一种水性聚丙烯酸酯乳液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水性聚丙烯酸酯乳液及其制备方法。目前大粒径、低粘度、高固含水性聚丙烯酸酯的乳液同时又满足各类稳定性与应用要求的文献鲜有报道。本发明专利技术以丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种或几种为软单体，甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯腈中的一种或几种为硬单体，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N‑甲基丙烯酰胺中的一种或几种为功能性单体，复合乳化剂和反应型乳化剂构筑乳化体系，氧化还原体系引发剂为引发剂，采用高剪切预乳化与种子乳液的聚合工艺聚合得到大粒径、高固含和低粘度的水性聚丙烯酸酯乳液。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚丙烯酸酯乳液及其制备方法
本专利技术涉及高分子乳液，具体地说是一种大粒径、高固含和低粘度的水性聚丙烯酸酯乳液及其制备方法。
技术介绍
水性聚丙烯酸酯是主要为丙烯酸酯类单体共聚的乳液，以其作为主要成膜物质所配制的粘合剂、涂料等具有无毒、无环境污染，有很好的耐候性、保色性、耐水性、耐碱性，我国从20世纪70\80年代投入使用，目前在纺织、造纸、涂料、包装、皮革等领域中得到了广泛应用。但在实际应用过程中还存在一些问题，特别是与国外同类产品相比，还存在在相当差距，如含固量偏低，机械与钙粒子稳定性不足，耐水湿擦性性能不佳等问题。当前节能减排、绿色环保是发展所需，而高固含多功能水性聚丙烯酸酯树脂符合这一趋势，可降低能耗储运和简化生产流程，这就需要产品同时具备多功能、配伍性好、能适应多种工艺、易于调节多种性能；常规的乳液聚合当乳液含固量≥55％，乳液体系的粘度会较高，不仅严重影响下一步的实际应用与性能的调节，而且可能影响聚合反应的正常进行；通过在乳液聚合中减少乳化剂、增大粒径可降低乳液体系粘度，但带来的副作用是乳液的化学、机械、储存稳定性变差，复配与应用功能问题增多，产生成膜物性和粘结牢度不良等诸多问题。经过文献检索发现，有关聚丙烯酸酯乳液制备方面的专利和研究论文较多，但大粒径、低粘度、高固含水性聚丙烯酸酯的乳液同时又满足各类稳定性与应用要求的文献鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种大粒径、高固含量和低粘度的水性聚丙烯酸酯乳液及其制备方法，该乳液的化学稳定性、机械稳定性与储存稳定性优良，成膜物性、配伍性、耐水性等性能优异，能应用于不同领域。本专利技术采用的一种技术方案为：一种水性聚丙烯酸酯乳液，其以丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种或几种为软单体，甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯腈中的一种或几种为硬单体，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-甲基丙烯酰胺中的一种或几种为功能性单体，复合乳化剂和反应型乳化剂构筑乳化体系，氧化还原体系引发剂为引发剂，采用高剪切预乳化与种子乳液的聚合工艺聚合得到大粒径、高固含和低粘度的水性聚丙烯酸酯乳液(PA乳液)，合成的乳胶粒粒径在250-400nm、粒径分布PDI≤0.1、粘度30-200mPas、固含量50.0-60.0％。本专利技术通过粒子设计及相配合的工艺，将单体配方设计与组合型乳化体系相结合的手段，将反应型乳化剂引入到丙烯酸酯乳液乳化体系中，同时降低乳化剂量、提升优化其效能，并采用高剪切预乳化来构筑设计所要求的粒径与分布的乳化稳定体系，聚合反应采用种子聚合、氧化还原引发的聚合工艺制备聚丙烯酸酯乳液的方法，从而达到增大粒径、降低粘度、提高固含量的目的，重点解决了大粒径乳液制备存在的各类稳定性技术难题和现有高固含乳液存在的缺陷。进一步地，上述水性聚丙烯酸酯乳液采用如下质量百分比的各原料：软单体30-50％，硬单体5-15％，功能性单体3-10％，引发剂0.5-1.2％，复合乳化剂0.3-1.0％，反应型乳化剂0.1-0.5％，碳酸氢钠0.2-0.5％，后处理剂0.01-0.03％，去离子水40-50％。进一步地，所述的氧化还原体系引发剂包括氧化剂、还原剂和促进剂，氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢中的一种或几种，还原剂为保险粉、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、雕白粉中的一种或几种，促进剂为硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种或几种。进一步地，所述的复合乳化剂为阴离子和非离子乳化剂的混和物；阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯硫酸铵、磺基琥珀酸二丁酯钠盐、乙氧基化烷基醇醚磺基琥珀酸半酯二钠盐、烷基二苯醚二磺酸钠中的一种或几种；非离子乳化剂为异构醇聚氧乙烯醚(8-12EO)、异构醇聚氧乙烯醚(25-40EO)、脂肪醇聚氧乙烯醚(8-12EO)、脂肪醇聚氧乙烯醚(25-40EO)、异构仲醇聚氧乙烯醚(8-12EO)中的一种或几种；非离子乳化剂/阴离子乳化剂的摩尔比为1:1-5。进一步地，所述的反应型乳化剂为甲基丙烯酸羟丙磺酸钠、烯丙氧基羟丙基磺酸钠、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。进一步地，所述的后处理剂包括氧化剂和还原剂，所述的氧化剂为过硫酸铵、过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或几种，所述的还原剂为亚硫酸氢钠、抗坏血酸、雕白粉中的一种或几种。