单体液滴的生产的制作方法

单体液滴的生产的制作方法
【专利说明】单体液滴的生产
【背景技术】
[0001] 有时需要提供单体液滴于水性介质中的分散液。此类分散液的一种用途为聚合每 一液滴内的单体以形成聚合物粒子的分散液。需要单体液滴具有均匀尺寸分布。也需要使 用一种允许控制粒度的单体液滴制造方法；确切地说，需要使用一种允许制造较小尺寸粒 子的方法。也需要当聚合物粒子由此类单体液滴制得时，那些聚合物粒子也具有小尺寸和 均勾尺寸分布。
[0002] US 2012/0175798描述一种制备球状聚合物珠粒的方法，其中含有单体相的第一 体积通过金属膜的孔隙分散到含有与单体相不可混溶的水性液体的第二体积中。
[0003] 需要提供一种比由US 2012/0175798描述的方法更大地控制粒度的方法，优选地 不依靠与金属膜相关的机械装置的操作中的变化。

【发明内容】

[0004] 以下为本发明的陈述。
[0005] 本发明的第一方面为一种生产分散于水性介质中的单体液滴的方法，其中所述方 法包含（a)提供包含具有多个通孔的金属膜的装置；其中单体相与所述膜的第一侧面接 触；其中水性介质与所述膜的第二侧面接触；其中所述单体相不溶于所述水性介质中；其 中所述水性介质包含一或多种表面活性剂；和（b)在足以形成多个单体液滴的条件下通过 所述通孔将所述单体相输送到所述第二体积中；其中在第一体积的外出点将剪切力施加到 第二体积中；其中剪切方向实质上垂直于第一体积的外出方向。
[0006] 本发明的第二方面为一种制造聚合物粒子的方法，其包含通过进行根据权利要求 1所述的方法生产单体液滴并且随后将单体中的一些或全部聚合于所述单体液滴中。
【附图说明】
[0007] 以下为附图简要说明。
[0008] 图1为用于本发明中的装置的实施例的俯视图。装置容纳在圆柱形外容器1中。 圆柱形单体相容器存在于圆柱形外容器1内部。单体相容器具有圆柱形外壁3和圆柱形内 壁4。水性介质2存在于圆柱形外容器1的壁与单体相容器的外壁3之间。水性介质2也 存在于单体相容器的内壁4内部。单体相6存在于单体相容器的外壁3与内壁4之间。单 体相容器的外壁3和内壁4均具有通孔5。
[0009] 图2为相同装置的侧视图。图2也显示存在单体液滴7。图2中的单头箭头显示 单体相从上方馈入到单体相容器中的外壁3与内壁4之间。图2中的双头箭头显示单体相 容器上下机械振动。
【具体实施方式】
[0010] 以下是本发明的详细描述。
[0011] 如本文所用，除非上下文另作明确指示，否则以下术语具有所指定的定义。
[0012] 如本文所用，单体为在25°C下为液体且能够经历聚合反应以形成具有大于 5, OOODa的分子量的聚合物的化合物。乙烯基单体为具有一或多个乙烯基的单体。乙烯基 含有能够参与自由基聚合的碳-碳双键。乙烯基芳香族单体含有一或多个芳环。丙烯酸单 体为（甲基）丙烯酸、其酯、其酰胺和（甲基）丙烯腈。"（甲基）丙烯基"意指丙烯基或甲 基丙烯基。单乙烯基单体每分子具有一个乙烯基。多乙烯基单体每分子具有一个以上的乙 條基。
[0013] 单体相在25°C下为液体，其含有一或多个单体，且单体相中的所有体单的总量按 单体相的重量计为20重量％或20重量％以上。
[0014] 如本文所用，引发剂为在暴露于适当应激时能够形成一或多个可以引发自由基聚 合的自由基的分子。适当应激可以是施用25°C以上的温度、暴露于辐射、暴露于某些试剂或 其它应激。
[0015] 如本文所用，水性介质在25°C下为液体且按水性介质的重量计含有60重量％或 60重量％以上的水。如果在25°C下将溶解于水性介质中的组合物的最大量按水性介质的 重量计为0.5重量％或0.5重量％以下，那么所述组合物在本文中称为不溶于水性介质中。
