CN112480437B - 一种大粒径高固含量丁苯胶乳的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种大粒径高固含量丁苯胶乳的制备方法，属于精细化工领域，是将丁苯橡胶在20～80℃温度范围内溶解在溶剂中形成橡胶液。然后向橡胶液中加入乳化剂水溶液，开启搅拌电机50～500rpm转速混合均匀，混合时间在3～20min。混合均匀后，将电机调速至1000～2000rpm，橡胶液和乳化剂溶液在搅拌桨的高速剪切下粘度逐渐提高，最终形成油包水结构(W/O),此时向体系中加入50～100份的水，在高速搅拌作用下，由于体系中水含量的增加体系会从油包水结构过渡到水包油结构(O/W),最终丁苯乳液形成。此种方法高效、快捷、生产方便，可用于工业化生产。所得丁苯乳液粒径为548nm以上，固含量为53％以上。

Description

一种大粒径高固含量丁苯胶乳的制备方法
技术领域
本发明属于精细化工领域，具体涉及一种大粒径丁苯胶乳的制备方法。
背景技术
丁苯胶乳是苯乙烯与丁二烯共聚物的胶乳，其广泛应用于造纸、粘结剂、合成橡胶以及合成树脂等领域，是化工生产的基本原料。一般而言，丁苯乳液的合成是依靠自由基乳液聚合技术，直接通过自由基引发在乳化剂的作用下合成丁苯乳液。丁苯乳液的合成可以分为高温法和低温法。其中高温法合成胶乳主要特点是乳胶粒子内部存在部分交联，主要应用于造纸和合成树脂领域。而低温法合成的丁苯胶乳其乳胶粒子内部的交联度很低，可以作为合成橡胶使用。目前关于丁苯胶乳及其相关衍生物的合成方法如丁二烯胶乳、丁氰胶乳、异戊二烯胶乳等都是由乳液聚合技术直接合成而成，此方面技术已有大量报道。如专利CN110903440A报道了一种细粒径丁苯胶乳的制备方法，是在60-90℃条件下通过引入羧基单体、硅烷偶联剂等物质一步法制备出粒径在80-110nm之间的丁苯胶乳，此种胶乳可以应用在造纸等领域，可以提高纸张白度和光泽度。CN108285513报道了一种丁苯胶乳及其制备方法，其采用油溶性氧化还原体系异丙苯过氧化氢—四乙烯五胺或叔丁基过氧化氢—四乙烯五胺作为引发体系引发在低温条件下制备具有互穿网络结构的丁苯胶乳，此种胶乳可以用于改性沥青，其粒径尺寸在100nm左右。对于双烯烃单体乳液聚合而言，其直接用乳液聚合方法合成的胶乳粒径尺寸一般在80～200nm之间，很难用一步法制备出粒径尺寸超过300nm的胶乳。大粒径胶乳的合成主要是依靠附聚技术，比如已经工业化的压力附聚法、醋酸附聚法、附聚剂附聚法等，此类方法的特点是首先合成小粒径丁苯胶乳，然后用过物理或化学方法破坏其胶乳稳定性，使胶乳自身发生聚并，进而形成粒子簇，达到增大粒径的目的。此类方法尽管实现了大粒径胶乳的制备，但制备的胶乳稳定性一般，且胶乳自身固含量比较低，一般都在30%左右，这严重限制了胶乳的诸多使用领域，因此如何开发一种简单有效的制备大粒径胶乳的方法备受学术界和工业界的关注。
发明内容
本发明采用一种后乳化的方法来制备大粒径丁苯胶乳，是将丁苯橡胶进行二次乳化，通过控制乳化过程中的剪切强度乳化剂含量等参数来控制胶乳的最终粒径，最终可以制备出亚微米至微米级别的大粒径丁苯胶乳，此丁苯胶乳可以应用合成树脂（如ABS树脂）等领域。其具体步骤如下：
以质量份数计算，将50～100份的丁苯橡胶在20～80℃温度范围内溶解在50～100份溶剂中形成橡胶液。然后向橡胶液中加入5～40份、浓度10%的乳化剂水溶液，开启搅拌电机50～500rpm转速混合均匀，混合时间在3～20min。混合均匀后，将电机调速至1000～2000rpm，橡胶液和乳化剂溶液在搅拌桨的高速剪切下粘度逐渐提高，最终形成油包水结构（W/O），此时体系粘度达到最大值。此时向体系中加入50～100份的水，在高速搅拌作用下，由于体系中水含量的增加体系会从油包水结构过渡到水包油结构（O/W），最终丁苯乳液形成。此时的丁苯乳液中会存在部分溶液，溶剂的去除方法是将所获得的丁苯乳液在-0.1Mpa压力，50～100℃条件下脱溶剂，时间在20～60min。脱溶剂后即可得到大粒径丁苯乳液。
本发明中溶解橡胶所使用的溶剂为环己烷、甲苯、二甲苯、苯、丙酮中的一种或几种混合。
本发明中所使用的乳化剂为歧化松香酸钾皂、蓖麻油酸钾皂、脂肪酸钾皂、油酸钾皂、十二烷基硫酸钠、烷基萘磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种混合。
本发明的有益之处在于可以简单高效地制备大粒径丁苯胶乳，且制备出的丁苯胶乳固含量高，稳定性好，所得丁苯乳液粒径为548nm以上，固含量为53%以上。
附图说明
图1为实施例1制备的最终丁苯乳液粒径分布图。
图2为实施例2制备的最终丁苯乳液粒径分布图。
图3为实施例3制备的最终丁苯乳液粒径分布图。
图4为实施例4制备的最终丁苯乳液粒径分布图。
具体实施方式
下面实施例可以更好地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1：
将50g的丁苯橡胶在60℃温度范围内溶解在100g环己烷中形成橡胶液。然后向橡胶液中加入15g浓度为10%的歧化松香酸钾乳化剂水溶液，开启搅拌电机100 rpm转速混合均匀，混合时间在10min。混合均匀后，将电机调速至1200rpm，橡胶液和乳化剂溶液在搅拌桨的高速剪切下粘度逐渐提高，最终形成油包水结构（W/O），此时体系粘度达到最大值。此时向体系中加入80g的水，在高速搅拌作用下，由于体系中水含量的增加体系会从油包水结构过渡到水包油结构（O/W），最终丁苯乳液形成。此时的丁苯乳液中会存在部分溶液，溶剂的去除方法是将所获得的丁苯乳液在-0.1Mpa压力，50℃条件下脱溶剂，时间在30min。脱溶剂后即可得到大粒径丁苯乳液，测试其最终丁苯乳液粒径为1607nm，固含量为54%。所得丁苯胶乳粒径分布见附图1。
实施例2：
将50g的丁苯橡胶在60℃温度范围内溶解在50g环己烷和50g苯中形成橡胶液。然后向橡胶液中加入10g浓度为10%的歧化松香酸钾皂和10浓度为10%的蓖麻油酸钾乳化剂水溶液，开启搅拌电机100 rpm转速混合均匀，混合时间在15min。混合均匀后，将电机调速至1200rpm，橡胶液和乳化剂溶液在搅拌桨的高速剪切下粘度逐渐提高，最终形成油包水结构（W/O），此时体系粘度达到最大值。此时向体系中加入50g的水，在高速搅拌作用下，由于体系中水含量的增加体系会从油包水结构过渡到水包油结构（O/W），最终丁苯乳液形成。此时的丁苯乳液中会存在部分溶液，溶剂的去除方法是将所获得的丁苯乳液在-0.1Mpa压力，50℃条件下脱溶剂，时间在30min。脱溶剂后即可得到大粒径丁苯乳液，测试其最终丁苯乳液粒径为548nm，固含量为57%。所得丁苯胶乳粒径分布见附图2。
实施例3：
将40g的丁苯橡胶在50℃温度范围内溶解在40g甲苯和50g二甲苯中形成橡胶液。然后向橡胶液中加入20g浓度为10%的油酸钾皂和2g烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）乳化剂水溶液，开启搅拌电机130rpm转速混合均匀，混合时间在15min。混合均匀后，将电机调速至1500rpm，橡胶液和乳化剂溶液在搅拌桨的高速剪切下粘度逐渐提高，最终形成油包水结构（W/O），此时体系粘度达到最大值。此时向体系中加入60g的水，在高速搅拌作用下，由于体系中水含量的增加体系会从油包水结构过渡到水包油结构（O/W），最终丁苯乳液形成。此时的丁苯乳液中会存在部分溶液，溶剂的去除方法是将所获得的丁苯乳液在-0.1Mpa压力，70℃条件下脱溶剂，时间在30min。脱溶剂后即可得到大粒径丁苯乳液，测试其最终丁苯乳液粒径为2038nm，固含量为59%。所得丁苯胶乳粒径分布见附图3。
实施例4：
将50g的丁苯橡胶在60℃温度范围内溶解在40g甲苯和50g二甲苯和10g丙酮中形成橡胶液。然后向橡胶液中加入2g烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、1g十二烷基苯磺盐和15g浓度为10%的蓖麻油酸钾乳化剂水溶液，开启搅拌电机200rpm转速混合均匀，混合时间在5min。混合均匀后，将电机调速至1500rpm，橡胶液和乳化剂溶液在搅拌桨的高速剪切下粘度逐渐提高，最终形成油包水结构（W/O），此时体系粘度达到最大值。此时向体系中加入80g的水，在高速搅拌作用下，由于体系中水含量的增加体系会从油包水结构过渡到水包油结构（O/W），最终丁苯乳液形成。此时的丁苯乳液中会存在部分溶液，溶剂的去除方法是将所获得的丁苯乳液在-0.1Mpa压力，70℃条件下脱溶剂，时间在30min。脱溶剂后即可得到大粒径丁苯乳液，测试其最终丁苯乳液粒径为858nm，固含量为53%。所得丁苯胶乳粒径分布见附图4。

Claims (3)

1.一种大粒径高固含量丁苯胶乳的制备方法，其步骤如下：
以质量份数计算，将50～100份的丁苯橡胶在20～80℃温度范围内溶解在50～100份溶剂中形成橡胶液；然后向橡胶液中加入5～40份、浓度10%的乳化剂水溶液，开启搅拌电机50～500rpm转速混合均匀，混合时间在3～20min；混合均匀后，将电机调速至1000～2000rpm，橡胶液和乳化剂溶液在搅拌桨的高速剪切下粘度逐渐提高，最终形成油包水结构；向体系中加入50～100份的水，在高速搅拌作用下，由于体系中水含量的增加体系会从油包水结构过渡到水包油结构，最终丁苯乳液形成；将所获得的丁苯乳液在-0.1Mpa压力，50～100℃条件下脱溶剂，时间在20～60min；脱溶剂后即可得到大粒径丁苯乳液。
2.如权利要求1所述的大粒径高固含量丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：溶剂为环己烷、甲苯、二甲苯、苯、丙酮中的一种或几种混合。
3.如权利要求1所述的大粒径高固含量丁苯胶乳的制备方法，其特征在于：乳化剂为：歧化松香酸钾皂、蓖麻油酸钾皂、脂肪酸钾皂、油酸钾皂、十二烷基硫酸钠、烷基萘磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种混合。
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