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丙烯酸类树脂是目前国内生产的定型树脂的主要产品,这类定型树脂普遍存在性能差,定位低端的问题,且应用时需要外加增稠剂才能提高定型产品稠度,无法和进口定型树脂形成竞争力,所以研制一种性能优良的水性发用丙烯酸自增稠定型树脂具有极大的经济和社会效益。
本文分别采用溶液聚合法和反相悬浮聚合法合成水性发用丙烯酸自增稠定型树脂,并对两种聚合方法进行了比较。采用溶液聚合法合成水性发用丙烯酸自增稠定型树脂,以丙烯酸(AA)为反应主单体,水为主溶剂,过二硫酸钾和亚硫酸氢钠为氧化还原引发剂,研究引发剂用量及配比、聚合温度和聚合时间、溶剂配比、中和剂的选择及AA中和度、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)用量和改性单体甲基丙烯酸(MA)、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)和丙烯酸丁酯(BA)的用量等反应条件对树脂增稠性能、定型效果、使用手感和颜色稳定性等性能的影响,确立了合成定型树脂的最佳配方:MA、AM、DMAEMA和BA分别占AA质量分数的4%、7%、7%和12%,还原剂与氧化剂摩尔比2.5,氧化剂K2S2O8占单体总质量分数的0.7%,MBA占AA质量的0.08%,溶剂乙醇用量为水的质量的15%,单体浓度为25%;最佳工艺条件:反应温度40℃,单体滴加时间2h,保温时间3.5h,搅拌速率120~150rpm,中和剂为NaOH与二乙醇胺混合物且两者质量比1:2,AA中和度50%。在上述配方和工艺条件下制备的树脂性能:无色透明,水溶性好,使用手感较好,定型效果、梳理性好,基本无白屑,自增稠性能较好,5%固含量水溶液表观粘度达2190mPa.s,单体转化率97.6%。
采用反相悬浮聚合法制备水性发用丙烯酸自增稠定型树脂,以丙烯酸(AA)为反应主单体,甲基丙烯酸(MA)、丙烯酰胺(AM)为改性单体,以环己烷为分散介质,Span60和Span85混合物为分散剂,过二硫酸钾和亚硫酸氢钠混合物为氧化还原引发剂,考察分散剂的组成和用量、油水比、链转移剂、搅拌速率、防粘剂对反应稳定性、产物颗粒平均粒径、水溶性和增稠效果等性能的影响,确立了最佳合成条件:分散剂m(Span60):m(Span85)=2.5:1,用量为AA质量的4.0%,油相和水相的质量比为3.0:1,搅拌速率180rpm,链转移剂甲酸及防粘剂聚乙二醇1000用量分别为AA质量的2.5%、3%。在此条件下产物颗粒均匀无粘结,凝胶率为8.2%,5%固含量水溶液表观粘度为1680mPa.s。
借助GPC、FTIR和DSC对两种聚合方法制备树脂进行表征和对比。GPC分析表明溶液聚合方法所得产物分子量较高,分散度约为2.68,反相悬浮聚合法所得产物分子量较低,分散度约为2.18;两种聚合物的FTIR谱图证实单体都参与了反应,生成多元共聚物;两种聚合物的DSC曲线都只有一个Tg,且理论值与实验设计值基本符合,说明配方设计合理。
用优选的溶液聚合法制备的定性树脂配制成啫喱,对产品进行性能检测,结果显示产品的卷曲保持率、吸潮率和发粘性等指标均能达到或者超过采用同类定型树脂的国内某产品。