Способ получения пористого поперечно-сшитого полимерного материала - RU2120946C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к получению пористых поперечно-сшитых полимерных материалов низкой плотности посредством эмульсионной полимеризации типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы.

Полимерные пенопласты можно классифицировать или как пенопласты с закрытыми порами, или как пенопласты с открытыми порами. Пенопласты с открытыми порами могут быть использованы в качестве матрицы для содержания различных жидкостей и газов. Их можно использовать в различных промышленных применениях, например в качестве полотенец и салфеток, в качестве носителей и ионообменных смол. Для некоторых из этих применений желательно иметь пористые поперечно-сшитые полимерные блоки, которые имеют очень низкую плотность и высокую способность к поглощению и удерживанию жидкостей. Такие пористые полимерные блоки, обладающие низкой плотностью и высокой поглощающей способностью, могут быть получены посредством полимеризации конкретного вида эмульсии типа "вода в масле", известной как эмульсия с высоким содержанием внутренней фазы /HIPE/, имеющей относительно незначительные количества непрерывной масляной фазы и относительно большие количества внутренней или дисперсной водной фазы. Кроме того, для использования в качестве поглотителя желательны также другие свойства, например малая толщина сухого продукта /т.е. толщина полимерного продукта после удаления воды/ и низкая деформация при сжатии /т.е. стойкость к изгибу при сжатии/.

Обычно такие пенопласты, обладающие высокой поглощающей способностью и низкой плотностью, получают путем образования эмульсии типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы/ обычное весовое отношение воды к маслу составляет выше 9:1/ в присутствии поверхностно-активного вещества и полимеризации мономеров в масляной фазе эмульсии с инициатором полимеризации при температуре около 60^oC в течение ≈ 8 ч. Было, однако, обнаружено, что при более высоком содержании воды к маслу, например выше 30:1, устойчивость эмульсии низкая, что иногда приводит к расслоению эмульсии.

В настоящем изобретении стремятся получить пористые поперечно-сшитые полимерные пенопласты с низкой плотностью, улучшенной поглощающей способностью и улучшенными свойствами, используя эмульсию типа "воды в масле" с высоким содержанием внутренней фазы, с повышенной устойчивостью и высоким отношением воды к маслу.

В соответствии с изобретением способ обеспечивает пенопласты с открытыми порами, имеющие низкую плотность, высокую поглощающую способность и хорошие пенообразующие свойства.

В соответствии с изобретением пористый поперечно-сшитый полимерный материал низкой плотности /впоследствии "пенопласт"/, имеющий высокую поглощающую способность и хорошую стойкость к изгибу при сжатии, получают путем полимеризации мономеров в эмульсии типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы при использовании определенной смеси поверхностно-активных веществ: сложных эфиров сорбитана. Эти пенопласты обычно имеют плотность в сухом виде менее 0,1 г/см³.

При получении пористого полимерного материала могут быть использованы различные виниловые и бифункциональные ненасыщенные мономеры, при условии, что их можно диспергировать в масляной фазе эмульсии типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы. Подходящие виниловые мономеры включают, например, моноалкениловые мономеры ароматического углеводорода, такие как стирол, α -метилстирол, хлорметилстирол, винилэтилбензол и винилтолуол; эфиры акриловой или метакриловой кислоты, например 2-этилгексилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, трет-бутилакрилат, гексилакрилат, н-бутилметакрилат, лаурилметакрилат и изодецилметакрилат, и их смеси.

Подходящие бифункциональные ненасыщенные мономеры, образующие поперечные связи, могут обладать способностью взаимодействовать с виниловыми мономерами. Бифункциональные ненасыщенные мономеры, образующие поперечные связи, включают например дивинилбензол, диэтиленгликольдиметакрилат, 3-бутилендиметакрилат и аллилметакрилат. Мономеры, образующие поперечные связи, обычно присутствуют в количестве от 2 до 50, предпочтительно от 5 до 40 вес.% относительно общего количества мономерной смеси.

