墨的颗粒的可膨胀聚苯乙烯(EPS)的方法，所述方法包括：

(a) 通过将炭黑和/或石墨加入到苯乙烯聚合物中，形成母料，

(b) 将所述母料加入到包含苯乙烯和任选的共聚单体的有机相中，并且将有机相加热至30-90℃的温度，

(c) 将所述有机相与包含水和悬浮剂的水相混合，该水相预热至80-120℃的温度，该温度高于有机相的温度，和

(d) 在悬浮聚合反应中使包含在混合的水相和有机相中的苯乙烯和任选的共聚单体聚合，其中在聚合之前、期间或之后加入膨胀剂，

其中母料中的苯乙烯聚合物含有至少1000ppm的二聚物。

我们已发现，通过首先在具有相对高水平的二聚物的苯乙烯聚合物中形成炭黑或石墨的母料，可降低炭黑或石墨的亲水性，这导致显著的方法改进。特别是，可改进在聚合步骤中悬浮液的稳定性，可降低炭黑或石墨的最终水分含量，并且还可降低最终的聚苯乙烯的珠粒尺寸变化。

用于步骤 (a)的含有至少1000ppm二聚物的苯乙烯聚合物可通过在热聚合方法中使苯乙烯聚合而得到，由于低分子量目标与高聚合温度相结合，这产生具有高水平的低聚物(二聚物和三聚物)的聚苯乙烯。优选的苯乙烯聚合物的重均分子量Mw (通过GPC测定)可为190000-230000，特别是200000-220000；其实例为可由Ineos Styrenics得到的Empera 153 GPPS。一种备选的苯乙烯聚合物可为两种不同分子量的聚合物的混合物，其中至少一种的分子量Mw为140000-160000，通常通过热聚合得到。其实例为聚苯乙烯级别Empera 251和Empera 156的混合物，均可得自Ineos Styrenics。液体苯乙烯聚合物可含有至少1500ppm的二聚物。