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谈谈高固低粘丙烯酸乳液的合成

      高固含丙烯酸乳液大多数是指60%固含以上的丙烯酸乳液。工业用的高固含丙烯酸乳液通常有68%固含,部分研究报告有74%~99.5%的乳液。工业上高固含丙烯酸乳液主要应用在不干胶和压敏胶粘合剂,主要原因是固含高,成膜时干燥速率快,可大幅度提高压敏胶带的生产效率。

      粘度是高固含乳液合成的*大影响因素。当合成乳液固含超过50%后,乳液粘度随着固含的提高迅速上升,从而造成反应放热不均,乳胶粒难以分散开,容易凝胶。同时对于一些高固含乳胶涂料来说,如果乳液粘度太高,施工操作也不方便,所以真正符合需要的是高固含低粘度丙烯酸乳液。

      解决丙烯酸乳液高固低黏的根本方法要从乳胶粒径方向着手:

      1、增加乳胶粒粒径,减少粒子的总表面积,从而减少粒子流动阻力;

      2、加宽粒径分布,使小粒子能填充到大粒子的间隙中,从而提高固含;

      3、压缩乳液粒子表面的水合层厚度。


     我们可以通过乳液合成时乳化剂的选择和乳化剂的滴加方式,以及乳液合成工艺等方法来达到合成乳液高固低粘的目的。

     乳化剂。市场上有许多种类的乳化剂,其能用较少的量合成小粒径的乳胶粒子,搭配常用的阴离子或者非离子乳化剂,即可得到分布宽的粒径范围的乳胶粒子,故而做到高固低黏。

     乳化剂的滴加方式。以印花胶浆用乳液为例,设置反应固含60%,玻璃化温度为-20℃。当乳化剂全部加入反应釜底,初始反应外观很蓝,代表初始粒径小,随着反应继续进行,外观变得浊白微蓝 ,终点粘度为3万mPa.s左右。同样配方,把1/3乳化剂放置在釜底,2/3的乳化剂与单体混合滴加,终点所得乳液粘度在2.6万mPa.s左右。当1/3乳化剂在釜底,1/3乳化剂和单体混合滴加,1/6乳化剂在滴加混合单体的1.5h时滴加,剩下的1/6乳化剂在滴加混合单体后3.0h时滴加,所得乳液粘度为1万mPa.s左右。后段分次补加的乳化剂部分会吸附在已有的乳胶粒子表面,其他则重新形成胶束,进一步成核中心使用,所以可产生许多微小乳胶粒子,达到使乳液粒径分布宽,多元化的目的,然后得到高固低黏乳液。

      乳液合成工艺的选择。通过改变滴加工艺来合成高固低黏的丙烯酸乳液。循环滴加法,在反应过程中,抽取一部分乳液冷却储存,然后和剩余单体一起在反应末期加入釜内,以增加粒径分布,但由于生产上不方便,可改进成重新合成一个固含高一些的50%左右乳液,然后继续滴加剩余单体进行反应,类似核壳聚合,先合成核结构再合成壳结构。增加乳胶粒径,乳胶体积,降低比表面积,粘度降低。在聚合反应中加入电解质,可压缩粒子表面水合双电层的厚度,使聚合物相的体积分数下降,即增加了自由体积水的分率,从而达到降低粘度的目的。

       其他方法。通过合成实验发现,使用短链单体BA比长链单体2-HEA合成乳液粘度低。同等Tg,同样配方,苯丙乳液合成的高固含丙烯酸乳液的粘度比纯丙乳液大(苯丙乳液耐候性差,通常需要添加水性紫外线吸收剂来提升配方的耐候性),MMA为硬单体,合成乳液乳胶粒的粒径大,粘度比St合成的苯丙乳液粘度低。引发剂的连续滴加比一次性加入会使粒径变宽,适当的防冻剂可以降低乳液粘度。


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