专利名称：可生物降解的水分散液的制作方法
技术领域：
本发明涉及可降解的乙烯酯聚合物水分散液、其制法及其用途。
聚醋酸乙烯酯仅可缓慢地生物降解是已公开的事实(Huang S.J.，Biodegradable Polymers inEncyclopedia of Polymer Sciences，Vol ume 2，Pages 220-243)。M. Buday(C.A.101(4)24316n)曾揭示即使在活性污泥中，聚醋酸乙烯酯及丙烯酸丁酯/醋酸乙烯酯共聚物分散液亦仅能相当缓慢地降解，且降解速率与粒子大小及其比表面积有关。覆膜材料，一经形成，例如当在涂覆部分使用了醋酸乙烯酯分散液后，仍不易降解。实际上，这些物质的生物降解须耗时数年。经交联的产品，则依交联程度的不同，降解速率愈加缓慢。
用作粘合剂或涂覆剂的乙烯酯共聚物，其增塑共聚单体，例如乙烯、丙烯酸丁酯或丙烯酸2-乙基己酯，可进一步延缓生物降解。该项作用，由这些共聚单体可延缓乙酸乙烯酯单元水解成可生物降解的乙烯醇单元的事实而获得说明(Huang S.J.，Biodegradable Polymers inEncyclopedia of Polymer Sciences，Volume 2，Pages 220-243)。
尤其由于环保意识提高，日益迫切需要容易生物降解的塑料。所以，纺织及造纸工业要求涂覆及粘合组合物内所用的粘结剂，必须是可生物降解、任意交联的塑料水分散液。
WO-A 91/02025及EP-A 400532曾述及若干可生物降解的共聚物组合物，其中包括乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、淀粉及增塑剂。这些组合物是将组合物的固体成分加以混合及共挤出而制得的。
本发明的目的是提供几种乙烯酯聚合物水分散液，这些水分散液可生物降解，且适用作涂覆剂及粘合剂。
本发明涉及可生物降解的乙烯酯聚合物水分散液，该分散液的固体含量为20至70%重量比(以分散液的总重量为基准)，且是采用乳化聚合法借助自由基聚合作用制得，其中，在有10至50%(重量，以单体相为基准)的可生物降解的增塑剂及0.5至15.0%(重量，以单体相为基准)的可生物降解的乳化剂和/或可生物降解的保护胶体的存在下，使一单体相聚合，该单体相包括a)50至100重量份的一种或多种乙烯酯，所述乙烯酯选自一组包括由具有1至15个碳原子的分枝或不分枝烷基羧酸所形成的乙烯酯;
b)0至30重量份的乙烯和/或由(甲基)丙烯酸或乙烯型不饱和二羧酸与具有1至10个碳原子的醇所形成的酯;及c)0至20重量份的其他单-或聚-乙烯型不饱和化合物。
优选的乙烯酯是乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、2-乙基己酸乙烯酯、十二烷酸乙烯酯、乙酸1-甲基乙烯酯、三甲基乙酸乙烯酯及具有9或10个碳原子、α-支链的单羧酸的乙烯酯，例如VeoVa9R或VeoVa10R。
甲基丙烯酸、丙烯酸或乙烯型不饱和二羧酸的酯，其优选的是丙烯酸甲酯、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-丁酯、甲基丙烯酸正-丁酯、丙烯酸2-乙基己酯及反丁烯二酸和/或顺丁烯二酸的酯或半酯，例如反丁烯二酸二异丙酯。
