CN111961424B - 一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶及其制备方法和应用，属于水性压敏胶技术领域。该制备方法以甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、功能性单体、乳化剂、引发剂为主要原料，采用无种子半连续乳液聚合工艺制备而成，工艺流程简单，乳液性能优异、成本低。制备过程中使用的乳化剂，完全不含壬基酚成分；制备得到的产品为符合可持续发展的环保型产品，同时具有固含量高、粘度低、粒径大、粒径分布宽以及凝胶率低等特点，可应用于制备标签、胶带或保护膜等工业领域。

Description

一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水性压敏胶技术领域，具体涉及一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶及其制备方法和应用。
背景技术
丙烯酸酯乳液压敏胶具有制备工艺简单、成本低、安全无毒等优点，作为典型的绿色环保产品，越来越受到市场青睐，被广泛应用于包装、汽车、通信、医疗、建筑等领域。
丙烯酸酯乳液压敏胶由于以水为介质，干燥速度慢，特别是对一些涂胶量大的压敏胶制品，干燥问题尤为突出，因此，在丙烯酸酯乳液压敏胶应用中，需要提高其固含量来解决干燥问题。传统的乳液固含量在30％～50％之间，而高固含量乳液一般指的是固含量在60％以上的聚合物乳液，高固含量乳液较传统乳液而言，突出的优点在于其干燥成膜速度快、运输和储存成本大大降低以及对环境污染小等，这使得高固含量乳液在降低成本和乳液性能方面都具极大的优势，因此，高固含量乳液具有广阔的应用发展前景。
但是，当乳液的固含量超过50％时，乳液聚合过程中，乳液体系的粘度会随着固含量的增加而急剧上升，粘度的提高将导致乳液聚合体系的单体混合、反应传热等出现问题，使乳液聚合无法稳定的进行，出现大量凝聚物，不利于生产，甚至导致实验失败。因此制备高固含量、同时具有低粘度的丙烯酸酯乳液压敏胶一直是国内外研究的热点之一，而且技术难度较大。
目前，合成及制备高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的普遍方法是采用半连续种子乳液聚合工艺，专利CN104371607B中公开了一种高固含量低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶粘剂，虽然所制备的乳液固含量高(≥65％)、粘度低(<800mPa·s)，但是一方面因其使用了含壬基酚的乳化剂，存在危害健康与污染环境等问题；另一方面由于使用了半连续种子乳液聚合工艺，操作步骤繁琐，成本较高。专利CN101676347A公开了一种60％高固含量环保型压敏胶，虽然该压敏胶的生产和使用中均无有毒、有害物质排放，但是未见60％以上更高固含乳液的报道，而且同样使用的是操作复杂的半连续种子乳液聚合工艺。目前还没有专利或者文献报道关于用无种子半连续乳液聚合工艺制备高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，以甲基丙烯酸烷基酯、功能性单体、乳化剂、引发剂为主要原料，采用无种子半连续乳液聚合工艺制备而成，工艺流程简单，乳液性能优异、成本低。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶，制备得到的产品为符合可持续发展的环保型产品，同时具有固含量高、粘度低、粒径大、粒径分布宽以及凝胶率低等特点。本发明要解决的技术问题还有一个在于提供本发明高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶在制备标签、胶带或保护膜中的应用。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，包括以下步骤：
1)搅拌混合去离子水、乳化剂和引发剂，然后滴入甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸烷基酯、功能性单体、链转移剂，持续搅拌得到预乳液；
2)将去离子水、引发剂投入反应釜中，搅拌升温，然后滴加步骤1)获得的预乳液；滴完后保温，保温结束后降温，补加引发剂后，继续反应，然后再冷却至室温，调节产品的pH值为7～9，加入消泡剂和润湿剂，充分搅拌，冷却至室温，过滤出料。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤1)的具体过程为：将25重量份的去离子水、1～3重量份的乳化剂和0.1～0.3重量份的引发剂混合，采用400-800转/分的搅拌速度搅拌均匀，然后缓慢将0～10重量份的烷基碳原子数为1～4的甲基丙烯酸烷基酯、90～100重量份烷基碳原子数为4～10的丙烯酸烷基酯、1～5重量份的功能性单体、0～0.2重量份的链转移剂滴入，搅拌20～30分钟，得到预乳液。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤2)的具体过程为：将24.5～55重量份的去离子水、0.2～0.4重量份的引发剂投入反应釜中，搅拌升温至80～90℃，然后滴加步骤1)制得的预乳液，3～5小时滴完，滴完后保温0.5～1小时，保温结束后降温至65～75℃，搅拌速度为200～300转/分；补加0.1～0.3重量份的引发剂，继续恒温反应1～3小时，然后再冷却至室温，调节产品的pH值为7～9，加入0.05～1重量份的消泡剂和0.1～1重量份的润湿剂，充分搅拌，过滤出料；所述补加的0.1～0.3重量份引发剂用3～4.5重量份的去离子水溶解后再加入。