具有蜡品质的脂肪酸乙烯酯共聚物的制作方法

文档序号:18482854发布日期:2019-08-20 23:54阅读:172来源:国知局

多年以来,用基于可再生资源的产品代替常规石油化学聚合物的趋势越发明显。用脂肪酸乙烯酯共聚物代替石蜡是这方面的一个例子。然而,要求的是实现石蜡的性能。例如,所述共聚物必须具有加工所需的可熔融性,且由其制备的涂料必须不是粘性或脆性的,但必须表现出具有均匀温度-硬度分布的蜡状性能。

目前已知的脂肪酸乙烯酯共聚物不充分满足这种要求的分布。在聚合物链中不同乙烯酯单元无规分布的常规共聚物具有尖锐的熔点,特别是在该熔点以上部分是液体至粘稠液体,而在该熔点以下是硬且脆的,因此不能与石蜡的蜡品质相比。长链羧酸乙烯酯和短链羧酸乙烯酯的这种无规共聚物的实例描述于US 2600384中。

为了设定蜡制剂所需的柔软度和可塑性,将不同脂肪酸乙烯酯的两种均聚物和任选的额外内聚性聚合物在常规制备中混合以得到蜡状涂料组合物。然而,该制备随着时间倾向于出现不同聚合物的分离并且涂层发生脆化。脆性涂层不再具有所需的蜡质性质。假定添加可以抵消脆性的柔软聚合物,其会进一步增加分离的问题,还会导致涂层具有粘性的表面。

为了解决用于食品的蜡涂层的该类问题,US2013/0156901建议了长链和短链乙烯酯的嵌段共聚物。然而,其中所描述的共聚物在由其制备的涂层的弹性和蜡质性能方面以及产品性能的温度不相关性方面仍然不令人满意。这里,例如,还可能发生不同聚合物相的聚集或超结构的形成,并且可能发生脆化,同时失去相应涂层的蜡质性质。此外,通过所谓的活性聚合,例如通过受控自由基聚合(CRP)如可逆加成断裂链转移(RAFT)或转移自由基聚合(ATRP)制备嵌段共聚物是复杂的,特别是长链羧酸乙烯酯和短链羧酸乙烯酯的聚合。

因此,本发明的目的是提供具有蜡类性质的脂肪酸乙烯酯共聚物,其中可以至少减少或甚至完全消除上述一个或多个缺点。

令人惊奇的是,本发明实现了该目的,其特征在于,在通过聚合方法制备脂肪酸乙烯酯共聚物中,至少一种具有16-22个碳原子的羧酸的乙烯酯a)和至少一种具有2-15个碳原子的羧酸的乙烯酯b)在所述聚合期间以非常特定的方式计量加入。所述乙烯酯a)和b)的计量加入速率在聚合期间相反地改变;即或者乙烯酯a)的计量添加速率或者乙烯酯b)的计量添加速率在聚合期间增加,而另一种乙烯酯的计量添加速率在聚合期间降低。以这种方式,得到了特定的梯度共聚物,由于该计量方法,其既不具有嵌段共聚物的结构特点,也不具有常规无规共聚物的结构特点。

本发明涉及通过自由基引发聚合以下组分来制备脂肪酸乙烯酯共聚物的方法:

a)一种或多种具有16-22个碳原子的羧酸的乙烯酯,和

b)一种或多种具有2-15个碳原子的羧酸的乙烯酯,

其中一种或多种乙烯酯a)和一种或多种乙烯酯b)在所述聚合期间被计量加入,特征在于

在聚合期间,或者乙烯酯a)的计量添加速率或者乙烯酯b)的计量添加速率降低,而所述两种乙烯酯a)或b)中的另一种乙烯酯的计量添加速率增加。

本发明还涉及由前述方法所制得的脂肪酸乙烯酯共聚物。

乙烯酯也可以被正式称为乙烯醇的羧酸酯,并相应地带有羧酸残基。所述羧酸残基可以是支化的,但优选非支化。所述羧酸残基的碳原子数优选为偶数。所述羧酸残基优选是饱和的。所述羧酸残基因此优选不带有任何烯烃不饱和基团。在乙烯酯a)和b)中,相应的羧酸残基可以彼此独立地具有上述定义。上述羧酸残基有利地影响根据本发明的脂肪酸乙烯酯共聚物的蜡性质。

优选具有16-18个碳原子的羧酸的乙烯酯a)。乙烯酯a)的羧酸的实例是棕榈酸、硬脂酸、十七烷酸、花生酸或山俞酸。优选棕榈酸和硬脂酸。还优选包含棕榈酸乙烯酯和硬脂酸乙烯酯的乙烯酯a)的共聚单体混合物。

