乳剂的丙烯酸共聚物乳液的合成和应用| PCI杂志

对改善丙烯酸共聚物乳液聚合的过程仍然是生动的,每年大量的专利和出版物发行。这些聚合物通常应用于粘合剂、水泥基成分和生产的纸张,纺织品和leather1-3。特别是,广泛的玻璃化转变温度(Tgs),化学和机械阻力与高稳定的外部环境使丙烯酸分散体有价值的原料为不同类型的涂料。提高力学性能和附着力和兼容性的增加与其他材料通常是通过基本的修改与少量的聚合物链功能包含亲水极性单体单元,像酸groups4-6。188金宝搏bet官网有时包括交联单体成分。色散特性强烈依赖于类型的官能团,其浓度和聚合物particles7分布。例如,酸组访问水分子减少乳液最低成膜温度(MFFT)由于水塑化效果。

连续聚合技术是一个非常强大的工具为聚合物结构的创建和允许分散体的制备,聚合物薄膜和涂料所需的平衡的物理、化学和机械性能。核壳物种最著名的乳剂的共聚物。核心和壳成分的差异负责形成薄膜,anti-blocking和光学性质,硬度、电阻、附着力和能力spray-dried8, 9。结构化聚合物分散体的形式或可粉喷雾干燥后(步骤)具有独特的性能往往优于混合。这些类型的分散的潜在的应用之一是cosolvent-free油漆和涂料的配方。其他重要的和非常感兴趣的新领域是应用程序的结构化聚合物,主要以粉末形式,在生物学、生物化学和医学作为药物分子的纳米载体,催化剂和病毒10,11。

这项工作的目的是提供一个连续的共聚物乳液的合成及其可能的应用程序作为涂料粘结剂和水泥添加剂在干燥后的粉末形式。多级聚合过程与酸功能化是为了减少最终聚合物的粘着性,促进橡胶的低温成膜的水redispersibility粉。

胶乳的制备和表征

实验胶乳previously7描述由一个多步骤的顺序聚合过程,12。聚合物粒子由硬、高Tg外壳包含游离酸组和柔软,低Tg疏水内核。通常壳质量总聚合物重量的1/3。低的例子Tg(约0ºC均值)核壳聚合物成分表1中给出。酸的功能,使用了两种类型的酸co-monomers:甲基丙烯酸(MAA)和2-acrylamido-2-methylopropane磺酸(安培数);其他使用单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BuA)。随机共聚物的化学成分也合成和核壳胶乳作为参考点。获得胶乳被固体含量为特征,布鲁克菲尔德粘度、pH值、粒子大小、Tg和酸组/浓度分布(表2)。

酸含量组位于粒子表面或在水相(访问酸组)通过pH-metric滴定测定为0.1 N氢氧化钠水溶液;总酸含量通过成立tetra-n-butylammonium氢氧化水solution13 0.1 N。在安培核壳和随机胶乳所有酸组方便了氢氧化钠滴定度。这一现象有关的亲水特性完全分离磺酸组安培单位坐落在粒子表面或外部水阶段。MAA的功能化胶乳,一定量的酸单元被埋在聚合物粒子。在核壳分散L141大约70%的酸组能与氢氧化钠溶液反应,在随机的情况下L142共聚物只有25%的酸组。低电离的羧基组在聚合过程中描述的行为负责。

粒子尺寸测量与库尔特陶瓷+动态光散射分析仪。之间的差异被发现MAA和安培功能化胶乳。安培的趋势在水相聚合导致更大数量的聚合物颗粒小于MAA的胶乳。

玻璃化转变温度的差示扫描量热法(DSC)测定的珀金埃尔默模型Pyris 1,从狐狸equation14 Tg计算平均值。多相结构的DSC分析已经证明了这一点。电影由乳胶L141显示两个过渡点(-24ºC和+ 43ºC),描述聚合物结构的不同阶段。