Подходящие катализаторы полимеризации могут быть водорастворимыми или маслорастворимыми. Водорастворимые катализаторы включают, например, персульфат калия или натрия и различные окислительно-восстановительные системы, например персульфат аммония с метабисульфатом натрия. Маслорастворимые /мономеро-растворимые/ катализаторы включают, например, азодибисизобутиронитрил /AIBN/, перекись бензоила и ди-2-этил-гексилпероксидикарбонат. Обычно количество катализатора может составлять до 0,005 до 15 вес.% относительно количества мономеров. Катализатор полимеризации может быть в водной фазе при полимеризации, происходящей после переноса катализатора в масляную фазу, или активированный мономер /продукт каталитической реакции можно добавить к масляной фазе/.

Альтернативно катализатор полимеризации можно непосредственно ввести в масляную фазу. Предпочтительно для облегчения управления катализатор добавляют в водную фазу и после переноса катализатора в масляную фазу проводят полимеризацию.

Относительные количества водной и масляной фаз, используемых для образования эмульсии с высоким содержанием внутренней фазы, являются фактором при определении структурных, механических и эксплуатационных свойств образованных полимерных пенопластов. Соотношение воды и масла в эмульсии может оказывать влияние на плотность, размер ячейки, удельную площадь поверхности полученных вспененных продуктов.

Для образования полимерного вспененного продукта с подходящей плотностью и высокой поглощающей способностью эмульсии типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы обычно содержит в качестве внутренней фазы по крайней мере 90 вес.% воды относительно эмульсии, что соответствует весовому отношению воды к маслу по крайней мере 9:1, более предпочтительно по крайней мере 95 вес. % воды.

Внутренняя водная фаза предпочтительно также содержит для стабилизации HIPE и получения более водосмачиваемого вспененного материала водорастворимый электролит.

Подходящие электролиты включают неорганические соли одновалентные, двухвалентные, трехвалентные или их смеси, например соли щелочного металла, соли щелочноземельного металла и соли тяжелого металла, например галогениды, сульфаты, карбонаты, фосфаты и их смеси. Такие электролиты включают, например, хлорид натрия, сульфат натрия, хлорид калия, сульфат калия, хлорид лития, хлорид магния, хлорид кальция, сульфат магния, хлорид алюминия и смеси двух или нескольких указанных веществ. Предпочтительными являются соли одно- или двухвалентного металла с одновалентными анионами, например галогениды.

Образование эмульсии типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы зависит от ряда факторов, например используемых мономеров, отношения воды к маслу, условия смешивания, типа и количества используемых поверхностно-активных веществ, присутствия и количества водорастворимого электролита. Если не все из этих факторов являются таковыми, которые благоприятствуют образованию эмульсии типа "вода в масле", то скорее будет образовываться эмульсия типа "масло в воде", чем эмульсия типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы. Образование эмульсии типа "вода в масле" описано в патенте США N 4522953A.

Вообще для образования эмульсии типа "вода в масле" с весовым отношением воды к маслу около 13:1, предпочтительно 10:1, воду можно добавить любым путем. Эмульсия типа "масло в воде" становится предпочтительной, если воду неожиданно добавят сверх отношения воды к маслу, равного 13:1. Обычно воду следует добавлять постепенно при умеренной скорости сдвига. Для смешивания эмульсии типа "вода в масле" можно использовать смеситель маленькой емкости, например смеситель для красок, при скорости сдвига по крайней мере 10 с^-1.

Предпочтительным является штыревой смеситель с зазором со скоростью сдвига по крайней мере 50 с^-1, предпочтительно по крайней мере 100 с^-1. Eсли скорость сдвига слишком низкая, эмульсия типа "вода в масле" превращается в эмульсию типа "масло в воде". Для образования пенопласта с высокой впитывающей способностью желательно иметь весовое соотношение воды к маслу по крайней мере 9: 1, предпочтительно по крайней мере 19:1, более предпочтительно по крайней мере 29:1.

