一种水性丙烯酸酯乳液的制备方法

摘要

本发明公开了一种水性丙烯酸酯乳液的制备方法，所述水性丙烯酸酯乳液是由软单体和硬单体通过乳液聚合的方法制得，所述的乳液聚合采用的乳化剂为按照如下方法制得的提取液：以皂荚荚果的果壳或无患子的果皮为原料，将其加入去离子水中，煮沸，冷却后抽滤，滤液即为提取液。本发明方法使用的天然提取液符合绿色环保的要求，具有成本优势，且乳化作用效果好，生产易于控制，生成的聚合物颗粒分布均匀，产品性能稳定，具有广泛应用前景。

权利要求

1.一种水性丙烯酸酯乳液的制备方法，所述水性丙烯酸酯乳液是由软单体和硬单体通过乳液聚合的方法制得，所述的乳液聚合采用的乳化剂为按照如下方法制得的提取液：以皂荚荚果的果壳或无患子的果皮为原料，将其加入去离子水中，煮沸，冷却后抽滤，滤液即为提取液；

所述制备方法包括以下步骤：

1)将皂荚荚果的果壳或无患子的果皮加入去离子水中，经浸泡、煮沸，冷却后抽滤，滤液即为提取液；

2)将软单体、硬单体和缓冲剂溶解在步骤1)所得的提取液中，充分混合形成预乳化液；

3)将部分步骤2)所得的预乳化液转入反应容器中，通入氮气以预先除去系统中的氧气，加入引发剂升温至65～75℃，保温至物料呈蓝色，得预聚液；

4)在步骤3)所得的预聚液中连续滴加剩余的预乳化液，滴加时间为1～3小时，期间间隔地补加引发剂，预乳化液滴加完后，加入功能单体，升温至75～80℃，保温0.5～3h，冷却后加入碱性试剂调pH至7～9，过滤得到水性丙烯酸酯乳液。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：皂荚荚果的果壳或无患子的果皮与去离子水的投料质量比为1:30～150。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：皂荚荚果的果壳或无患子的果皮与去离子水的投料质量比为1:50～150。

4.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于：所述的软单体选自下列一种或任意几种的组合：丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯；所述的硬单体选自下列一种或任意几种的组合：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈。

5.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于：所述煮沸的时间为0.5～24h。

6.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的缓冲剂选自下列之一：碳酸氢钠、氨水、磷酸氢二钠、乙酸钠、三乙胺。

7.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的功能单体选自下列一种或任意几种的组合：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺；功能单体的质量用量是软单体和硬单体总质量的0.2～3.0％。

8.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的引发剂选自下列一种：过氧化氢、过氧化苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾；引发剂质量用量为软单体和硬单体总质量的0.3～3.0％。

9.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的碱性试剂选自下列一种：氨水、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基脲、四甲基氢氧化铵。

说明书

一种水性丙烯酸酯乳液的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水性丙烯酸酯乳液的制备方法。技术背景

[0002] 乳液聚合技术始于上世纪早期，30年代见于工业生产，目前乳液聚合已成为高分子科学和技术的重要领域，是生产高聚物的重要方法之一。乳液聚合具有很多优点，如：体系粘度低，易散热，生产安全，成本低，污染小；设备简单，操作灵活等。但是，用于乳液聚合的传统乳化剂虽然品种齐全、数量多，但由于其分子在聚合物膜中呈游离状态，容易解吸并可迁移到胶层表面，从而导致多种缺陷，如产品稳定性差、影响成膜速度、影响聚合物及膜的性能、容易造成环境污染等。为了克服由于加入传统乳化剂而带来的弊端，国内外近十几年来开发了一些反应性乳化剂，此类乳化剂或者能够与单体聚合，或者作为一种表面活性剂、链转移剂或引发剂存在于体系中，从而起到乳化作用。为了较容易形成稳定的预乳化混合物和乳胶粒，反应性乳化剂产品在设计时要么添加有机溶剂，包括芳香烃溶剂，要么添加有苯基、壬基酚等一个较长的亲油链基团。例如，专利CN102807643在制备纳米聚丙烯酸酯乳液中描述了一种可以与乳液聚合单体共聚的乳液聚合用乳化剂，但制备过程中加入了酯化催化剂和有机溶剂；专利WO107069(中国专利公开号：CN101622309A)在描述制备基于聚丙烯酸酯分散体的粘合剂组合中，含水聚丙烯酸酯分散体的制备就加有芳香烃溶剂；专利CN101638451A则采用α-烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚硫酸铵等反应性乳化剂来制备水性丙烯酸酯乳液，而含壬基酚等基团的物质，如同已被国际环保组织取缔、严禁使用的传统乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚等一样，对环境也有严重影响，另外，反应性乳化剂无一例外的增加了成本，对工业化生产不利。所以随着国际环保法规的强制贯彻执行，以及人们环保意识的不断提高，绿色环保型乳化剂的开发利用显得既迫切又重要。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种使用一种天然提取液作为乳化剂制备水性丙烯酸酯乳液的方法，该天然提取液符合绿色环保的要求，具有成本优势，且乳化作用效果好，生产易于控制，生成的聚合物颗粒分布均匀，产品性能稳定，具有广泛应用前景。

