一種乳化劑及使用該乳化劑的pvb樹脂生產方法
2023-08-09 12:53:31
專利名稱：一種乳化劑及使用該乳化劑的pvb樹脂生產方法
技術領域：
本發明專利涉及添加劑及其在樹脂生產工藝中的應用，具體為一種乳化劑及使用該乳化劑的聚乙烯醇縮丁醛(PVB樹脂)生產方法，國際專利分類號擬為Int.Cl7C08F 116/06。
背景技術：
二十世紀中期，美國研製出具有高抗穿透性，抗擊強度比普通鋼化玻璃高3倍的玻璃，被率先用於汽車車窗安全玻璃，迅速進入市場，對汽車行業的發展起到了至關重要的作用。這種玻璃並不是一般的改性玻璃，而是由聚乙烯醇縮丁醛樹脂(PVB)薄膜與普通玻璃壓合而成的層壓安全玻璃。這種層壓安全玻璃製作工藝比鋼化玻璃簡單，但卻具有抗衝擊性、抗穿透性良好的光學性能，控制噪聲，防紫外線和改善結構等多項優異功能。層壓安全玻璃不僅限於作汽車車窗安全玻璃，在其他領域如建築、航空、航海等也被廣泛應用。
聚乙烯醇縮丁醛(PVB樹脂)是製造層壓安全玻璃不可或缺的原料。PVB薄膜是由聚乙烯醇縮丁醛樹脂經增塑劑塑化後，擠出成型的粘性薄膜。由於PVB薄膜在合片及合片後的性能上有較高的要求，因此需要對聚乙烯醇縮丁醛樹脂的製備工藝過程(如反應、中和、洗滌、乾燥等工序)中的工藝條件進行嚴格控制。所嚴格控制的工藝條件就包括乳化劑及其使用方法，換言之，科學使用乳化劑是聚乙烯醇縮丁醛的製備工藝必不可少的條件之一。因為乳化劑的使用可以大大提高反應質量，並能使水洗、中和工序順利進行，穩定運行。現有的聚乙烯醇縮丁醛製備工藝方法是採用聚乙烯醇水溶液與丁醛進行反應而完成的。該反應是聚乙烯醇水溶液與丁醛在觸媒酸和乳化劑的參與下進行的。例如，歐洲0130872號專利方法採用的乳化劑是十六烷基磺基琥珀酸鈉(DOS)；中國CN 96107793.x號專利方法採用的乳化劑是十六烷基磺基琥珀酸鈉與其它烷基磺基琥珀酸鈉或辛基苯基聚氧乙烯醚的混合物。但是，無論是所述歐洲專利還是中國專利中所使用的乳化劑，都存在著某些不足之處，對PVB樹脂的性能及後處理工序的改善有著很大的制約作用，例如，採用十六烷基磺基琥珀酸鈉作為乳化劑製備的PVB薄膜，雖然具有較強的粘合力，但是其對薄膜的含水量非常敏感，含水量偏高時，會使PVB薄膜的抗衝擊能力顯著降低；採用十六烷基磺基琥珀酸鈉與辛基苯基聚氧乙烯醚的混合物作為乳化劑，雖然復配的乳化劑比單一品種乳化劑性能要好，可使PVB薄膜的質量有很大提高，但是烷基磺基琥珀酸鈉類中的高碳化合物在水中溶解度低的特點，仍會制約PVB薄膜表面活性的提高。這是因為首先在該製備工藝中容易生成Nacl無機鹽，對耐鹽性較差的十六烷基磺基琥珀酸鈉的影響較大，會降低其活性；其次，聚氧乙烯醚類物質會隨溫度的升高而有濁點現象產生，極易產生沉澱，而這些不溶物在水洗工藝中除不掉，殘留的乳化劑及沉澱物會極大的影響PVB薄膜的粘附力，使PVB薄膜於玻璃的粘結強度不夠，造成層壓安全玻璃脫膠開裂；再者，採用這種乳化劑將會使PVB薄膜表面產生「微型水庫」現象——殘留的乳化劑能夠將PVB薄膜表面多餘的水分包裹起來，如同水庫那樣將水分滯留下來，水庫裡面的水分雖然在PVB薄膜與玻璃粘合時不起作用，不影響PVB的粘附力，但是由於其內部含水量大，合片特別是在溼度大的條件下合片時，就會使PVB薄膜在合片過程中產生大量氣泡，影響合片效果和層壓安全玻璃的質量，這也是目前PVB薄膜普遍存在且一直無法徹底解決的問題之一。另外，目前的PVB樹脂生產工藝中為徹底除去殘留的乳化劑需要8-10次的50℃溫水洗滌，耗時廢水，很不經濟。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種乳化劑及使用該乳化劑的PVB樹脂生產方法，該乳化劑具有使用方便，質量穩定，且成本低廉等特點，用於聚乙烯醇縮丁醛樹脂生產方法中時，有利於所述製備生產的順利穩定進行，所生產的PVB樹脂製成PVB薄膜後，產品的活性、粘附力、外觀均較佳，而且可減少洗滌次數和時間，避免PVB膠片合片過程中產生氣泡，提高合片成品率。