[0016] 如本文所用，表面活性剂为具有亲水性部分和疏水性部分并且具有5, OOODa或 5, OOODa以下的分子量的分子。
[0017] 单体液滴为含有单体相的球状粒子。如果单体液滴分布在整个水性介质中，水性 介质为连续的，并且当组合物在25°C下存储24小时时未发生大量相分离，那么单体液滴称 为分散于水性介质中。
[0018] 粒子（如单体液滴或聚合物粒子）分布中的粒度可以通过以下参数表征。60体 积％的粒子具有等于或小于D60的直径。50体积％的粒子具有等于或小于D50的直径。10 体积％的粒子具有等于或小于DlO的直径。均匀系数（UC)为D60除以DlO获得的商。
[0019] 如本文所用，术语"致孔剂"定义为能够形成孔隙的材料。
[0020] 如本文所用，膜为在一个维度上相对薄的物品；膜具有IOmm或IOmm以下的厚度。 通孔为完全穿透较薄维度的膜的孔。
[0021] 用于本发明中的膜部分或完全由金属制成，更优选地完全由金属制成。优选地，膜 由钢或镍制成。优选地，膜在使用之前用一或多种化学试剂处理以去除表面氧化物层。
[0022] 膜含有多个通孔。通孔可以为圆柱形或圆锥形或其组合。可以通过任何方法制造 膜孔。举例来说，膜孔可以通过对膜钻孔、激光处理、电成形或喷射水制造。膜孔优选地通 过在合适的心轴上的镍电镀或无电极电镀来电成形。
[0023] 膜的形状可以变化。优选地，膜可以呈圆筒、螺旋卷绕或平坦形式。圆筒可以是单 壁或双壁的。更优选地，膜呈双壁圆筒形式。当膜呈圆筒形状时，圆筒的外径优选地为5cm 或5cm以上。当膜呈圆筒形状时，圆筒的外径优选地为30cm或30cm以下。
[0024] 膜的厚度优选地为0.1 mm或0.1 mm以上；更优选地0. 2mm或0. 2mm以上；更优选地 0· 4mm或0· 4mm以上；更优选地0· 8mm或0· 8mm以上。膜的厚度优选地为20mm或20mm以 下；更优选地IOmm或IOmm以下；更优选地5mm或5mm以下；更优选地2mm或2mm以下。当 使用的膜为双壁圆筒时，"膜的厚度"是指一个壁的厚度。
[0025] 通孔的直径优选地为1微米或1微米以上；更优选地2微米或2微米以上；更优选 地4微米或4微米以上。通孔的直径优选地为100微米或100微米以下；更优选地50微米 或50微米以下；更优选地30微米或30微米以下。
[0026] 膜优选地每平方厘米具有500至5000个孔隙。
[0027] 优选地，水性介质的组成含有按水性介质的重量计70重量％或70重量％以上；更 优选地80重量％或80重量％以上；更优选地90重量％或90重量％以上的量的水。
[0028] 单体相含有一或多个单体。优选地，每一单体不溶于水性介质中。优选地，在25°C 下可以溶解于水性介质中的每一单体的最大量按水性介质的重量计为〇. 2重量％或0. 2重 量％以下；更优选地0.1重量％或0.1重量％以下。优选的为乙烯基单体。优选的为芳香 族乙烯基单体和丙烯酸单体。优选的芳香族乙烯基单体包括苯乙烯、烷基取代的苯乙烯、其 它的取代苯乙烯和多乙烯基芳香族单体。优选的烷基取代的苯乙烯为α-甲基苯乙烯。优 选的多乙烯基芳香族单体为二乙烯基苯和二乙烯基萘；更优选的为二乙烯基苯。优选的丙 烯酸单体为（甲基）丙烯酸的酯；更优选的为甲基丙烯酸的酯。（甲基）丙烯酸的优选的 酯包括经取代烷基酯，其中官能团附接到烷基，和多元醇多酯。多元醇多酯具有在多元醇 (具有两个或两个以上羟基的化合物）与（甲基）丙烯酸的两个或两个以上分子形成酯键 时将形成的结构。优选的单体相含有一或多个单乙烯基单体与一或多个多乙烯基单体的混 合物。优选的单体相含有一或多个单乙烯基芳香族单体与一或多个多乙烯基芳香族单体的 混合物或一或多个单乙烯基丙烯酸单体与一或多个多乙烯基丙烯酸单体的混合物。
[0029] 在一些实施例中，单体相含有致孔剂。合适的致孔剂包括例如选自脂肪族烃、脂肪 族醇、芳香族酯和其混合物的致孔剂。