[0004] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

[0005] 一种水性丙烯酸酯乳液的制备方法，所述水性丙烯酸酯乳液是由软单体和硬单体通过乳液聚合的方法制得，所述的乳液聚合的方法采用的乳化剂为按照如下方法制得的提取液：以皂荚荚果的果壳或无患子的果皮为原料，将其加入去离子水中，煮沸，冷却后抽滤，滤液即为提取液。

[0006] 进一步，皂荚荚果的果壳或无患子的果皮与去离子水的投料质量比为1:30～150。

[0007] 更进一步，皂荚荚果的果壳或无患子的果皮与去离子水的投料质量比为1:50～150。

[0008] 进一步，所述的软单体选自下列一种或任意几种的组合：丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯。

[0009] 进一步，所述的硬单体选自下列一种或任意几种的组合：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈。

[0010] 进一步，所述煮沸的时间为0.5～24h，优选3～12小时。

[0011] 本发明所述的乳液聚合，采用的是常规工艺操作，可以是间歇工艺、半连续工艺、连续工艺、预乳化工艺、补加乳化剂工艺、种子乳液聚合工艺等，不局限于某一种特定的工艺操作。

[0012] 本发明具体推荐所述水性丙烯酸酯乳液的制备方法包括以下步骤：

[0013] 1)将皂荚荚果的果壳或无患子的果皮加入去离子水中，经浸泡、煮沸，冷却后抽滤，滤液即为提取液；

[0014] 2)将软单体、硬单体和缓冲剂溶解在步骤1)所得的提取液中，充分混合形成预乳化液；

[0015] 3)将部分步骤2)所得的预乳化液转入反应容器中，通入氮气以预先除去系统中的氧气，加入引发剂升温至65～75℃，保温至物料呈蓝色，得预聚液；

[0016] 4)在步骤3)所得的预聚液中连续滴加剩余的预乳化液，滴加时间为1～3小时，期间间隔地补加引发剂，预乳化液滴加完后，加入功能单体，升温至75～80℃，保温0.5～3h，再抽真空除去未反应单体，冷却后加入碱性试剂调pH至7～9，过滤得到水性丙烯酸酯乳液。

[0017] 所述步骤2)中，所述的缓冲剂优选下列之一：碳酸氢钠、氨水、磷酸氢二钠、乙酸钠、三乙胺。缓冲剂主要是调节体系的酸碱度和离子强度，其加入量一般使得体系呈弱碱性即可。

[0018] 所述步骤2)中，软单体与硬单体的质量比一般在0.5～10:1，可以通过调整软单体与硬单体的用量比例来调节所得的丙烯酸酯聚合物的玻璃化转变温度。

[0019] 所述步骤4)中，所述的功能单体优选下列一种或任意几种的组合：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺；功能单体的质量用量是软单体和硬单体总质量的0.2～3.0％。

[0020] 所述步骤4)中，所述的引发剂优选下列一种：过氧化氢、过氧化苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾；引发剂质量用量为软单体和硬单体总质量的0.3～3.0％。

[0021] 所述步骤4)中，所述的碱性试剂优选下列一种：氨水、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基脲、四甲基氢氧化铵。

[0022] 所述步骤4)中，若残留单体量较多，则可以采用物理脱单体操作(如通过抽真空除去未反应单体)，也可以采用化学和物理脱单体作用的组合来除去多余的单体。

[0023] 本发明的水性丙烯酸酯乳液因产品不同可以添加加工助剂，或者特别是加入赋予产品所希望性能的一类或若干类添加剂，比如消泡剂、加香剂、增稠剂、流平剂、成膜剂、防腐杀菌剂等。

