[发明专利]一种室温成膜中空聚合物乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室温成膜中空聚合物乳液及其制备方法。

背景技术

中空聚合物乳液是由中空聚合物乳胶粒和水组成的一类功能性聚合物乳液，利用其干态时中空结构对光产生的散射、隔热等特殊效应和低密度，可作为白色颜料、隔热材料、轻质填料等广泛地应用于涂料、粘合剂、油墨、造纸和化妆品等行业。渗透溶胀法最早由Kowalski A等人提出(EP Patent，22633，1981-01-21)，是目前最成熟的制备亚微米级聚合物中空乳液和中空微球的方法，美国罗门哈斯公司已形成ROPAQUE^TM系列商业化产品(如OP-62，Ultra E等)。该方法包括：首先通过种子乳液聚合法制得核中含羧基的核壳结构聚合物乳胶粒，然后在高于壳聚合物玻璃化温度的条件下用碱对乳胶粒进行溶胀，得到中空聚合物乳液，在使用过程中，乳液中的水分挥发后聚合物乳胶粒的中空结构得以保留。自该方法制备中空聚合物乳液技术问世以来，人们对其进行了大量的研究与开发工作，在聚合配方和聚合工艺方面取得了长足的进展，根据所用单体、渗透溶胀条件、以及制备工艺的不同，渗透溶胀法制备中空聚合物乳液可以有很多变化[见EP 267726(1988-05-18)，WO 9511265(1995-04-27)，EP 915108(1999-05-12)，JP 2009144029(2009-07-02)]。但目前该方法存在以下主要问题：(1)在制备出多层核壳结构聚合物乳液后，必须再加入碱对其进行后处理才能形成中空聚合物乳液，而聚合物乳液经过碱渗透溶胀后，体系稳定性会大大下降，对产品的储存和使用都有不利影响；(2)乳液聚合物的玻璃化温度过高，不能自身成膜，必须和其他具有成膜性的聚合物乳液同时使用才能发挥其功能和作用。如何简化制备工艺并赋予中空聚合物乳液以新的功能，是该技术领域研发人员需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种室温成膜中空聚合物乳液及其制备方法。

本发明所提供的中空聚合物乳液是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

1)制备含羧基的亲水性聚合物的乳液；

2)制备苯丙聚合物过渡层，得到以所述含羧基的亲水性聚合物为核、以所述苯丙聚合物过渡层为壳的核/壳聚合物乳液；

3)制备非极性聚合物支撑层，得到以步骤2)中所述核/壳聚合物为核、以所述非极性聚合物支撑层为壳的核/壳聚合物乳液；

4)制备成膜聚合物壳层，得到以步骤3)中所述核/壳聚合物为核、以所述成膜聚合物层为壳的核/壳聚合物乳液，即为所述中空聚合物乳液。

具体制备方法如下：

制备含羧基的亲水性聚合物的乳液：在制备所述高羧基含量的亲水性聚合物核之前，包括制备种子乳液以控制该聚合物核乳胶粒的尺寸。

在制备种子乳液的过程中，使含羧基的单体和极性单体的混合物在乳化剂和自由基引发剂存在下进行乳液聚合，得到所述种子乳液；所述聚合反应的温度可为60-95℃，时间为1-7小时。

以上述乳液为种子，通过种子乳液聚合法制备核聚合物。制备过程中，使含羧基的单体、极性单体和可交联单体组成的单体混合物在乳化剂、自由基引发剂以及种子乳液存在下进行乳液聚合，得到含羧基的亲水性聚合物的乳液；其中，所述单体混合物中含羧基的单体的质量含量为20-80％，极性单体的质量含量为15-80％，可交联单体的质量含量为0-5％。所述乳化剂的用量为所述单体混合物质量的0-1.5％，所述自由基引发剂的用量为所述单体混合物质量的0.05-2％。聚合温度为60-95℃，反应时间为3-7小时。

制备苯丙聚合物过渡层。以步骤1)制备的含羧基的亲水性聚合物的乳液为种子，使含羧基的单体、极性单体、非极性单体和可交联单体组成的单体混合物在乳化剂和自由基引发剂存在下进行乳液聚合，得到苯丙聚合物过渡层；其中，所述单体混合物中含羧基的单体的质量含量为0-10％、极性单体的质量含量为20-90％、非极性单体的质量含量为10-60％、可交联单体的质量含量为0-10％。所述乳化剂的用量为所述单体混合物质量的0-1.5％，所述自由基引发剂的用量为所述单体混合物质量的0.05-2％。聚合温度为60-95℃，反应时间为3-7小时。