[发明专利]一种聚丙烯酸酯乳液及制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酸酯乳液，特别涉及一种用于PVC墙纸印刷油墨的聚丙烯酸酯乳液及制备方法。

（二）背景技术

墙纸作为一种室内装饰材料，近年来在我国得到了快速的发展。其中，PVC（聚氯乙烯）墙纸以其良好的阻燃性而得到了广泛应用。PVC墙纸是以纸为底材，以PVC塑料涂层为面层，并在上面印刷油墨得到各种精美图案的复合材料。PVC墙纸具有美观、耐用，高强度、抗拉拽、易粘贴等优点。然而，其存在着高温易发粘，释放氯化氢气体危害人体健康，大量使用的增塑剂迁移渗出导致表面易吸尘、耐磨性能下降等缺陷。因此为解决这些缺陷，必须要求最外面的油墨层能形成一层保护层，可以有效防止高温发粘和增塑剂的渗出等问题。

传统的PVC墙纸印刷油墨为溶剂型油墨，其含有大量的有机挥发物（含量通常在40%以上），这些有机挥发物质在印刷和施工过程中排向大气，不仅严重污染环境而且对人体健康造成了较大的毒害。随着社会发展和环保意识的增强，人们对油墨性能的要求越来越高，同时要求油墨的应用对环境的污染越来越小。因此用水代替有机溶剂的水性乳液印刷油墨已成为行业的发展趋势。

水性印刷油墨中应用最广的是聚丙烯酸酯乳液油墨，采用传统乳液聚合方法合成的聚丙烯酸酯乳液一般为线形结构的高分子，普遍存在着“热粘冷脆”、不耐有机溶剂等缺点，难以满足乳液油墨印刷的性能要求。而交联型核壳结构乳液体系可以很好地解决这个两个问题。核壳乳液聚合通过对所用单体组分在核壳中种类和用量的控制，达到对粒子结构和乳液性能的有效调节，如硬核软壳型乳液体系中，硬核提供了耐磨性，耐热性，不粘性等性能；而软壳则提供了较低的成膜温度，使乳液在尽量少的外加成膜助剂下形成完整的胶膜，同时赋予涂膜以柔软的手感以及耐寒性能等；在此基础上，交联技术的引入可以显著提高油墨层的耐热性和耐有机溶剂性能。

但是，目前水性聚丙烯酸酯乳液印刷油墨的性能仍难以与溶剂型的相媲美。因为油墨的性能不仅取决于油墨涂料配方和树脂结构，还与油墨涂料的成膜过程密切相关。乳液印刷油墨与溶剂型油墨的成膜机理不同。在溶剂型油墨中聚合物分子以分子链舒展的状态存在于溶剂中，在成膜过程中随着溶剂的挥发，分子链充分扩散、相互缠绕，最后形成均匀的致密膜；而乳液印刷油墨的成膜过程则较为复杂。其聚合物以链缠结（或交联）的方式存在于乳胶粒中，乳胶粒通过乳化剂的保护作用稳定地分散在水中，成膜的过程包括水分的挥发，乳胶粒的聚集、有序排列、聚并、变形，以及乳胶粒变形后聚合物分子链端的扩散、缠绕等阶段。对于含有交联基团的反应性乳液来说，成膜性能将受到成膜过程中分子链扩散与交联的极大影响。Yang等研究了具有环氧基和羧基的核壳结构反应性乳液，当环氧基分布在乳胶粒子的核层时有利于分子链的扩散和交联，得到较好的涂膜性能；当环氧基分布在乳胶粒子的壳层时，交联反应阻碍了分子链的扩散，涂膜性能较差。Mar等研究了反应性乳液粒子表面官能团密度对涂膜性能的影响，发现涂膜机械性能随官能团密度的增加而下降。Lee等研究了乳胶粒子界面交联对涂膜性能的影响，发现涂膜的拉伸强度随着交联密度的增加而上升，但当胶膜的凝胶含量达到75%时，交联反应抑制了分子链的扩散，导致拉伸强度随着交联密度的进一步增加而下降。Liu等研究了含N-（异丁氧基）甲基丙烯酰胺交联剂的反应性乳液，其结果表明，不含交联剂的乳液在120℃下只要几分钟就可以完成分子链的充分扩散，在80℃下需要几个小时；而相同分子量的乳液中含有2wt%的N-（异丁氧基）甲基丙烯酰胺交联剂和0.5%的对甲苯磺酸催化剂且在80℃下老化时，在整个老化过程中分子链的扩散都受到了抑制，80℃下老化20min时，聚合物分子链停止了扩散；当采用催化能力较弱的磷酸为催化剂时，聚合物的扩散先于聚合物的交联，交联反应对分子链的扩散影响不大。以上研究结果表明，在聚合物乳液成膜过程中，只有当聚合物分子链充分扩散后再发生交联反应才能得到性能优异的乳胶膜。

对于核壳型聚丙烯酸酯乳液而言，若交联剂只在核层聚合过程中引入，容易导致在成膜过程中，交联基团被壳层分子链段覆盖，交联反应不易进行，使结构不紧凑；而若交联剂只在壳层聚合过程中引入，则容易导致在成膜过程中，分子链的扩散受到交联反应的抑制从而影响涂膜性能。因此，本发明将交联剂的引入时机设置在核层聚合的末期和壳层聚合的初期，即在硬核软壳之间引入交联层。这样在保持硬核软壳结构的基础上，有利于确保在成膜过程中当乳胶粒相互接触、挤压变形时，聚合物分子链在胶粒间充分扩散后，其交联基团才相遇并发生交联反应，从而形成柔顺而致密的乳胶膜。

（三）发明内容