所述乙烯酯a)的用量优选为20-90重量%,特别优选40-80重量%,最优选60-80重量%使用,在每种情况下都基于用于制备脂肪酸乙烯酯共聚物的烯键式不饱和单体总和的总质量。

优选的乙烯酯b)是具有2-14个碳原子的羧酸的乙烯酯。特别优选具有2-9个碳原子,特别是2-5个碳原子的羧酸的乙烯酯b)。还特别优选具有10-14个碳原子,特别是10-12个碳原子的羧酸的乙烯酯b)。

乙烯酯b)的实例是乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、乙酸1-甲基乙烯酯、新戊酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、新癸酸乙烯酯、具有9-11个碳原子的α-支链一元羧酸的乙烯酯,如VeoVa9R或VeoVa10R(二者均为Momentive的商品名)。优选的乙烯酯b)是丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、VeoVa9R、和特别是乙酸乙烯酯。优选的乙烯酯b)还是VeoVa10R和特别是月桂酸乙烯酯。特别优选乙酸乙烯酯和特别是月桂酸乙烯酯。

还优选乙烯酯b)的共聚单体混合物,其包含乙酸乙烯酯和一种或多种其它的具有9-14个碳原子,特别是10-12个碳原子的羧酸的乙烯酯b)。特别优选包含乙酸乙烯酯和月桂酸乙烯酯的乙烯酯b)的共聚单体混合物。在该共聚单体混合物中乙酸乙烯酯的比例优选≤50重量%,特别优选≤30重量%,最优选≤10重量%,每种情况下都是基于乙烯酯b)的总重量。以这种方式,例如,可以控制脂肪酸乙烯酯共聚物与应用制剂的其它组分的相容性。

乙烯酯b)的用量优选为10-80重量%,特别优选20-60重量%,最优选20-40重量%,在每种情况下都是基于用于制备脂肪酸乙烯酯共聚物的烯键式不饱和单体总量的总质量。

为了制备所述脂肪酸乙烯酯共聚物,可以使用一种或多种其它的烯键式不饱和单体。其它的烯键式不饱和单体可以选自于,例如,包含具有1-15个碳原子的非支化或支化醇的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、乙烯基芳香化合物、乙烯基卤化物、烯烃和二烯的组中。

丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的实例是丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸正-、异-和叔丁酯、甲基丙烯酸正-、异-和叔丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸降冰片酯、丙烯酸异冰片酯和丙烯酸硬脂基酯。优选的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯是丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正-、异-和叔丁酯、丙烯酸2-乙基己酯和丙烯酸异冰片酯。作为乙烯基芳香化合物,苯乙烯或乙烯基甲苯可以被用来共聚。在乙烯基卤化物的组中,通常使用氯乙烯、偏二氯乙烯或氟乙烯,优选氯乙烯。烯烃的实例是乙烯和丙烯;适用的二烯是例如丁二烯。

所述其它烯键式不饱和单体的用量优选为1-15重量%,特别优选1-5重量%,在每种情况下都是基于用于制备脂肪酸乙烯酯共聚物的烯键式不饱和单体总量的总质量。最优选,不使用其它的烯键式不饱和单体。

任选地,可以共聚0.05-10重量%的辅助单体,基于烯键式不饱和单体的总重量。优选,不共聚辅助单体。辅助单体的实例是烯烃不饱和单羧酸和二羧酸,优选烯烃不饱和羧酸,如丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸和马来酸;烯烃不饱和羧酰胺和腈,优选丙烯酰胺和丙烯腈;富马酸和马来酸的单酯和二酯,例如二乙酯和二异丙酯,以及马来酸酐,烯烃不饱和磺酸及其盐,优选乙烯基磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。其它的实例是预交联共聚单体,如多烯烃不饱和共聚单体,例如基己二酸二乙烯酯、马来酸二烯丙基酯、甲基丙烯酸烯丙酯或氰脲酸三烯丙酯,或后交联共聚单体,如丙烯酰胺基乙醇酸(AGA)、甲基丙烯酰胺基乙醇酸甲酯(MAGME)、N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)、N-羟甲基甲基丙烯酰胺(NMMA)、N-羟甲基烯丙基氨基甲酸酯,烷基醚如N-羟甲基丙烯酰胺的异丁氧基醚或酯、N-羟甲基甲基丙烯酰胺的异丁氧基醚或酯、和N-羟甲基烯丙基氨基甲酸酯的异丁氧基醚或酯。还适用的是环氧官能化的共聚单体,如甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸缩水甘油酯。其它的实例是硅官能化的共聚单体,如丙烯酰氧基丙基三(烷氧基)硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三(烷氧基)硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷和乙烯基甲基二烷氧基硅烷,其中例如甲氧基、乙氧基和乙氧基丙二醇醚残基可以作为烷氧基存在。还包括具有羟基或CO基团的单体,例如甲基丙烯酸和丙烯酸的羟烷基酯,如丙烯酸或甲基丙烯酸的羟乙基、羟丙基或羟丁基酯,以及化合物如双丙酮丙烯酰胺和丙烯酸或甲基丙烯酸的乙酰乙酰氧基乙酯。

