CN102391523A - 具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体及其制备方法 - Google Patents
具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体及其制备方法，包括：将反应型乳化剂1~10份、苯乙烯14~38份、α-甲基苯乙烯12~32份、丙烯酸酯类单体40~60份、引发剂1~2份、链转移剂0~1份混合，配成组合A；将引发剂0.2~0.5份溶于2~5份溶剂中，配成组合B；将30~50份溶剂加入反应釜中，升温至80~100℃，先加入10~20份组合A，反应20~40min后，再滴加剩余的组合A，再加入组合B；在反应釜中加入13.5~20.2份胺类物质进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可。本发明制得的产物具有高固含量、低粘快干、优良的储存稳定性等特点，且工艺简单，安全节能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料制备领域，具体是一种具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体及其制备方法。
背景技术
目前，苯乙烯-丙烯酸酯在国内应用最广的是溶剂型苯乙烯-丙烯酸酯，即在有机溶剂存在下，苯乙烯以及丙烯酸酯类单体通过溶液聚合方式共聚成苯乙烯-丙烯酸酯溶液，然后以有机溶液形式直接供给涂料、油墨等生产厂家。然而，这种苯乙烯-丙烯酸酯产品中含有大量的有机溶剂，一般易燃、有毒，严重污染环境，甚至危害人类的身体健康。
随着人们环保意识的提高和法律法规的逐步完善，树脂的水性化是当今的发展趋势。制备水性丙烯酸树脂常用方法是乳液聚合和溶液聚合，乳液聚合制得树脂并不水溶，它是通过乳化剂包覆聚合物从而达到水溶；但是乳液聚合制得树脂一般存在耐溶剂性差、透明性差、光泽度较低。溶液聚合水性化方法有三种：
1、成盐法：将丙烯酸酯类单体和含有不饱和双键的羧酸单体如丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸酐等在溶液中聚合，然后加入胺类物质进行中和成盐，使共聚物具有水溶性。这种方法最为常用，其中用于胺类物质有三乙胺、氨水、N，N-二甲基乙醇胺（DMEA）等多种。
2、 醇解法：将丙烯酸酯类单体通过溶液聚合制得聚丙烯酸酯，然后部分醇解，使聚合物具有水溶性。
3、引入非离子亲水性基团法：像聚合物分子链上引入某些非离子亲水性基团，如多元羟基基团、多元醚键等也可以增加树脂的水溶性，得到水性丙烯酸树脂。常用的单体或链段有聚乙二醇、聚丙二醇、聚1,4-丁二醇、聚醚-酯类、聚醚-氨基甲酸酯类和聚醚-多羟基类化合物。
上述传统溶液聚合制得树脂光泽高、透明度高，但是普遍存在干性差、固含量低（一般40%以下）以及粘度较大等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体的制备方法，本发明是一种溶液聚合丙烯酸树脂水性化的新方法——即通过在共聚物中引入反应型乳化剂从而使丙烯酸树脂水溶。
本发明的另一目的在于提供由上述方法制备的一种具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体不仅透明度高、光泽高，而且固含量高、低粘快干、储存稳定性优良。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体的制备方法，包括如下步骤：
（1）以重量份数计，将反应型乳化剂1.0~10.0份、苯乙烯14.0~38.0份、α-甲基苯乙烯12.0~32.0份、丙烯酸酯类单体40.0~60.0份、引发剂 1.0~2.0份、链转移剂0~1.0份混合，搅拌均匀，配制成组合A；
（2）将引发剂0.2~0.5份溶于2.0 ~5.0份溶剂中，配制成组合B；
（3）将30.0~50.0份溶剂加入聚合反应釜中，升温至80~100℃，先加入10.0~20.0份组合A，反应20~40min后，再滴加剩余的组合A，3~4h连续滴加完后，保温1~2 h后，再加入组合B，继续保温1~2 h后，再降温至40℃以下；
（4）在聚合反应釜中加入13.5~28.0份胺类物质进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。
所述反应型乳化剂是烯丙氧基磺酸盐、烯丙氧基硫酸盐、烯丙氧基醚类和甲基丙烯酸磺酸盐中的任意一种或以上。
所述丙烯酸酯类单体是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的任意一种或以上。
所述引发剂是过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁氰。
所述链转移剂是十二硫醇或巯基乙醇。
所述溶剂是正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、二氧六环、甲基丁酮和甲基异丁酮中的任意一种或以上。
所述胺类是氨水或三乙胺。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
1）本发明通过在半连续溶液聚合工艺中，将反应型乳化剂引入聚合物中使之水溶，提供了一种树脂水性化的新方法；
2）本发明制备的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体同时具有亲水性和亲油性，具有自乳化功能，可以提高乳液的储存稳定性和稀释稳定性；
3）本发明制备的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体固含量较高（40~50%）、低粘快干、储存稳定性优良；
4）本发明制备的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体实干之后胶膜高透明度、高光泽；