Для того, чтобы эмульсия не разрушалась во время процесса полимеризации и отверждения, важным фактором является устойчивость эмульсии с высоким содержанием внутренней фазы /HIPE/. Было обнаружено, что когда используют весовое отношение воды к маслу выше 30:1 и одно поверхностно-активное вещество, подобное сорбитанмонолаурата, сорбитанмонопальмитату или сорбитанмоностеарату, удовлетворительные эмульсии с высоким содержанием внутренней фазы и/или пенопласты могут быть образованы с трудом.

В способе изобретения смеси сложных эфиров используют смеси сложных эфиров сорбитана. Сорбитан является смесью ангидросорбитов, главным образом, 1,4 - сорбитана и изосорбида. Сложные эфиры сорбитана коммерчески можно получить непосредственной этерификацией сорбитов жирными кислотами при температуре от 225 до 250^oC в присутствии кислотного или основного катализатора.

Для того, чтобы образовать качественную устойчивую эмульсию и удовлетворительные пенопласты при высоких весовых отношениях воды к маслу, следует использовать сочетание из поверхностно-активных сложных эфиров сорбитана.

Количество используемого поверхностно-активного вещества должно быть таким, чтобы образовалась эмульсия типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы. Обычно количество присутствующего поверхностно-активного вещества составляет от 2 до 40% по весу, предпочтительно от 5 до 25% по весу, относительно мономеров.

Для того, чтобы получить качественную устойчивую эмульсию в соответствии с изобретением, следует использовать смесь сложных эфиров сорбитана, имеющую различные составляющие жирной кислоты. Составляющие жирной кислоты определяют как RCOO^-, где R является углеводородом. Желательно, чтобы присутствовало поверхностно-активное вещество, содержащее в количестве компонента /A/ по крайней мере один моноэфир сорбитана, имеющий составляющую жирной кислоты с по крайней мере шестью углеродными атомами, более предпочтительно в диапазоне от 6 до 30 углеродных атомов, и в качестве компонента /B/ по крайней мере один другой сложный эфир сорбитана, имеющий по крайней мере одну другую составляющую жирной кислоты /более предпочтительно имеющую другую длину цепи/, чем составляющая жирной кислоты компонента /A/. Более предпочтительно в качестве компонента /A/ в сочетании с компонентом /B/, являющимся по крайней мере одним другим сложным эфиром сорбитана, имеющим по крайней мере одну другую составляющую жирной кислоты, имеющую по крайней мере шесть углеродных атомов, более предпочтительно от 6 до 30 углеродных атомов, должно присутствовать от 5 до 95%, относительно общего количества, поверхностно-активного сложного моноэфира сорбитана, имеющего составляющую C₁₂, C₁₆ или C₁₈-жирной кислоты.

Поверхностно-активное вещество может быть смесью трех или нескольких сложных эфиров сорбитана, т.е. компонент /B/ может быть одним или несколькими сложными эфирами, пока моноэфир сорбитана и C₁₂, C₁₆ или C₁₈ - жирной кислоты присутствует в количестве от 5 до 95 вес.%. Для того, чтобы получить качественную эмульсию моноэфир сорбитана компонента A предпочтительно присутствует в количестве от 10 до 90 вес.%, более предпочтительно от 25 до 75 вес.%, относительно поверхностно-активного вещества.

Предпочтительными моноэфирами сорбитана компонента /A/ являются сорбитанмонолаурат, сорбитанмонолпальмитат, сорбитанмоностеарат и сорбитанмоноолеат. Коммерчески пригодные моноэфиры сорбитана компонента A включают среди прочих эмульгаторы SPAN 20, 40, 60 и 80 и эфиры сорбитана ALKAMULS SML и SMO ("SPAN" и "ALKAMULS" являются зарегистрированными фабричными марками).

