CN117186453A - 一种提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,是根据聚乙烯醇缩醛树脂的缩醛反应动力学,从温度工艺入手,通过调控聚乙烯醇缩醛的聚集态结构,从而提高聚乙烯醇缩醛树脂与塑化剂的相容性。本发明的方法既提高了聚乙烯醇缩醛薄膜的流动性和可加工性能,也提升了其塑化剂相容性和性能稳定性,具有操作简单、无需新增其它工艺设备的特点及优势,具有良好的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,特别涉及一种提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,及由此方法制备的聚乙烯醇缩醛树脂和聚乙烯醇缩醛中间膜。
背景技术
聚乙烯醇缩醛中间膜是制造夹层玻璃的关键组成材料,是由聚乙烯醇缩醛树脂与一定比例塑化剂经熔融挤出制得,被广泛应用于汽车、建筑、光伏等领域。聚乙烯醇缩醛中间膜的可加工性能是其关键评价参数之一,直接决定了其性能品质和生产加工效率。由于聚乙烯醇缩醛中间膜的生产加工中还需要混合一定比例的塑化剂,如何保持本体和塑化剂的相容性和稳定性是提升聚乙烯醇缩醛中间膜应用性能稳定性和品质的关键。
在聚乙烯醇缩醛中间膜的生产加工中,聚乙烯醇缩醛树脂和塑化剂进入挤出机后逐步升温塑化,通过螺杆的剪切达到混合效果,然后再经模头挤出后冷却成型。所得聚乙烯醇缩醛中间膜再与玻璃在高温高压下贴合制造夹层玻璃。然而,在聚乙烯醇缩醛树脂和塑化剂相容性不足时,极易在冷却成型时发生塑化剂析出问题和中间膜产品中塑化剂分布不均。以汽车挡风玻璃为例,需要同时具有极高的粘接性能、抗冲击性能和耐候性能。在这些性能需求下,塑化剂含量的可调控窗口以及聚乙烯醇缩醛的缩醛度可调控窗口都极为狭窄,只能从提高聚乙烯醇缩醛树脂与塑化剂的相容性以及加工过程中的均匀性来提升聚乙烯醇缩醛中间膜最终产品的品质。
为了提升聚乙烯醇缩醛与塑化剂的相容性,过往公开文件中采用添加其他助容配方等手段,这种方法尽管可以在一定程度上降低聚乙烯醇缩醛中间膜塑化剂析出速率,但无法保证其耐久性和稳定性问题,也会造成加工原料成本增加。实际上,聚乙烯醇缩醛主要包含疏水的缩醛基和亲水的羟基,而塑化剂往往是疏水的酯类。提升聚乙烯醇缩醛与塑化剂的相容性可以通过提高缩醛基含量和分散性实现。如前所述,基于聚乙烯醇缩醛中间膜的性能需求,缩醛基含量的调控范围有限,只能通过调控其分散性来实现。
就调控基团分散性而言,已有公知文件报道,通过混合不同缩醛基比例的聚乙烯醇缩醛,以达到平均缩醛基含量一致的情况下来调控和塑化剂的相容性,但这种方法容易造成高温及低温条件下,抗冲击性能的不稳定性。还有公知文件表明可以通过不同种类的乳化剂或表面活性剂来调控聚乙烯醇缩醛的序列分布。但乳化剂往往很难在聚乙烯醇缩醛产物中有效地完全去除,从而造成聚乙烯醇缩醛中间膜发黄等问题。此外,乳化剂残留还会导致聚乙烯醇缩醛的流动性降低,耐热性降低。
发明内容
针对上述现有技术所存在的不足,本发明的主要目的是提出一种提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,以及利用该方法制备得到的聚乙烯醇缩醛树脂和聚乙烯醇缩醛中间膜。
聚乙烯醇缩醛的序列分布调控可以从动力学和热力学两方面进行。由于热力学方法通常涉及反应体系的改变,对原料、装备的需求更高;通过动力学调控其序列分布更为简单且具备操作性。聚乙烯醇缩醛的工业化生产通常为沉淀法,在反应过程中,随着缩醛化程度的增加,产物因溶解性降低而逐渐析出,反应会发生从均相到非均相的转变。这种非均相的反应极易发生反应不均匀现象,且由于物料接触面积受限,会极大影响反应速率。通过调控升温速率和梯度升温工艺,可以从缩醛反应动力学角度,利用温度补偿分子内缩醛化,提高非均相阶段的缩醛速率和均匀性。利用缩醛反应的自加速效应,使得反应朝着能垒更低、化学结构更稳定的高序列分散性方向进行,获得更多连续羟基相区,从而更好实现连续缩醛基团和酯类塑化剂之间的相容。需要说明的是,体现在聚乙烯醇缩醛中间膜中,这种塑化剂相容性的提升还会提高物料的流动性能和可加工性能,对于提高加工效率也有积极促进作用。
为实现目的,本发明采用如下技术方案:
一种提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法。其特点在于通过如下方法步骤:
(1)在5~30℃温度范围下,将酸性催化剂、醛在5~60min内加入到聚乙烯醇水溶液中。其中,所述酸性催化剂和醛的添加为先将其中一个组分与聚乙烯醇水溶液充分搅拌混合均匀后,再加入另外一个组分;
