低溫熱膨脹微球的製作方法

2023-10-23 10:11:57

低溫熱膨脹微球的製作方法
【專利摘要】本發明涉及低溫熱膨脹微球。本發明由不飽和烯屬類單體聚合得到的外殼包裹惰性碳氫化合物，所述不飽和烯屬類單體由丙烯腈、丙烯酸酯類和乙酸乙烯酯單體組成，以所屬烯屬類不飽和單體的總質量為100wt％為計算基準，丙烯腈佔40wt％～80wt％，丙烯酸酯類佔5wt％～55wt％，乙酸乙烯酯佔1wt％～40wt％。本發明克服了現有技術存在的易造成汙染、增加了生產成本、不利於微球發泡等缺陷。本發明是一種不含滷素且在低壓甚至常壓下就能合成出的並且具有較好的發泡能力的低溫熱膨脹微球，且無汙染、成本低。
【專利說明】低溫熱膨脹微球

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種化工產物，特別涉及低溫熱膨脹微球。

【背景技術】
[0002] 低溫熱膨脹微球是指由聚合物外殼包裹惰性碳氫化合物形成的具有核殼結構的 顆粒。當微球受熱至一定程度時，聚合物外殼軟化，內部包裹的碳氫化合物沸騰產生的氣壓 促使微球膨脹，而當停止受熱後，微球仍然保持膨脹的狀態。
[0003] 在本發明作出之前，目前合成低溫熱膨脹微球主要結合以下兩種方法：一是添加 較多玻璃化轉變溫度較低的聚合物單體，如偏氯乙烯；二是採用低沸點的碳氫化合物，如異 丁烷。然而，偏氯乙烯的大量添加不僅易造成汙染，也不符合當前環保型經濟的可持續發 展。另外在反應過程中需要耐高壓容器並且施加高壓以減少低沸點碳氫化合物的揮發，這 不僅增加了生產成本，也增加了生產過程中的風險，同時低沸點烷烴在微球膨脹過程中更 容易穿過聚合物外殼，這對於微球發泡是不利的。
[0004] 因此，提供一種不含滷素且在低壓甚至常壓就能合成出低溫低溫熱膨脹微球並且 具有較好的發泡能力成為本發明需要解決的問題。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於克服上述缺陷，提供低溫熱膨脹微球。
[0006] 本發明的技術方案是：
[0007] 低溫熱膨脹微球，其主要技術特徵在於是由不飽和烯屬類單體聚合得到的外殼 包裹惰性碳氫化合物；其中，所述不飽和烯屬類單體由丙烯腈、丙烯酸酯類和乙酸乙烯酯 單體組成；以所屬烯屬類不飽和單體的總質量為l〇〇wt%為計算基準，丙烯腈佔40wt%? 80wt%，丙烯酸酯類佔5wt%?55wt%，乙酸乙烯酯佔 lwt%?40wt%。
[0008] 所述不飽和烯屬類單體含有45wt%?75wt%的丙烯腈。
[0009] 所述不飽和烯屬類單體含有10wt %?40wt %的丙烯酸酯類，含量最優在 15wt % ?35wt %。
[0010] 所述丙烯酸酯類包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙 酯、丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸丁酯中的至少一種。
[0011] 所述丙烯酸酯類優選甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯及丙烯酸丁 酯。
[0012] 所述的乙酸乙烯酯含量最優在5wt%?35wt%。
[0013] 所述的碳氫化合物優選沸點高於50°C的烷烴。
[0014] 所述的碳氫化合物優選正己烷、異己烷、正庚烷、異庚烷及異辛烷中的至少一種，
[0015] 所述碳氫化合物佔烯屬類不飽和單體的總質量的10wt%?40wt%。
[0016] 本發明的優點和效果在於一種不含滷素且在低壓甚至常壓下就能合成出的並且 具有較好的發泡能力的低溫熱膨脹微球。
[0017] 本發明的其他具體優點和效果將在下面繼續說明。