[0030] 单体相的密度优选地为0. 6g/mL或0. 6g/mL以上；更优选地0. 7g/mL或0. 7g/mL 以上；更优选地〇· 75g/mL或0· 75g/mL以上；更优选地0· 8g/mL或0· 8g/mL以上。单体相的 密度优选地为2g/mL或2g/mL以下；更优选地I. 7g/mL或I. 7g/mL以下；更优选地I. 5g/mL 或I. 5g/mL以下；更优选地I. 3g/mL或I. 3g/mL以下。
[0031] 任选地，单体相可以含有一或多个并非不溶于水相中的单体，其条件是单体相作 为整体不溶于水性介质中。
[0032] 优选地，单体相也含有一或多种引发剂。优选地，引发剂可溶于单体相中。优选地， 引发剂不溶于水相中。优选地，引发剂在加热至50°C以上的温度时产生有用量的自由基。 优选的引发剂为过氧引发剂。
[0033] 优选地，单体相中除单体、致孔剂和引发剂以外的材料的量按单体相的重量计为 20重量％或20重量％以下；更优选地10重量％或10重量％以下；更优选地5重量％或5 重量％以下；更优选地2重量％或2重量％以下。
[0034] 优选地，单体相中的引发剂的量按单体相的重量计为5重量％或5重量％以下；更 优选地2重量％或2重量％以下。优选地，单体相中的引发剂的量按单体相的重量计为0. 1 重量％或0. 1重量％以上；更优选地0. 2重量％或0. 2重量％以上；更优选地0. 5重量％或 〇. 5重量％以上。
[0035] 如果存在致孔剂，那么单体相中的致孔剂的优选量按单体相的重量计为20重 量％或20重量％以上；更优选地35重量％或35重量％以上。如果存在致孔剂，那么单体 相中的致孔剂的优选量按单体相的重量计为90重量％或90重量％以下；更优选地80重 量％或80重量％以下。
[0036] 水性介质含有一或多种表面活性剂。优选的表面活性剂为非离子表面活性剂和阴 离子表面活性剂；更优选的为阴离子表面活性剂。优选地，表面活性剂的分子量为600Da或 600Da以下；更优选地400Da或400Da以下。优选地，水性介质中的表面活性剂的量按水性 介质的重量计为5重量％或5重量％以下；更优选地3重量％或3重量％以下；更优选地 2重量％或2重量％以下。优选地，水性介质中的表面活性剂的量按水性介质的重量计为 〇. 05重量％或0. 05重量％以上；更优选地0. 1重量％或0. 1重量％以上；更优选地0. 2重 量％或0. 2重量％以上；更优选地0. 5重量％或0. 5重量％以上。
[0037] 水性介质可以任选地含有一或多种水可混溶有机溶剂。
[0038] 优选地，如通过布洛克菲尔德粘度计（Brookfield viscometer)测量的水性介 质在25 °C下的粘度为50mPa*s (50cps)或50mPa*s以下；更优选地20mPa*s (20cps)或 20mPa*s以下；更优选地10mPa*s(10cps)或10mPa*s以下。优选地，如通过布洛克菲尔德 粘度计测量的水性介质在25°C下的粘度为0. 5mPa*s(0. 5cps)或0. 5mPa*s以上；更优选地 0· 75mPa*s(0. 75cps)或 0· 75mPa*s 以上；更优选地 lmPa*s(lcps)或 lmPa*s 以上。
[0039] 任选地，水性介质含有一或多种增稠剂。增稠剂具有大于5, OOODa的分子量。合 适的增稠剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯己内酰胺、聚丙烯酸、聚二甲基二烯丙 基氯化铵、水解的聚（苯乙烯-共-顺丁烯二酸酐）和水解的聚（甲基乙烯基醚-共-顺 丁烯二酸酐）。当使用增稠剂时，增稠剂的量按水性介质的重量计优选地为〇. 05重量％至 3重量％。