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤1)和步骤2)中的乳化剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、烯丙氧基脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基醚羟丙基磺酸钠或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。上述乳化剂均是不含壬基酚(APEO)的环保型乳化剂。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤1)中的甲基丙烯酸烷基酯为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯或甲基丙烯酸叔丁酯中的一种或两种以上的混合物。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤1)中的丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛脂或丙烯酸2-乙基己酯中的一种或两种以上的混合物。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤1)中的功能性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、N-异丁氧基甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种以上的混合物。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤1)中的链转移剂为正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、巯基乙醇或3-巯基丙酸异辛酯中的一种或两种以上的混合物。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤1)中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、氯化亚铁或甲醛合次硫酸氢钠中的一种或两种以上的混合物。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤2)中的消泡剂为法国罗迪亚DF691、德国巴斯夫WBA、美国陶氏化学DF-105或美国亚什兰DREWPLUS 46000EG中的一种或两种以上的混合物。
所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，步骤2)中的润湿剂为美国氰特OT-75、上海忠诚化工WDF-104H、美国陶氏化学TRITON X-405或美国气体化学Surfynol-485中的一种或两种以上的混合物。
上述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法制备得到的高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶。
上述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶在制备标签、胶带、保护膜中的应用于。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶是采用半连续饥饿态加料工艺、预乳化工艺及无种子乳液聚合工艺制备而成，反应过程中省去种子制备这一中间繁琐环节，使得工艺流程更为简单，乳液成本更低。
(2)本发明制备的丙烯酸酯乳液压敏胶使用特殊的乳化剂，完全不含壬基酚(APEO)成分，属符合可持续发展的环保型产品，同时具有固含量高(>60％)、粘度低(<600mPa·s)、粒径大(300～400nm)、粒径分布宽(PDI>0.1)以及凝胶率低(<0.05％)等特点。
附图说明
图1为实施例5制得的高固含低粘度丙烯酸乳液粒径及粒径分布图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，包括以下步骤：
1)预乳液的制备：将25份去离子水、1份烯丙氧基脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、2份烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、0.3份过硫酸铵混合，采用500转/分的搅拌速度搅拌均匀，然后缓慢将5份甲基丙烯酸甲酯、20份丙烯酸2-乙基己酯、71份丙烯酸丁酯、1.0份甲基丙烯酸、2.0份丙烯酸羟乙酯、1份N-异丁氧基甲基丙烯酰胺、0.1份正十二烷基硫醇滴入，搅拌20～30分钟，得到预乳液；
2)无种子半连续乳液聚合工艺：将55份去离子水、0.4份过硫酸铵投入反应釜中，搅拌速度为270转/分，升温至85℃，然后立即滴加步骤1)制得的预乳液，3.5小时滴完；滴完后，保温1小时，降温到70℃，补加0.1份叔丁基过氧化氢(1.5份水溶解)、0.1份甲醛合次硫酸氢钠(1.5份水溶解)后，继续反应1小时，然后冷却至室温，调节产品的pH值为7，加入0.05份消泡剂WBA和0.1份润湿剂OT-75，充分搅拌，过滤出料，制得高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶。
实施例2
一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，包括以下步骤：
