高粘度醋酸乙烯_乙烯共聚乳液的研制

收稿日期:2000-03-06

作者简介:董泽明男,1967年4月生,四川省内江市人。1989年毕业于成都科技大学化工系,现为中国石化集团公司四川维尼纶厂化工厂工程师。主要从事醋酸乙烯-乙烯共聚乳液的生产和研究。 地址:重庆市四川维尼纶厂化工厂 邮编:401254 电话:(023)68974124

高粘度醋酸乙烯-乙烯共聚乳液的研制

董泽明

(四川维尼纶厂化工厂,重庆市401254)

摘要 介绍了一种粘度在3300~4500mPa #s 之间的醋酸乙烯-乙烯(V AE)共聚乳液的工艺制备方法。讨论了乳化剂、聚乙烯醇、醋酸乙烯、乙烯、引发剂等对乳液性能的影响。本产品具有粘度高、粘接性强、柔韧性好、耐水性强等特点。

关键词 VAE 乳液 高粘度 乳液聚合

1 前言

醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE )是以醋酸乙烯和乙烯单体为基本原料聚合而成的乳液。由于采用乙烯作为共聚物的内增塑剂,从而大大降低了VAE 乳液的玻璃化温度,增加了VAE 乳液的柔韧性、耐水性、阻燃性(相对聚醋酸乙烯均聚乳液)[1]。80年代末,VAE 乳液进入中国市场,北京有机化工厂、四川维尼纶厂VAE 装置分别于1989年、1991年投产,VAE 乳液以其优越的性能逐渐挤占聚醋酸乙烯乳液市场,产量正以每年5%~10%的速度增长。目前,国内VAE 厂家主要产品粘度均在3300mPa #s 以下,使VAE 的应用领域受到限制。随着VAE 产品应用开发的深入,市场需要一种粘度高,柔韧性、耐水性、阻燃性好的胶粘剂,主要用于木材、皮革、汽车装饰、建筑、泡沫/布复合、瓶子标签粘接等领域,该类产品现完全依靠进口。1999年四川维尼纶厂研制出粘度在3300~4500mPa #s 范围的高粘度VAE 产品CW40-716,满足了市场需求。2 生产实验部分

211 生产实验原料及配比

原料名称 规 格 质量份醋酸乙烯(VAc)

聚合级

45~55

乙烯聚合级10~14聚乙烯醇(PVA) 1788、1797、0588 2~3.5

碳酸氢钠(NaHCO 3) 工业品 0.1~0.2乳化剂

工业品0.1~0.2杀菌剂工业品0.2~0.3还原剂工业品0.1~0.2引发剂工业品

0.2~0.4纯水 适量合计

100

212 生产工艺

工艺流程见图1

。

图1 工艺流程简图

11VAc 单体槽 21表面活性剂槽 31引发剂槽41反应器 51换热器 61脱泡槽 71循环泵

(1)表面活性剂的配制

在槽2中加入适量纯水、PVA 、还原剂、乳化

新产品#新工艺

第21卷第4期

剂等,于室温下搅拌数分钟,然后升温至80~90e,充分溶解后待用。

(2)引发剂的配制

在槽3中加入适量纯水、引发剂等,搅拌数分钟配制成质量分数为115%~210%的引发剂溶液,待用。

(3)投料生产

先将槽2中的表面活性剂泵入反应器中,启动循环泵7,再从槽1泵入适量初始单体VAc,并用乙烯升压到规定压力,通过循环水控温使反应器内温度保持在50~60e,然后按一定速率开始加入初始引发剂,使物料在氧化-还原体系下进行乳液聚合反应。初始引发剂加入几分钟后,开始加入单体,反应温度通过调节引发剂加入量控制在75~85e,压力控制在518~6.2M Pa,反应热量由循环水系统撤热排出。当单体加完,且引发剂加入量增大而反应温度不再升高时,反应进入整理期。此时,大量加入引发剂,以降低残留单体VAc。数分钟后反应结束,物料靠余压卸到槽6中,然后经过滤、冷却即制成高粘度VAE产品。213性能指标

固含量/%\5415

粘度(25e)/mPa#s3300~4500

乙烯质量分数/%14~18

残存VAc质量分数/%[110

粒度/L m0.2~2.0

最低成膜温度/e-3

pH值 4.0~6.5

3结果与讨论

311乳化剂用量的确定

一般来说,乳液聚合时,乳化剂用量越多,聚合反应越快,乳胶粒径越小,乳液的稳定性也越好[2]。但乳化剂加入过多,产品的附着力、耐水性、耐擦洗性、着色性将下降;用量太少,则聚合速度变慢,乳液稳定性变差[3]。对于VAE乳液聚合反应来说,反应的主要单体是VAc,而VAc单体与其他聚合单体如苯乙烯、丁二烯等相比,具有较好的水溶性,且自由基活性很高,因而,在聚合反应中,保护胶体PVA的加入量比乳化剂的加入量更大,乳液的稳定性主要依赖保护胶体PVA的作用,而乳化剂的作用则是辅助性的。

312PVA对乳液性能的影响

PVA在乳液聚合中,既作分散剂,又作保护胶体,而且还起调粘作用。一般来说,VAE乳液的粘度随PVA用量和聚合度的增加而增加,在固含量一定的情况下,乳液的粘度主要通过调整不同聚合度PVA的比率来实现。从生产实际中得知,对高粘度VAE而言,同一品种的PVA,支化度高、醋酸根嵌段分布好,生产的VAE乳液粘度稳定性好。

313引发剂对乳液性能的影响

初始引发剂用量越多,乳液粘度越高。这是因为初始引发剂用量越大,生成的自由基越多,乳液在成核期的反应速度加快,生成的乳胶粒增多,粒度分布变窄,粘度从而增大。实际操作中应严格控制反应第1阶段的温度,稳定第1阶段初始引发剂的加入量,使成核均匀,颗粒细小,粒度分布均匀。初始引发剂加入过多,聚合速度过快,反应产生的热量不能及时排出,将使乳液第1阶段反应出现飞温、超压现象,严重时产生暴聚。314乙烯对乳液性能的影响

聚合反应压力由乙烯压力来控制,乙烯压力越高,溶于水相之中的乙烯浓度越高[4],参与聚合的乙烯增多,乳液固含量也增高,乳液越柔软。315VAc对乳液性能的影响

VAc聚合量越多,乳液固含量越高,粘度也越高。同时,VAc与乙烯共聚也改善了乳胶性能,降低了乳液的T g。另外,乳液聚合要求VAc 的活性度(发泡时间)[12min,VAc的发泡时间越长,其活性越差,使初始反应诱导期增长。由于初始引发剂是定速加入的,初始反应时间延长,初始引发剂积累增多,一旦开始反应,反应温度将失控。

4结论

(1)对VAE乳液稳定性来说,保护胶体PVA的作用是主要的,而乳化剂的作用则是辅助性的。在VAE乳液聚合中,PVA既起分散保护作用,又起调粘作用。

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