脂肪酸乙烯酯共聚物优选通过本体聚合法制备,特别优选通过溶液聚合法制备。

适用的有机溶剂是,例如,醛类如乙醛、丙醛和丁醛;酮类如丙酮或甲基乙基酮;酯类如乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丁酯;或醇类如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇。优选具有1-6个碳原子的一元脂肪醇。特别优选甲醇、乙醇和特别是异丙醇。所述有机溶剂的沸点优选在60-100℃(在1013mbar的压力下测定)范围内。也可以任选使用水或水和一种或多种有机溶剂的混合物。水的比例优选≤5重量%,基于溶剂的总重量。特别优选不加入水作为溶剂。

所述聚合通常在回流条件下实施,优选在40-160℃,特别优选在40-100℃的温度下进行。其可以如常在标准压力、正压或负压下进行。在气体共聚单体如乙烯的共聚中,所述方法优选在升高的压力下,通常在5-150bar下进行。如果反应在标准压力下进行,在反应结束时向反应体系提供轻微的正压是有利的,优选0.5-3bar,以便能够从外部向所述体系提供能量以最大化温度和转化率,并从而通过蒸馏最有效地除去残余单体和溶剂。

优选使用有机过氧化物或偶氮化合物作为引发剂。适用的引发剂是,例如,二酰基过氧化物如二月桂酰基过氧化物,过氧化酯如过氧化新戊酸叔丁酯或过氧化-2-乙基己酸叔丁酯,或过氧化二碳酸酯如过氧化二碳酸二乙酯。引发剂的用量通常为0.01-5.0重量%,基于单体的总重量。所述引发剂可以预先加入或计量加入。在这种情况下,已证明有价值的是首先加入一定比例的所需引发剂量,并在聚合期间连续计量加入其余的引发剂。

所述聚合也可以在保护胶体和/或乳化剂的存在下实施。保护性胶体和/或乳化剂的用量优选为≤5重量%,特别是≤0.5重量%,基于所用烯键式不饱和单体的总量。特别优选在没有保护胶体的情况下聚合。还特别优选在没有乳化剂的情况下聚合。这在实现本发明的目的方面是有利的。

保护胶体的实例是聚乙烯醇;聚乙烯吡咯烷酮;聚乙烯醇缩醛;多糖;蛋白质;木质素磺酸盐;合成聚合物如聚(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯与羧基官能化的共聚单体单元的共聚物、聚(甲基)丙烯酰胺、聚乙烯基磺酸及其水溶性共聚物;三聚氰胺甲醛磺酸盐、萘甲醛磺酸盐、苯乙烯/马来酸共聚物和乙烯基醚/马来酸共聚物。乳化剂的实例是阴离子表面活性剂,如链长为8-18个碳原子的烷基硫酸盐,在疏水基团中具有8-18个碳原子和高达40个环氧乙烷或环氧丙烷单元的烷基或烷基芳基醚硫酸盐、具有8-18个碳原子的烷基-或烷基芳基磺酸盐、磺基琥珀酸与一元醇或烷基酚的酯和半酯,或非离子表面活性剂,如具有8-40个环氧乙烷单元的烷基聚乙二醇醚或烷基芳基聚乙二醇醚。

为了制备所述脂肪酸乙烯酯共聚物,可以实施半间歇方法,例如,其中首先加入单独的组分或两种或更多种组分,并计量加入剩余物,或者可以进行连续聚合,其中所述组分在聚合期间计量加入。所述计量加入可任选地分别(空间和时间)进行。

本发明的要点在于,在聚合期间计量加入一种或多种乙烯酯a)和一种或多种乙烯酯b),其中在聚合期间,或者乙烯酯a)的计量加入速率或者乙烯酯b)的计量加入速率降低,而所述两种乙烯酯中的另一种的计量加入速率增加。