本专利技术采用的另一种技术方案为：水性聚丙烯酸酯乳液的制备方法，其包括以下步骤：将大部分复合乳化剂用水溶解并搅拌，然后加入软单体、硬单体、功能性单体以及反应型乳化剂搅拌乳化15-30分钟，然后采用高剪切分散乳化机进行高剪切乳化10-20分钟，得到均匀稳定的预乳化液A(剪切速率：8000-10000rpm，剪切线速度：10-13m/s)；将氧化还原体系引发剂中的氧化剂用去离子水溶解配成溶液B；将氧化还原体系引发剂中的还原剂用去离子水溶解配成溶液C；将氧化还原体系引发剂中的促进剂用去离子水溶解配成溶液D；将碳酸氢钠和剩余的复合乳化剂，与剩余的去离子水搅拌溶解成溶液E；后处理剂中的氧化剂用去离子水溶解配成溶液F1，后处理剂中的还原剂用去离子水溶解配成溶液F2；取部分预乳化液A和溶液E加入到反应釜中，加热搅拌，在温度25-45℃加入溶液D和部分的溶液B、C，引发聚合反应，得到种子乳液；然后在55-75℃时然后往种子乳液中滴加剩余的预乳化液A和剩余的溶液B、C，控制滴加速率，将剩余的溶液B、C和剩余的预乳化液A在3-5小时内一并加完，保温30-60分钟后，加后处理剂溶液F1和F2，保温30-60分钟，降温，用氨水调节溶液的pH为7-8，过滤出料即得大粒径、高固含和低粘度的水性聚丙烯酸酯乳液。本专利技术采用粒子设计及相配合的高剪切预乳化工艺，配方设计与将反应型乳化剂引入组合乳化体系相结合，构筑设计所要求的粒径与分布的乳化稳定体系，其制备的乳液乳胶粒粒径在250-400nm、粒径分布PDI≤0.1、粘度30-200mPas、固含量50.0-60.0％的水性聚丙烯酸酯乳液，较好解决大粒径、高固含乳液制备存在的稳定性和应用与配伍性能不足等技术难题；不仅应用在纺织涂层领域，而且也可以应用在造纸、涂料、包装、皮革等领域上。具体实施方式以下实施例意在详细描述本专利技术，不应理解为对本专利技术的限制。实施例1乳液组成成分：制备方法：将98％的烷基醇聚氧乙烯硫酸铵和磺基琥珀酸二丁酯钠盐、异构醇聚氧乙烯醚(8-12EO)溶解于60％去离子水中后，在搅拌下加入丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌乳化10-20分钟，然后进行高剪切分散乳化机乳化分散10分钟，得到均匀稳定的预乳化液。将碳酸氢钠和少量剩余复合乳化剂，与大部分剩余的去离子水加入到装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗、温度计的四口烧瓶中并搅拌，然后取2.5％预乳化液加入反应瓶；加热搅拌，在温度30℃加入氧化还原引发剂保险粉、硫酸亚铁和15％过硫酸铵，引发聚合反应，得到种子乳液；然后在60-65℃时往种子乳液中滴加剩余的预乳化液和氧化还原引发剂亚硫酸氢钠和85％过硫酸铵，在3小时内一并加完，保温60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，以丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种或几种为软单体，甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯腈中的一种或几种为硬单体，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N‑甲基丙烯酰胺中的一种或几种为功能性单体，复合乳化剂和反应型乳化剂构筑乳化体系，氧化还原体系引发剂为引发剂，采用高剪切预乳化与种子乳液的聚合工艺聚合得到大粒径、高固含和低粘度的水性聚丙烯酸酯乳液，合成的乳胶粒粒径在250‑400nm、粒径分布PDI≤0.1、粘度30‑200mPas、固含量50.0‑60.0％。

【技术特征摘要】
1.一种水性聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，以丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种或几种为软单体，甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯腈中的一种或几种为硬单体，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-甲基丙烯酰胺中的一种或几种为功能性单体，复合乳化剂和反应型乳化剂构筑乳化体系，氧化还原体系引发剂为引发剂，采用高剪切预乳化与种子乳液的聚合工艺聚合得到大粒径、高固含和低粘度的水性聚丙烯酸酯乳液，合成的乳胶粒粒径在250-400nm、粒径分布PDI≤0.1、粘度30-200mPas、固含量50.0-60.0％。2.根据权利要求1所述的水性聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，它采用如下质量百分比的各原料：软单体30-50％，硬单体5-15％，功能性单体3-10％，引发剂0.5-1.2％，复合乳化剂0.3-1.0％，反应型乳化剂0.1-0.5％，碳酸氢钠0.2-0.5％，后处理剂0.01-0.03％，去离子水40-50％。3.根据权利要求1或2所述的水性聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的氧化还原体系引发剂包括氧化剂、还原剂和促进剂，氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢中的一种或几种，还原剂为保险粉、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、雕白粉中的一种或几种，促进剂为硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种或几种。4.根据权利要求1或2所述的水性聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的复合乳化剂为阴离子和非离子乳化剂的混和物。5.根据权利要求4所述的水性聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯硫酸铵、磺基琥珀酸二丁酯钠盐、乙氧基化烷基醇醚磺基琥珀酸半酯二钠盐、烷基二苯醚二磺酸钠中的一种或几种。6.根据权利要求4所述的水性聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的非离子乳化剂为异构醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿少敏，包杰界，周坚，齐平平，缪宇龙，
申请(专利权)人：杭州传化精细化工有限公司，传化智联股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33