本發明解決所述乳化劑技術問題的技術方案是設計一種乳化劑，該乳化劑是重量百分比為80-90％的雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與餘量抗靜電劑SN的均勻混合物，所述的抗靜電劑SN是指季胺鹽型陽離子表面活性劑。
本發明解決所述乳化劑用途技術問題的技術方案是設計一種PVB樹脂的生產方法，該生產方法包括製備聚乙烯醇與乳化劑混合液、縮合反應，鹼中和及水洗滌各工藝，其特徵在於所述的乳化劑為本發明所述的乳化劑，且所述的水洗滌工藝中的洗滌為室溫下洗滌3-5次。
本發明的乳化劑與現有技術乳化劑相比，其優點是泡沫適中，乳化效果明顯，重複性好，且成本低廉；本發明的乳化劑用於製備聚乙烯醇縮丁醛樹脂生產時，可使其縮合反應平穩，反應結果均一穩定，並容易通過洗滌除去，可減少洗滌次數和時間，提高生產效率；同時產品樹脂內殘留少，減少了對樹脂粘結能力及光學性能的不良影響，且由於SN的存在，使樹脂具有良好的抗靜電性，提高了產品的質量和品質。
發明人試驗表明，使用本發明乳化劑製備聚乙烯醇縮丁醛樹脂的質量明顯優於現有產品。檢測結果如表1所示。
表1 PVB樹脂質量對比表
現有產品和本發明產品均根據企標Q/12XJ4310-2002所檢測。
發明人進一步試驗還表明，使用本發明乳化劑製備的聚乙烯醇縮丁醛樹脂經進一步擠壓成型的PVB膠片，其性能均超過現有產品。檢測結果見表2所示。
表2 PVB膠片質量對比表
現有產品和本發明產品均根據企標Q/12XJ 4311-2002所檢測。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步敘述本發明。
本發明乳化劑是重量百分比為80-90％的雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與餘量抗靜電劑SN的均勻混合物，所述的抗靜電劑SN是指季胺鹽型陽離子表面活性劑。本發明乳化劑的主要成分烷基二苯醚二磺酸鹽的克拉夫特點(Krafft point，該點是指溶解度隨溫度的變化存在明顯的轉折點，即在較低的一段溫度範圍內溶解度隨溫度上升非常緩慢，當溫度上升到某一定值時其溶解度隨溫度的增加而迅速上升，這個溫度叫表面活性劑的克拉夫特點)較低，只有0℃左右，而現有技術的該點為18～20℃，所以本發明乳化劑在反應溫度5-11℃時的溶解度很大。由於烷基二苯醚二磺酸鹽分子中兩個帶電負電荷的親水基團之間會產生一個負電荷的增強重疊區。於是較高的電荷密度將導致較大的分子間的吸引力，從而產生較大的溶解作用和偶合作用。此外，兩個苯環間的醚鍵可允許其與密集的離子結構或體積大的長鏈烴相結合。所以其表面活性比單一磺酸鹽大很多，而且其能溶於強酸溶液中且結構穩定的特點完全適應聚乙烯縮丁醛的工藝需要。在水洗滌工序中由於本發明乳化劑具有泡沫適中，泡沫穩定，而且其鈣鹽、鎂鹽能溶於水，再加上其本身在0℃時的溶解度很大，乳化劑不易產生沉澱，不會有濁點現象產生，在水洗工序乳化劑易除去，殘留極小，不僅減少了洗滌次數，縮短了生產時間，而且也減小了水分在PVB樹脂中的殘留，使用該乳化劑不僅控制了擠出PVB膠片的含水量，也提高了PVB膠片的整體性能，保證了擠出PVB膠片質量的穩定。由於本發明乳化劑的存在，水洗後PVB無乳化劑及各種沉澱鹽的殘留，這對PVB膠片顏色的穩定起著重要的作用，它將降低PVB膠片的色度值，由於水洗殘留少，膠片發黃，發黑的現象明顯減少。同樣的因為沒有了乳化劑及各種沉澱鹽的殘留，OH-Si-OH鍵之間的鍵能將會增大，也就是間接的提高了PVB膠片的粘附力和抗衝擊能力。同時，本發明乳化劑獨特地加入了抗靜電劑SN，它對PVB的生產和使用也有很大的幫助。抗靜電劑SN的加入可降低PVB粉末產生的靜電力，可防止PVB粉末的團聚產生，在氣幹工序也能防止粘壁現象的發生，靜電力的減小還能降低脈衝布袋對細小PVB粉末的吸附，延長脈衝設備的使用周期，將使PVB樹脂的後處理工序變的簡單容易。不僅如此，抗靜電劑SN在PVB膠片的加工過程中也起著重要的作用，它能將加工過程中產生的大量靜電吸附，並有效地減小靜電作用，防止了灰塵及各種空氣雜質的吸附，有效地提高合片玻璃的透明度，提高了PVB薄膜和合片玻璃的質量。