【具體實施方式】
[0018] 本發明所提供的低溫熱膨脹微球，是由烯屬類不飽和單體聚合而成的聚合物外 殼包裹惰性碳氫化合物形成的具有核殼結構的顆粒，其中所述不飽和烯屬類單體由丙烯 腈、丙烯酸酯類、乙酸乙烯酯和丙烯酸類單體組成，以所屬烯屬類不飽和單體的總質量為 lOOwt%為計算基準，丙烯腈佔45wt%?75wt%，丙烯酸酯類佔15wt%?35wt%，乙酸乙 烯酯佔5wt %?35wt %。其中，丙烯酸酯類必定含有丙烯酸甲酯，碳氫化合物優選正己烷、 異己烷、正庚烷、異庚烷及異辛烷中的至少一種，含量優選佔烯屬類不飽和單體的總質量 10wt % ?40wt %。
[0019] 本發明採用的方法即在密封容器內進行懸浮聚合，通過劇烈攪拌，將油相均勻分 散於水相中，而為了使液滴能穩定存在於水相中，水相中應加入適量的分散劑及其它助劑。
[0020] 對於分散劑，本發明並沒有的規定，優選一種或幾種固態的膠體分散劑，不同的分 散劑適用的pH範圍不同。例如，如果分散劑選自金屬如Ca、Mg、Ba、Zn、Ni和Mu的鹽、氧化 物或者氫氧化物（磷酸鈣、碳酸鈣、氧化鎂、氫氧化鎂、草酸鈣，和Zn、Ni和Mu的氫氧化物中 一種或多種），則pH值優選5?12,最優選6?10,。如果分散劑選自澱粉、甲基纖維素、羥 丙基甲基纖維素、羧基甲纖維素、膠瓊脂、二氧化矽、膠體粘土或者鋁或者鐵的氧化物或者 氫氧化物，則pH優選1?6,最優選3?5。
[0021] 對於分散劑的用量，優選為佔混合油相的0. lwt %?50wt %，最優選為佔混合油 相的 2wt % ?40wt %。
[0022] 對於其它助劑，本發明並沒有特別的限定，這包括助分散劑、抑制劑及電解質。對 於助分散劑，可以選擇如下物質中的一種或者多種：水溶性磺化聚苯乙烯，藻酸鹽，羧甲基 纖維素，四甲基氫氧化銨或氯化銨或水溶性絡合樹脂胺縮合產物，例如二乙醇胺和己二酸 的水溶性縮合產物、氧化乙烯，聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙烯胺，明膠蛋白等，一些歸類為乳化 劑的例子材料，例如皂、烷基硫酸鹽和磺酸鹽和長鏈季銨化合物，助分散劑加入量為聚合單 體的O.OOlwt%?lwt% ;對於抑制劑，可以是亞硝酸鹼金屬鹽，重鉻酸鹽，氯化錫，氯化鐵， 水溶性抗壞血酸類及其衍生物等游離基抑制劑，其用量一般為聚合單體的〇.〇〇〇lwt%? 0. lwt% ;對於電解質，可選自：氯化鋰，氯化鈉，氯化鉀，氯化鎂，氯化鈣，碳酸氫鈉，硫酸鋰， 硫酸鈉，硫酸鎂，硫酸銨，碳酸鈉或者安息香酸等的一種或幾種，對於電解質的加入量，沒有 特別的限定，但相對於分散劑，電解質的用量一般為分散劑用量的〇. lwt%?50wt%。
[0023] 對於引發劑的選擇，本發明沒有特別的限定，可以是過氧化物、偶氮化合物等，也 可以是一種或兩種以上混合引發劑，舉例如下：過氧化二苯甲酸、過氧化二碳酸二乙酯、 過氧化二苯甲酸、過氧化二碳酸二仲丁基酯、過氧化二碳酸二苄酯、苯甲醯過氧化物；2， 2'_偶氮二異丁腈、2,2'偶氮雙（2,4_二甲基戊腈）、2,2'_偶氮雙（2-丙酸甲酯）、2,2'_偶 氮雙（2-甲基丁腈）、2,2' -偶氮雙（4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈）等。
[0024] 對於引發聚合的溫度，這取決於所選用的引發劑，本發明推薦的溫度是50°C? 95°C，更優選的溫度為55°C?85°C。
[0025] 對於聚合反應時的壓力，優選表壓為0. IMPa?3MPa，特別優選表壓為0. IMPa? IMPa。
[0026] 對於交聯劑的選擇，本發明沒有特別的限定，可以是以下物質的一種或幾種：二乙 烯基苯、乙二醇二（甲基）丙烯酸酯、二（乙二醇）二（甲基）丙烯酸酯、三乙二醇二（甲 基）丙烯酸酯、丙二醇二（甲基）丙烯酸酯、1，4_ 丁二醇二（甲基）丙烯酸酯、1，6_己二醇 二（甲基）丙烯酸酯、甘油二（甲基）丙烯酸酯、1，3_丁二醇二（甲基）丙烯酸酯、新戊二醇 二（甲基）丙烯酸酯、1，10-癸二醇二（甲基）丙烯酸酯、季戊四醇三（甲基）丙烯酸酯、季 戊四醇四（甲基）丙烯酸酯、二季戊四醇六（甲基）丙烯酸酯、三烯丙基縮甲醛三（甲基） 丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、三羥甲基丙烷三（甲基）丙烯酸酯、三丁二醇二（甲基）丙 烯酸酯、PEG#200二（甲基）丙烯酸酯、PEG#400二（甲基）丙烯酸酯、PEG#600二（甲基） 丙烯酸酯、3-丙烯醯氧基二醇單丙烯酸酯、三醯基縮甲醛、三烯丙基異氰酸酯、三烯丙基異 氰脲酸酯、二乙烯基醚、乙二醇二乙烯基醚、二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、四 乙二醇二乙烯基醚等。
[0027] 交聯劑的用量是不飽和烯屬類單體用量的0. Olwt%?5wt%，最優用量是不飽和 烯屬類單體用量的〇· lwt%?3wt%。
[0028] 本發明所提供的熱塑性可膨脹微球可用於造紙，印刷油墨（例如水基油墨、溶劑 基油墨、塑料溶膠等），密封劑，粘土，粘合劑，塗料，人造革，真皮，紙和板，用於各種材料例 如紙、板、塑料、金屬和織物的塗料（如防滑塗料等），爆炸物，電纜絕緣層，熱塑性塑料（如 聚乙烯、聚氯乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯）或熱塑性彈性體（如苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚 物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、熱塑性聚氨酯和熱塑性聚烯烴），苯乙烯-丁二烯橡 膠，天然橡膠，硫化橡膠，矽橡膠，熱固性聚合物（如環氧樹脂、聚氨酯和聚酯）等領域。
[0029] 本發明將通過以下實例來進一步闡述。除非另有說明，所有份數和百分率是以重 量計的份數和百分率。
[0030] 微球的粒徑分布通過粒度分析儀BT-9300H測量，結果包括微球平均粒徑及粒徑 分布離散度 span，span = (D90_D10)/D50。
[0031] 微球的熱膨脹性能通過熱機械分析儀測量，溫度範圍為20°C?350°C，升溫速率 為15°C /min，載荷（淨）0.06N。為微球開始膨脹的溫度，1*±為微球膨脹至最大時的 溫度（即探針位移達到最大時的溫度），D max是溫度達到時探針的位移。
[0032] 微球中推進劑的含量通過熱重分析儀測量，溫度範圍為20°C?800°C，氮氣氛圍， 升溫速率為15 °C /分鐘。
[0033] 實施例1 :
[0034] 500ml三口燒瓶中加入270g去離子水，10g氫氧化鈉,30g六水合氯化鎂,4glwt% 十二烷基硫酸鈉-水溶液，35g氯化鈉，1000r/min劇烈攪拌半小時，得到水相保護液。
[0035] 在燒杯中加入丙烯腈60g，甲基丙烯酸甲酯2g，丙烯酸甲酯30g，丙烯酸丁酯lg，醋 酸乙烯酯l〇g，正己烷25g，偶氮二異丁腈1. 8g，乙二醇二甲酸丙烯酸酯0. 42g，均勻混合，得 到油相。
[0036] 將油相加入水相保護液中，1000r/min攪拌20分鐘，得到粒徑10?50 μ m的穩定 液滴，升溫至60°C?70°C，通氮氣置換其中的空氣，密封，常壓反應20小時，得到懸浮液，鹽 酸洗滌，抽濾，50°C乾燥得到熱膨脹微球。
[0037] 實施例2 :
[0038] 在實施例1的基礎上，將油相換成丙烯腈60g，甲基丙烯酸甲酯2g，丙烯酸甲酯 l〇g，丙烯酸丁酯lg，醋酸乙烯酯30g，正己烷25g，偶氮二異丁腈1. 8g，乙二醇二甲酸丙烯酸 酯 〇· 42g。
[0039] 實施例3 :
[0040] 在實施例1的基礎上,將油相換成成丙烯腈60g,丙烯酸甲酯30g,醋酸乙烯酯10g, 正己烷15g，異辛烷10g，偶氮二異丁腈1. 8g，乙二醇二甲酸丙烯酸酯0. 42g。
[0041] 實施例4:
[0042] 在實施例1的基礎上，將油相換成成丙烯腈70g，丙烯酸甲酯30g，醋酸乙烯酯10g， 正己烷25g，偶氮二異丁腈1. 8g，乙二醇二甲酸丙烯酸酯0. 42g。
[0043]

