[发明专利]在制备水性聚合物分散体的过程中控制聚合物颗粒的粒径分布的方法、水性聚合物分散体及其用途

说明书

本发明涉及根据随附的权利要求的前序部分的用于在制备水性聚合物分散体的过程中控制聚合物颗粒的粒径分布的方法、水性聚合物分散体及其用途。

淀粉接枝共聚物分散体用于制浆和造纸。其可以用于多种用途，例如用于表面施胶组合物或者用于增大纸的干强度。例如，US 6,426,381中公开了可以用于表面施胶的苯乙烯/(甲基)丙烯酸酯共聚物。US 6,426,381中进一步公开了所获得的分散体具有小于100nm、甚至为50至90nm的粒径。然而，在实践中已观察到，虽然在水性分散体中形成的大多数聚合物颗粒相对较小，但也存在一定量的大的聚合物颗粒或聚合物附聚物。这一事实通过观察这些聚合物分散体的典型粒径分布得到了证实。对于D(50)值<100nm的分散体，D(90)值可能已经为大约130nm，D(99)值可能为大约400nm。这明确表明存在大的聚合物颗粒或聚合物附聚物。

水性分散体中不均匀的粒径分布可能对聚合物分散体在造纸应用中的最终用途产生负面影响。而且，已观察到小的粒径在许多应用中提供多种优势。因此，存在对制备包含小的和粒径均匀的颗粒的聚合物分散体的关注。

本发明的一个目的是尽可能减少或甚至消除现有技术中存在的缺点。

一个目的是还提供一种方法，采用该方法可以消除或减少分散体中大的聚合物颗粒或聚合物附聚物的存在或形成。

本发明的另一个目的是提供一种方法，采用该方法可以调节聚合物颗粒的粒径。

本发明的又一个目的是提供一种水性聚合物分散体，其具有小的粒径以及可忽略量的大的颗粒或附聚物。

采用具有下面在独立权利要求的特征部分中所述的特征的方法和设置(arrangement)达到了这些目的。

根据本发明的用于在制备水性聚合物分散体的过程中控制所形成的聚合物颗粒的粒径分布的典型方法包括：

-获得多糖水溶液，其包含

-(a)10至40重量％的含有游离羟基的多糖，如淀粉，

-在接枝连接的(graft-linking)水溶性氧化还原体系的存在下在多糖溶液中使以下物质发生聚合：

-(b)30至60重量％的至少一种任选取代的苯乙烯，

-(c)60至30重量％的至少一种C1-C4-烷基(甲基)丙烯酸酯，

-(d)0至10重量％的其它烯属不饱和可共聚单体，

其中，(a)+(b)+(c)+(d)的总和为100％，并且

藉此，通过在聚合之前将多糖溶液的粘度调节至<20mPas的水平来控制所形成的聚合物颗粒的粒径分布，所述粘度是在23℃下采用具有转子18的Brookfield LVDV粘度计在60rpm下测量的。

根据本发明的典型的水性聚合物分散体是通过烯属不饱和单体在如下条件下发生自由基乳液共聚而获得的：

-在(a)10至40重量％的含有游离羟基的多糖(如淀粉)的存在下，

所述单体包含：

-(b)30至60重量％的至少一种任选取代的苯乙烯，

-(c)60至30重量％的至少一种C1-C4-烷基(甲基)丙烯酸酯，和

-(d)0至10重量％的其它烯属不饱和可共聚单体，

以及使用(e)接枝连接的水溶性氧化还原体系作为自由基乳液共聚的自由基引发剂，

其中(a)+(b)+(c)+(d)的总和为100％，

藉此，聚合物分散体的聚合物颗粒的粒径D(99)值为<160nm。

根据本发明的水性聚合物分散体的典型用途为用来制备用于制造纸、板等的组合物。

现已惊讶地发现，在聚合之前将多糖溶液的粘度调节至<20mPas的水平，所形成的聚合物颗粒具有小的粒径，并且它们的粒径分布很窄。已观察到，在所获得的分散体中实际上不存在大的颗粒或附聚物。具有窄粒径分布的小的聚合物颗粒提供意想不到的优点。例如，可能获得具有高固体含量的聚合物分散体，其仍具有良好的或至少可接受的粘度性质。而且，已观察到，窄粒径分布增强了聚合物分散体在许多造纸应用中的功能，例如作为增强剂(strength agent)。