CN103755863B - 一种松香基复合纳米聚合物微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,通过以可聚合松香基单体为稳定剂,在乳化剂的共同作用下,与烯类单体进行原位聚合反应,制备出新型松香基复合纳米微球。制备方法包括以下步骤:第一步,以烯类单体为溶剂,将可聚合松香基单体溶解在当中,制成可聚合松香基单体复合溶液;第二步,将可聚合松香基单体复合溶液加入含有乳化剂的水溶液中,搅拌分散;第三步,通过高速均质分散,制备出松香基复合单体纳米微球;第四步,加入引发剂,进行原位聚合制备出新型松香基复合纳米微球;该新型松香基复合纳米微球大小均一,粒径大小为50~200nm左右,在胶粘剂、涂料等方面具有很好的应用前景。

Description

一种松香基复合纳米聚合物微球的制备方法
技术领域
一种新型松香基复合纳米聚合物微球的制备方法。尤其涉及一种纳米级松香基复合聚合物微球的制备方法。
背景技术
松香是我国林产化学工业最重要的产品,也是林业支柱产业,是我国林化产品中唯一在产量和出口量上都居世界首位的产品。年产量60~80多万吨,出口25~30多万吨,占世界贸易量的50%左右。
松香具有许多优良的特性,如防腐、防潮、绝缘、粘合、乳化、软化等。近一个世纪以来,松香及其深加工改性制品广泛应用于涂料、胶粘剂、油墨、造纸、橡胶、食品添加剂及生物制品等许多领域。松香的化学利用已由直接利用松香混合物初级产品向深度利用松香衍生物纯品开发专用的系列化产品方向发展。利用松香分子结构中的羧基、共轭双键等反应活性基团,通过聚合、加成等反应得到聚合松香、歧化松香、氢化松香、马来松香及各种松香酯等深加工产品,并可进一步改性合成不同性能、品种的高附加值精细化学品及高分子新材料。例如,将松香和松香酯类小分子结构化合物通过乳化分散成为松香和松香酯的乳液产品,这些乳化产物改变了松香和松香酯只溶解于油溶性溶剂的性能,能很好的分散于水性体系中,可以作为乳液胶粘剂中的增粘剂,成膜剂,水性涂料中的成膜改性剂,造纸工业中纸浆的内施胶剂等,也可以与其它乳液产品进行直接共混制备出复合高分子材料;为了进一步提高松香和松香酯与高分子乳液的复合效果,林明涛等人采用细乳液聚合法,分别制备出基于氢化松香和歧化松香的丙烯酸酯复合细乳液,氢化松香和歧化松香分别被包裹在乳液粒子当中(林明涛等.细乳液聚合制备松香/丙烯酸复合高分子新材料的研究[J]林业科学,2006,42(10):95-100)。刘德峥等用丙烯酸进行核壳乳液聚合法,将松香进行包裹在乳液粒子当中,提高了复合乳液的抗水性、抗冻性和抗蠕变性。(刘德峥改性聚乙酸乙烯酯乳液的研究中国胶粘剂2000年第10卷第4期24~26)
从先前的报导可以看出,对松香及其衍生物的粒子化研究主要分为两种:第一种,采用乳化剂进行乳化后形成粒子;第二种,通过乳液聚合对松香或其衍生物进行包裹和粒子化分散。然而这两种方法都存在不足之处,采用乳化剂对松香或者其衍生物进行粒子化分散处理后,松香或者其衍生物粒子作为小分子助剂与其它高分子材料复合时存在相容性和迁移问题,此外,由于额外乳化剂的存在,会造成复合材料一些性能上的缺陷。而对于采用乳液聚合法包裹的松香或其衍生物,由于松香或其衍生物不能参加聚合反应,包裹在粒子里的松香或松香衍生物的含量受到限制,从目前的报道可以看出,松香或松香衍生物相对于其它单体的质量的含量最高在30%左右。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明提供了一种松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,成品具有较高松香结构单元含量,尺寸均一。
本发明的技术方案为:一种松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,通过以下步骤进行体现:
第一步,以烯类单体为溶剂,将可聚合松香基单体溶解在当中,制成可聚合松香基单体复合溶液;
第二步,将可聚合松香基单体复合溶液加入含有乳化剂的水溶液中,搅拌分散,生成可聚合松香基单体预乳液;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,制备出松香基复合单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂,升温至35~90℃,进行原位聚合1~6小时,制备出松香基复合纳米微球;
所述的可聚合松香基单体为含有乙烯基、丙烯酸酯基或烯丙基的松香基衍生物。
所述的可聚合松香基单体为DAE、DAME、DAB、DAA、DAMA、DAMH、DAH任一,结构式为
所述的烯类单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯中的任意一种。
所述的均质分散处理为采用高速搅拌器或者超声波分散仪对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间5~60秒,间隔30~180秒,全程处理时间1~10分钟。
所述的纳米微球的粒径大小为50~200nm。
所述的可聚合松香基单体与乙烯类单体的质量比为:(1.5~0.01):1。
所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯壬基酚醚,辛基酚聚氧乙烯醚中的任一种。
第二步中乳化剂使用量占可聚合松香基单体复合溶液质量的1~10%;可聚合松香基单体复合溶液用量占含有乳化剂的水溶液质量的15~55%。
所述的水溶性引发剂为过硫酸盐类化合物,双氧水-抗坏氧血酸氧化还原引发剂等,引发剂使用量为相对于单体复合溶液质量的0.1~5%。
所述的过硫酸盐类化合物为过硫酸铵或过硫酸钾。
有益效果:
(1)采用共聚合手段对可聚合松香基单体-乙烯基单体进行复合,实现了松香结构单元与其它功能聚合物分子级别的化学键合。
(2)高纯度的松香基单体为固体,长链结构的可聚合松香基单体的使用有助于提高松香结构单元在乙烯基单体中的溶解性,从而制备出较高松香结构单元含量的复合纳米微球;
(3)长链结构的可聚合松香基单体的使用有利于稳定分散在水相中的纳米微球,使得纳米微球在聚合过程中始终保持稳定性和终产物粒径尺寸均匀性。该复合纳米微球大小均一,粒径大小为50~200nm左右,在胶粘剂、涂料等方面具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例2新型DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
为了更好的实施本发明特举例说明之,但不是对本发明的限制。
实施例1
一种新型松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,制备步骤为:
第一步,以烯类单体为溶剂,将可聚合松香基单体溶解在当中,制成可聚合松香基单体复合溶液。所用的烯类单体为含有丙烯酸酯(如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等),乙烯基酯(如醋酸乙烯酯等),苯乙烯等。可聚合松香基单体与乙烯类单体的质量比为:(1.5~0.01):1;可自由基聚合的松香基单体合成方法参照以下公开专利(CN101215445,CN101492591,CN101265392,CN101066918,CN103232349A)中实施例1中的记载。结构式如下所示:
第二步,将可聚合松香基单体复合溶液加入含有乳化剂的水溶液中,搅拌分散,生成可聚合松香基单体预乳液,乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯壬基酚醚,辛基酚聚氧乙烯醚等,乳化剂使用量为相对于单体复合溶液质量比的0.5~10%,单体复合溶液用量为相对含有乳化剂的水溶液质量比的15~55%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间5~60秒,间隔30~180秒,全程处理时间1~10分钟,制备出松香基复合单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂,升温至35~90℃,进行原位聚合1~6小时,制备出新型松香基复合纳米微球,水溶性引发剂为过硫酸盐类化合物(如过硫酸铵,过硫酸钾等),双氧水-抗坏氧血酸氧化还原引发剂等,引发剂使用量为相对于单体复合溶液质量比的0.1~5%;