[0040] 任选地，水性介质含有一或多种悬浮剂。悬浮剂具有大于5, OOODa的分子量。悬 浮剂包括例如蛋白，如明胶、大豆蛋白、水解大豆蛋白、小麦蛋白、螺旋藻和大米蛋白；多糖， 如羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、果胶、黄原胶、结 冷胶、木质素磺酸钠、琼脂、角叉菜胶、海藻酸钠、淀粉、阿拉伯胶和黄蓍胶。悬浮剂的其它实 例包括聚丙烯酸伴以A型明胶、聚二甲基二烯丙基氯化铵伴以A型明胶、羧甲基纤维素、羧 甲基纤维素伴以羟基聚亚乙基烷基酚和聚醚磷酸酯、羟丙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维 素伴以羟基聚亚乙基烷基酚和聚醚磷酸酯，和甲基羟乙基纤维素。当悬浮剂存在于水性介 质中时，优选量按水性介质的重量计为〇. 05重量％至3重量％。
[0041] 优选地，水性介质含有一或多种增稠剂、一或多种悬浮剂，或二者。
[0042] 优选地，可聚合单体液滴通过膜的多个通孔将单体相分散到水性介质中形成。优 选地，单体通过膜的流动速率以每IOOcm 2膜表面的ml/min为单位为0. 2或0. 2以上；更优 选地0. 5或0. 5以上。优选地，单体通过膜的流动速率以每IOOcm2膜表面的ml/min为单 位为40或40以下；更优选地20或20以下。
[0043] 优选地，单体液滴通过泵送或施加压力到单体相，优选地通过泵送引导到水性介 质中。优选地，施加的压力在0. 01到1巴并且更优选地0. 1到0. 5巴范围内。
[0044] 优选地，单体相与水性介质之间的界面张力为0· 01达因（dyn)/厘米或0· 01达因 /厘米以上；更优选地0. 5达因/厘米或0. 5达因/厘米以上。优选地，单体相与水性介质 之间的界面张力为50达因/厘米或50达因/厘米以下；更优选地30达因/厘米或30达 因/厘米以下；更优选地20达因/厘米或20达因/厘米以下；更优选地15达因/厘米或 15达因/厘米以下。
[0045] 优选地，跨越膜在单体相的外出点施加剪切力到悬浮相中。不受理论束缚，认为剪 切力中断通过膜的单体流从而产生液滴。优选地通过振动、旋转、脉冲或振荡运动快速移动 膜来施加剪切力。优选地，剪切方向实质上垂直于单体相的外出方向。优选地，膜经振动， 且膜的振动频率为IOHz或IOHz以上；更优选地20Hz或20Hz以上；更优选地40Hz或40Hz 以上。优选地，膜的振动频率为1，OOOHz或1，OOOHz以下；更优选地500Hz或500Hz以下； 更优选地200Hz或200Hz以下。
[0046] 优选地，膜以0· 05mm或0· 05mm以上；更优选地0· Imm或0· Imm以上；更优选地 0· 2mm或0· 2mm以上的振幅振动。优选地，膜以IOmm或IOmm以下；更优选地5mm或5mm以 下；更优选地2mm或2mm以下的振幅振动。
[0047] 优选地，单体液滴形成具有15微米或15微米以上；更优选地50微米或50微米以 上的D50的分散液。优选地，单体液滴形成具有200微米或200微米以下；更优选地150微 米或150微米以下的D50的分散液。
[0048] 优选地，分散液的单体液滴具有I. 0到5 ;更优选地I. 0到1. 4 ;更优选地I. 0到 1. 3的均匀系数（UC)。
[0049] 优选地，在形成单体液滴之后，每一液滴内的单体在液滴内进行聚合，使得单体液 滴变为聚合物粒子。聚合过程可以在任何位置进行。聚合可以在水性介质与形成单体液滴 的位置处于相同位置时进行，或可以首先将水性介质移动到另一位置或容器中。如果移动 水性介质，那么其可以连续地或以分批形式移动。