本發明的乳化劑設計著眼專用於PVB樹脂的生產。PVB樹脂的生產方法，一般包括以下工藝1.製備聚乙烯醇與乳化劑混合液，在重量濃度8～15％的聚乙烯醇水溶液中加入重量濃度31％的鹽酸和本發明所述的乳化劑，鹽酸和乳化劑的加入量分別為聚乙烯醇重量的6～10％和0.1～0.4％，攪拌均勻製成均一的混合液；2.縮合反應，控制溫度為5～15℃的條件下，在30分鐘內向所得混合液中緩慢加入重量濃度99％以上丁醛，丁醛的加入量為聚乙烯醇重量的56％，不斷攪拌，使混合液溫度上升到8～15℃，並保持30分鐘以上；進而在1.5-4小時時間內，將混合液溫度由8～15℃緩慢升高到60～80℃，並在此溫度下保持0.5-1小時；3.鹼中和，用NaOH中和混合液，使其PH值達到5，並保持30分鐘以上；4.水洗滌，用40～50℃無離子水洗滌反應沉澱物3-5次，再次用NaOH調整混合液PH值，使之達到11，並保持30分鐘以上；再用室溫的無離子水二次洗滌反應沉澱物，充分洗滌3-5次即可，然後將沉澱物從混合液中分離並乾燥，即可得粉狀聚乙烯縮丁醛產品。
按照上述工藝步驟製備聚乙烯醇縮丁醛的生產工藝中，由於使用了本發明的乳化劑，不僅可使洗滌次數減少，節省時間，提高效率，而且可使PVB產品沒有各種沉澱物質的殘留，經增塑處理，擠壓成型的PVB樹脂合片後，粘附力穩定，色澤透明，無雜色和氣泡，各種指標檢測結果均穩定合格，可明顯提高產品質量。
本發明乳化劑雖然是為PVB樹脂的生產而專門設計，但這並不排除它可以用於其他相關或相近的生產工藝之中，起到所述的積極效果和作用。
本發明未述及之處適用於現有技術。下面給出本發明的具體實施例，但本發明不受實施例的限制。
實施例1，乳化劑的製備分別取1.8公斤雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與0.27公斤抗靜電劑SN(雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與抗靜電劑SN的配製比例為9∶1，，抗靜電劑SN為中國石油化工股份有限公司西安分公司產品，季銨鹽含量≥75％，下同)，加入到3L，45℃的95％乙醇溶液中，混合攪拌至均一狀態，冷卻至室溫，備用。
PVB樹脂的生產方法1、製備聚乙烯醇與乳化劑混合液，向重量濃度為9％的聚乙烯醇水溶液7t中加入重量濃度為31％鹽酸53.4L和上述混合乳化劑5.0kg，鹽酸和乳化劑的加入量分別為聚乙烯醇重量的8％和0.3％，並攪拌均勻；2、縮合反應，控制混合液溫度在10.5℃在不斷攪拌的條件下，30分鐘內向所述的混合液中緩慢加入丁醛366kg，使混合液溫度升高到12.5℃，丁醛的加入量應足以使混合液中75～88％的聚乙烯醇與之反應並生成顆粒狀沉澱，丁醛加入後保持30分鐘；進而在3個小時內，將混合液溫度由12.5℃緩慢升高到70℃，並在此溫度下保持1小時；
3、鹼中和，用55LNaOH中和混合液，使其PH值達到11，並保持30分鐘以上；4、用40℃的無離子水洗滌反應沉澱物5次後，再利用10LNaOH再次中和混合液，使其PH值達到11，並保持30分鐘以上；再用室溫無離子水二次充分洗滌反應沉澱物3次，然後將沉澱物從混合液中分離並乾燥，即可得粉狀聚乙烯縮丁醛產品，約850kg。
對所得聚乙烯醇縮丁醛樹脂的質量進行對比檢測，結果如表3所示。
表3 9∶1配比乳化劑PVB樹脂的質量對比檢測結果表
將本實施例製備的聚乙烯醇縮丁醛樹脂擠壓成型，製成PVB膠片，檢測其質量，結果是，規格為0.76mm，水分為0.40％，PUMMEL實驗為5～7級，透光率為98％，拉伸強度為280，斷裂伸長度為265，質量指標已超過企業標準Q/12XJ 4311-2002。
