[发明专利]稳定的聚合物水分散体及其制备方法

说明书

这是于1991年2月5日提出的申请号为07/650,965的申请书的接续，上述申请书是另一件申请书的接续，该申请书于1990年2月5日提出，申请号为07/472632，于1991年3月26日出版，美国专利号为5003022，它又是于1989年2月10日提出的申请号为07/309248的申请书的接续。

本发明涉及水溶性聚合物的增强薄膜以及能够被干燥来产生这种薄膜的稳定的聚合物分散体。尤其是本发明涉及由非结合的水不溶性聚合物颗粒增强的水溶性聚合物的干燥薄膜，该膜含有一种水不溶性成分和一种水溶性成分。

淀粉是一种水溶性成膜聚合物，但是由于淀粉膜易碎，通常强度低，在纸涂层上不能给出显著的光泽，而且当与其它聚合物混合时往往不相容，所以在很多应用场合它们都不适用。尽管最好的淀粉膜被认为是由高分子量和高浓度直链聚合物的淀粉聚合物形成，但是这样的淀粉水溶液具有不希望有的高粘度(在本技术领域，显而易见淀粉是一种水溶性聚合物)。因此要制备厚的淀粉膜，就要用非常稀的淀粉溶液，这就需要通过一个昂贵的干燥操作来除去极大量的水。

一种在成膜前降低粘度并增加固体的方法是通过水解淀粉聚合物链使淀粉变稀，遗憾的是，这样的稀化降低了制成膜的强度和柔韧性，当淀粉膜干燥时，聚合物链彼此氢键键合，造成很大收缩，收缩导致在形成的膜中产生应力，应力使膜变形，龟裂、翘曲或裂缝。另外，淀粉分子间的氢键造成了一种被称作“退减”或“延迟”现象。在这种情况下，链会牢固地键接在一起，以至于在沸水中也不会再分散。其它的碳水化合物和非碳水化合物成膜水溶性聚合物存在着许多同样的问题。本领域已做过各种尝试来提高淀粉和其它水溶性薄膜的性能，但大多数在性能上都仅仅有勉强合格的提高，一个有意义的提高是增加淀粉的线性链部分，即直链淀粉，虽然这样使得膜的强度增加，但由于造价高，难于分散原来的高直链淀粉颗粒，而且线性分子的退减作用增加，所以该膜用途受到限制。为提高适用性，这种膜需要加入增塑剂或湿润剂。再者，其它的碳水化合物以及许多非碳水化合物水溶性成膜物存在着类似的困难。

淀粉或其它水溶性聚合物与胶乳的混合物长期以来被用作成膜组合物。然而，在这些情况下，形成的膜由结合的水不溶性胶乳聚合物颗粒段组成，这些颗粒散置在丰富的亲水性水溶性聚合物区域中。据信，通过结合作用由胶乳形成膜包括第一步是失水，然后是聚合物颗粒结合，最后是聚合物链相混，造成离散颗粒结构的减少。

这些由水溶性聚合物和胶乳混合物制成的膜被认为主要由结合的胶乳连续相组成，其间散置有水溶性聚合物丰富的链段或区域。没有做过任何努力来防止胶乳进行结合。确实，做的努力是促使水不溶性聚合物颗粒结合，因为据信这种结合对于形成具有所希望的性能(包括强度)的连续膜是必不可少的。

这种材料被应用的一个场合是在纸涂层上。在纸涂层应用中，淀粉通常与胶乳掺合形成粘合剂体系，当与颜料混合时，该体系形成一种基本的涂层颜色。遗憾的是，在纸涂层组合物中由用作粘合剂的组合的聚合物颗粒制成的膜要收缩，与水溶性聚合物相比，它们的水分散性也大大降低。再者当胶乳颗粒结合形成膜时，产生的收缩会引起斑纹状缺陷，从而损害其光泽。单独含有淀粉作粘合剂的涂层易破而且易于收缩，致使表面粗糙，光泽差。因此，本领域需要具有改善成膜性能的水分散体，其可用作涂层颜色组合物中的粘合剂以及作其它范围的用途。

本发明涉及增强薄膜，包括易于水分散的膜的能够被干燥而生产这种膜的稳定的聚合物分散体。尤其是，本发明涉及含有一种水不溶性成分和一种水溶性成分的膜，其中水溶性成分是用水不溶性聚合物颗粒增强的，虽然该水不溶性颗粒是可结合的，但它们基本上没有被结合。这种膜可以很容易地再分散在水中，但不需要这样。虽然不希望用任何发明理论加以限制，人们还是相信，假如不分别提供交联和不溶解性，可结合的水不溶性颗粒的基本不结合性就使膜变得易于再分散。本发明还提供了能够产生这种增强薄膜的稳定的水分散体。该稳定聚合物分散体可以包括水不溶性和水溶性成分的掺混物或者一种或多种不饱和单体在水溶性成分存在下进行聚合反应的产物。这样的反应产物包括接枝共聚物(有淀粉接枝共聚物)。该水分散体的特征在于，当暴露于大气环境中在约21.1℃(70°F)条件下干燥时能够形成一种由非结合水不溶性聚合物颗粒增强的薄膜。虽然有可能在其它温度和条件下使水不溶性聚合物颗粒结合，而在约21.1℃(70°F)下干燥时，本发明的分散体能够全部形成由非结合的可结合性颗粒增强的薄膜。