涂料技术
研究碱溶性核/壳型丙烯酸酯胶粘剂乳液合成
近年来,随着我国电子、印刷及包装等行业的快速发展,临时保护用涂料及胶粘剂的市场空间也越来越大。碱溶性聚合物胶粘剂因在浸渍或涂刷碱液时具有易剥离性,故已成为近年来该研究领域的热点之一。 
碱溶性树脂主要包括环氧树脂(EP)、丙烯酸酯树脂以及聚酯树脂等。丙烯酸酯树脂因保色性佳、耐候性优、成本较低及工艺简单等特点而成为碱溶性胶粘剂首选的基体树脂,但常见的丙烯酸酯胶粘剂具有良好的耐酸碱性,其胶膜很难在热水或碱水中脱落溶解,从而不利于材料的再利用。目前国内碱溶性丙烯酸酯胶粘剂主要存在耐水性差、粘接力不强等弊病,实际生产中大量依赖进口产品。
碱溶性和耐水性是考察碱溶性胶粘剂性能的主要指标。在丙烯酸酯常用的聚合单体中,羧基、酸酐及酯基等属于碱敏性基团(可有效调节胶粘剂的碱溶性),但这些基团又多为强极性、亲水性基团(对胶膜耐水性具有负面影响)。因此,如何同时提高胶粘剂的碱溶性和耐水性,已成为该研究领域的重要课题。
本研究以反应型阴/非离子乳化剂为复配乳化剂、丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)为混合羧基单体、丙烯酸异辛酯(EHA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为混合交联单体等,通过粒子结构设计和选择合适的聚合工艺[10],使适量的碱敏性单体与有效的交联体系之间产生适度交联,从而制备出一种同时具有良好碱溶性和耐水性的软核/硬壳型碱溶性丙烯酸酯乳液。
1试验部分
1.1试验原料
丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(EHA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯腈(AN),工业级,广州中穗化工公司;丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、碳酸氢钠(NaHCO3),分析纯,天津科密欧化学试剂公司;甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、叔丁基过氧化氢(TBHP)、雕白粉(SFS)、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚(ANPEO-10)、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵(DNS-86)、烯丙氧基羟丙磺酸钠(COPS-1),分析纯,广州双键公司;过硫酸铵(APS),分析纯,国药集团化学试剂公司;三乙胺,分析纯,上海凌风化学试剂有限公司;去离子水,自制。
1.2试验仪器
涂-4杯黏度计,上海昌吉地质仪器有限公司;MalvernAutoSizerLocFc963激光散射粒度仪,英国Malvern公司;1730型傅里叶变换红外光谱仪,美国PE公司;JEM-100CXⅡ型透射电镜,日本JEOL公司;BTOO-50M型蠕动泵,保定兰格恒流泵公司。
1.3试验制备
1.3.1预乳液的制备
在预乳化器中加入一定量的去离子水和反应型乳化剂(ANPEO-10/DNS-86),搅拌均匀;然后加入设计量的核层(或壳层)混合单体,高速乳化20min,即得核(或壳)预乳液,备用。
1.3.2核/壳型聚合物乳液的制备
将一定量的去离子水、乳化剂和pH值缓冲剂(NaHCO3)加入到带有搅拌器、冷凝器以及温度计装置的四口烧瓶中,升温至78~80℃,滴加8%~12%的核预乳液及1/3引发剂水溶液;待体系出现蓝相时,通过蠕动泵均匀滴加剩余的核预乳液与1/3引发剂水溶液(2.5~3h内滴毕);升温至85℃,保温1h,即得核乳液。
将上述体系降温至78~80℃,向核乳液中均匀滴加壳预乳液及剩余引发剂水溶液(2h左右滴毕),升温至85℃,保温反应45min;然后降温至65℃,加入适量的TBHP和SFS,保温反应45min;最后降温至40℃以下,用三乙胺调节pH值至中性,过滤出料,即得核/壳型丙烯酸酯乳液。
1.4测试与表征
(1)胶膜耐水性:将乳液室温流延成膜,静置48h后称重(M0);然后将成膜物质室温浸泡在水中,96h后取出,吸干胶膜表面水分并称重(M1);则吸水率=M1/M0。
(2)胶膜碱脱时间(或碱溶性):将乳液涂敷在洁净玻璃板上,室温成膜48h;然后将该玻璃板在10%NaOH溶液中浸泡若干时间,每间隔5min观察胶膜脱落情况(胶膜脱落时间越短,表示碱溶性越好)。
(3)凝聚率:反应结束后,将凝聚物烘干至恒重(W1),则凝聚率=W1/单体总质量。
(4)乳液黏度:采用涂-4杯黏度计进行测定。
(5)乳液粒径:采用激光散射粒度仪进行测定。
(6)乳液结构:采用红外光谱(FT-IR)法进行表征(KBr压片法制样)。
(7)胶粒形态:采用透射电镜(TEM)进行观测。
2结果与讨论
2.1乳化剂对乳液及其胶膜性能的影响
乳化剂对乳液聚合过程及稳定性的影响较大。由于小分子乳化剂在乳液成膜过程中易迁移,进而影响胶膜的耐水性能,故本研究选择乳化剂的类型为反应型乳化剂;另外,由于阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂配合使用,可有效提高聚合物乳液的稳定性,故本研究选择DNS-86(反应型阴离子乳化剂)/ANPEO-10(反应型非离子乳化剂)作为复配乳化剂。
        