實施例2乳化劑的製備分別取1.6公斤雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉在25℃的條件下與0.53公斤抗靜電劑SN(雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與抗靜電劑SN的配製比例為8∶2)加入到3L、45℃的95％乙醇溶液中，混合攪拌至均一狀態，冷卻至室溫，備用。
PVB樹脂的生產方法在洗滌工藝中，一次洗滌和二次洗滌均為4次，餘同實施例1。
所製備的聚乙烯醇縮丁醛樹脂質量檢測結果如表4所示。
表48∶2配比乳化劑PVB樹脂質量檢測結果表
將本實施例製備的聚乙烯醇縮丁醛樹脂擠壓成型，製成PVB膠片，檢測其質量，結果是，規格0.76mm，水分為0.37％，PUMMEL實驗為6～7級，透光率為98.8％，拉伸強度為282，斷裂伸長度為262，質量指標已超過企業標準Q/12XJ 4311-2002。
實施例3乳化劑的製備分別取1.7公斤雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉在25℃的條件下與0.4公斤抗靜電劑SN(雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與抗靜電劑SN的配製比例為8.5∶1.5)加入到3L，45℃的95％乙醇溶液中，混合攪拌至均一狀態。
PVB樹脂的生產方法在洗滌工藝中，一次洗滌3次，50℃，二次洗滌5次，餘同實施例1。
所製備的聚乙烯醇縮丁醛樹脂質量檢測結果如表5所示。
表5 8.5∶1.5配比乳化劑PVB樹脂質量檢測結果表
將本實施例製備的聚乙烯醇縮丁醛樹脂擠壓成型，製成PVB膠片，檢測其質量，結果是，規格為0.76mm，水分為0.38％，PUMMEL實驗為6～8級，透光率為99.2％，拉伸強度為268，斷裂伸長度為255，質量指標已超過企業標準Q/12XJ 4311-2002。
以本發明乳化劑，並採用本發明的製備聚乙烯醇縮丁醛樹脂的方法，實際連續生產6個月，經長期抽查檢測，產品質量指標均超過企業標準Q/12XJ4311-2002要求，透光率全部在98.0％以上，吸光度小於0.005，外觀無雜質、懸浮物，也無濁光，合片後透明度仍然良好。
權利要求
1.一種乳化劑，該乳化劑是重量百分比為80-90％的雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與餘量抗靜電劑SN的均勻混合物，所述的抗靜電劑SN是指季胺鹽型陽離子表面活性劑。
2.一種PVB樹脂的生產方法，該生產方法包括製備聚乙烯醇與乳化劑混合液、縮合反應，鹼中和及水洗滌各工藝，其特徵在於所述的乳化劑為權利要求1所述的乳化劑，且所述的水洗滌工藝為室溫下洗滌3-5次。
全文摘要
本發明涉及一種乳化劑及使用該乳化劑的PVB樹脂生產方法。該乳化劑是重量百分比為80－90％的雙十六烷基二苯醚二磺酸鈉與餘量抗靜電劑SN的均勻混合物，所述的抗靜電劑SN是指季胺鹽型陽離子表面活性劑。該生產方法包括製備聚乙烯醇與乳化劑混合液、縮合反應，鹼中和及水洗滌各工藝，其特徵在於所述的乳化劑為本發明所述的乳化劑，所述水洗滌工藝室溫下洗滌3－5次。本發明乳化劑泡沫適中，乳化效果明顯，重複性好，且成本低廉；用於PVB樹脂生產時，可減少洗滌次數和時間，提高生產效率；同時產品樹脂內殘留少，透光好，並具有良好抗靜電性，提高了產品的質量和品質。
文檔編號B01F17/00GK1769312SQ20051001570
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月28日 優先權日2005年10月28日
發明者李國東, 張毅, 嵇相陽, 夏欣穎, 孫愛國, 王薇 申請人:天津市燕化新材料有限公司