5）本发明制备工艺简单，常压环境且温度较低，可操作性强，设备投资小，利于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
将反应型乳化剂（SR-10）1.0g、苯乙烯38.0g、α-甲基苯乙烯22.0g、丙烯酸18.0g、甲基丙烯酸甲酯22.0g、过氧化苯甲酰2.0g、十二硫醇1.0g混合，搅拌均匀，配制成组合A； 接着把过氧化苯甲酰0.5g溶于5.0g正丁醇中，配制成组合B；然后将30.0g正丁醇加入聚合反应釜中，升温至100℃，加入10.0g组合A，反应30min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入20.2g三乙胺进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(SR-10)为含双键的乳化剂，为烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵，由广州邦润化工科技有限公司提供。
实施例2
将反应型乳化剂（SR-10）10.0g、苯乙烯34.0g、α-甲基苯乙烯26.0g、丙烯酸12.0g、甲基丙烯酸甲酯28.0g、过氧化苯甲酰2.0g、十二硫醇1.0g混合，搅拌均匀，配制成组合A；接着把过氧化苯甲酰0.5g溶于5.0g二氧六环中，配制成组合B；然后将50.0g二氧六环加入聚合反应釜中，升温至100℃，加入20.0g组合A，反应30min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入13.5g三乙胺进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(SR-10)为含双键的乳化剂，为烯丙氧基脂肪醇氧乙烯醚硫酸铵，由广州邦润化工科技有限公司提供。
实施例3
将反应型乳化剂（COPS-1）1.0g、苯乙烯27.0g、α-甲基苯乙烯27.0g、甲基丙烯酸18.0g、甲基丙烯酸甲酯25.0g、丙烯酸羟乙酯3.0g、过氧化苯甲酰1.5g、巯基乙醇0.5g混合，搅拌均匀，配制成组合A； 接着把过氧化苯甲酰0.3g溶于3.0g正丙醇中，配制成组合B；然后将50.0g正丙醇加入聚合反应釜中，升温至90℃，加入10.0g组合A，反应40min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入23.4g氨水进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(COPS-1)为含双键的乳化剂，为烯丙氧基羟丙基磺酸钠，由广州市众冠美贸易有限公司提供。
实施例4
将反应型乳化剂（COPS-1）10.0g、苯乙烯24.0g、α-甲基苯乙烯32.0g、甲基丙烯酸12.0g、甲基丙烯酸甲酯39.0g、丙烯酸羟丙酯3.0g、过氧化苯甲酰1.5g、巯基乙醇0.5g混合，搅拌均匀，配制成组合A；接着把过氧化苯甲酰0.3g溶于3.0g甲基丁酮中，配制成组合B；然后将50.0g甲基丁酮加入聚合反应釜中，升温至90℃，加入20.0g组合A，反应40min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入15.6g氨水进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(COPS-1)为含双键的乳化剂，为烯丙氧基羟丙基磺酸钠，由广州市众冠美贸易有限公司提供。
实施例5
将反应型乳化剂（ANPEO-10）1.0g、苯乙烯28.0g、α-甲基苯乙烯12.0g、丙烯酸18.0g、甲基丙烯酸甲酯28.0g、丙烯酸丁酯14.0g、偶氮二异丁氰1.0g混合，搅拌均匀，配制成组合A； 接着把偶氮二异丁氰0.2g溶于2.0g异丁醇中，配制成组合B；然后将40.0g异丁醇加入聚合反应釜中，升温至85℃，加入10.0g组合A，反应30min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入28.0g氨水进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(ANPEO-10)为含双键的乳化剂，为1-烯丙氧基-3-(4-壬基苯酚)-2-丙醇聚氧乙烯（10）醚，由广州双键贸易有限公司提供。
实施例6
将反应型乳化剂（ANPEO-10）10.0g、苯乙烯22.0g、α-甲基苯乙烯18.0g、丙烯酸12.0g、甲基丙烯酸甲酯32.0g、丙烯酸丁酯16.0g、偶氮二异丁氰1.0g混合，搅拌均匀，配制成组合A； 接着把偶氮二异丁氰0.2g溶于2.0g异丁醇中，配制成组合B；然后将40.0g异丁醇加入聚合反应釜中，升温至85℃，加入20.0g组合A，反应30min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入13.5g三乙胺进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(ANPEO-10)为含双键的乳化剂，为1-烯丙氧基-3-(4-壬基苯酚)-2-丙醇聚氧乙烯（10）醚，由广州双键贸易有限公司提供。
实施例7
将反应型乳化剂（HPMAS）1.0g、苯乙烯18.0g、α-甲基苯乙烯24.0g、甲基丙烯酸18.0g、甲基丙烯酸甲酯37.0g、丙烯酸羟乙酯3.0g、偶氮二异丁氰1.0g、巯基乙醇1.0g混合，搅拌均匀，配制成组合A； 接着把偶氮二异丁氰0.3g溶于3.0g异丙醇中，配制成组合B；然后将50.0g异丙醇加入聚合反应釜中，升温至80℃，加入10.0g组合A，反应20min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入17.8g三乙胺进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(HPMAS)为含双键的乳化剂，为甲基丙烯酸羟丙磺酸钠，由广州双键贸易有限公司提供。
实施例8