 
     			 
  
  
碱溶性树脂主要包括环氧树脂(EP)、丙烯酸酯树脂以及聚酯树脂等。丙烯酸酯树脂因保色性佳、耐候性优、成本较低及工艺简单等特点而成为碱溶性胶粘剂首选的基体树脂,但常见的丙烯酸酯胶粘剂具有良好的耐酸碱性,其胶膜很难在热水或碱水中脱落溶解,从而不利于材料的再利用。目前国内碱溶性丙烯酸酯胶粘剂主要存在耐水性差、粘接力不强等弊病,实际生产中大量依赖进口产品。
碱溶性和耐水性是考察碱溶性胶粘剂性能的主要指标。在丙烯酸酯常用的聚合单体中,羧基、酸酐及酯基等属于碱敏性基团(可有效调节胶粘剂的碱溶性),但这些基团又多为强极性、亲水性基团(对胶膜耐水性具有负面影响)。因此,如何同时提高胶粘剂的碱溶性和耐水性,已成为该研究领域的重要课题。
本研究以反应型阴/非离子乳化剂为复配乳化剂、丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)为混合羧基单体、丙烯酸异辛酯(EHA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为混合交联单体等,通过粒子结构设计和选择合适的聚合工艺[10],使适量的碱敏性单体与有效的交联体系之间产生适度交联,从而制备出一种同时具有良好碱溶性和耐水性的软核/硬壳型碱溶性丙烯酸酯乳液。
1试验部分
1.1试验原料
丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(EHA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯腈(AN),工业级,广州中穗化工公司;丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、碳酸氢钠(NaHCO3),分析纯,天津科密欧化学试剂公司;甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、叔丁基过氧化氢(TBHP)、雕白粉(SFS)、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚(ANPEO-10)、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵(DNS-86)、烯丙氧基羟丙磺酸钠(COPS-1),分析纯,广州双键公司;过硫酸铵(APS),分析纯,国药集团化学试剂公司;三乙胺,分析纯,上海凌风化学试剂有限公司;去离子水,自制。
1.2试验仪器
涂-4杯黏度计,上海昌吉地质仪器有限公司;MalvernAutoSizerLocFc963激光散射粒度仪,英国Malvern公司;1730型傅里叶变换红外光谱仪,美国PE公司;JEM-100CXⅡ型透射电镜,日本JEOL公司;BTOO-50M型蠕动泵,保定兰格恒流泵公司。
1.3试验制备
1.3.1预乳液的制备
在预乳化器中加入一定量的去离子水和反应型乳化剂(ANPEO-10/DNS-86),搅拌均匀;然后加入设计量的核层(或壳层)混合单体,高速乳化20min,即得核(或壳)预乳液,备用。
1.3.2核/壳型聚合物乳液的制备
将一定量的去离子水、乳化剂和pH值缓冲剂(NaHCO3)加入到带有搅拌器、冷凝器以及温度计装置的四口烧瓶中,升温至78~80℃,滴加8%~12%的核预乳液及1/3引发剂水溶液;待体系出现蓝相时,通过蠕动泵均匀滴加剩余的核预乳液与1/3引发剂水溶液(2.5~3h内滴毕);升温至85℃,保温1h,即得核乳液。
将上述体系降温至78~80℃,向核乳液中均匀滴加壳预乳液及剩余引发剂水溶液(2h左右滴毕),升温至85℃,保温反应45min;然后降温至65℃,加入适量的TBHP和SFS,保温反应45min;最后降温至40℃以下,用三乙胺调节pH值至中性,过滤出料,即得核/壳型丙烯酸酯乳液。
1.4测试与表征
(1)胶膜耐水性:将乳液室温流延成膜,静置48h后称重(M0);然后将成膜物质室温浸泡在水中,96h后取出,吸干胶膜表面水分并称重(M1);则吸水率=M1/M0。
(2)胶膜碱脱时间(或碱溶性):将乳液涂敷在洁净玻璃板上,室温成膜48h;然后将该玻璃板在10%NaOH溶液中浸泡若干时间,每间隔5min观察胶膜脱落情况(胶膜脱落时间越短,表示碱溶性越好)。
(3)凝聚率:反应结束后,将凝聚物烘干至恒重(W1),则凝聚率=W1/单体总质量。
(4)乳液黏度:采用涂-4杯黏度计进行测定。
(5)乳液粒径:采用激光散射粒度仪进行测定。
(6)乳液结构:采用红外光谱(FT-IR)法进行表征(KBr压片法制样)。
(7)胶粒形态:采用透射电镜(TEM)进行观测。
2结果与讨论
2.1乳化剂对乳液及其胶膜性能的影响
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