(2)将反应体系梯度升温至60~80℃。具体而言,先将体系以不低于20℃/h的速率升温至30~50℃保温熟化5~90min,再将体系以不低于20℃/h的速率升温至60~80℃保温熟化5~240min;
(3)将熟化后的反应体系降温至60℃以下,随后往体系中加入碱液,保持搅拌5~30min,过滤,得到固体树脂产物;
(4)对所述固体树脂产物用纯水清洗1~10遍,过滤得到清洗产物;
(5)将所述清洗产物在40~60℃下进行干燥,即得到聚乙烯醇缩醛树脂;
(6)将上述得到的聚乙烯醇缩醛树脂与塑化剂混合,经挤出流延制得聚乙烯醇缩醛中间膜。
其中:通过上述方法制备的聚乙烯醇缩醛的羟基值为17~20wt%,其VA结构单元的c/i比值为大于0.75;所述聚乙烯醇缩醛树脂在120℃、27.5%增塑剂添加量下的熔指≥1.5g/10min;相容性测试下,聚乙烯醇缩醛中间膜放置于过饱和CuSO4溶液72h后的塑化剂析出面积≤1.5cm2。
进一步的,步骤(2)优选为:将反应体系以不低于20℃/h的速率升温至35~50℃保温熟化5~60min,再将反应体系以不低于20℃/h的速率升温至65~80℃保温熟化60~240min。
进一步的,步骤(2)中的升温速率更优选为不低于30℃/h,从而达到加快缩醛反应动力学的目的。
进一步的,步骤(1)中,所述反应过程未加入任何乳化剂。
进一步的,步骤(1)中5~30℃的温度范围优选为5~20℃。
进一步的,步骤(3)中,所述反应体系降温至60℃以下,主要是防止在加入碱液瞬间,酸碱中和反应放出大量热量,PVB树脂因局部受热不均匀而颗粒***或结块团聚。
进一步的,步骤(1)中,所述醛的质量占聚乙烯醇质量的50%~60%。
进一步的,步骤(1)中,所述酸性催化剂包括盐酸、硫酸、硝酸和对甲苯磺酸中的至少一种。
进一步的,步骤(6)中,所述中间膜制造方法为通过单螺杆或双螺杆挤出流延制得,塑化剂添加量占聚乙烯醇缩醛中间膜质量的27.5%。
进一步的,步骤(6)中,所述中间膜制造过程中无需添加其他助容配方体系。
上述制得的聚乙烯醇缩醛树脂的c/i通过核磁共振氢谱(1H NMR)测得。在利用核磁共振氢谱表征聚乙烯醇缩醛树脂的c/i时,将5mg聚乙烯醇缩醛树脂充分溶解于0.5mLDMSO-d6中,在一台600MHz核磁共振谱仪上扫描至少16次。使用MestReNova软件对所得核磁谱图进行积分,计算4.35~4.25ppm(c-VA)和4.25~4.15ppm(i-VA)区间内H元素摩尔分数的比值,将该比值称为c/i值。
上述制得的聚乙烯醇缩醛树脂羟基值的测试为通过化学滴定的方法进行测试。通过在吡啶溶液中利用乙酸酐酯化聚乙烯醇缩醛树脂中的羟基,再水解过量的乙酸酐。以酚酞为指示剂,用NaOH标准溶液滴定中和,计算聚乙烯醇缩醛树脂中的羟基含量。
上述制得的聚乙烯醇缩醛树脂熔指的测试方法为:添加27.5wt%的三甘醇二异辛酸酯,在120℃、21.6kg的负荷下通过熔指指数仪,记录10min下的流出质量即为其熔指,单位g/10min。
上述制得的聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的测试方法为:将聚乙烯醇缩醛中间膜在湿度为30%、温度为25℃条件下恒温恒湿24h后,在25℃环境温度下放置于底部盛有过饱和CuSO4溶液的干燥器中,计算72h后的析出面积。
与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
本发明的工艺简单、成本较低,较现有生产工艺,本发明的反应过程无需添加乳化剂等可能影响产品性能的添加剂。根据聚乙烯醇缩醛树脂的缩醛反应动力学,从温度工艺入手,通过调控聚乙烯醇缩醛的序列分布,从而提高聚乙烯醇缩醛树脂与塑化剂的相容性。该方法既提高了聚乙烯醇缩醛薄膜的流动性和可加工性能,也提升了其塑化剂相容性和性能稳定性。本发明还具有操作简单、无需新增其它工艺设备的特点及优势,具有良好的市场竞争力。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将100g平均聚合度为1700的聚乙烯醇溶解于1000mL纯水中,并在90℃下搅拌1h使其充分溶解,然后降温至15℃。将35g质量浓度为36%~38%的盐酸添加至体系中,充分混合均匀。随后在30min内匀速滴加57g丁醛至体系中。
(2)加完丁醛后,在此温度下继续搅拌反应20min;然后,将反应体系以30℃/h升温至40℃,并在此温度下搅拌反应30min;最后,再以30℃/h将反应体系由40℃升温至70℃,并在此温度下搅拌反应2h。
(3)将反应体系温度降至50℃,向反应液中加入15wt%的氢氧化钠40mL,并搅拌15min,离心脱水,得到固体产物。
(4)对固体产物在50℃下重复水洗过滤5次,抽滤,得到清洗产物。