实施例2
合成步骤:
第一步,以26.7g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAE)溶解在当中,制成DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAE与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.4g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAE-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,乳化剂使用量为相对于DAE-甲基丙烯酸甲酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAE-甲基丙烯酸甲酯单体单体纳米微球;
第四步,加入水溶性双氧水(1.5g)-抗坏氧血酸(0.4g)氧化还原引发剂,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
实施例3
合成步骤:
第一步,以16.0g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将24.0g可聚合松香基单体(DAE)溶解在当中,制成DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAE与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:1.5:1;
第二步,将DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.4g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAE-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAE-甲基丙烯酸甲酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAE-甲基丙烯酸甲酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性双氧水(1.5g)-抗坏氧血酸(0.4g)氧化还原引发剂,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
实施例4
合成步骤:
第一步,以26.7g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAE)溶解在当中,制成DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAE与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.4g)的水(85g)溶液中,搅拌分散,生成DAE-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAE-甲基丙烯酸甲酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间10秒,间隔30秒,全程处理时间5分钟,制备出DAE-甲基丙烯酸甲酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性双氧水(1.5g)-抗坏氧血酸(0.4g)氧化还原引发剂,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
实施例5
合成步骤:
第一步,以26.7g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAE)溶解在当中,制成DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAE与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.4g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAE-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAE-甲基丙烯酸甲酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAE-甲基丙烯酸甲酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂过硫酸铵0.4g,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
实施例6
合成步骤:
第一步,以26.7g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAE)溶解在当中,制成DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAE与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAE-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(1.2g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAE-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAE-甲基丙烯酸甲酯质量比的3%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAE-甲基丙烯酸甲酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂过硫酸铵0.4g,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
实施例7
合成步骤:
第一步,以26.7g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAME)溶解在当中,制成DAME-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAE与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAME-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.4g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAME-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAME-甲基丙烯酸甲酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAME-甲基丙烯酸甲酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂过硫酸铵0.4g,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAME-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
实施例8
合成步骤:
第一步,以26.7g丙烯酸丁酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAME)溶解在当中,制成DAME-丙烯酸丁酯复合溶液。DAE与丙烯酸丁酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAME-丙烯酸丁酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.4g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAME-丙烯酸丁酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAME-丙烯酸丁酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAME-丙烯酸丁酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂过硫酸铵0.4g,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAME-丙烯酸丁酯共聚物纳米微球。
实施例9
合成步骤:
第一步,以26.7g丙烯酸丁酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAME)溶解在当中,制成DAME-丙烯酸丁酯复合溶液,DAE与丙烯酸丁酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAME-丙烯酸丁酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.1g)和聚氧乙烯壬基酚醚(0.3g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAME-丙烯酸丁酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAME-丙烯酸丁酯质量比的4%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAME-丙烯酸丁酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂过硫酸铵0.4g,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAME-丙烯酸丁酯共聚物纳米微球。
实施例10
合成步骤:
第一步,以26.7g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAB)溶解在当中,制成DAB-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAB与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAB-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.1g)和聚氧乙烯壬基酚醚(0.3g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAB-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAB-甲基丙烯酸甲酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAB-甲基丙烯酸甲酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂过硫酸铵0.4g,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAB-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
实施例11
合成步骤:
第一步,以26.7g甲基丙烯酸甲酯单体为溶剂,将13.3g可聚合松香基单体(DAMH)溶解在当中,制成DAMH-甲基丙烯酸甲酯复合溶液。DAMH与甲基丙烯酸甲酯的质量比为:0.5:1;
第二步,将DAMH-甲基丙烯酸甲酯复合溶液共40.0g加入含有乳化剂十二烷基苯磺酸钠(0.1g)和聚氧乙烯壬基酚醚(0.3g)的水(195g)溶液中,搅拌分散,生成DAMH-甲基丙烯酸甲酯单体预乳液,,乳化剂使用量为相对于DAMH-甲基丙烯酸甲酯质量比的1%;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间20秒,间隔30秒,全程处理时间3分钟,制备出DAMH-甲基丙烯酸甲酯单体纳米微球;
第四步,加入水溶性引发剂过硫酸铵0.4g,升温至85℃,进行原位聚合3小时,制备出新型DAMH-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球。
谱图分析
图1为实施例2新型DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球扫描电镜(SEM)图,从图1可以看出,DAE-甲基丙烯酸甲酯共聚物纳米微球的粒径在80~90nm之间,大小均一。相比于表1中动态光散射(DLS)测的结果,SEM测得的结果更接近纳米微球的粒径的真实大小,主要由于DLS测试的是纳米微球水力粒径,包括粒子表面上的一层水化层的大小。
附表1不同配方的新型松香基复合纳米聚合物微球的性能
配方 松香基单体 固含量/% 粘度/mPa.s 粒径a(nm)
实施例2 DAE 19.8 51 131
实施例3 DAE 20.1 48 193
实施例4 DAE 49.5 150 152
实施例5 DAE 19.6 55 128
实施例6 DAE 20.0 61 113
实施例7 DAME 20.3 45 136
实施例8 DAME 20.1 42 142
实施例9 DAME 20.2 43 158
实施例10 DAB 19.3 41 125
实施例11 DAMH 19.5 48 121
a通过动态光散射法(DLS)测试。

Claims (7)

1.一种松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,其特征在于,通过以下步骤进行体现:
第一步,以烯类单体为溶剂,将可聚合松香基单体溶解在当中,制成可聚合松香基单体复合溶液;所述的可聚合松香基单体与烯类单体的质量比为:(1.5~0.01):1;
第二步,将可聚合松香基单体复合溶液加入含有乳化剂的水溶液中,搅拌分散,生成可聚合松香基单体预乳液;
第三步,通过对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,制备出松香基复合单体纳米微球,所述的均质分散处理为采用高速搅拌器或者超声波分散仪对可聚合松香基单体预乳液进行均质分散处理,处理时间5~60秒,间隔30~180秒,全程处理时间1~10分钟;
第四步,加入水溶性引发剂,升温至35~90℃,进行原位聚合1~6小时,制备出松香基复合纳米微球;
所述的可聚合松香基单体为DAE、DAME、DAB、DAA、DAMA、DAMH、DAH任一,结构式为
2.根据权利要求1所述的松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,其特征在于,所述的烯类单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,其特征在于,所述的纳米微球的粒径大小为50~200nm。
4.根据权利要求1所述的松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,其特征在于,所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯壬基酚醚,辛基酚聚氧乙烯醚中的任一种。
5.根据权利要求1所述的松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,其特征在于,第二步中乳化剂使用量占可聚合松香基单体复合溶液质量的1~10%;可聚合松香基单体复合溶液用量占含有乳化剂的水溶液质量的15~55%。
6.根据权利要求1所述的松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,其特征在于,所述的水溶性引发剂为过硫酸盐类化合物,双氧水-抗坏氧血酸氧化还原引发剂,引发剂使用量为相对于单体复合溶液质量的0.1~5%。
7.根据权利要求6所述的松香基复合纳米聚合物微球的制备方法,其特征在于,所述的过硫酸盐类化合物为过硫酸铵或过硫酸钾。
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