胶乳的应用程序

水性清漆和瓷釉用于内部和外部木装饰。为这样的应用程序应该有优越的anti-blocking属性绑定。大部分high-MFFT胶乳应用适当的合并一起代理以低应用改善膜的形成温度。合并代理降低乳液的玻璃化转变温度,减少MFFT。成膜后,合并的蒸发和涂层变得困难。从另一个角度来看,减少挥发性有机化合物的仪器是涂料行业的最大挑战之一。准备没有溶剂涂料,粘合剂需要MFFT很低。核壳技术可能是一个阻塞电阻符合要求的解决方案结合MFFT价值。

评估anti-blocking行为获得胶乳都测试作为一个明确的固体粘合剂稀释到30%。实验进行了一个空调房间(23°C和50% RH)。群众被刷上应用两次顺利松板(20 * 10厘米)。后,第二度油漆应用所有面板都干24小时。无规共聚物是有点俗气的表面,而核壳分散产生了刚性,发达的涂层。半定量地评估anti-blocking属性,两个面板源自相同的色散与涂料被垂直于另一个接触和接受8小时的2公斤负荷。在每种情况下的接触面积是100平方厘米。然后方便手动面板分离测试和结果表达从0到3点:

1 -意味着轻微阻塞(小板分离所需的努力)

2 -意味着适度阻塞(介质板分离所需的努力)

3 -意味着强大的阻塞(非常困难的面板分离)。

屏蔽属性的数值结果展示在表3。很明显,核壳乳液相比,有极好的anti-blocking属性随机共聚物具有相同单体成分。在经过分散的情况下,几乎没有观察阻塞;相比之下,随机聚合物给强大的阻塞性能。

选择异构色散(L143)被应用作为粘结剂的白色光泽釉配方(PVC = 18%,粘结剂含量= 28%,密度= 1.26克/立方厘米,粘度23ºC(锥&板)= 0.30 mPa·s)。准备油漆应用在窗框上。10个小时后从第二度油漆程序,窗口被关闭,第二天没有观察到阻塞效应。实际测试表明,分离的共聚物的独特性质可能是非常有用的作为低,粘结剂或0%,VOC涂料对木材装饰和保护。

粉制备实验胶乳

实验中变成了根据程序中描述literature9自由流动粉末。氢氧化钙中和胶乳和稀释至30%固体,制定了5%(在固体聚合物)的碳酸钙(Microcal 140)和0.2%的消泡剂喷雾干燥。实验室植物Mod。SD04实验室喷雾干燥机,配备0.7毫米静态喷嘴,用于这一目的。喂养的过程是300 g / h(制定分散在-110ºC的温度范围130ºC。在随机的情况下共聚物,因为喷嘴阻塞过程几乎立即停止。相反,结构化的共聚物乳液转化成粉末高85%的收益率没有挡住了烘干设备。结果(见表4)另外确认异构结构的聚合物粒子在多步聚合技术和协议与我们的良好observations9早些时候,12。粉(P141 &应用合为一体)制定了0.5%的微粒硅(Silcasil S)改善自由流动的特性。实验产品在水中完全可根据测试authors7前面描述的。透射电子显微镜(TEM)的调查没有透露任何显著差异之间的粒度分布原始乳胶和redispersed。 It was noted during storage that no sticking and blocking was observed, and flowability of low Tg powders was comparable with the conventional high Tg products present on the market.

粉末的应用程序

粉末P141测试和应用合为一体作为混凝土修复胶结砂浆修饰符。样本准备在霍巴特类型混合使用425波特兰水泥和砂颗粒大小从0.1到2.0毫米和2.68克/立方厘米的比重根据procedure12描述。典型的修复灰浆制备水泥与砂/比3和聚合物/水泥比率为0.07。水位调整,以获得一个适当的流程,以及消泡剂(Lumiten EP 3108)是用于实现湿密度高于2.1克/立方厘米。砂浆标本(4 x 4 x 16厘米)准备和干燥后28天(23ºC, 50% RH)进行力学性能测试。样品显示更好的附着力,灵活性和防水性能,降低氯离子渗透和冻融稳定性优于未改性材料。一些实验结果提出了聚合物粉末在表5。在新鲜的砂浆制备过程中积极的减水效果观察与更好的获得砂浆和易性。与未改性砂浆相比,聚合物改性样品的抗压强度非常接近于原始。