Эфирами сорбитана компонента /B/ может быть любой эфир сорбитана пока по крайней мере одна составляющая жирной кислоты является другой, чем составляющая жирной кислоты компонента /A/. Эфирами сорбитана компонента /B/ может быть моно-, ди- или триэфир сорбитана. Предпочтительные эфиры сорбитана компонента /B/ включают, например, моно- или ди-, или трисорбитанкапроат, сорбитанкаприлат, сорбитанкаприат, сорбитанлаурат, сорбитанмиритат, сорбитанпальмитат, сорбитанстеарат сорбитанолеат, сорбитанлиноат и сорбитанлиноленат.

Коммерчески пригодные эфиры сорбитана компонента /B/ включают среди прочих эмульгаторы SPAN 20, SPAN 40, SPAN 60, SPAN 65, SPAN 80 и SPAN 85 /от Fluka Chemical Corp./. и эфиры сорбитана ALKAMULS SML, SMO и STO /от Alkaril Chemical Ltd./.

Наиболее предпочтительные сочетания компонентов /A/ и /B/ включают любую смесь эфиров сорбитана, имеющих составляющую жирной кислоты с различной длиной цепи, как это описан выше, например смесь сорбитанмонолаурата и сорбитанмонопальмитата; сорбитанмонолаурата и сорбитанмоноолеата; сорбитанмонолаурата и сорбитанмоностеарата; сорбитанмонолаурата и сорбитантриолеата; сорбитанпальмитата и сорбитанмоноолеата; сорбитанмонопальмитата и сорбитанмоностеарата; сорбитанмоноолеата, сорбитантриолеата и сорбитанмонолаурата; и сорбитанмоностеарата, сорбитантристеарата и сорбитанмонопальмитата.

В особенности предпочтительной является поверхностно-активная смесь, содержащая по крайней мере два различных эфира сорбитана, выбранных из сорбитанмонолаурата, сорбитанмонопальмитата, сорбитанмоностеарата и сорбитанмоноолеата. Сочетание поверхностно-активных веществ дает также более устойчивую эмульсию и лучшие пенообразующие свойства, чем одно поверхностно-активное вещество даже при пониженных отношениях воды к маслу. Поверхностно-активная смесь, содержащая сорбитанмонолаурат и сорбитанмонопальмитат, или смесь, содержащая сорбитанмонолаурат и сорбитанмоностеарат, являются наиболее предпочтительными для получения пенопластов с высокой поглощающей способностью и хорошими пенообразующими свойствами, например высокой стойкостью к изгибу при сжатии. Было найдено, что смесь сорбитанмонолаурата и сорбитанмонопальмитата приводит к получению пенопластов с очень высокой поглощающей способностью.

Качественной эмульсией типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы является такая эмульсия, где желательное высокое отношение воды к маслу достигается без существенного разрушения эмульсии. После того, как эмульсия получена, иногда может произойти разрушение или ухудшение качества пены, которое можно увидеть посредством образования свободной, непоглощенной воды, расположенной на поверхности эмульсии /или при образовании слоя воды/.

Таким образом, когда качественную эмульсию отверждают, после отверждения видимой непоглощенной свободной воды нет или ее очень мало. Когда обычно эмульсия разрушается более чем на 5 вес.%, измеренных по количеству свободной непоглощенной воды относительно общего количества воды, использованной для получения эмульсии, эмульсия в значительной степени разрушена. Предпочтительно во время отверждения эмульсия разрушит менее чем 10 вес.%, предпочтительно менее чем 5 вес.% воды, относительно общего количества воды, используемой для получения эмульсии.

Качественной эмульсией является также такая эмульсия, которая не создает пенопласт с большими видимыми отверстиями или дефектами, которые приводят к образованию пенопласта, имеющего вид, подобный виду швейцарского сыра. Наличие таких дефектов может указывать на неустойчивую эмульсию, в которой поверхностно-активные вещества допускают слияние в эмульсии капелек воды. Устойчивой эмульсией можно считать эмульсию, которая дает отвержденный вспененный материал с одинаковыми размерами ячеек, полученный в результате однородного диспергирования капелек воды в эмульсии. Качественная эмульсия обычно кремового цвета, с молочным отливом и имеет консистенцию размешанного йогурта. Некачественная эмульсия тонкая, подобна воде и по внешнему виду похода на бульон.

