一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液及其制备方法
【专利摘要】一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液及其制备方法，属于核壳乳液领域。本发明要解决现有聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂耐水差的技术问题。本发明反向核壳乳液主要是由醋酸乙烯酯、偶联单体和苯乙烯制成的，乳胶粒子呈现草莓型核壳结构，以聚醋酸乙烯酯为核，偶联单体为过渡层，聚苯乙烯小颗粒为壳。方法：先用pH缓冲剂、复合乳化剂、醋酸乙烯酯体和引发剂制得核种子乳液；再滴加醋酸乙烯酯，加入偶联单体水溶液，再滴加苯乙烯单体，上述滴加过程中分批加引发剂，再加入剩余的引发剂，升温后保温反应，冷却后过滤，即可。本发明的乳液具有高的耐沸水性能，直接用做水性胶黏剂，应用于木材加工、纸张包装、家具制造、室内装修等领域。
【专利说明】一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核壳乳液领域，具体涉及一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液 的制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚醋酸乙烯酯（PVAc)乳液具有价格低、生产方便、粘接强度高、无毒等特点，广泛 用于木材加工、织物粘接、家具组装等诸多领域。
[0003] 但单组份聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂存在一些明显的缺陷，其耐水性、耐蠕变、耐寒 性和耐热性都较差，尤其是耐沸水性能差。这些缺陷都使得聚醋酸乙烯酯乳液已不能满足 较高的胶接耐水、耐热和耐久性要求，限制了在特定条件下的使用。
[0004] 因此如何实现聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂耐水、耐热性能及胶接耐久性能，是聚醋 酸乙烯酯乳液胶黏剂发展和应用的关键问题。近年来，针对聚醋酸乙烯酯（PVAc)耐水、耐 蠕变等问题，人们采用了多种方法进行改性，其中采用核壳结构进行改性的比较多。大多数 是采用与醋酸乙烯酯竞聚率差异较小，亲水性差异较小的丙烯酸酯类单体或聚甲基丙烯酸 甲酯缩水甘油酯等来制备核壳结构乳液，其耐水、耐寒性依旧没有得到明显的改善。
[0005] 苯乙烯与醋酸乙烯酯二者竞聚率之间的差异，使得醋酸乙烯酯与苯乙烯较难共聚 复合于同一乳液体系。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决现有聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂耐水差的技术问题；而提供了一种耐 水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液及其制备方法。
[0007] 本发明克服现有聚醋酸乙烯酯乳液耐沸水性能差以及与苯乙烯之间竞聚率差异 大，难以复合的技术难题，从而提供一种单组分的，以醋酸乙烯酯为核，苯乙烯为壳的反向 核壳结构乳液及其制备方法。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明的耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液主要是由 醋酸乙烯酯、偶联单体和苯乙烯制成的，乳胶粒子呈现草莓型核壳结构，以聚醋酸乙烯酯为 核，偶联单体为过渡层，聚苯乙烯小颗粒为壳。
[0009] 耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液是按下述步骤进行的：
[0010] 步骤一、向去离子水中加入pH缓冲剂和复合乳化剂，升温至55°C，搅拌20? 30min，加入占醋酸乙烯酯单体总质量5 %?25 %的醋酸乙烯酯单体，搅拌乳化，加入占引 发剂总质量20%?30 %的引发剂，升温至65°C反应，待出现蓝光现象后，升温至70? 80°C，继续搅拌反应至体系显乳白色，制得核种子乳液；