适当的共聚单体c)是官能共聚单体，例如丙烯酰胺、顺丁烯二酸-酰胺、磺酸乙烯酯、N-乙烯吡咯烷酮及N-乙烯内酯。其他亦适当的共聚单体是可交联的共聚单体，例如乙酰乙酸乙烯酯、或其他可共聚合的乙酰乙酸酯;可共聚合的烷氧基硅烷化合物，例如乙烯基三乙氧基硅烷;可共聚合的环氧化物，例如缩水甘油醇的乙烯基或烯丙基化合物;N-羟甲基化合物，例如N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺及N-羟甲基烯丙基氨基甲酸酯;及乙烯型不饱和羧酸的N-烷氧基烷酰胺，例如N-(异丁氧基甲基)-丙烯酰胺。更适当的共聚单体是聚乙烯型不饱和共聚单体，例如乙二醇的二乙烯基及二烯丙基醚;饱和二羧酸的二乙烯基及二烯丙基酯;聚羧酸的聚乙烯基及聚烯丙基酯，例如邻苯二甲酸二烯丙基酯及顺丁烯二酸二烯丙基酯;二-及聚羟基化合物与(甲基)丙烯酸的二-及聚酯;(甲基)丙烯酸或巴豆酸、顺丁烯二酸或反丁烯二酸的乙烯基及烯丙基酯;及二乙烯基苯及三聚氰酸三烯丙基酯。
假若适当，以0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c)，优选的是仅乙酸乙烯酯实施聚合作用。单体相的其他优选组成物是75至95重量份的乙酸乙烯酯，5至25重量份的乙烯及(假若适当)0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c);
65至95重量份的乙酸乙烯酯，5至35重量份的十二烷酸乙烯酯、乙酸1-甲基乙烯酯、三甲基乙酸乙烯酯、VeoVa9或VeoVa10及(假若适当)0.1至10重量份的官能性的和/或可交联的共聚单体c);
50至70重量份的乙酸乙烯酯，5至30重量份的VeoVa9或VeoVa10，5至25重量份的乙烯及(假若适当)0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c);
50至70重量份的乙酸乙烯酯，5至25重量份的乙烯，0.5至20重量份的(甲基)丙烯酸酯及(假若适当)5至30重量份的VeoVa9或VeoVa10和/或0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c)。
可生物降解的增塑剂，其较为适当的是C4至C12-α，ω-链烷二羧酸的烷基酯，其中，这些酯的烷基可含有2至18个碳原子。可举的实例是癸二酸酯，例如癸二酸二丁酯;1，2-亚乙基二醇(ethyleme glycot)衍生物、丙三醇衍生物及山梨糖醇衍生物的十二烷酸酯，及柠檬酸酯，例如柠檬酸三丁酯。聚合物增塑剂，例如优选为分子量为800至5000(最好为1500至3000)的乙二醇己二酸聚酯、聚乙二醇，聚丙二醇。前述的聚合物增塑剂，其具有酯、酰胺或胺基甲酸乙酯等终端基的尤为优选。前述的增塑剂亦可以混合物形式而使用。
非离子乳化剂或可生物降解的非离子及阴离子乳化剂的混合物，亦可用作可生物降解的乳化剂。但非离子乳化剂较为优选。
适当的非离子乳化剂的实例是聚氧乙烯缩合生成物，例如聚氧乙烯十二烷基醚，聚氧乙烯十八烯基(oleyl)醚及聚氧乙烯氢化枞酸基(hydroabietyl)醚。其他的实例是高级脂肪酸的聚氧乙烯酯，例如聚氧乙烯十二酸酯、聚氧乙烯油酸酯及环氧乙烷与树脂酸及高油酸的缩合生成物，聚氧乙烯酰胺与胺的缩合生成物，例如N-聚乙烯-十二酰胺及N-十二烷基-N-聚氧乙烯胺，聚氧乙烯硫醚，例如聚氧乙烯正-十二烷基硫醚、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物及由脂肪醇所形成的带有环氧乙烷单元的聚乙二醇醚。不用前述的聚氧乙烯化合物，亦可采用相对应的聚-N-甲酰-或聚-N-乙酰胺乙烯。