将反应型乳化剂（HPMAS）10.0g、苯乙烯14.0g、α-甲基苯乙烯28.0g、丙烯酸12.0g、甲基丙烯酸甲酯43.0g、丙烯酸羟乙酯3.0g、偶氮二异丁氰1.0g、巯基乙醇1.0g混合，搅拌均匀，配制成组合A； 接着把偶氮二异丁氰0.3g溶于3.0g甲基异丁酮中，配制成组合B；然后将50.0g甲基异丁酮加入聚合反应釜中，升温至80℃，加入20.0g组合A，反应20min后，滴加剩余的组合A，4h滴完后，保温2 h，再滴加组合B，继续保温2 h；接着抽滤，回收部分溶剂和未反应单体；最后降温至40℃以下，在聚合反应釜中加入13.5g三乙胺进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体性能见表1。
所述的反应型乳化剂(HPMAS)为含双键的乳化剂，为甲基丙烯酸羟丙磺酸钠，由广州双键贸易有限公司提供。
表1 具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体的各项性能参数
| 性能参数 | 外观 | 固含量/% | 粒径/nm | 粘度/cp | 稳定性/d | 表干时间/min | 实干时间/h |
| 实施例1 | 透明、桔黄 | 44.6 | 82.6 | 756 | >14 | 8 | 1.8 |
| 实施例2 | 透明、浅黄 | 48.5 | 76.2 | 920 | >14 | 10 | 2 |
| 实施例3 | 透明、淡黄 | 42.3 | 89.7 | 1032 | >14 | 11 | 2.2 |
| 实施例4 | 透明、淡黄 | 41.4 | 68.3 | 834 | >14 | 10 | 2 |
| 实施例5 | 半透明、乳白 | 37.5 | 62.5 | 3220 | >14 | 25 | 4.7 |
| 实施例6 | 透明、浅黄 | 48.5 | 93.2 | 1003 | >14 | 11 | 2.2 |
| 实施例7 | 半透明、乳白 | 35.5 | 78.1 | 2370 | >14 | 20 | 3.1 |
| 实施例8 | 透明、桔黄 | 48.7 | 74.8 | 821 | >14 | 9 | 2 |
表1中各项性能参数检测数据如下：
1）外观：目测；
2）固含量：取出适量溶液m0(2g左右)，置入130℃烘箱中烘至恒重，称重m1，固含量S按下式计算：S=( m1/ m0)*100%；
3）粒径：采用英国Malvem公司的ZSNanoS型激光粒度分析仪进行测试；
4）粘度：采用上海尼润智能科技有限公司DV-2+PRO数字式粘度计进行测试；
5）稳定性：放在50℃恒温真空干燥箱里进行测试；
6）表干时间：涂布湿膜90um，以手指轻触漆膜表面，如感到有些发粘，但无漆黏在手指上，即认为表面干燥；
7）实干时间：涂布湿膜90um，用保险刀片在样板上切刮涂膜，并观察其底层及膜内均无粘着现象，即认为涂膜实际干燥；
从上述测试表中可以看出，本发明实施例1~8中制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体具有较高的固含量，低粘快干、较好的储存稳定性，这些均符合实际应用要求。综上所述，本发明采用半连续溶液聚合工艺，通过反应型乳化剂、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸酯类单体多元共聚，然后抽滤、中和并用水分散，得到具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。所制得的具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体具有高固含量、低粘快干以及优良的储存稳定性，适合应用于油墨、涂料、胶黏剂、医药用高分子材料、水处理等领域。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）以重量份数计，将反应型乳化剂1.0~10.0份、苯乙烯14.0~38.0份、α-甲基苯乙烯12.0~32.0份、丙烯酸酯类单体40.0~60.0份、引发剂 1.0~2.0份、链转移剂0~1.0份混合，搅拌均匀，配制成组合A；
（2）将引发剂0.2~0.5份溶于2.0 ~5.0份溶剂中，配制成组合B；
（3）将30.0~50.0份溶剂加入聚合反应釜中，升温至80~100℃，先加入10.0~20.0份组合A，反应20~40min后，再滴加剩余的组合A，3~4h连续滴加完后，保温1~2 h后，再加入组合B，继续保温1~2 h后，再降温至40℃以下；
（4）在聚合反应釜中加入13.5~28.0份胺类物质进行中和，并将反应产物用水进行分散，即可制得具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应型乳化剂为烯丙氧基磺酸盐、烯丙氧基硫酸盐、烯丙氧基醚类和甲基丙烯酸磺酸盐中的任意一种或以上。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的任意一种或以上。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂是过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁氰。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述链转移剂是十二硫醇或巯基乙醇。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂是正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、二氧六环、甲基丁酮和甲基异丁酮中的任意一种或以上。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述胺类是氨水或三乙胺。
8.具有双亲结构的苯乙烯-丙烯酸酯水分散体，其特征在于，由权利要求1至7任意一项所述方法制备而成的。
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