聚合期间的表述通常是指烯键式不饱和单体,特别是乙烯酯a)或乙烯酯b),发生聚合的时间。所述聚合通常起始于引发剂和烯键式不饱和单体的添加之后或添加过程中。众所周知,所述聚合的开始可通过由于聚合反应的放热而发生的聚合混合物的加热来识别。在所述聚合结束时,烯键式不饱和单体,特别是乙烯酯a)或b),通常不再或基本上不再聚合。在所述聚合结束时,未聚合的烯键式不饱和单体,特别是未聚合的乙烯酯a)和b)的量为≤10重量%,特别优选≤5重量%,更优选≤3重量%,最多优选≤1重量%,各种情况下都是基于所用单体总量的总重量,特别是所用乙烯酯a)和b)的总和。

这里,所述乙烯酯a)和/或b)可以在几个添加步骤中计量加入,或优选连续加入,即不中断地计量加入。或者,所述乙烯酯a)和/或乙烯酯b)的连续计量加入也可以中断并在稍后的时间点再次重新开始。或者,还可以连续地计量加入部分量的乙烯酯a)和/或部分量的乙烯酯b),并一步或多步下计量加入剩余量的乙烯酯a)和/或乙烯酯b)。

常规的计量加入速率是指在聚合期间在一段时间内加入的乙烯酯的量。

在根据本发明的方法中,两种乙烯酯a)和乙烯酯b)之一的添加量在聚合期间降低。在所述聚合期间,或者乙烯酯a)或者乙烯酯b)以递减的梯度计量加入。两种乙烯酯a)和b)中的另一种以递增的梯度计量加入。所述乙烯酯a)和乙烯酯b)在聚合期间以相反的梯度或反向的计量添加速率或单位时间的加入量的方式计量加入。特别优选,在聚合物过程中,乙烯酯a)以递减的梯度计量加入,和乙烯酯b)以递增的梯度计量加入。乙烯酯a)的计量加入速率优选在聚合期间降低,特别优选恒定或连续地降低。乙烯酯b)的计量添加速率优选在聚合期间增加,特别优选恒定或连续地增加。或者,乙烯酯a)的计量添加速率可以在聚合期间降低,优选可以恒定或连续地降低。或者,乙烯酯b)的计量添加速率也可以在聚合期间增加,特别优选可以是恒定或连续地增加。

例如,在聚合开始时,可以计量加入比乙烯酯a)更大量的乙烯酯b)。在聚合开始时,优选比乙烯酯b)更大量的乙烯酯a)被计量加入。

在聚合期间计量加入速率降低的乙烯酯a)或b)也被称为乙烯酯V1)。在聚合期间计量加入速率增加的乙烯酯a)或b)也被称为乙烯酯V2)。优选乙烯酯a)为乙烯酯V1)。优选乙烯酯b)为乙烯酯V2)。

优选,在计量入所用乙烯酯V2)总重量的1-10重量%的时间点,已经计量加入所用乙烯酯V1)总重量的15-50重量%,特别优选15-30重量%。优选,在计量入所用乙烯酯V2)总重量的20-30重量%的时间点,已经计量加入所用乙烯酯V1)总重量的30-70重量%,特别优选35-50重量%。优选,在计量入所用乙烯酯V2)总重量的40-60重量%的时间点,已经计量加入所用乙烯酯V1)总重量的40-80重量%,特别优选50-60重量%。优选,在计量入所用乙烯酯V2)总重量的60-70重量%的时间点,已经计量加入所用乙烯酯V1)总重量的50-80重量%,特别优选55-70重量%。

乙烯酯a)和乙烯酯b)可以在时间上全部或部分地一起计量加入,任选空间上一起加入,优选在空间上分开。优选,在计量加入乙烯酯V2)的同时,计量加入所用乙烯酯V1)的总量的70-100重量%,特别优选80-100重量%。优选,在计量加入乙烯酯V1)的同时,计量加入所用乙烯酯V2)的总量的80-100重量%,特别优选70-100重量%。

也可以首先加入一种或多种乙烯酯a)和/或一种或多种乙烯酯b)。优选首先加入一种这样的乙烯酯,其在聚合开始时以更大的计量加入速率计量加入。优选首先加入乙烯酯a)。初始加料的乙烯酯V1)的比例优选为0-30重量%,特别是0-20重量%,基于所用全部乙烯酯V1)的总重量。初始加料的乙烯酯V2)的比例优选为0-30重量%,基于所用全部乙烯酯V2)的总重量。优选首先不加入乙烯酯V2)。特别优选,不首先加入这两种乙烯酯a)和b)。

聚合完成后,可以根据已知方法通过蒸馏除去残余单体和任选的溶剂。为此,内部温度可升高至100-200℃,随后可以施加真空。

聚合完成后,优选实施另外的后聚合。在所述的后聚合期间,剩余量的残余单体聚合。通过应用已知的方法进行所述后聚合,通常使用氧化还原催化剂引发的后聚合。

挥发性化合物,如残余单体或来自引发剂组分或其它原材料的杂质,也可以通过蒸馏或汽提除去。对于汽提,任选在减压下,当惰性载气如空气、氮气或水蒸气通过或在其上经过时,挥发性化合物从分散体中被除去。

