[发明专利]一种水性聚丙烯酸酯乳液及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及高分子乳液，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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％。

本发明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％。