依照本发明可使用的非离子乳化剂，亦包含许多称作“Pluronics”的表面活性剂，其通用化学式为HO(C2H4O)a(C3H6O)b(C2H4O)cH，其中，a、b及c为1或更大的整数。若a及c保持大致恒定不变，b增加，此类化合物变得更难溶于水及更易溶于油，所以更加疏水。
合适的阴离子乳化剂的实例是脂肪酸的碱金属或铵盐，硫酸烷基酯及烷基磺酸，例如十二酸盐、硫酸十二烷基酯或磺酸十二烷基酯。其他实例是磺基琥珀酸与一元脂肪醇所形成的半酯。
乳化剂总量所占的浓度为0.5至15%(重量，以单体相为基准)。单独一种乳化剂或前述乳化剂的混合物均可使用。若所用的为乳化剂的混合物，以采用较疏水的乳化剂与较亲水的乳化剂相搭配较为有利。较疏水的乳化剂，于88℃以下的1%浓度水溶液中具有一浊度点，较亲水的乳化剂，于88℃或以上的1%浓度水溶液中具有一浊度点。
除乳化剂外，本发明的分散液亦可包括保护胶体或只包括保护胶体，以产生稳定作用。可生物降解的保护胶体，其较为适当且值得一提的是
淀粉;氰烷化、羟烷化和/或羧甲烷化的淀粉;糊精、明胶及酪蛋白，及甲基-、羟乙基-、羟丙基-及乙酰基纤维素;以及聚乙烯醇、聚乙烯己内酰胺、聚乙烯吡咯烷酮及前述最后三类化合物的水溶性共聚物。
这些保护胶体可以使用的量，与粘度及稳定作用所需的量有关。举例说来，若使用已经稳定的淀粉，则1%(重量，以单体相为基准)的量即已足够。但若其粘度较高，使用量不超过8%(重量，以单体相为基准)也属适当。对比之下，低分子量的糊精，使用量亦高达100%(重量，以单体相为基准)以上。若使用普通聚乙烯醇，且不需另外添加乳化剂，通常需要3%(重量，以单体相为基准)以上的量。
本发明的乳化聚合是在0至100℃的温度下进行的，优选为35至80℃。乙烯实施共聚合作用的优选压力可高达100巴(1×107Pa)。若无乙烯参与共聚合作用，在特定聚合作用温度下，聚合作用至少是在单体自生的压力下进行的。
实施乳化聚合作用，优选采用氧化还原催化剂系统。在此步骤中，还原剂及氧化剂可依照反应需要计量加入，或先将氧化剂全部加入反应器内，再陆续将还原剂计量加入，以控制聚合作用。以单体相为基准，所需氧化剂是0.01至1.5%(重量)，优选0.03至0.8%(重量)。以单体相为基准，还原剂的优选使用量是0.01至1.0%(重量)。催化剂氧化部分的实例是过硫酸铵或钾、过氧化氢、叔丁基氢过氧化物，过氧二磷酸盐，例如过氧二磷酸钾、钠及铵，及过氧二硫酸盐，例如过氧二硫酸铵。还原剂部分的实例是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、甲醛化次硫酸锌(Zinc formaldehyde-sulfoxylate)或甲醛化次硫酸钠(Sodium formaldehyde-sulfoxylate)。H2/贵金属催化剂，同时使用少量重金属盐作为活化剂，也同样适合。“Fundamental Principles of Polymerization”(G.F.Alelio，J.Wiley and SonsInc.，New York，1952)第333页以后诸页，曾述及适当的氧化还原催化剂系统。
原则上，在无还原剂存在的情况下，也可能使用自由基催化剂，如氢过氧化物、过硫酸盐、过氧二磷酸盐。在本系统中或上述的各系统中，也可能使用例如微量铁盐作为加速剂。
共聚合作用进行时，pH值以2.5至7较为优选。开始时，可用少量酸或碱达到该pH值。为防止聚合作用过程中pH值急剧下降，可加入若干缓冲物质。这类物质的实例是碳酸钠或碳酸铵、硼砂、乙酸钠及柠檬酸钠及第一级和第二级碱金属磷酸盐的混合物。