【權利要求】
1. 低溫熱膨脹微球，其特徵在於是由不飽和烯屬類單體聚合得到的外殼包裹惰性碳氫 化合物；其中，所述不飽和烯屬類單體由丙烯腈、丙烯酸酯類和乙酸乙烯酯單體組成；以所 屬烯屬類不飽和單體的總質量為l〇〇wt%為計算基準，丙烯腈佔40wt%?80wt%，丙烯酸 酯類佔5wt %?55wt %，乙酸乙烯酯佔 lwt %?40wt %。
2. 根據權利要求1所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於所述不飽和烯屬類單體含有 45wt%?75wt%的丙烯腈。
3. 根據權利要求1所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於所述不飽和烯屬類單體含有 10wt%?40wt%的丙烯酸酯類，含量最優在15wt%?35wt%。
4. 根據權利要求3所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於所述丙烯酸酯類包括丙烯酸甲 酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸丁酯中的至 少一種。
5. 根據權利要求4所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於所述丙烯酸酯類優選甲基丙烯 酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯及丙烯酸丁酯中的至少一種。
6. 根據權利要求1所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於所述的乙酸乙烯酯含量最優在 5wt% ?35wt%。
7. 根據權利要求1所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於所述的碳氫化合物優選沸點高 於50°C的烷烴。
8. 根據權利要求1所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於所述的碳氫化合物優選正己 烷、異己烷、正庚烷、異庚烷及異辛烷中的至少一種。
9. 根據權利要求1所述的低溫熱膨脹微球，其特徵在於碳氫化合物佔烯屬類不飽和單 體的總質量的l〇wt%?40wt%。
【文檔編號】C08F220/14GK104140549SQ201410362782
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】紀立軍, 姜亞帥, 劉竹青, 梁隔 申請人:揚州大學