Обычно мономеры в HlPE можно отвердить при температуре выше комнатной /выше 25^oC/ и до 90^oC. Предпочтительно мономеры в HlPE отверждают путем нагрева при температуре от 30 до 70^oC в течение времени, действительного для получения хороших свойств без существенного разрушения эмульсии. Для того, чтобы получить хорошие свойства, степень взаимодействия мономеров при отверждении обычно составляет по крайней мере 85%, предпочтительно по крайней мере 90%, более предпочтительно по крайней мере 95%. Обычно для того, чтобы получить желательную степень взаимодействия, мономеры следует отверждать в течение по крайней мере одного часа при 60^oC.

Для получения поглощающего блока, который в особенности пригоден для поглощения жидкостей, пенопласты, полученные способом изобретения, можно промыть и высушить. Обычно пенопласты для уменьшения содержания электролита в них промывают растворителем. Подходящие растворители включают, например, спирты, растворы электролитов низкой концентрации /концентрации более низкой, чем водной фазы/, например 1%-ный раствор хлорида кальция или деионизированную воду. Промытый пенопласт обычно сушат путем выжимания из вспененных материалов воды и/или растворителя, и/или при использовании воздуха, нагрева или вакуумной сушки. Пенопласты, полученные в соответствии со способом настоящего изобретения, обладают низким значением толщины сухой пленки и высокой поглощающей способностью и являются в особенности подходящими для использования, например, в изделиях, поглощающих жидкость, таких как полотенца, салфетки и другие изделия.

Последующие примеры помогут проиллюстрировать способ изобретения.

Способ промывки и сушки
Все пенопласты, полученные ниже, промывали и сушили следующим образом. После того, как вспененные блоки отвердились, блоки разделили на слой толщиной 0,35 дюймов /0,89 см/. Затем каждый отдельный блок поместили на сито 0,04 дюйма /0,1 см/ между пластинками из нержавеющей стали размером 9 дюймов x 6,75 дюйма /22,9 см x 17,1 см/, что обеспечило отжимание этих слоев до толщины 0,045 дюйма /0,114 см/. Отжатые слои поместили в пресс ANVIL, произведенный A R BOR, и отжали хлорид кальция. Затем слои промывали и дважды отжали путем погружения в 7,6 л раствора 1% хлорида кальция и затем помещения в пресс ANVTL. Затем, после того, как слои были отжаты, на обе стороны промытых слоев положили бумажное полотенце и отжали опять для удаления из слоев избытка воды. Затем слои поместили в печь для сушки при температуре 60^oC на четыре часа. Промытые и высушенные вспененные слои анализировали с целью определения физических свойств, как это описано ниже.

Методы испытаний
Свободное набухание /толщина сухой пленки/ толщина набухшей пленки/ плотность вспененного материала /процент деформации, стойкость к изгибу при сжатии/ степень набухания.

Из вспененных слоев вырезали квадраты размером 2 дюйма x 2 дюйма /5 см x 5 см/. Толщину образца пенопласта измеряли в то время, когда он был сухим /"толщина сухого образца"/, используя толщиномер мертвого груза/ цифровой линейный толщиномер модели EG-225, созданный Ono Sokki/, который оказывает давление силой менее 50 г. посредством диска диаметром 4,1 см /1,60 дюйма/, весящего 100 г. Эта толщина называется "толщиномером"/. Квадраты вспененного материала погружали на 17 мин в нагретую до 88^oI /31^oC/ Syn-Urine /синтетическую мочу/ от Jayco. Из квадрата размером 2 дюйма x 2 дюйма /5 см x 5 см/ вырезали круг диаметром 1,129 дюйма /2,868 см/. Этот диск повторно выдерживал в Syn-Urine в течение 5 мин. Затем мокрый диск взвесили /"исходный вес мокрого образца"/.