实施本发明的乳化聚合作用，优选以采用计量法。在此作用中，优选的方式是除共聚单体c)之外，首先将5至30%(重量)的乙烯酯a)及其他共聚单体加入反应器内，单体相的其余部分则计量加入。若有乙烯参加共聚合作用，开始时可一次将其全部加入或部分地计量加入。优选的是，于聚合作用开始前，先建立乙烯的压力，聚合作用进行期间，假若适当，陆续送入乙烯，以保持乙烯的压力恒定不变。举例言之，为制备不同组成的聚合物，于聚合反应过程中，乙烯的压力当然亦可改变。
乳化剂及(假若适当)保护胶体系于开始时加入反应器或采用全部或部分计量加入。部分乳化剂或保护胶体，需用计量加入的，其添加工作，至迟须于分散液的固体含量已达35%(重量)较为优选。本发明的分散液，其固体含量介于20至70%(重量)。即使固体含量甚高时，这类分散液的粘度亦相当低。
本发明的可生物降解的分散液，可适作纸张、织物、玻璃纤维、木材及卡纸板的涂覆剂及粘合剂。
分散液的生物降解作用，因含有可生物降解的增塑剂、乳化剂及(假若适当)可生物降解的保护胶体而得以加速，因微生物的降解作用最初主要是由这些物质本身开始，亦即乙烯酯聚合物的表面积及其降解速率因而增加。经覆膜及交联的标本得以快速衰变，单体/增塑剂混合物的聚合性的大幅改善是惊人的。
以下实施例，可对本发明作进一步的说明分散液的制备制备分散液所使用的装置，是一附有锚型搅拌器的双壁式2升反应器。单体及辅助剂是经由精密计量器具加入。两种催化剂(过硫酸铵(APS)/Brüggolit)分别以4%及2%浓度的溶液，以软管泵计量加入。温度借助恒温器及内部温度调节器保持在45℃。
初始混合物的组成为40 克(8%重量)表1所示单体及增塑剂的混合物220 克水0.59 克Aerosol A102(磺基琥珀酸与具有10至12个碳原子的一元脂肪醇所形成的半酯)的30%浓度溶液1.07 克Genapol PF40(环氧乙烷/环氧丙烷共聚物)的97%浓度溶液0.2 克硫酸铵铁用甲酸将初始混合物的pH值调至3.4。
将计量液1及2加入初始混合物内计量液1 (计量加入时间约6小时)2.92 克过氧二硫酸铵溶于70毫升水中计量液2 (计量加入时间约6小时)1.48 克Brüggolit溶解于72.5毫升水中聚合作用开始后，计量液3及4开始加入计量液3 (计量加入时间约3.5小时)
460 克(92%重量)表1所示单体及增塑剂与3毫升Vanisol溶液的混合物计量液4 (计量加入时间约3.5小时)6.16 克丙烯酸42.5 克N-羟甲基丙烯酰胺(48%浓度水溶液)48.0 克Genapol OX130(具有13个环氧乙烷基的脂肪醇所形成的聚乙二醇醚)的25%浓度溶液24.0 克水如此制备的分散液，其固体含量、残余单体含量、粘度、K值及粒子大小均具特征。其湿渣及分散液稳定度亦经鉴定。所得结果详见表1。
为鉴定各实施例中所制分散液的薄膜性能，将分散液倾倒入一模具内并予以烘干，则形成约1毫米厚的薄膜。该薄膜的强度、粘合性、渗出、外观及硬度均借助目视加以鉴定。所得结果如表1所示。
为鉴定生物降解性能，借助上述方法制得0.2毫米厚的薄膜，依照ISO846方法B，对这种薄膜作真菌试验。于14日后测定真菌繁殖及麻点。测定结果亦如表1所示。
权利要求
1.一种可生物降解的乙烯酯聚合物水分散液，该分散液的固体含量为20至70%(重量，以分散液的总重量为基准)，且是采用乳化聚合法借助自由基聚合作用制得，其中，在有10至50%(重量，以单体相为基准)的可生物降解的增塑剂及0.5至15.0%(重量，以单体相为基准)的可生物降解的乳化剂和/或可生物降解的保护胶体的存在下，使一单体相实施聚合作用，该单体相包括a)50至100重量份的一种或多种乙烯酯，所述乙烯酯选自具有1至15个碳原子的不分枝或分枝烷基羧酸所形成的乙烯酯，b)0至30重量份的乙烯和/或由(甲基)丙烯酸或乙烯型不饱和二羧酸与具有1至10个碳原子的醇所形成的酯，及c)0至20重量份的其他单-或聚-乙烯型不饱和化合物。