1)预乳液的制备：将25份去离子水、1份烯丙氧基脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、2份烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、0.3份过硫酸铵混合，采用500转/分的搅拌速度搅拌均匀，然后缓慢将10份甲基丙烯酸甲酯、20份丙烯酸2-乙基己酯、66份丙烯酸丁酯、1.0份甲基丙烯酸、2.0份丙烯酸羟乙酯、1份N-异丁氧基甲基丙烯酰胺、0.1份正十二烷基硫醇滴入，搅拌20～30分钟，得到预乳液；
2)无种子半连续乳液聚合工艺：将40份去离子水、0.4份过硫酸铵投入反应釜中，搅拌速度为270转/分，升温至85℃，然后立即滴加步骤1)制得的预乳液，3.5小时滴完；滴完后，保温1小时，再降温到70℃，补加0.1份的叔丁基过氧化氢(1.5份水溶解)、0.1份的甲醛合次硫酸氢钠(1.5份水溶解)后，继续反应1小时，然后冷却至室温，调节产品的pH值为7，加入0.05份消泡剂WBA和0.1份润湿剂OT-75，充分搅拌，过滤出料，制得高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶。
实施例3
一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，包括以下步骤：
1)预乳液的制备：将25份去离子水、1份烯丙氧基脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、2份烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、0.3份过硫酸铵混合，采用500转/分的搅拌速度搅拌均匀，然后缓慢将10份甲基丙烯酸甲酯、15份丙烯酸2-乙基己酯、71份丙烯酸丁酯、1.0份甲基丙烯酸、2.0份丙烯酸羟乙酯、1份N-异丁氧基甲基丙烯酰胺、0.1份正十二烷基硫醇滴入，搅拌20～30分钟，得到预乳液；
2)无种子半连续乳液聚合工艺：将34.5份去离子水、0.4份过硫酸铵投入反应釜中，搅拌速度为270转/分，升温至85℃，然后立即滴加步骤1)制得的预乳液，3.5小时滴完；滴完后，保温1小时，再降温到70℃，补加0.1份的叔丁基过氧化氢(1.5份水溶解)、0.1份的甲醛合次硫酸氢钠(1.5份水溶解)后，继续反应1小时，然后冷却至室温，调节产品的pH值为7，加入0.05份的消泡剂WBA和0.1份的润湿剂OT-75，充分搅拌，过滤出料，制得高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶。
实施例4
一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，包括以下备步骤：
1)预乳液的制备：将25份去离子水、1份烯丙基醚羟丙基磺酸钠、2份烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、0.3份过硫酸铵混合，采用500转/分的搅拌速度搅拌均匀，然后缓慢将5份甲基丙烯酸甲酯、30份丙烯酸2-乙基己酯、61份丙烯酸丁酯、1.0份甲基丙烯酸、2.0份丙烯酸羟乙酯、1份N-异丁氧基甲基丙烯酰胺、0.1份正十二烷基硫醇滴入，搅拌20～30分钟，得到预乳液。
2)无种子半连续乳液聚合工艺：将29.5份去离子水、0.4份过硫酸铵投入反应釜中，搅拌速度为270转/分，升温至85℃，然后立即滴加步骤1)制得的预乳液，3.5小时滴完；滴完后，保温1小时，再降温到70℃，补加0.1份的叔丁基过氧化氢(1.5份水溶解)、0.1份的甲醛合次硫酸氢钠(1.5份水溶解)后，继续反应1小时，然后冷却至室温，调节产品的pH值为7，加入0.05份的消泡剂WBA和0.1份的润湿剂OT-75，充分搅拌，过滤出料，制得高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶。
实施例5
一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，包括以下步骤：
1)预乳液的制备：将25份去离子水、1份烯丙基醚羟丙基磺酸钠、2份烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、0.3份过硫酸铵混合，采用500转/分的搅拌速度搅拌均匀，然后缓慢将5份甲基丙烯酸甲酯、20份丙烯酸2-乙基己酯、71份丙烯酸丁酯、1.0份甲基丙烯酸、2.0份丙烯酸羟乙酯、1份N-异丁氧基甲基丙烯酰胺、0.1份正十二烷基硫醇滴入，搅拌20～30分钟，得到预乳液。
2)无种子半连续乳液聚合工艺：将24.5份去离子水、0.4份过硫酸铵投入反应釜中，搅拌速度为270转/分，升温至85℃，然后立即滴加步骤1)制得的预乳液，3.5小时滴完；滴完后，保温1小时，再降温到70℃，补加0.1份叔丁基过氧化氢(1.5份水溶解)、0.1份甲醛合次硫酸氢钠(1.5份水溶解)后，继续反应1小时，然后冷却至室温，调节产品的pH值为7，加入0.05份消泡剂WBA和0.1份润湿剂OT-75，充分搅拌，过滤出料，制得高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶。
实施例6
采用以下方法对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5制得的高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶进行性能检测：
乳液固含量：按GB/T 11175-2002《合成树脂乳液试验方法》。
乳液粘度：按GB/T 10247-2008《粘度测量方法》。
乳液凝胶率：收集在反应过程中产生的所有凝胶并进行干燥称重，凝胶率按式(1)计算：
Figure BDA0002650373440000061
式中：G，凝胶率，％；m1，凝胶干燥后的质量，g；m2，单体总质量，g。
乳液粒径及分布：将乳液用去离子水稀释至固含1％左右，采用英国Malvern仪器公司生产的型号为NanoS Zetasizer动态光散射仪对乳液的质量强度Z均粒径和粒径分布进行测定。每个样品测试五次取平均值。
以上测试结果见表1。表1结果表明，实施例2至5制备的环保型高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶具有固含量高(>60％)、粘度低(<600mPa·s)以及凝胶率低(<0.05％)等特点；图1为实施例5制得的高固含低粘度丙烯酸乳液粒径及粒径分布图，由图1可知，该环保型高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的粒径大(300～400nm)、粒径分布宽(PDI>0.1)；所以本发明环保型高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶可作为主体成分应用于标签、胶带、保护膜等工业领域。
表1测定结果
固含(％) 粘度(mPa·s) 凝胶率(％) 粒径(nm) 粒径分布PDI
实施例1 55 40 0.003 315 0.131
实施例2 60 95 0.008 325 0.165
实施例3 62 230 0.016 362 0.163
实施例4 64 372 0.032 360 0.184
实施例5 66 595 0.045 325 0.179

Claims (9)

1.一种高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将25重量份的去离子水、1~3重量份的乳化剂和0.1~0.3重量份的引发剂混合，采用400-800转/分的搅拌速度搅拌均匀，然后缓慢将0~10重量份的烷基碳原子数为1~4的甲基丙烯酸烷基酯、90~100重量份烷基碳原子数为4~10的丙烯酸烷基酯、1~5重量份的功能性单体、0~0.2重量份的链转移剂滴入，搅拌20~30分钟，得到预乳液；所述链转移剂为正十二烷基硫醇，甲基丙烯酸烷基酯为甲基丙烯酸甲酯；
2）将24.5~55重量份的去离子水、0.2~0.4重量份的引发剂投入反应釜中，搅拌升温至80~90℃，然后滴加步骤1）制得的预乳液，3~5小时滴完，滴完后保温0.5~1小时，保温结束后降温至65~75℃，搅拌速度为200~300转/分；补加0.1~0.3重量份的引发剂，继续恒温反应1~3小时，然后再冷却至室温，调节产品的pH值为7~9，加入0.05~1重量份的消泡剂和0.1~1重量份的润湿剂，充分搅拌，过滤出料，制得高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶；所述补加的0.1~0.3重量份引发剂用3~4.5重量份的去离子水溶解后再加入；该丙烯酸酯乳液压敏胶的固含>60%，粘度<600mPa•s。
2.根据权利要求1所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，其特征在于，步骤1）和步骤2）中的乳化剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸二钠、烯丙氧基脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基醚羟丙基磺酸钠或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，其特征在于，步骤1）中的丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛脂或丙烯酸2-乙基己酯中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，其特征在于，步骤1）中的功能性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、N-异丁氧基甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，其特征在于，步骤1）中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、氯化亚铁或甲醛合次硫酸氢钠中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，其特征在于，步骤2）中的消泡剂为法国罗迪亚DF691、德国巴斯夫WBA、美国陶氏化学DF-105或美国亚什兰DREWPLUS 46000EG中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法，其特征在于，步骤2）中的润湿剂为美国氰特OT-75、上海忠诚化工WDF-104H、美国陶氏化学TRITON X-405或美国气体化学Surfynol-485中的一种或两种以上的混合物。
8.权利要求1所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶的制备方法制备得到的高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶。
9.权利要求8所述高固含低粘度丙烯酸酯乳液压敏胶在制备标签、胶带、保护膜中的应用。
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