Толщину мокрого образца измеряли при использовании того же самого нагрузочного толщиномера /"исходная толщина мокрого образца"/. Затем диск поместили под нагрузку давлением 5,1 кРа /0,74 psi/, где нагрузка представляет общий мертвый груз, приложенный к толщиномеру, деленный на площадь поперечного сечения. Через 15 мин измеряли толщину диска под нагрузкой /"толщина мокрого образца"/. Через 15 мин для измерения количества удержанной жидкости образец диска взвесили.

Из диска и остатка квадрата, из которого его вырезали, выжали избыток мочи. Пенопласт поместили на 15 мин в кипящую воду. Затем пенопласт удалили, промокнули, поместили в вакуумную печь при 60-70^oC и сушили до тех пор, пока пена вспенилась полностью. Затем определили вес высушенного образца /"конечный вес сухого образца"/. Из вышеприведенных измерений вычислили последующие значения.

Свободное набухание = исходный вес мокрого образца / конечный вес сухого образца.

Стойкость к изгибу при сжатии /RTCD/ = вес мокрого образца после нагрузки в течение 15 мин / конечный вес сухого образца.

Степень набухания = RTCD / свободное набухание • 100,% деформ;

Объем относительно вырезанного круга диаметром 1,129 дюйма /вычисляли в см/.

Плотность вспененного материала / мг/см³/ = конечный вес сухого образца • 1000 / объем.

Скорость вертикального впитывания
Из слоя пенопласта толщиной 0,36 дюйма /0,91 см/ вырезали полосу шириной от 1 до 2 см и длиной более 5 см. Полосу пенопласта закрепили или примотали лентой к металлической линейке, при этом нижняя часть полосы пенопласта была закреплена на отметке 0 линейки. Линейку и пенопласт поместили в емкость, содержащую приблизительно 100 мл Syn-Urine от jayco, в инкубатор при 99^oF /37^oC/ таким образом, что нижняя часть полосы /нулевая отметка/ едва касалась поверхности Syn-Urine /менее 1 мм/. Syn-Urine окрасили пищевым красителем для облегчения контроля за его поглощением и поднятием в пенопласт. Для измерения времени, необходимого для достижения уровнем жидкости вертикальной высоты 5 см, использовали секундомер.

Пример 1.

Этот пример демонстрирует получение поперечно-связанного полимерного материала низкой плотности, в соответствии с изобретением. Таблица1, приведенная ниже, описывает поверхностно-активное вещество, используемое в этом способе.

Стандартная водная фаза /1000 мл/:
100 г хлорида кальция
1,5 г персульфата калия
деионизированная вода для получения 100 мл раствора.

Стандартная масляная фаза /10 мл/:
2 мл стирола
2 мл дивинилбензола
6 мл 2-этилгексилакрилата
1,2 мл общего количества поверхностно-активного вещества /в/ которое/ые/ перечислены в таблице.

Получение фаз
Водную фазу получили путем смешивания реагентов водной фазы в 1000 мл колбе Эрленмейера с использованием магнитного бруса для перемешивания и полученную смесь перемешивали до тех пор, пока соль растворилась. Водную фазу влили в полиэтиленовый сосуд и хранили при 62^oC. Масляную фазу получали путем добавления в полиэтиленовую чашку стирола, дивинилбензола и акрилата, затем добавлением поверхностно-активного вещества /в/, перечисленного/ых/ в таблице (сорбитанмонолаурата, сорбитанмонопальмитата, сорбитанмоностеарата, сорбитантристеарата, сорбитанмоноолеата и сорбитантриолеата в качестве эмульгаторов SPAN^® соответственно SPAN 20, SPAN 40, SPAN 60, SPAN 65, SPAN 80 и SPAN 85 от Fluka Chemical Corp.).