[0050] 优选地，在形成分散于水性介质中的单体液滴之后，可以将水性介 质转移到另一 容器中并且加热以使引发剂形成起始聚合过程的自由基。优选地，单体液滴在聚合过程之 后变为聚合物粒子。优选地，聚合物粒子在水性介质中形成分散液。
[0051] 优选地，聚合物粒子形成具有15微米或15微米以上；更优选地50微米或50微米 以上的D50的分散液。优选地，聚合物粒子形成具有200微米或200微米以下；更优选地 150微米或150微米以下的D50的分散液。
[0052] 优选地，分散液的聚合物粒子具有I. 0到5 ;更优选地I. 0到1. 4 ;更优选地I. 0到 1. 3的均匀系数（UC)。
[0053] 以下为如图1和图2中所说明的优选实施例的描述。
[0054] 将包含外壁3和内壁4的单体相容器放置到外容器1中。水性介质2包围单体相 容器以使得水性介质2存在于外壁2与外容器1表面之间并且因此水性介质2存在于由内 壁4形成的圆内部。
[0055] 单体相6进入外壁3与内壁4之间的单体相容器，如通过图2中的单头箭头所示。 单体相优选地放置到单体相容器中并且保持在压力下。单体相容器上下振动，如通过图2 中的双头箭头所示。因此，外壁3和内壁4彼此同步地上下振动。单体相6穿过存在于外 壁3和内壁4二者中的孔5并且传递到水相2中。当单体相6从孔5外出时，其形成液滴 ?。
[0056] 任选地，排液管（未图示）可以附接到外容器1以允许其中分散单体液滴的水性 介质可以离散批次形式或连续地从外容器1去除。
[0057] 以下是本发明的实例。
[0058] 使用下列缩写：
[0059] GMA =甲基丙烯酸缩水甘油酯
[0060] GlyDMA =二甲基丙稀酸甘油醋
[0061] EGDMA =二甲基丙烯酸乙二醇酯
[0062] PADMAC =聚胺二甲基氯化铵
[0063] DVB=二乙烯基苯
[0064] PVA=聚乙烯醇
[0065] SLS=月桂基硫酸钠
[0066] 膜为如下：膜为由微孔技术公司（Micropore Technologies)制造的商业产品。膜 由用涂覆到镍表面的亲水涂层在末端处焊接的两个环状多孔镍金属板组成。连接到膜顶部 的金属中空管允许将单体馈入镍金属板之间的环状区域中以及提供将膜附接到振荡源的 位点。在膜表面上，单个直径（5或20微米）的圆形孔隙在膜上的六边形阵列中相隔200 微米间隔开，给予膜大约每平方厘米2900个孔隙的孔隙密度。
[0067] 使用以下程序。除非另外表明，否则在室温（大约25°C )下进行操作。通过在 振动下注入蒸馏水（50mL)和甲醇（50mL)清洁注入管线和膜。在声处理下用4M氢氧化钠 溶液、蒸馏水、2%柠檬酸和蒸馏水再次清洁膜（每次洗涤1分钟）。将膜连接到振动器并 且放置到含有蒸馏水（500mL)的烧杯中。使用Vici M50泵（由瓦尔科仪器公司（Valco Instruments Company)制造）并且在振动下将单体相注入到注入管线和膜中，直到膜经单 体填充。将含有蒸馏水的烧杯替换为含有水相（SOOmL)的烧杯。通过起始振动和单体流动 产生均匀单体液滴（100g)。使用由微孔技术公司提供的Vision 500粒度仪在搅拌（100转 /分钟）下进行液滴大小测量并且使用具有数码相机的光学显微镜拍摄液滴图像。将液滴 在搅拌（100转/分钟）下转移到馈有美多秀（Metho ceI)KlOO (羟丙基甲基纤维素，由陶氏 化学公司（The Dow Chemical Company)制造）溶液（1.5%，400mL)的聚合反应器中。根 据对应加热概况加热反应器。在冷却到室温之后，用水、甲醇和水洗涤共聚物珠粒。使用由 微孔技术公司提供的Vision 500粒度仪在搅拌（100转/分钟）下进行珠粒大小测量并且 使用具有数码相机的光学显微镜拍摄液滴图像。
[0068] 比较实例C-I :在无 SLS的情况下制得的组合物1号的大孔珠粒