根据本发明,特别是根据本发明的乙烯酯a)和b)的计量添加,制备得到的脂肪酸乙烯酯共聚物的特征在于具体的结构特征。所述脂肪酸乙烯酯共聚物优选是梯度聚合物。在所述脂肪酸乙烯酯共聚物的聚合物链中,因此优选具有乙烯酯a)和b)单元沿着聚合物链的分布梯度。由于其固有的结构特征,根据本发明的脂肪酸乙烯酯共聚物通常不是嵌段共聚物。所述脂肪酸乙烯酯共聚物也可以被描述为沿着聚合物链具有不同乙烯酯单元特定排列或特定富集的无规聚合物。在相关时间点以较高计量速率加入的乙烯酯在该时间点被优选引入到生长的聚合物链中。一种乙烯酯的递减计量加入或另一种乙烯酯的递增计量加入速率因此改变了聚合期间单体引入的优先性,其有利于具有递增计量加入速率的乙烯酯。

所述脂肪酸乙烯酯共聚物优选为半结晶的。半结晶是指只有部分所述脂肪酸乙烯酯共聚物的聚合物链以结晶形式存在。

所述脂肪酸乙烯酯共聚物的凝固点(固化点)优选≥20℃,特别优选30-80℃,最优选40-75℃(根据ASTM D938-12测定)。

所述脂肪酸乙烯酯共聚物的熔点优选≥0℃,特别优选10-50℃,最优选15-45℃(根据DIN EN ISO 11357-3通过差示扫描量热计(DSC)测定,使用Mettler Toledo的DSC 1仪器,模块类型:DSC1/500(模块名称:DSC1_1448))。

通常,在存在几个最大值时,熔点分布曲线的最大值和熔点分布曲线的最大的最大值被指定为熔点(根据DIN EN ISO 11357-3测定)。所述脂肪酸乙烯酯共聚物通常不具有独特的熔点,而其特征在于宽的熔点分布曲线;即对于大量脂肪酸乙烯酯共聚物而言,其熔融过程发生在宽温度范围内。这种熔点分布曲线有利于实现本发明的目的。

如DIN EN ISO 11357-3中所述测定熔融焓。根据DIN EN ISO 11357-3,由熔融分布图的基线与熔融焓曲线之间的面积得到熔融焓;或者,通过积分熔融焓分布曲线的而得到熔融焓。优选,所述熔融焓的5-35%,特别优选5-30%,最优选5-25%在低于熔点的2℃至高于熔点的2℃范围内。优选,所述熔融焓的10-70%,特别优选10-50%,最优选10-40%优选在低于熔点的4℃至高于熔点的4℃范围内。优选,所述熔融焓的30-85%,特别优选30-75%,最优选30-65%是在低于熔点的8℃到高于熔点的8℃范围内。

优选所述脂肪酸乙烯酯共聚物的95-65%,特别优选95-70%,最优选95-75%的熔融焓在偏离所述脂肪酸乙烯酯共聚物的熔点超过2℃的温度范围内。优选,所述脂肪酸乙烯酯共聚物的90-30%,特别优选90-50%,最优选90-60%的熔融焓在偏离所述脂肪酸乙烯酯共聚物的熔点超过4℃的温度范围内。优选,所述脂肪酸乙烯酯共聚物的熔融焓的70-15%,特别优选70-25%,最优选70-35%在偏离所述脂肪酸乙烯酯共聚物的熔点超过8℃的温度范围内。

所述脂肪酸乙烯酯共聚物的重均分子量Mw优选为≥5 000g/mol,特别优选5 000-35 000g/mol的范围内(通过尺寸排阻色谱法(SEC)测定,相对于聚苯乙烯标准物,在THF中,35℃,流速0.5ml/min,通过RI(折射率检测器)检测,使用Agilent的Resipore柱(注射体积10μl))。

所述脂肪酸乙烯酯共聚物优选为固体树脂的形式。固体树脂通常不用乳化剂或保护胶体稳定,因此不是可在水中再分散的粉末。所述固体树脂通常基本上仅由所述脂肪酸乙烯酯共聚物组成。

本发明还涉及基于根据本发明的脂肪酸乙烯酯共聚物的脂肪酸乙烯酯共聚物组合物,条件是:

存在≤30重量%,基于所述脂肪酸乙烯酯共聚物组合物的干重,的所述脂肪酸乙烯酯共聚物,其基于≥90重量%的乙烯酯a),基于所述脂肪酸乙烯酯共聚物的重量。

因此,根据本发明的乙烯酯a)或b)的计量添加可以针对所述共聚物组合物中乙烯酯a)或b)的均聚物的比例,并且还可以设定得非常低。甚至可以实际上排除均聚物的形成。在本文中,均聚物还包括主要基于单一类型单体的共聚物。由于根据本发明的这种计量加入,可获得包含各种具有不同乙烯酯a)和b)引入速率的脂肪酸乙烯酯共聚物的共聚物组合物。这对于所述共聚物组合物的蜡性质是有利的。

优选脂肪酸乙烯酯共聚物组合物,其包含,基于脂肪酸乙烯酯共聚物组合物的干重,≤20重量%,特别是≤10重量%的脂肪酸乙烯酯共聚物,该脂肪酸乙烯酯共聚物基于≥95重量%,特别是≥99重量%的乙烯酯a),基于脂肪酸乙烯酯共聚物重量。

还优选脂肪酸乙烯酯共聚物组合物,其包含,基于脂肪酸乙烯酯共聚物组合物的干重,≤30重量%,特别是≤20重量%,更优选≤10重量%的脂肪酸乙烯酯共聚物,其基于≥90重量%,特别是≥95重量%,更优选≥99重量%的乙烯酯b),基于所述脂肪酸乙烯酯共聚物的重量。

所述脂肪酸乙烯酯共聚物适用于,例如,涂料组合物中,特别是例如用于制备食品涂料的蜡组合物中。蜡组合物包含一种或多种脂肪酸乙烯酯共聚物和,例如,增稠剂、软化剂、表面活性剂、抗微生物物质、抗氧化剂或填料。

其它应用领域是所述脂肪酸乙烯酯共聚物作为原材料用于化妆品或药物领域,用于造纸工业或纺织领域中。所述脂肪酸乙烯酯共聚物也可以替代蜡用于口香糖的原料中。所述脂肪酸乙烯酯共聚物还可以被用作润滑剂、增稠剂或用于疏水化表面。

令人惊讶的是,根据本发明的脂肪酸乙烯酯共聚物不倾向于分相或形成结构域。所述脂肪酸乙烯酯共聚物具有蜡类性质,并且在应用于涂料组合物中后提供不发生脆化且不形成粘性表面的涂层。此外,所述脂肪酸乙烯酯共聚物可使用已有设备的简单方法。因此,所述脂肪酸乙烯酯共聚物理想地适用于替代石蜡。

下述实施例被用来进一步阐述本发明:

通常的工作步骤:

玻璃涂层的制备:

通过将5g聚合物熔体(60℃)倒在平滑的玻璃表面上,制备1-2mm厚的涂层,并冷却至室温。

奶酪涂层的制备:

将奶酪样品浸入聚合物熔体(60℃)中,随后排流并冷却至室温。以这种方式,得到了涂覆的奶酪样品,其中20g的奶酪涂覆有4g的聚合物。

DSC测量:

根据DIN EN ISO 11357-3进行DSC测量和评估,使用Mettler-Toledo的DSC 1仪器,模块类型:DSC1/500(模块名称:DSC1_1448):样品称重:8.5mg,温度范围为-70至150℃,加热/冷却速率为10K/min;测量2次运行(每次运行包括1次加热和冷却循环:-70℃(10K/min)至150℃,150℃(10K/min)至-70℃);对于每种情况的评价,使用了第二次运行。

针穿透测量:

根据ASTM D1321-10测量。测量仪器:Coesfeld的数字半自动透度计(根据D1321的2.5g硬化钢锥形针,落棒47.5g,附加重量100g)。使用100g的试验样,测量5秒钟。给出了各测量的测量温度。

凝结点:

根据ASTM D938-12测定。

残余单体含量的测定:

通过1H-NMR(溶剂:CDCl3,TMS标准品0ppm)测定残留单体含量。在积分中将0.8ppm处的三线态信号的积分归一化为300。残余单体内容物在4.5ppm处的相对积分给出了以百分比表示的残余单体含量。

脂肪酸乙烯酯共聚物的制备

实施例1(Ex.1):

计量加入1(硬脂酸乙烯酯溶液)的制备:

将150.0g硬脂酸乙烯酯置于250ml Schlenk烧瓶中,在50℃下熔融,并在减压(2.3×10-1mbar)下脱气15分钟。在氩气氛下加入60g异丙醇。

计量加入2(月桂酸乙烯酯溶液)的制备:

将100.0g月桂酸乙烯酯置于另一个250ml Schlenk烧瓶中,并在减压(2.3×10-1mbar)下在室温下脱气15分钟。在氩气氛下加入60g异丙醇。

计量加入3(引发剂溶液)的制备:

在氩气逆流下,在100ml Schlenk烧瓶中加入60g异丙醇和3.2g过氧化新戊酸叔丁酯(75%水溶液)。

聚合性能:

将1000ml五颈烧瓶加热至80℃,于氩气氛下,向其中加入40.0g异丙醇和0.8g过氧化新戊酸叔丁酯溶液(75%水溶液)(初始进料)。

2分钟后,同时开始计量加入1,2和3。

使用Ismatec IPC蠕动泵以0.5g/min的计量速率在2小时内连续加入所述引发剂溶液(计量加入3)。

使用Ismatec蠕动泵以递减的速率添加硬脂酸乙烯酯溶液(计量加入1),并且用250W IR灯将管道温度控制在40℃。根据下述计量方案加入计量加入1:首先以4.4g/min速率持续加入10min,然后在3.6g/min下持续10min,然后在2.8g/min下持续10min,然后在2.4g/min下持续10min,最后在1.0g/min下持续80min。

通过蠕动泵以递增的速率加入月桂酸乙烯酯溶液(计量加入2)。根据下述计量方案加入计量加入2:首先在1.6g/min下持续10min,然后在2.4g/min下持续10min,然后在2.8g/min下持续10min,然后在3.6g/min下持续10min,最后在4.4g/min下持续13min。

随后,在减压(2.3x10-1mbar)下除去溶剂。这样得到无色固体脂肪酸乙烯酯共聚物(残余单体含量<1%)。

分析数据:

分子量:Mn=3300g/mol;Mw=6600g/mol。

DSC:熔融温度:30.7℃,熔融焓51.7J/g(下限峰值:-8.4℃,上线峰值:44.5℃)。

所述熔融温度的+/-2℃范围内的熔融焓:9.5J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的19%。表述熔融温度的+/-2℃是指低于所述熔融温度2℃至高于熔融温度2℃的温度范围,其被类似地用于下文中。

所述熔融温度的+/-4℃范围内的熔融焓:18.3J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的35%。

所述熔融温度的+/-8℃范围内的熔融焓:31.6J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的61%。

针穿透测量:

在样品温度22℃下:7.8mm;

在样品温度10℃下:3.0mm。

凝结点:43℃。

玻璃涂层:均匀涂层。

奶酪涂层:

均匀涂层,低温敏感性。手动操作时不粘。

不脆,表面不粘。

比较实施例2(C.Ex.2):随机共聚物:

首先将40g月桂酸乙烯酯和60g硬脂酸乙烯酯加料到250ml三颈烧瓶中。加该单体混合物加热至50℃并在减压下(2.3x10-1mbar)脱气15min。在氩气逆流下加入25g异丙醇和0.3g过氧化新戊酸叔丁酯溶液(75%水溶液)。将所得混合物加热(在回流条件下)至80℃。在达到80℃时,通过50ml滴液漏斗在30分钟内逐滴加入额外的25g异丙醇和0.570g过氧化新戊酸叔丁醇酯。随后,将该反应混合物在80℃下保持2h。

随后,在减压(2.3x10-1mbar)和95℃下除去溶剂异丙醇。

这样得到无色固体无规共聚物(残留单体含量<1%)。

分析数据:

分子量:Mn=10 719g/mol;Mw=27 874g/mol。

DSC:熔融温度:28.5℃,熔融焓46.4J/g(下限峰值:-1.3℃,上限峰值:38.0℃)。

所述熔融温度的+/-2℃范围内的熔融焓:18.1J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的39%。

所述熔融温度的+/-4℃范围内的熔融焓:30.3J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的65%。

所述熔融温度的+/-8℃范围内的熔融焓:39.8J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的85.8%。

针穿透测量:

在样品温度22℃下:6.5mm;

在样品温度10℃下:1.5mm。

凝结点:36℃。

玻璃涂层:均匀涂层。

奶酪涂层:

均匀涂层,但对温度非常敏感;手动操作时非常粘(相当一部分在手温下熔融)。

在与实施例1相同的单体组成下,比较实施例2具有明显更窄的熔融范围。总熔融焓的65%在+/-4℃的温度窗口内,而在实施例1中,仅有35%的熔融焓在+/-4℃的温度窗口内。比较实施例2的产物在室温下更硬,因此更脆,且对温度变化显著地更加敏感(熔融/结晶过程在窄的温度范围内)。例如,在降低温度时,其非常脆(见在10℃的针穿透测量:1.5mm),而在升高温度时,其突然形成粘性表面,并在进一步升高温度时为液体(凝固温度36℃)。