(5)将清洗产物放置于鼓风干燥箱,在50℃下干燥4h,得到聚乙烯醇缩醛树脂产物。
(6)将上述得到的聚乙烯醇缩醛树脂与27.5%的塑化剂三甘醇二-2-乙基己酸酯混合,经单螺杆挤出机制得聚乙烯醇缩醛中间膜。
实施例2
除了步骤(2)中将反应体系中两步梯度升温速率均改为20℃/h,其余步骤和条件与实施例1相同。
实施例3
除了步骤(2)中将反应体系中两步梯度升温速率均改为60℃/h,其余步骤和条件与实施例1相同。
实施例4
除了步骤(2)中将反应体系在40℃下搅拌反应60min,其余步骤和条件与实施例1相同。
实施例5
除了步骤(2)中将反应体系在40℃下搅拌反应90min,其余步骤和条件与实施例1相同。
实施例6
除了步骤(1)中降温至10℃,其余步骤和条件与实施例1相同。
实施例7
除了步骤(1)中降温至20℃,其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例1
除了步骤(1)在降温至15℃后,向体系中加入相对PVA总量的0.1wt%的十二烷基苯磺酸钠,其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例2
除了步骤(2)中将反应体系直接以30℃/h升温至70℃,其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例3
除了步骤(2)将反应体系中两步梯度升温速率均改为10℃/h,其余步骤和条件与实施例1相同。
对比例4
除了步骤(3)不对反应体系在加入碱液前进行降温处理,其余步骤和条件与实施例1相同。
表1聚乙烯醇缩醛的评价结果
以上所述仅为本发明的示例性实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在5~30℃温度范围下,将酸性催化剂、醛在5~60min内加入到聚乙烯醇水溶液中;
(2)将反应体系以不低于20℃/h的速率升温至30~50℃保温熟化5~90min,再将反应体系以不低于20℃/h的速率升温至60~80℃保温熟化5~240min;
(3)将熟化后的反应体系降温至60℃以下,随后往体系中加入碱液,保持搅拌5~30min,过滤,得到固体树脂产物;
(4)对所述固体树脂产物用纯水清洗1~10遍,过滤得到清洗产物;
(5)将所述清洗产物在40~60℃下进行干燥,即得到聚乙烯醇缩醛树脂;
(6)将所述聚乙烯醇缩醛树脂与塑化剂混合,经挤出流延制得聚乙烯醇缩醛中间膜。
2.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述酸性催化剂和醛的添加为先将其中一个组分与聚乙烯醇水溶液充分搅拌混合均匀后,再加入另外一个组分。
3.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于,步骤(2)为:将反应体系以不低于20℃/h的速率升温至35~50℃保温熟化5~60min,再将反应体系以不低于20℃/h的速率升温至65~80℃保温熟化60~240min。
4.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于,步骤(2)中的升温速率为不低于30℃/h。
5.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于:步骤(1)中的温度为5~20℃。
6.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于:步骤(1)中所述醛的质量占聚乙烯醇质量的50%~60%。
7.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述酸性催化剂包括盐酸、硫酸、硝酸和对甲苯磺酸中的至少一种。
8.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于:步骤(6)中,所述中间膜制造过程中无需添加其他助容配方体系。
9.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于:步骤(5)中,所述聚乙烯醇缩醛树脂的羟基值为17~20wt%、VA结构单元的c/i比值为大于0.75,所述聚乙烯醇缩醛树脂在120℃、27.5%增塑剂添加量下的熔指≥1.5g/10min。
10.如权利要求1所述的提高聚乙烯醇缩醛中间膜中塑化剂相容性的方法,其特征在于:步骤(6)中,所述聚乙烯醇缩醛中间膜放置于过饱和CuSO4溶液72h后的塑化剂析出面积≤1.5cm2。
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