可再分散性乳胶粉用醋叔乳液的制备研究

时间:2013-08-11 16:26来源:增城迪生实业有限公司 作者:张克斌

0 前言
可再分散性乳胶粉是一种在水中可以再分散的粉末状树脂，一般由合成树脂乳液经喷雾干燥制得，具有与原乳液完全相同的化学性质[1]。醋酸乙烯均聚型可再分散性乳胶粉由于其脆性、不耐水解、抗蠕变性差等缺点，不宜用于碱性基材，分子链上需要引入乙烯或叔碳酸乙烯酯进行改性。应用于建筑方面，特别是干拌砂浆，可增加内聚力、粘聚力和柔韧性[2]。叔碳酸乙烯酯由于其特殊的结构，该单体难以水解，故用醋酸乙烯与之共聚制成的可再分散性乳胶粉可大大提高水解稳定性、抗紫外线性、疏水性、耐碱性，同时具有成膜温度低、保色性良好、抗沾污性及较强的水泥石膏粘接力等特点。可再分散性乳胶粉用聚合物乳液需要经过中间体分散，喷雾干燥，后续处理，与水接触重新分散等许多工序。本文优选原料和工艺，合成了性能稳定的可再分散性乳胶粉用醋叔乳液，制成的可再分散性乳胶粉可再分散快、粘接强度高、无渣耐磨。

1 实验部分
1.1 实验原料及配方（见表1）

1.2 生产工艺
1.2.1 乳化稳定剂溶液的配制
在溶解槽中加入适量去离子水、PVA、乳化剂、特殊保护胶体、消泡剂等，在常温下搅拌15~20 min 后，升温至90~95℃充分溶解后备用。
1.2.2 引发剂和缓冲剂溶液的配制
在引发剂槽中加入适量的去离子水、过硫酸铵，搅拌15min，配制成10%的引发剂溶液备用。
在缓冲剂槽中加入适量去离子水、碳酸氢钠，搅拌15min，配制成5%的缓冲剂溶液备用。
1.2.3 乳液合成
将配制好的乳化稳定剂溶液过滤泵入反应容器中，通过循环冷热水控制反应系统的温度为65~72 ℃，然后按规定速率加入25%引发剂溶液，12.5%混合单体进行种子聚合反应，反应40 min 后，反应温度将会逐步上升，待温度升到78 ℃以上且回流量逐渐减少时，开始滴加剩余混合单体和占总量65%引发剂溶液，控制聚合反应温度在75~85 ℃，滴加时间4.5~5.5 h。加完单体后，滴加剩余10%引发剂溶液，此时体系因放热，温度升到85~88 ℃，保温1~1.5 h，然后冷却到60 ℃以下，加入缓冲剂溶液，调节pH 值为4~6，继续搅拌30 min，降温至40 ℃以下出料。

2 结果与讨论
2.1 醋叔乳液的性能指标（见表2）

2.2 乳化稳定体系及用量的确定
非离子乳化剂对电解质等化学稳定性良好，但聚合速度慢，单独使用时聚合中易生成凝块；阴离子型乳化剂，化学稳定性差，但具有生成乳液细度小，机械稳定性好，聚合中不太容易生成凝块的优点。考虑两者的特点，选用复合型乳化剂，按非离子型乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚（NP- 10）∶阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠（SDS）=4∶1 质量比复配。随着复合乳化剂用量的增加，乳液的稳定性提高，但其流动性和粘接强度随之下降，实验结果表明，复合乳化剂用量占单体总量的1.5%时，乳液无结块，流动性好。
乳液聚合反应中的主单体是VAc，VAc 有较好的水溶性且自由基活性强，PVA 是VAc 反应的良好保护胶体。1788 型PVA 的醇解度为88%，分子中乙酰含量高，分散效果好，增加乳液的稳定性，但1788 型PVA 的价格高且在反应中易产生大量泡沫，故选择1788 型与1799 型PVA 复配体系，PVA 的用量占乳液总量的3%~4%时，乳液的黏度较适宜。特殊保护胶体使乳液聚合的最终粒径分布加宽，这有助于形成高固含量低黏度的稳定乳液，并使其用于干拌砂浆时具有良好的抗冲击性能和抗裂性。但用量过大，乳液耐水性和稳定性均下降，故一般采用PVA 用量的25%。
2.3 单体的组成
聚醋酸乙烯系乳液由于采用水溶性的聚乙烯醇（PVA）作为保护胶体，其耐冻性和耐热性都较差，引入丙烯酸作为共聚单体，可改善乳液聚合的稳定性，提高乳胶的附着力和粘接强度[3]，但加入量过大，则胶膜的耐水性下降，因此，丙烯酸的加入量一般控制在单体总量的1%~2%。醋叔乳液中，引入叔碳酸乙烯酯，其内增塑作用提高了可再分散性乳胶粉的耐水性和耐碱性，由于叔碳酸乙烯酯具有非极性和空间屏障结构，用量超过20%时，就能保护共聚物酯键免于水解，并具有良好耐碱性[4]；超过25%，可以获得良好的耐候性。因此，含有25%以上叔碳酸乙烯酯的醋叔共聚乳液制成的可再分散性乳胶粉，可很好地用于水泥、石膏等碱性材料中。
2.4 引发剂
在醋酸乙烯乳液聚合中，以过硫酸铵为引发剂，所得乳液耐水性较好，故选用过硫酸铵作为此次乳液聚合的引发剂。反应分3 个阶段，故引发剂分3 批加入：（1）种子聚合阶段加入引发剂总量的25%；（2）连续引发阶段，加入总量的65%，以维持反应的正常进行；（3）整理阶段，用总量10%的引发剂消除乳液中残存的游离单体。
引发剂用量过多，乳液聚合不易控制，凝聚物多。这是由于引发剂用量过多，自由基形成快而多，聚合反应剧烈，产生的热量来不及扩散，局部温度升高，又进一步加速聚合，因而产生凝聚物；若引发剂用量过少，乳液聚合不完全，所得产品中游离单体含量较高，气味较重，故引发剂选用单体总量的0.30%为宜，而且在种子聚合期滴加的比例大些，有利于缩短引发时间，并控制在单体加完后补充10%引发剂溶液，利于残存单体的进一步反应。

3 结语
（1）可再分散性乳胶粉用醋叔乳液的乳化稳定体系至关重要，采用PVA、阴- 非离子乳化剂和特殊保护胶体复配，可制得具有良好可再分散性乳胶粉用的醋叔乳液。
（2）丙烯酸的加入对乳液及其成粉后附着力和粘接强度有一定改善，但加入量过大，耐水性下降。
（3）叔碳酸乙烯酯具有非极性和空间屏障结构，用量超过25%时，可以获得良好耐候性和耐碱性的醋叔共聚型可再分散性乳胶粉。
（4）引发剂的加入量和加入方式对乳液生产控制和产品性能有一定影响，利用本文制备方法，可以生产出基本没有凝聚物且游离单体含量低的可再分散性乳胶粉用醋叔乳液。