比较实施例3(C.Ex.3):

40重量%月桂酸乙烯酯均聚物和60重量%硬脂酸乙烯酯均聚物的聚合物混合。

月桂酸乙烯酯均聚物的制备:

首先将100g月桂酸乙烯酯加料到250ml三颈烧瓶中,加热至50℃并在减压下(2.3x10-1mbar)脱气15min。然后,在氩气逆流下加入25g异丙醇和0.3g过氧化新戊酸叔丁酯溶液(75%水溶液)。将所得混合物加热(回流)至80℃的反应温度。在达到80℃时,通过50ml滴液漏斗在45分钟内逐滴加入额外的25g异丙醇和0.7g过氧化新戊酸叔丁醇酯。随后,将该反应混合物在80℃下保持2h。随后,在减压(2.3x10-1mbar)和95℃下除去溶剂异丙醇。这样得到混浊高度粘稠的液体(残留单体含量<1%)。

分子量:Mn=12828g/mol;Mw=32280g/mol。

硬脂酸乙烯酯均聚物的制备:

首先将100g硬脂酸乙烯酯加料到250ml三颈烧瓶中,加热至50℃并在减压下(2.3x10-1mbar)脱气15min。然后,在氩气逆流下加入25g异丙醇和0.28g过氧化新戊酸叔丁酯溶液(75%水溶液)。将所得混合物加热(回流)至80℃的反应温度。在达到80℃时,通过50ml滴液漏斗在30分钟内逐滴加入额外的25g异丙醇和0.45g过氧化新戊酸叔丁醇酯。随后,将该反应混合物在80℃下保持2h。随后,在减压(2.3x10-1mbar)和95℃下除去溶剂异丙醇。这样得到无色固体。

分子量:Mn=15 170g/mol;Mw=29 427g/mol。

所述两种均聚物的混合:

将20g上述月桂酸乙烯酯均聚物和30g上述硬脂酸乙烯酯均聚物称量到一个50ml玻璃瓶中,在60℃下搅拌使熔体均匀混合。

DSC:熔融图:两个基线分离的熔融区,两个熔融峰:

熔融峰1:

熔融温度:53.6℃,熔融焓:53.0J/g(下限峰值:11.6℃,上限峰值:61.8℃);

熔融峰2:

熔融温度:-2.56℃,熔融焓:10.7J/g.

所述熔融温度的+/-2℃范围内的熔融焓:33.5J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的62%。

所述熔融温度的+/-4℃范围内的熔融焓:41.8J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的78%。

所述熔融温度的+/-8℃范围内的熔融焓:47.7J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的89.0%。

针穿透测量:

在样品温度22℃下:3.9mm;

在样品温度10℃下:3.4mm。

玻璃涂层:形成裂纹。

奶酪涂层:形成裂纹

所述涂层是易碎、脆性且还具有高的表面粘性。此外,涂层的不同组分彼此不相容。

比较实施例4(C.Ex.4):双阶段均聚:

首先将100g硬脂酸乙烯酯加料到500ml三颈烧瓶中,加热至50℃并在减压下(2.3x10-1mbar)脱气15min。然后,在氩气逆流下一次性加入0.28g过氧化新戊酸叔丁酯溶液(75%水溶液)。将所得混合物加热(回流)至80℃的反应温度。在达到80℃时,在30分钟内逐滴加入额外的0.45g过氧化新戊酸叔丁醇酯。在单体残留量达到10%(硬脂酸乙烯酯的量相当于起始值的10%)时,在氩气氛下一次性加入40g脱气的月桂酸乙烯酯。补充过氧化新戊酸叔丁酯,直到残余单体含量小于1%。这样得到无色固体。

DSC:熔融图:两个基线分离的熔融区,两个熔融峰:

熔融峰1:

熔融温度:51.6℃,熔融焓:44.1J/g(下限峰值:20.7℃,上限峰值:58.6℃);

熔融峰2:

熔融温度:-1.3℃,熔融焓:9.5J/g.

所述熔融温度的+/-2℃范围内的熔融焓:26.0J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的44%。

所述熔融温度的+/-4℃范围内的熔融焓:34.1J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的77%。

所述熔融温度的+/-8℃范围内的熔融焓:39.6J/g,其相应于整个熔融峰的熔融焓的90.0%。

针穿透测量:

在样品温度22℃下:5.4mm;

在样品温度10℃下:3.4mm。

玻璃涂层:形成裂纹;

奶酪涂层:形成裂纹。

所得聚合物的熔融和涂层特性与比较实施例3相当。

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