[0069] 条件为如下：
[0070]
[0071] 实例2 :在有SLS的情况下制得的组合物1号的大孔珠粒
[0072] 重复比较实例Cl的方法，除了以下差异：
[0073]
[0074] 比较实例C3 :在无 SLS的情况下制得的组合物2号的大孔珠粒
[0075] 重复比较实例Cl的方法，除了以下差异：
[0076]
[0077] 实例4 :在有SLS的情况下制得的组合物2号的大孔珠粒
[0078] 重复比较实例C3的方法，除了以下差异：
[0079]
[0080] 比较实例C5 :在无 SLS的情况下制得的组合物3号的胶状树脂
[0081] 条件为如下。
[0082]
[0083] 实例6 :在有SLS的情况下制得的组合物3号的胶状树脂
[0084] 重复比较实例C5的方法，不同之处在于以下各者：
[0085]
[0086] 实例7 :结果
[0087]
[0088] 附注（1):微米
[0089] 在每种情况下，在有SLS的情况下制得的实例比具有相同组成的对应比较实例在 单体液滴和聚合物粒子二者中显示较小粒度，并且所有实例显示极好的均匀系数。
【主权项】
1. 一种生产分散于水性介质中的单体液滴的方法，其中所述方法包含 (a) 提供包含具有多个通孔的金属膜的装置；其中单体相与所述膜的第一侧面接触； 其中水性介质与所述膜的第二侧面接触；其中所述单体相不溶于所述水性介质中；其中所 述水性介质包含一或多种表面活性剂；和 (b) 在足以形成多个单体液滴的条件下通过所述通孔将所述单体相输送到所述第二体 积中；其中在第一体积的外出点将剪切力施加到所述第二体积中；其中剪切方向实质上垂 直于所述第一体积的外出方向。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂包含阴离子表面活性剂或非离子 表面活性剂或其混合物。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂包含一或多种阴离子表面活性 剂。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂的量按所述水性介质的重量计为 〇. 05重量％到5重量％。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述单体液滴具有15到200微米的D50。6. -种制造聚合物粒子的方法，其包含通过进行根据权利要求1所述的方法生产单体 液滴并且随后将所述单体中的一些或全部聚合于所述单体液滴中。7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述聚合物粒子具有15到200微米的D50。
【专利摘要】本发明提供一种生产分散于水性介质中的单体液滴的方法，其包含提供包含具有多个孔的金属膜的装置；其中单体相与所述膜的第一侧面接触；其中水性介质与所述膜的第二侧面接触；其中所述水性介质包含一或多种表面活性剂；和在足以形成多个单体液滴的条件下通过所述通孔将所述单体相输送到所述第二体积中；其中在第一体积的外出点将剪切力施加到所述第二体积中；其中剪切方向实质上垂直于所述第一体积的外出方向。还提供一种制造聚合物粒子的方法，其包含生产单体液滴并且随后将所述单体中的一些或全部聚合于所述单体液滴中。
【IPC分类】B29B9/10, B01J2/06
【公开号】CN104884217
【申请号】CN201380063877
【发明人】Y·刘, C·H·马丁
【申请人】罗门哈斯公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月4日
【公告号】EP2917010A1, US20150328608, WO2014099361A1