2.如权利要求1所述的可生物降解的水分散液，所述分散液包括可生物降解的增塑剂，C4至C12-α，ω-烷二羧酸的烷基酯，其中，所述酯的烷基可含有2至18个碳原子，分子量为800至5000的乙二醇己二酸聚酯、聚乙二醇或聚丙二醇。
3.如权利要求1或2所述的水分散液，所述分散液包括可生物降解的乳化剂，聚氧乙烯缩合生成物、高级脂肪酸的聚氧乙烯酯、聚氧乙烯酰胺、聚氧乙烯硫醚、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物或由脂肪醇所形成的带有环氧乙烷单元的聚乙二醇醚。
4.如权利要求1至3之一所述的水分散液，所述分散液包括可生物降解的保护胶体，淀粉，氰烷化、羟烷化、和/或羧甲烷化的淀粉，糊精、明胶、酪蛋白、甲基-、羟乙基-、羟丙基-及乙酰基纤维素，聚乙烯醇、聚乙烯己内酰胺或聚乙烯吡咯烷酮。
5.如权利要求1至4之一所述的水分散液，其中，所述的共聚单体相的组成物是乙酸乙烯酯及(假若适当)0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c);或75至95重量份的乙酸乙烯酯，5至25重量份的乙烯及(假若适当)0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c);或65至95重量份的乙酸乙烯酯，5至35重量份的十二烷酸乙烯酯、乙酸1-甲基乙烯酯、三甲基乙酸乙烯酯、VeoVa9或VeoVa10，及(假若适当)0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c);或50至70重量份的乙酸乙烯酯，5至30重量份的VeoVa9或VeoVa10，5至25重量份的乙烯，及(假若适当)0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c);或50至70重量份的乙酸乙烯酯，5至25重量份的乙烯，0.5至20重量份的(甲基)丙烯酸酯，及(假若适当)5至30重量份的VeoVa9或VeoVa10和/或0.1至10重量份的官能性和/或可交联的共聚单体c)。
6.一种制备如权利要求1至5之一所述的可生物降解的水分散液的方法，该方法包括在温度0至100℃、并有氧化还原催化剂系统存在的情况下进行乳化聚合作用，其中，最初先将所用的5至30%(重量)的乙烯酯a)及除共聚单体c)外的其他共聚单体加入反应器内，其余部分则计量加入，乳化剂和/或保护胶体可于开始时加入反应器或全部或部分计量地加入。
7.一种将权利要求1至5之一所述的可生物降解的水分散液用作涂覆剂或粘合剂的方法。
全文摘要
本发明提供可生物降解的乙烯酯聚合物水分散液，该分散液的固体含量为20至70％(重量，以分散液的总重量为基准)，且是采用乳化聚合法借助自由基聚合作用制得，其中，在有10至50％(重量，以单体相为基准)的可生物降解的增塑剂及0.5至15.0％(重量，以单体相为基准)的可生物降解的乳化剂和/或可生物降解的保护胶体的存在下，使一单体相实施聚合作用。
文档编号C08F2/24GK1088940SQ93120849
公开日1994年7月6日 申请日期1993年12月17日 优先权日1992年12月17日
发明者赫伯特·埃克, 杰拉尔德·弗莱希曼, 康拉德·威瑞尔 申请人:瓦克化学有限公司