聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液合成工艺(二)
时间:2005-06-16
2.3 单体中和工艺
先将二异氰酸酯、聚多元醇、醇扩链剂和亲水扩链剂等进行逐步聚合反应,在中和成盐时用丙烯酸酯单体代替有机溶剂降低黏度,中和成盐后制得亲水的PU预聚物/丙烯酸酯单体混合物(P/M),再在剧烈搅拌下,强行将PU预聚物/丙烯酸酯单体混合物分散于水中,制得PU种子乳液/丙烯酸酯单体的混合物,最后再进行丙烯酸酯单体的自由基乳液聚合,制得PUA乳液。具体工艺流程见图3。
单体中和工艺最大的特点是在中和时就用丙烯酸酯单体代替溶剂来降低黏度,可大大减少溶剂用量,PU种子乳液也不必进行脱溶剂处理,直接进行乳液聚合,具有工艺简单、成本低、污染小的优点。由于丙烯酸酯单体在PU预聚物水分散前就已加人体系,故单体能与PU预聚物充分混合,从而使水分散后形成的每一个乳胶粒都含有几乎相同的丙烯酸酯和聚
氨酯化学链,乳液聚合时易于制得大小均匀、形态规整的复合乳胶粒,因而乳液性能更加优异。
2.4 单体逐步聚合工艺
以丙烯酸酯单体部分或全部替代聚合反应中使用的有机溶剂,在预聚反应中,用惰性乙烯基单体代替溶剂来降低黏度,制得亲水的PU预聚物/单体混合物后,中和成盐以及乳化时用丙烯酸酯单体代替溶剂,将混合物中和成盐并在水中分散制成PU种子乳液/丙烯酸酯单体的混合物,再进行丙烯酸酯单体的自由基乳液聚合,制得PUA乳液。具体工艺流程见图4。
单体逐步聚合工艺的特点就是在初聚反应阶段就用惰性乙烯基单体代替有机溶剂提供聚合场所,并且在中和、乳化时都用丙烯酸酯单体代替溶剂来降低黏度,因此可以不用或少用溶剂,大大减少了溶剂用量,PU种子乳液也不必进行脱溶剂处理。但为了避免丙烯酸酯单体在预聚阶段聚合,需要在较低的温度下预聚或选用惰性单体和加入阻聚剂,使反应时间延长,并且在中和、分散和乳液聚合阶段都易出现凝胶,使生产难以控制,故该工艺本文不予考虑。
3 不同工艺合成的PUA复合乳液性能比较
相同的原料和配方,不同工艺制备的PUA乳液性能进行比较。
单体中和工艺不需补加乳化剂,就可制备性能好的PUA复合乳液,其涂膜具有较好的耐水性和较高硬度。这是因为在单体中和工艺中,丙烯酸酯单体在PU预聚物分散前就已全部加入,并与PU预聚物充分混合后再加水分散。因此在形成的PU分散液中,聚合物乳化剂壳层内部已充满丙烯酸酯单体,在第2阶段的乳液聚合过程中,不存在单体通过厚厚的聚合物乳化剂壳层的问题,从而避免大量的单体在水相聚合形成凝聚物或形成非核壳结构的乳胶粒。为了使PUA复合乳液具有优异性能,须使每个乳胶粒子中具有尽可能相同的氨基甲酸酯链与丙烯酸酯链,并使之在分子水平上紧密地缠结在一起以发挥"协同效应",单体中和工艺在分散前使丙烯酸酯单体与PU预聚物能进行充分混合,易于实现这一点。而单体聚合工艺难以做到,单体乳化工艺虽可做到,但须加入大量的水才能避免因单体溶涨而使乳液凝胶,制得的PUA乳液固含量较低。