[0011] 步骤二、将步骤一制得的核种子乳液维持反应温度在70?80°C°C，逐滴滴加剩余 的醋酸乙烯酯单体，此滴加过程中，等量分批加入占引发剂总质量40%?50%的引发剂， 时间间隔为30min，待醋酸乙烯酯单体滴加完毕后保温10?15min，加入偶联单体水溶液， 反应5?lOmin ;
[0012] 步骤三、然后滴加苯乙烯单体，此滴加过程中，等量分批加入占引发剂总质量 20%?30%的引发剂，时间间隔为30min ;
[0013] 步骤四、待苯乙烯单体滴加完毕后，加入剩余的引发剂，同时升温至85?90°C，保 温lh后冷却至室温，过滤；得到耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液；其中上述引发剂 总用量为100%。
[0014] 其中，步骤一所述的pH缓冲剂是由NaHCOjP去离子水配制成的；步骤一所述的复 合乳化剂是由乳化剂0T-75、乳化剂MA80和去离子水配制成的，其中乳化剂0T-75与乳化剂 MA80质量比为1: (1?3);步骤二所述的偶联单体水溶液是由偶联单体与去离子水配制成 的，所述引发剂是由过硫酸铵和去离子水配制成的。
[0015] 按反应的醋酸乙烯酯单体和苯乙烯单体总量为基准计，用原料的重量配比如下：
[0016] 去离子水：130%?150%
[0017] 醋酸乙烯酯单体：82%?84%
[0018] 苯乙稀单体：16%?18%
[0019] 偶联单体：0.8%?1%
[0020] 复合乳化剂：4%?5%
[0021] 引发剂：0· 4%?0· 5%
[0022] pH 缓冲剂：0· 5%?0· 8%。
[0023] 步骤一所述的偶联单体为双环戊二烯、马来酸酐、二乙烯基苯或者甲基丙烯酸烯 丙酯。
[0024] 步骤一所述的乳化时间为1小时。
[0025] 步骤二中醋酸乙烯酯单体的滴加速率为0. 3?0. 4mL/min。
[0026] 步骤三中苯乙烯单体滴加速率为0. 3?0. 4mL/min。
[0027] 采用本发明公开的方法，成功制备了以醋酸乙烯酯为核，苯乙烯为壳的反向核壳 结构复合乳液。该乳液可作为单组分水性胶黏剂使用，具有高的耐沸水性能，同时，利用竞 聚率差异非常大的醋酸乙烯酯和苯乙烯复合的反向核壳结构乳液体系可以稳定存在。此乳 液作为胶黏剂可以室温稳定存在，室温固化，故而操作工艺简单。本发明所制备的反向核 壳结构复合乳液型胶黏剂无毒，无有害物质释放，可以直接用作水性胶黏剂，应用于木材加 工、纸张包装、家具制造、室内装修等多个领域。
[0028] 对比现有技术，采用本方法制备的醋酸乙烯酯为核、苯乙烯为壳的反向核壳结构 乳液具有以下优点：
[0029] 1、原料价格低廉，制备以及使用成本低廉；
[0030] 2、对于聚醋酸乙烯酯乳液耐沸水性能提升很大，耐100°C沸水时间超过120min ;
[0031] 3、实现竞聚率差异非常大的醋酸乙烯酯与苯乙烯单体的复合；
[0032] 4、实现亲疏水性差异非常大的醋酸乙烯酯与苯乙烯单体复合后能够稳定存在与 同一乳液体系中，不会发生核壳逆转；
[0033] 5、在使用中无有害气体释放，对环境无污染；
[0034] 6、可以室温固化，使用工艺简单；
[0035] 7、直接用做水性胶黏剂，应用于木材加工、纸张包装、家具制造、室内装修等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1是固含量为40%时的核壳乳液的实物图，图2是固含量为40%时的核壳乳液 平均粒径及粒径分布如图；图3为纯的聚苯乙烯（PSt)、纯的聚醋酸乙烯酯（PVAc)和反向 核壳复合乳液的红外光谱图，a为纯PSt，b为纯PVAc，c为核壳结构复合乳液；图4为不同 固含量胶束的粒径大小及其分布图；图5是固含量为40%时的核壳乳液典型DSC解封闭曲 线图；图6是固含量为40%时的核壳乳液的扫描电镜图（SEM);图7是固含量为40%时的 核壳乳液的投射电镜图（TEM)。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0037] 一：本实施方式中耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液具体制备 方法如下：
