CN112646086B - 一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备和应用 - Google Patents

一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备和应用，所述聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂包括如下重量份的原料：丙烯酸酯单体80‑90重量份、聚丙二醇7.75‑20重量份、丙烯酸2‑8重量份、催化剂0.2‑1重量份、引发剂0.05‑0.2重量份。本发明的技术方案制备过程简单，具有较好的稳定性，在聚丙烯酸酯泡棉制品生产中与聚醚型有机硅匀泡剂具有良好的相容性，能得到泡孔均匀、闭孔率高的聚丙烯酸酯泡棉制品。

Description

一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备和应用。
背景技术
匀泡剂，又称泡沫稳定剂，是泡棉材料中必不可少的助剂。其作用是在发泡过程中使各原料均匀混合，降低体系表面张力以促进成核并起到支撑泡沫体避免其塌落、孔粗、开裂等不良现象的发生。
目前尚无专用于聚丙烯酸酯的匀泡剂，而市售和研究最多的聚硅氧烷类匀泡剂，是由性能差别很大的亲水性聚醚链段和疏水性聚硅氧烷链段，通过化学键连接而成。但是这类聚醚型有机硅匀泡剂都是聚氨酯匀泡剂与聚丙烯酸酯的相容性很差。
发明内容
本发明的实施例提供一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备和应用，用于解决聚丙烯酸酯材料与聚醚型有机硅匀泡剂相容性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：
一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂，包括如下重量份的原料：
丙烯酸酯单体80-90重量份、聚丙二醇7.75-20重量份、丙烯酸2-8重量份、催化剂0.2-1重量份、引发剂0.05-0.2重量份。
可选的，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或两种复配而成。
可选的，所述催化剂为对甲苯磺酸或二甲苯磺酸的一种或两种复配而成。
可选的，所述聚丙二醇的相对分子质量为400-2000。
可选的，所述引发剂为0.1重量份。
本发明的实施例还提供一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备，包括如下步骤：
S1：制备聚醚前驱体：将聚丙二醇与丙烯酸反应1-3h；
S2：制备聚醚改性聚丙烯酸酯：将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h。
可选的，步骤S1，所述将聚丙二醇与丙烯酸反应1-3h，包括：
所述将聚丙二醇与丙烯酸在催化剂的作用下，于55-72℃反应1-3h。
可选的，步骤S2，所述将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h，包括：
将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中，于60-80℃反应4-5h后，静置分离二甲苯相溶液。
可选的，步骤S2，所述将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h，还包括：
静置分离二甲苯相溶液后，真空干燥。
本发明的实施例还提供一种根据上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂酯的应用，以聚醚改性聚丙烯酸酯为基体，添加聚醚型有机硅匀泡剂制备聚丙烯酸酯泡棉。
本发明的实施例，具有如下技术效果：
本发明的上述技术方案，聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂制备过程简单，具有较好的稳定性，在聚丙烯酸酯泡棉制品生产中与聚醚型有机硅匀泡剂具有良好的相容性，能得到泡孔均匀、闭孔率高的丙烯酸酯泡棉制品。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的制备的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂，包括如下重量份的原料：
丙烯酸酯单体80-90重量份、聚丙二醇7.75-20重量份、丙烯酸2-8重量份、催化剂0.2-1重量份、引发剂0.05-0.2重量份。
作为本发明一个优选的实施例，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或两种复配而成。
作为本发明一个优选的实施例，所述催化剂为对甲苯磺酸或二甲苯磺酸的一种或两种复配而成。
作为本发明一个优选的实施例，所述聚丙二醇的相对分子质量为400-2000。
作为本发明一个优选的实施例，所述引发剂为0.1重量份。
本发明的实施例还提供一种聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂酯的制备，包括如下步骤：
S1：制备聚醚前驱体：将聚丙二醇与丙烯酸反应1-3h；
S2：制备聚醚改性聚丙烯酸酯：将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h。
作为本发明一个优选的实施例，步骤S1，所述将聚丙二醇与丙烯酸反应1-3h，包括：
所述将聚丙二醇与丙烯酸在催化剂的作用下，于55-72℃反应1-3h。
作为本发明一个优选的实施例，步骤S2，所述将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h，包括：
将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中，于60-80℃反应4-5h后，静置分离二甲苯相溶液。
作为本发明一个优选的实施例，步骤S2，所述将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h，还包括：
静置分离二甲苯相溶液后，真空干燥。
本发明的上述技术方案，聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂制备过程简单，具有较好的稳定性，在聚丙烯酸酯泡棉制品生产中与聚醚型有机硅匀泡剂具有良好的相容性。
本发明的实施例还提供一种根据上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的应用，以聚醚改性聚丙烯酸酯为基体，添加聚醚型有机硅匀泡剂制备聚丙烯酸酯泡棉。
其中，以聚醚改性聚丙烯酸酯为基体，添加聚醚型有机硅匀泡剂通过物理或化学发泡制备聚丙烯酸酯泡棉。
具体的，本发明的上述技术方案可以通过如下实施方式实现：
实施例1
丙烯酸酯单体80重量份、聚丙二醇15重量份、丙烯酸4重量份、催化剂0.8重量份、引发剂0.2重量份；其中，催化剂以对甲苯磺酸为例，引发剂以偶氮二异丁腈为例，丙烯酸酯单体以甲基丙烯酸甲酯为例，其中聚丙二醇的分子量为400。
制备聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂，如图1所示：
S1：在装有搅拌器、温度计和通氮气装置的三口瓶中，将上述重量份的聚丙二醇、对甲苯磺酸，以及7.5重量份的丙烯酸于55℃搅拌反应2h，制得含有双键的聚醚前驱体-聚丙二醇二丙烯酸酯；
S2：在氮气保护下，添加150重量份二甲苯并升温至60℃，将上述重量份的甲基丙烯酸甲酯、聚醚前驱体、偶氮二异丁腈溶解在二甲苯溶剂中，溶液溶度25-40wt％，于60-80℃搅拌反应保温反应5h，静置分离二甲苯相溶液，真空干燥即得聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂。
制备聚丙烯酸酯泡棉：
1)将上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂与聚甲基丙烯酸甲酯按质量比1:1混合，再与OFX-0910型匀泡剂按100：1的质量比混合均匀，使用微型挤出机挤出切料，机头温度为200℃，螺杆转速为100r/min，制得共混物样品。
2)将共混物样品放入高压反应釜中，向反应釜内注入二氧化碳，在100℃、20MPa下经过4h后，打开泄压阀门快速卸压，即可得到聚丙烯酸酯泡棉，放置24h后对其进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
实施例2
丙烯酸酯单体90重量份、聚丙二醇7.75重量份、丙烯酸2重量份、催化剂0.2重量份、引发剂0.05重量份；其中，催化剂以对二甲苯磺酸为例，引发剂以过氧化二苯甲酰为例，丙烯酸酯单体以甲基丙烯酸正丁酯为例，其中所述聚丙二醇的分子量为1000。
制备聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂：
S1：在装有搅拌器、温度计和通氮气装置的三口瓶中，将上述重量份的聚丙二醇、对二甲苯磺酸酸，以及8.4重量份的丙烯酸于60℃搅拌反应1h，制得含有双键的聚醚前驱体-聚丙二醇二丙烯酸酯；
S2：在氮气保护下，添加168.8重量份二甲苯并升温至60℃，将上述重量份的甲基丙烯酸正丁酯、聚醚前驱体、过氧化二苯甲酰溶解在二甲苯溶剂中，溶液溶度25-40wt％，于60-80℃搅拌反应保温反应4h，静置分离二甲苯相溶液，真空干燥即得聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂。
制备聚丙烯酸酯泡棉：
1)将上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂与聚甲基丙烯酸甲酯按质量比1:1混合，再与OFX-0913型匀泡剂按100：1的质量比混合均匀，使用微型挤出机挤出切料，机头温度为200℃，螺杆转速为100r/min，制得共混物样品。
2)将共混物样品放入高压反应釜中，向反应釜内注入二氧化碳，在100℃、20MPa下经过4h后，打开泄压阀门快速卸压，即可得到聚丙烯酸酯泡棉，放置24h后对其进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
实施例3
丙烯酸酯单体85重量份、聚丙二醇10重量份、丙烯酸4重量份、催化剂0.9重量份、引发剂0.1重量份；其中，催化剂以对甲苯磺酸为例，引发剂以偶氮二异丁腈为例，丙烯酸酯单体以甲基丙烯酸甲酯为例，其中聚丙二醇的分子量为2000。
制备聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂：
S1：在装有搅拌器、温度计和通氮气装置的三口瓶中，将上述重量份的聚丙二醇、对甲苯磺酸，以及8重量份的丙烯酸于72℃搅拌反应1h，制得含有双键的聚醚前驱体-聚丙二醇二丙烯酸酯；
S2：在氮气保护下，添加160重量份二甲苯并升温至60℃，将上述重量份的甲基丙烯酸甲酯、聚醚前驱体、偶氮二异丁腈溶解在二甲苯溶剂中，溶液溶度25-40wt％，于60-80℃搅拌反应保温反应4h，静置分离二甲苯相溶液，真空干燥即得聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂。
制备聚丙烯酸酯泡棉：
1)将上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂与聚甲基丙烯酸甲酯按质量比1:1混合，再与OFX-0910型匀泡剂按100：1的质量比混合均匀，使用微型挤出机挤出切料，机头温度为200℃，螺杆转速为100r/min，制得共混物样品。
2)将共混物样品放入高压反应釜中，向反应釜内注入二氧化碳，在100℃、20MPa下经过4h后，打开泄压阀门快速卸压，即可得到聚丙烯酸酯泡棉，放置24h后对其进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
实施例4
丙烯酸酯单体80重量份、聚丙二醇15重量份、丙烯酸4.5重量份、催化剂0.3重量份、引发剂0.2重量份；其中，催化剂以对甲苯磺酸为例，引发剂以偶氮二异丁腈为例，丙烯酸酯单体以甲基丙烯酸甲酯为例，其中所述聚丙二醇的分子量为1000。
制备聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂：
S1：在装有搅拌器、温度计和通氮气装置的三口瓶中，将上述重量份的聚丙二醇、对甲苯磺酸，以及8.4重量份的丙烯酸于60℃搅拌反应3h，制得含有双键的聚醚前驱体-聚丙二醇二丙烯酸酯；
S2：在氮气保护下，添加168.8重量份二甲苯并升温至60℃，将上述重量份的甲基丙烯酸甲酯、聚醚前驱体、偶氮二异丁腈溶解在二甲苯溶剂中，溶液溶度25-40wt％，于60-80℃搅拌反应保温反应4.5h，静置分离二甲苯相溶液，真空干燥即得聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂。
制备聚丙烯酸酯泡棉：
1)将上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂与聚甲基丙烯酸甲酯按质量比1:1混合，再与OFX-0910型匀泡剂按100：1的质量比混合均匀，使用微型挤出机挤出切料，机头温度为200℃，螺杆转速为100r/min，制得共混物样品。
2)将共混物样品放入高压反应釜中，向反应釜内注入二氧化碳，在100℃、20MPa下经过4h后，打开泄压阀门快速卸压，即可得到聚丙烯酸酯泡棉，放置24h后对其进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
实施例5
丙烯酸酯单体88重量份、聚丙二醇8重量份、丙烯酸3重量份、催化剂0.9重量份、引发剂0.1重量份；其中，催化剂以对甲苯磺酸为例，引发剂以偶氮二异丁腈为例，丙烯酸酯单体以甲基丙烯酸甲酯为例，其中所述聚丙二醇的分子量为1000。
制备聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂：
S1：在装有搅拌器、温度计和通氮气装置的三口瓶中，将上述重量份的聚丙二醇、对甲苯磺酸，以及8.3重量份的丙烯酸于60℃搅拌反应1h，制得含有双键的聚醚前驱体-聚丙二醇二丙烯酸酯；
S2：在氮气保护下，添加165重量份二甲苯并升温至60℃，将上述重量份的甲基丙烯酸甲酯、聚醚前驱体、偶氮二异丁腈溶解在二甲苯溶剂中，溶液溶度25-40wt％，于60-80℃搅拌反应保温反应4h，静置分离二甲苯相溶液，真空干燥即得聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂。
制备聚丙烯酸酯泡棉：
1)将上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂与聚甲基丙烯酸甲酯按质量比1:1混合，再与OFX-0910型匀泡剂按100：1的质量比混合均匀，使用微型挤出机挤出切料，机头温度为200℃，螺杆转速为100r/min，制得共混物样品。
2)将共混物样品放入高压反应釜中，向反应釜内注入二氧化碳，在100℃、20MPa下经过4h后，打开泄压阀门快速卸压，即可得到聚丙烯酸酯泡棉，放置24h后对其进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
实施例6
丙烯酸酯单体83重量份、聚丙二醇7.85重量份、丙烯酸8重量份、催化剂1重量份、引发剂0.15重量份；其中，催化剂以对甲苯磺酸为例，引发剂以偶氮二异丁腈为例，丙烯酸酯单体以甲基丙烯酸甲酯为例，其中所述聚丙二醇的分子量为1000。
制备聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂：
S1：在装有搅拌器、温度计和通氮气装置的三口瓶中，将上述重量份的聚丙二醇、对甲苯磺酸，以及7.8重量份的丙烯酸于60℃搅拌反应1h，制得含有双键的聚醚前驱体-聚丙二醇二丙烯酸酯；
S2：在氮气保护下，添加155.6重量份二甲苯并升温至60℃，将上述重量份的甲基丙烯酸甲酯、聚醚前驱体、偶氮二异丁腈溶解在二甲苯溶剂中，溶液溶度25-40wt％，于60-80℃搅拌反应保温反应4h，静置分离二甲苯相溶液，真空干燥即得聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂。
制备聚丙烯酸酯泡棉：
1)将上述制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂与聚甲基丙烯酸甲酯按质量比1:1混合，再与OFX-0910型匀泡剂按100：1的质量比混合均匀，使用微型挤出机挤出切料，机头温度为200℃，螺杆转速为100r/min，制得共混物样品。
2)将共混物样品放入高压反应釜中，向反应釜内注入二氧化碳，在100℃、20MPa下经过4h后，打开泄压阀门快速卸压，即可得到聚丙烯酸酯泡棉，放置24h后对其进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
本发明的上述技术方案，通过在聚丙烯酸酯主链上引入聚醚链段，得到了与聚醚型有机硅匀泡剂相容性良好的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂，聚醚型有机硅匀泡剂在发泡过程中会附着在气泡表面，降低固-气两相的表面张力，根据W＝γ·△A(其中，W为新的气泡核生成所需要的能量，γ为液相的表面张力，△A为表面积的变化)，低的表面张力有利于在相同的混合能量下形成更多的泡核，另外由于相邻两气泡间的压力差与表面张力成正比，表面张力的减小会引起相邻气泡间压力差的降低，从而减弱了气泡合并的趋势，有利于形成均匀细密的泡孔。以本发明的实施例制备的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂为基体进行发泡，配合聚醚型有机硅匀泡剂，能得到泡孔均匀细密的丙烯酸酯泡棉，应用于聚丙烯酸酯泡棉领域。
表1上述实施例中所用到的原料特性
Figure BDA0002830254900000091
对比例1
不添加匀泡剂，直接将聚甲基丙烯酸甲酯放入高压反应釜中发泡制得发泡样品。进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
对比例2
添加匀泡剂，但不混合所制聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂，将聚甲基丙烯酸甲酯放入高压反应釜中发泡制得发泡样品。进行各种分析表征，得到泡棉的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率。
以上述实施例1-3为例，将上述实施例所得的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂和聚甲基丙烯酸甲酯1:1挤出共混，添加1wt％的聚醚型匀泡剂，使用超临界二氧化碳发泡，得到发泡样品的密度、平均泡孔直径、泡孔直径分布和闭孔率，并与对比例中未添加匀泡剂或添加匀泡剂但不共混聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂的丙烯酸酯发泡效果对比。
表2所得聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂用于聚甲基丙烯酸甲酯发泡的性能及对比
Figure BDA0002830254900000101
由表2的数据，比较对比例1和对比例2，可以看出聚醚型匀泡剂对聚丙烯酸酯发泡有一定的匀泡效果，但是效果有限，这是聚醚型匀泡剂与聚丙烯酸酯相容性不好导致的。而对比实施例1～3与对比例1～2，共混了聚醚改性聚丙烯酸酯的聚甲基丙烯酸甲酯发泡样品具有较小的平均泡孔直径和较窄泡孔直径分布，且闭孔率提高明显。
因此，本发明的实施例所制得的聚醚改性聚丙烯酸酯专用发泡树脂与聚醚型有机硅匀泡剂有较好的相容性，有效解决了有机硅匀泡剂与聚丙烯酸酯发泡体系相容性差的问题，在聚丙烯酸酯泡棉领域具有良好的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂，其特征在于，包括如下重量份的原料：
丙烯酸酯单体80-90重量份、聚丙二醇7.75-20重量份、丙烯酸2-8重量份、催化剂0.2-1重量份、引发剂0.05-0.2重量份；
所述聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂通过下述步骤制备：
S1：制备聚醚前驱体：将聚丙二醇与丙烯酸在催化剂作用下反应1-3h；
S2：制备聚醚改性聚丙烯酸酯：将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h。
2.根据权利要求1所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂，其特征在于，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或两种复配而成。
3.根据权利要求1所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸或二甲苯磺酸的一种或两种复配而成。
4.根据权利要求1所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂，其特征在于，所述聚丙二醇的相对分子质量为400-2000。
5.根据权利要求1所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂，其特征在于，所述引发剂为0.1重量份。
6.一种根据权利要求1所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：制备聚醚前驱体：将聚丙二醇与丙烯酸反应1-3h；
S2：制备聚醚改性聚丙烯酸酯：将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h。
7.根据权利要求6所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂的制备方法，其特征在于，
步骤S1，所述将聚丙二醇与丙烯酸反应1-3h，包括：
所述将聚丙二醇与丙烯酸在催化剂的作用下，于55-72℃反应1-3h。
8.根据权利要求6所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂的制备方法，其特征在于，
步骤S2，所述将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h，包括：
将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中，于60-80℃反应4-5h后，静置分离二甲苯相溶液。
9.根据权利要求8所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂的制备方法，其特征在于，
步骤S2，所述将丙烯酸酯单体、聚醚前驱体和引发剂于二甲苯溶剂中反应4-5h，还包括：
静置分离二甲苯相溶液后，真空干燥。
10.一种权利要求1-5任意一项所述的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂或者根据权利要求6-9任意一项制备的聚醚改性聚丙烯酸酯发泡树脂的应用，其特征在于，以聚醚改性聚丙烯酸酯为基体，添加聚醚型有机硅匀泡剂制备聚丙烯酸酯泡棉。
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