[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：因为提取液是生态安全性的天然乳化剂，应用中不会对环境造成生物降解难的污染，既符合绿色环保要求，又属于可再生资源，尤其在全球石油价格高居不下的前景下更具有价格优势。另外，提取液中含有的还原性糖苷成分能使聚合反应在较一般乳液聚合温度低的条件下引发进行，提取液的乳化作用效果好，生产易于控制，生成的聚合物颗粒分布均匀，产品性能稳定。

附图说明

[0025] 图1和图2分别为本发明实施例1、参照例1制得的乳液的粒径分布图，在图1和-1图2中，横坐标为聚合物粒径(cm )，纵坐标为体积百分率。

[0026] 图3为本发明实施例1制得的乳液经干燥成膜的红外光谱图，在图3中，横坐标为-1频率(cm )，纵坐标为透射率(％)。

[0027] 图4为本发明参照例1制得的乳液经干燥成膜的红外光谱图，在图4中，横坐标为-1频率(cm )，纵坐标为透射率(％)。

[0028] 图5为本发明实施例1制得的乳液的热分析图，测试气氛为空气。在图5中，横坐标为温度(℃)，纵坐标分别为质量(％)和热流(w/g)。

[0029] 图6为本发明参考例1制得的乳液的热分析图，测试气氛为空气。在图6中，横坐标为温度(℃)，纵坐标分别为质量(％)和热流(w/g)。

具体实施方式

[0030] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，但本发明申请请求保护的范围不限于下述实施例。

[0031] 实施例1

[0032] 称取皂荚荚果果壳6g，加入300g去离子水，即果壳与水的质量比为1∶50，煮沸(带回流装置)3h，冷却并抽滤。在搅拌的提取液中，加入固体碳酸氢钠1.5g，再称取加入丙烯酸正丁酯60克、苯乙烯40克，搅拌乳化30min后出料作为预乳化液。

[0033] 在带有搅拌器、回流冷凝器和温度计等的500ml三颈圆底烧瓶中，加入约五分之二的上述预乳化液，加入五分之三的引发剂，引发剂是由2克过硫酸钾溶解于30g去离子水构成，通入氮气以预先除去系统中的氧气，加热并控制内温在70℃左右，待反应液明显呈蓝色后，再慢慢滴加剩余的上述预乳化液，同时间隔地滴加剩余的五分之二引发剂，预乳化液和引发剂控制在2小时内滴完。滴加完后，加入功能单体丙烯酸1g，保温并继续反应1h，若残留单体较多，则抽真空除去未反应单体，之后冷却至40℃以下，加入氨水(25％的氨水溶液)调pH至8。过滤出料，得到固含量为20％(重量百分比)、平均粒径约为20nm的带蓝光环保型聚丙烯酸酯共聚乳液。

[0034] 参照例1

[0035] 制备方法与实施例1相似，其区别在于将10g皂荚荚果果壳改为由十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚复合的乳化剂，按配比为1:1，用量为单体总量的3.5％计算，称取十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚各1.75g。

[0036] 实施例2～5

[0037] 制备方法与实施例1相似，其不同之处在于将果壳与水比例改为1∶75、1∶100、1∶150和1∶30，所得产品性质见表1。

[0038] 表1实施例1～5和参照例1产品主要性质

[0039]样品 果壳与水比例 乳液外观 固含量(％) 凝胶率(％) 机械稳定性
实施例1 1:50 蓝光性乳白 20 无 稳定
实施例2 1:75 蓝光性乳白 17 无 稳定
实施例3 1:100 蓝光性、半透明 12 无 稳定
实施例4 1:150 蓝光性、较透明 9 无 稳定
实施例5 1:30 蓝光性乳白 35 0.70％ 稳定
参照例1 ∕ 蓝光性乳白 20 无 稳定

[0040] 实施例6～8

[0041] 制备方法与实施例1相似，其不同之处在于改变软、硬单体的用量，所得产品性质见表2。

[0042] 表2实施例6～8产品主要性质

[0043]样品 软单体量(g) 硬单体量(g) 乳液外观和稳定性 固含量(％) 凝胶率(％)实施例6 70 30 蓝光性乳白、稳定 19 无
实施例7 90 30 蓝光性乳白、稳定 27 无
实施例8 40 60 蓝光性乳白、稳定 22 无

[0044] 实施例9～11

[0045] 制备方法与实施例1相似，其不同之处在于改变软、硬单体，所得产品性质见表3。

[0046] 表3实施例9～11产品主要性质

[0047]