[0038] (一）试剂处理
[0039] 1、复合乳化剂（01'-75:麻80为1:(1?3))先加入去离子水总量的30?40%的 水，在60°C条件下溶解；
[0040] 2、马来酸酐单体加入去离子水总量的5?10%的水进行溶解；
[0041] 3、引发剂（过硫酸铵）加入去离子水总水量的10?15%的水进行溶解。
[0042] (二）复合乳液制备
[0043] 1、单体重量配比：按反应总单体量（醋酸乙烯酯和苯乙烯）为基准计。
[0044] 去离子水：130?150%
[0045] 醋酸乙烯酯单体：82?84%
[0046] 苯乙稀单体：16?18%
[0047] 偶联单体：0.5%?2%
[0048] 复合乳化剂（0T-75 :MA80 为 1: (1 ?3)) :4 ?5%
[0049] 引发剂（过硫酸铵）：0· 4?0· 5 %
[0050] pH 缓冲剂（NaHC03) :0· 5 ?0· 8%
[0051] 2、核种子乳液制备
[0052] 将去离子水加入反应釜中，并将pH缓冲剂和复合乳化剂加入反应釜中，升温至 55°C，搅拌20min。之后加入10%?20%醋酸乙烯酯种子单体，搅拌乳化lh后，加入20%? 30%引发剂，升温至65°C反应0. 5?lh，待出现蓝光现象后，升温至70?80°C，继续搅拌反 应0. 5h，至体系显乳白色，制得核种子乳液。
[0053] 3、核壳结构乳液制备
[0054] 维持温度为75°C，将剩余的醋酸乙烯酯核单体以0. 4ml/min的速度滴加到如上所 述核种子乳液中，滴加时间约为2?2. 5h滴加完毕后，滴加过程中每30min补加一次引发 齐U，总共加入40 %?50 %引发剂。待醋酸乙稀醋单体滴加完毕后保温10?15min，加入偶 联单体水溶液，反应5?lOmin ;之后以0. 3ml/min的滴加速率开始滴加苯乙烯单体，滴加 时间约为1?1. 5h。在苯乙烯单体滴加过程中，每30min补加一次引发剂，补加的引发剂占 引发剂水溶液总量的20?30%。待苯乙烯滴加完毕后，将剩余的引发剂加入体系中，同时 升温至85?90°C，保温lh。最后将反应体系冷却至室温，过滤出料。
[0055] 图1为固含量为40%时的核壳乳液。由分散液的实物图1中可以看出，所制备出 的乳液为均一的乳白色，表明以醋酸乙烯酯为核，苯乙烯为壳的反向核壳结构乳液可以在 水中稳定分散；其平均粒径及粒径分布如图2所示，分析结果显示，所制备的胶束平均直径 在33nm，粒径分布率为0. 05,表明样品中胶束大小较为均匀。
[0056] 对于所制备样品的化学结构采用傅立叶红外光谱进行了分析，图3所示为纯的聚 苯乙烯（PSt)、纯的聚醋酸乙烯酯（PVAc)和反向核壳复合乳液的红外光谱。通过三组曲线 对比可知，在图3(c)中1220CHT 1处没有马来酸酐分子链中呈五元环的结构特征吸收峰，说 明马来酸酐已经反应掉了；在图3(c)中醋酸乙烯酯1730CHT 1出现C = 0的伸缩振动特征吸 收峰与苯乙烯756(^^697(?^处的特征峰为苯环中相邻5个氢的面外弯曲振动峰的特征吸 收峰同时出现在同一红外谱图中，说明醋酸乙烯酯与苯乙烯在马来酸酐作为偶联单体存在 的情况下，发生了复合。
[0057] 为了确切了解复合乳液的粒径大小及其分布情况，选取不同实验条件下所制备样 品的粒径及其分布图。由图4可知，反向核壳结构乳白色大小可调，其粒径可在200nm? 350nm之间可控。
[0058] 表1为不同实验条件（固含量10?40% )下所制备醋酸乙烯酯反向核壳结构复合 乳液样品的耐沸水性，由表中显示的结果可以看出，通过控制反应条件，粒径可控（180? 340nm)，固含量可调（10?40% )。
[0059] 表1不同实验条件下所制备的醋酸乙烯酯反向核壳结构复合乳液
[0060]
【权利要求】
