聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液合成工藝(二)
時間:2005-06-16
2.3 單體中和工藝
先將二異氰酸酯、聚多元醇、醇擴鏈劑和親水擴鏈劑等進行逐步聚合反應，在中和成鹽時用丙烯酸酯單體代替有機溶劑降低黏度，中和成鹽后制得親水的PU預聚物/丙烯酸酯單體混合物(P/M)，再在劇烈攪拌下，強行將PU預聚物/丙烯酸酯單體混合物分散于水中，制得PU種子乳液/丙烯酸酯單體的混合物，最后再進行丙烯酸酯單體的自由基乳液聚合，制得PUA乳液。具體工藝流程見圖3。
單體中和工藝最大的特點是在中和時就用丙烯酸酯單體代替溶劑來降低黏度，可大大減少溶劑用量，PU種子乳液也不必進行脫溶劑處理，直接進行乳液聚合，具有工藝簡單、成本低、污染小的優點。由于丙烯酸酯單體在PU預聚物水分散前就已加人體系，故單體能與PU預聚物充分混合，從而使水分散后形成的每一個乳膠粒都含有幾乎相同的丙烯酸酯和聚
氨酯化學鏈，乳液聚合時易于制得大小均勻、形態規整的復合乳膠粒，因而乳液性能更加優異。
2.4 單體逐步聚合工藝
以丙烯酸酯單體部分或全部替代聚合反應中使用的有機溶劑，在預聚反應中，用惰性乙烯基單體代替溶劑來降低黏度，制得親水的PU預聚物/單體混合物后，中和成鹽以及乳化時用丙烯酸酯單體代替溶劑，將混合物中和成鹽并在水中分散制成PU種子乳液/丙烯酸酯單體的混合物，再進行丙烯酸酯單體的自由基乳液聚合，制得PUA乳液。具體工藝流程見圖4。
單體逐步聚合工藝的特點就是在初聚反應階段就用惰性乙烯基單體代替有機溶劑提供聚合場所，并且在中和、乳化時都用丙烯酸酯單體代替溶劑來降低黏度，因此可以不用或少用溶劑，大大減少了溶劑用量，PU種子乳液也不必進行脫溶劑處理。但為了避免丙烯酸酯單體在預聚階段聚合，需要在較低的溫度下預聚或選用惰性單體和加入阻聚劑，使反應時間延長，并且在中和、分散和乳液聚合階段都易出現凝膠，使生產難以控制，故該工藝本文不予考慮。
3 不同工藝合成的PUA復合乳液性能比較
相同的原料和配方，不同工藝制備的PUA乳液性能進行比較。
單體中和工藝不需補加乳化劑，就可制備性能好的PUA復合乳液，其涂膜具有較好的耐水性和較高硬度。這是因為在單體中和工藝中，丙烯酸酯單體在PU預聚物分散前就已全部加入，并與PU預聚物充分混合后再加水分散。因此在形成的PU分散液中，聚合物乳化劑殼層內部已充滿丙烯酸酯單體，在第2階段的乳液聚合過程中，不存在單體通過厚厚的聚合物乳化劑殼層的問題，從而避免大量的單體在水相聚合形成凝聚物或形成非核殼結構的乳膠粒。為了使PUA復合乳液具有優異性能，須使每個乳膠粒子中具有盡可能相同的氨基甲酸酯鏈與丙烯酸酯鏈，并使之在分子水平上緊密地纏結在一起以發揮"協同效應"，單體中和工藝在分散前使丙烯酸酯單體與PU預聚物能進行充分混合，易于實現這一點。而單體聚合工藝難以做到，單體乳化工藝雖可做到，但須加入大量的水才能避免因單體溶漲而使乳液凝膠，制得的PUA乳液固含量較低。