Для растворения поверхностно-активного вещества/в/ в мономерах масляную смесь нагревали приблизительно 5 мин при 62^oC.

Эмульсия
Масляную фазу, полученную как описано выше, добавили в полиэтиленовый смеситель, снабженный 250 мл капельной воронкой и политетрафторэтиленовой /P T F E/ мешалкой для красок/ Модель 06200 PM-70, выполненная SHUR-LINE^® Lne/. В капельную воронку добавили 100 мл нагретой водной фазы. Мешалку для красок поместили таким образом, чтобы она оставалась в нижней части сосуда, затем в воронку к масляной фазе добавили 10 мл водной фазы и перемешивали для образования эмульсии с помощью перемешивающего двигателя с воздушным приводом, поворачивающегося со скоростью 200 оборотов в минуту. Оставшиеся 90 мл водной фазы добавляли приблизительно со скоростью 2 капли/с при перемешивании эмульсии, затем к перемешиваемой эмульсии ровной струей через капельную воронку добавили вторые 100 мл водной фазы. Затем к эмульсии при перемешивании через капельную воронку быстро добавили конечные 100 мл водной фазы. Когда добавление водной фазы завершили /в целом 300 мл/, чашку из мешалки убрали. Полученная эмульсия была обычно белого цвета, слегка полупрозрачная и имела консистенцию йогурта. Эмульсию влили в полиэтиленовый чан объемом 500 мл и на верхнюю часть чана поместили крышку. Мономеры в эмульсии отверждали в течение 18 ч при 60-62^oC. Свойства этих полимерных продуктов показаны ниже в таблице.

Сравнительный пример А.

В этом примере HIPE получали как в примере 1, за исключением того, что использовали одно поверхностно-активное вещество из тех веществ, которые перечислены в таблице.

Сравнительный пример B.

В этом примере в качестве поверхностно-активного вещества использовали смесь смежных эфиров сорбитана с одинаковой длиной цепи у составляющей жирной кислоты и эмульсию получали тем же самым образом, что и в примере 1. Свойства полимерных продуктов показаны ниже в таблице. Как следует из таблицы, свойства пенопласта могут быть выгодно изменены в зависимости от используемых поверхностно-активных веществ. Например, затвердевший вспененный материал с улучшенными значениями толщины сухой пленки /тонкая/, РТС и степени набухания могут быть получены при использовании в качестве поверхностно-активного вещества смеси сорбитанмонолаурата и сорбитанмонопальмитата по сравнению с использованием в качестве поверхностно-активного вещества только сорбитанмонолаурата или только сорбитанмонопальмитата.

Пример 2.

Эти серии экспериментов показывают, что улучшенная устойчивость эмульсии, полученной посредством способа изобретения, может быть получена доведением до максимума отношения воды к маслу у эмульсий с высоким содержанием внутренней фазы.

Эмульсии получали тем же самым образом, что и в примере 1, используя 10 мл мономеров и в целом 12% по весу поверхностно-активных веществ /сорбитанмонолаурата, сорбитанмонопальмитата, сорбитанмоностеарата, сорбитанмоноолеата и сорбитанотриолеата в качестве эмульгаторов SPAN соответственно SPAN 20, SPAN 40, SPAN 60, SPAN 65, SPAN 80 и SPAN 85 от Fluka Chemical Copr. / при соотношениях, которые показаны ниже в скобках, относительно мономеров, за исключением того, что водную фазу добавляли до тех пор, пока эмульсия перестала включать воду. Визуально, когда эмульсия не вмещала еще некоторое количество воды, избыток воды оставался на поверхности эмульсии. При вливании эмульсии в полиэтиленовый чан для отверждения вода оставалась на поверхности эмульсии и образовывала запруды в углу чана /непоглощенная свободная вода/.