1. 一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液，其特征在于耐水热胶接聚醋酸乙烯酯 反向核壳乳液主要是由醋酸乙烯酯、偶联单体和苯乙烯制成的，乳胶粒子呈现草莓型核壳 结构，以聚醋酸乙烯酯为核，偶联单体为过渡层，聚苯乙烯小颗粒为壳。
2. 根据权利要求1所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液，其特征在于所 述的偶联单体为双环戊二烯、马来酸酐、二乙烯基苯或者甲基丙烯酸烯丙酯。
3. -种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方法，其特征在于耐水热胶接聚 醋酸乙烯酯反向核壳乳液是按下述步骤进行的： 步骤一、向去离子水中加入pH缓冲剂和复合乳化剂，升温至55°C，搅拌20?30min，加 入占醋酸乙烯酯单体总质量5%?25%的醋酸乙烯酯单体，搅拌乳化，加入占引发剂总质 量20 %?30%的引发剂，升温至65°C反应，待出现蓝光现象后，升温至70?80°C，继续搅 拌反应至体系显乳白色，制得核种子乳液； 步骤二、将步骤一制得的核种子乳液维持反应温度在70?80°C，逐滴滴加剩余的醋 酸乙烯酯单体，此滴加过程中，等量分批加入占引发剂总质量40%?50%的引发剂，时间 间隔为30min，待醋酸乙烯酯单体滴加完毕后保温10?15min，加入偶联单体水溶液，反应 5 ?lOmin ; 步骤三、然后滴加苯乙烯单体，此滴加过程中，等量分批加入占引发剂总质量20%? 30%的引发剂，时间间隔为3〇11^11; 步骤四、待苯乙烯单体滴加完毕后，加入剩余的引发剂，同时升温至85?90°C，保温lh 后冷却至室温，过滤；得到耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液；其中上述引发剂总用 量为100%。
4. 根据权利要求3所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方法，其 特征在于步骤一所述的pH缓冲剂是由NaHC0 3和去离子水配制成的；步骤二所述的偶联单 体水溶液是由偶联单体与去离子水配制成的，所述引发剂是由过硫酸铵和去离子水配制成 的。
5. 根据权利要求3所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方法，其 特征在于步骤一所述的复合乳化剂是由乳化剂0T-75、乳化剂MA80和去离子水配制成的； 所述的其中乳化剂0T-75与乳化剂MA80质量比为1: (1?3)。
6. 根据权利要求3、4或5所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方 法，其特征在于按反应的醋酸乙烯酯单体和苯乙烯单体总量为基准计，用原料的重量配比 如下： 去离子水：130%?150% 醋酸乙烯酯单体：82%?84% 苯乙烯单体：16%?18% 偶联单体：〇. 5%?2% 复合乳化剂 引发剂：0. 4%?0. 5% pH缓冲剂：0· 5%?0· 8%。
7. 根据权利要求6所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方法，其 特征在于步骤一所述的偶联单体为双环戊二烯、马来酸酐、二乙烯基苯或者甲基丙烯酸烯 丙酯。
8. 根据权利要求7所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方法，其 特征在于步骤一所述的乳化时间为1小时。
9. 根据权利要求8所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方法，其 特征在于步骤二中醋酸乙烯酯单体的滴加速率为0. 3?0. 4mL/min。
10. 根据权利要求9所述的一种耐水热胶接聚醋酸乙烯酯反向核壳乳液的制备方法， 其特征在于步骤三中苯乙烯单体滴加速率为0. 3?0. 4mL/min。
【文档编号】C08F218/08GK104231142SQ201410528536
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】李志国, 张霄, 白龙, 顾继友 申请人:东北林业大学