[发明专利]一种核壳乳液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种核壳乳液及其制备方法和应用。本发明的核壳乳液的乳胶粒子结构中包括1个核层、至少1个骨架层和至少1个A型功能层，其粒径为0.1～1μm；所述的核层是玻璃化温度为‑50～50℃的均聚物和/或共聚物；所述的骨架层是玻璃化温度为70～180℃的均聚物和/或共聚物；所述的A型功能层是玻璃化温度为20～80℃的均聚物和/或共聚物；还包括B型功能层或/和C型功能层。所述制备方法涉及平衡溶胀法、间歇法和/或半连续饥饿法。本发明提供了一种结构、性能可“定制”的核壳乳液，该乳液在功能性粘合剂、功能性涂层等方面具有广泛的应用前景，特别是在二次电池隔膜的功能性涂层等高端领域的应用前景。

技术领域

本发明涉及乳液的制备，特别涉及一种核壳乳液及其制备方法和应用。

背景技术

核壳乳液聚合技术是20世纪80年代以来提出的“粒子设计”概念的重要实施方式之一。相比于传统的乳液聚合技术，核壳乳液聚合能够在微观层面上对聚合物的分子链进行设计，以制备接枝、嵌段聚合物，从而得到“定制化”结构、性能的产物。早期的核壳乳液通常是两层结构，包括软核硬壳和硬核软壳等形式。随着技术发展，各类三层甚至更多层结构的、功能各异的核壳乳液产品不断涌现。核壳乳液聚合技术的基本原理是：控制投料顺序和方式，使不同的单体在内层的“种子”乳液粒子表面按顺序聚合，形成逐层包覆结构的乳胶粒子。常用的核壳乳液聚合方法有：

(1)平衡溶胀法，将内层的“种子”乳液与外层单体混合，待单体将乳胶粒子充分溶胀后，再引发聚合。

(2)间歇法，将内层的“种子”乳液与外层单体、引发剂、乳化剂和溶剂等同时投入反应装置，充分混合均匀后引发聚合。与平衡溶胀法有些类似，区别在于“种子”乳液的乳胶粒子没有被单体充分溶胀。

(3)半连续饥饿法，将内层的“种子”乳液预先升至反应温度，再恒速、缓慢地加入外层单体、引发剂、乳化剂和溶剂等的混合物。单体的加入速率略小于聚合反应的引发速率，使反应体系内的单体数量始终保持不足的状态，新加入的单体立即在乳胶粒子的表面发生聚合。

核壳乳液聚合技术在多种高性能、功能性产品的生产制备过程中得到了普遍应用，例如粘合剂、涂料等，特别是二次电池专用的粘合剂和功能涂层等对产品各方面性能要求更高的领域，有着广泛的应用前景。就二次电池领域而言，目前核壳乳液产品多用于锂二次电池负极专用水性粘合剂领域，例如，中国发明CN112341572A、CN112151802A、CN110364735A和CN109722190A分别提供了使用核壳乳液聚合方式制备的锂电池用负极粘结剂。而在其他相关领域，如正极粘合剂、隔膜粘合剂和其他功能性粘合剂与涂层等方面，核壳乳液聚合技术的应用目前并不充分，仍有着很高的研究价值。尤其是在隔膜功能涂层方面，目前仍以水性PVDF浆料为主，存在着价格高昂、制浆不便、对负极兼容性差等缺陷，因此亟待一种价格低廉、使用方便、综合性能良好的替代品。

发明内容

为了拓展核壳乳液产品的应用范围，尤其是在二次电池等高端领域的应用范围，本发明提供一种核壳乳液及其制备方法和应用，所得乳液的乳胶粒子结构中包含核层、骨架层和多种功能层，能够实现产物结构与性能的定制化，使之具备高端应用领域的广泛前景。

本发明的技术方案为：

一种核壳乳液，所述核壳乳液的乳胶粒子结构中包括1个核层、至少1个骨架层和至少1个A型功能层，其粒径(D50)为0.1～1μm，优选为0.2～0.6μm。

进一步地，所述的核层是玻璃化温度为-50～50℃的均聚物和/或共聚物，例如：聚丙烯酸丁酯、聚乙烯醇与丙烯酸异辛酯的接枝共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物等。

进一步地，所述的骨架层是玻璃化温度为70～180℃的均聚物和/或共聚物，例如：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸异冰片酯共聚物等。