После отверждения избыток воды /свободную воду/ с полученного в чане полимерного вспененного материала сливали. Для определения количества свободной воды измеряли количество этой воды. Разницей между максимальным количеством всей воды, используемой для получения эмульсии, и свободной водой является включенная вода /т.е. вода, которую удерживает полимер/. Определяли соотношение воды к маслу для каждого из этих пенопластов. Пример усовершенствования, которое можно видеть при использовании способа этого изобретения, отмечен ниже в серии опытов G. Например, эмульсия, полученная в соответствии с изобретением с поверхностно-активной смесью эмульгаторов SPAN^® 20 и SPAN 40 при их соотношении 2:1, имела соотношение воды к маслу 76:1, что привело к получению в пенопласте после вычитания непоглощенной воды после отверждения соотношения воды к маслу, равного 71:1. В противоположность эмульсия с соотношением воды к маслу 70:1 была получена при использовании в качестве поверхностно-активного вещества 12% эмульгатора SPAN^® 20, что привело к получению пенопласта с соотношением воды к маслу, равным 62:1.

Реферат

Изобретение относится к получению пористых поперечно-сшитых полимерных материалов низкой плотности посредством эмульсионной полимеризации типа "вода в масле" с высоким содержанием внутренней фазы. Сущность изобретения: способ получения пористого поперечно-сшитого полимерного материала включает получение эмульсии типа "вода в масле", содержащую смесь полимеризуемых мономеров, содержащую по крайней мере один виниловый мономер, по крайней мере 90 вес.% относительно эмульсии воды в качестве внутренней фазы, 2 - 40 вес. % относительно полимеризуемых мономеров поверхностно-активного вещества и катализатор полимеризации, и нагрев эмульсии типа "вода в масле" для полимеризации и поперечного сшивания полимеризуемых мономеров, причем смесь полимеризуемых мономеров содержит 2 - 50 вес.% относительно смеси бифункционального ненасыщенного мономера, образующего поперечные связи, а поверхностно-активное вещество содержит (А) сложный моноэфир сорбитана, имеющий составляющую жирной кислоты по крайней мере с 6 атомами углерода, и (В) по крайней мере один другой сложный эфир сорбитана, имеющий по крайней мере одну другую составляющую жирной кислоты, чем компонент (А). Компонентом (А) является сложный моноэфир сорбитана, имеющий составляющую жирной кислоты, содержащую 6 - 30 углеродных атомов. Компонентом (А) является сложный эфир сорбитана, имеющий составляющую С₁₂, С₁₆ или С₁₈ - жирной кислоты, и (В) включает сложный моноэфир сорбитана, имеющий по крайней мере одну другую составляющую жирной кислоты с по крайней мере 6 атомами углерода. Компонент (А) выбирают из сорбитанмонолаурата, сорбитанмонопальмитата, сорбитанмоностеарата и сорбитанмоноолеата, а компонентом (В) является сорбитанмонопальмитат. Кроме того, ПАВ содержит (С) по крайней мере один другой сложный эфир сорбината. Компонент (А) присутствует в количестве 5 - 95 вес.% относительно поверхностно-активного вещества. Эмульсию нагревают до тех пор, пока провзаимодействует по крайней мере 85% мономеров. Согласно изобретения виниловый мономер включает по крайней мере один моноалкениловый ароматический углеводород или сложный эфир акриловой или метакриловой кислоты. Бифункциональным ненасыщенным мономером, образующим поперечные связи между молекулами, является по крайней мере один из дивинилбензола, диэтиленгликольдиметакриалата, 3-бутилендиметакрилата и аллилметакрилата. Эмульсия типа вода в масле содержит по крайней мере 95 вес.% воды относительно эмульсии. Эмульсия типа "вода в масле" дополнительно содержит электролит. Катализатор полимеризации присутствует в количестве 0,005 - 15 вес.% относительно полимеризуемых мономеров. Эмульсию типа "вода в масле" отверждают при 25 - 90^oC. Предложенный способ обеспечивает получение пенопластов с открытыми порами, имеющими низкую плотность, высокую поглащающую способность и хорошие пенообразующие свойства. 16 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула