高固含、低粘度丙烯酸乳液压敏胶工业化生产中粘度控制讨论

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1、高固含、低粘度丙烯酸乳液压敏胶工业化生产中粘度控制讨论刘奕储福祥赵临五林明涛(中国林科院南京林化所南京市210042)　摘要：对高固含、低粘度丙烯酸乳液压敏胶工业化生产过程中粘度控制及成品贮存稳定性进行了讨论与观察。关键词：高固含、PSA乳液前言通过在乳液聚合反应过程中补加乳化剂以形成多次成核反应，使乳液粒子粒径分布多元分散化，可以达到制备高固含、低粘度稳定的聚合物乳液的目的。运用此方法，我们成功研制并生产出固含量分别为65％、70％，粘度在300--1000rnPa．s范围之内的丙烯酸乳液压敏胶。并就聚合理论及其在玻纤网格不干胶带上的应用情况进行了相应报

2、导。在理论研究及应用研究基础上，本文就高固含、低粘度丙烯酸乳液压敏胶在生产过程中粘度控制及产品贮存稳定性进行观察与讨论。一、高固含、低粘度乳液工业化生产中粘度控制问题的提出1、一次成核乳液聚合法普通的固含量在55％以下的聚合物乳液合成法，就其本质来说是一次成核乳液聚合法。一般地都是先进行种子聚合，然后进行后续聚合。聚合过程中粘度随聚合时间变化的关系为单调上升曲线。其具代表性的变化关系见图1。　　当反应条件、配方拟定后，乳液粘度(η)随反应时间(T)增加而增加，到反应结束后，稳定在所设计的粘度范围。因此，普通低固含量乳液工业化生产中只要依据反应设备条件设计好

3、该套设备所能实现的最终粘度即可保证工业化生产顺利进行。2、二次成核乳液聚合法在聚合反应过程中，适当时机补加一次乳化剂，进行二次成核的乳液聚合方法是一种有效的高固含乳液聚合法。整个聚合反应过程中粘度随反应时间变化关系见图2。从图2中可见在二次成核高固含乳液聚合方法中，整个聚合反应过程中粘度随反应时间变化关系图线不是一条平滑的单调上升曲线。在补加乳化剂时曲线上出现突变点。乳液粘度在此时突然急剧上升。在我们的实验记录中，粘度在此时的前后变化从几倍到几十倍，甚至上百倍都曾出现过。造成二次成核高固含乳液聚合方法中，n～T变化曲线呈锯齿状，主要有以下三种原因造成：①乳

4、液聚合中所采用乳化剂体系通常是阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂复配体系，其pH往往偏碱性。而通常的乳液聚合物配方中大多含有丙烯酸或甲基丙烯酸，它们常常使聚合物乳液呈酸性。当补加二次成核乳化剂时，相当于用氨水或稀碱溶液对聚合物乳液进行增稠。使乳液体系粘度急剧上升。而整个过程的本质是聚合物粒子表面的－COOH基团被中和带负电后，电荷同性相斥，使分子链扩张，导致聚合物乳液粒子水冶双电层厚度增加，增加了体系总的粒子体积分数及表面积分数，从而造成粘度上升。(2)当二次成核乳化剂补加入乳液体系时，使乳液体系中粒子表面的乳化剂覆盖率及带电荷总量增加。同样，导致乳液粒子水合

5、双电层厚度增加，造成粘度上升。⑧二次成核乳化剂加入后，除覆盖已经形成的乳液粒子表面外，其它的则在乳液体系中形成胶束，作为进一步成核中心使用。从而造成瞬间生产无数微小乳液粒子，同样，使体系总的粒子体积分数及表面积分数增加，使粘度上升。至于上述使乳液体系粘度在二次成核乳化剂急剧上升的过程中，何种起主要作用，这要由具体配方决定。不过可以肯定的是粘度的上升是上述三种原因的相互作用与平衡的结果，这可以在今后的工作中深入研究。二次成核乳化剂补加后，随着反应的继续，粘度将下降，至反应结束后达到配方设计的粘度范围。这种粘度下降主要有二种原因：①后续聚合中滴加入未反应原料带

6、酸性，体系形成了自增稠反过程。使乳液粒子双电层厚度削薄，体系粘度下降。②二次成核形成的乳液粒子，随着反应继续进行不断长大，二次成核补加的乳化剂在老粒子与新粒子的表面进行平衡覆盖分布。同样，削薄了水合双电层厚度，使粘度小降。从上述分析看，理论上可以通过二次成核乳液聚合方法合成出理想的高固含、低粘度聚合物乳液。但在实际的工业化生产中，如果不能突破二次成核乳化剂补加后相当长一段时间的高粘度下反应这个瓶颈。高固含聚合过程将在此中产生反应热传递不畅，使生产的成品渣多，影响乳液质量。严重时，造成整釜乳液凝胶，工业生产完全失败。3、三次成核乳液聚合法此种高固含乳液聚合方

7、法是把后续成核乳化剂用量进行拆分，在聚合过程中分二次补加，产生第二次成核及第三次成核。其n粘度与时间变化关系见图3，由于成核乳化剂拆分，在保证使粒子粒径分布多元分散的后续成核作用时，能有效地比二次成核乳液聚合法降低成核时乳化剂补加时粘度增加幅度，使工业化生产顺利进行可能性加大。二、高固含、低粘度乳液工业化生产中粘度控制措施如前面所述，在乳液配方设计中，除了应使乳液的最终粒子粒径分布多元分散合理化，以保证最终产品高固含时低粘度稳定存在外，还应考虑到工业化生产过程中，乳化剂补加时一段时间的高粘度聚合瓶颈。这可以从下面几个方面去解决。1、配方设计中，为使乳化剂补

8、加时乳液自增稠性能降低。可以考虑选择合适的烯酸单体中和度及乳化剂种