一种低玻璃化转变温度的水基胶及其制备方法和应用

1.本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种低玻璃化转变温度的水基胶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.水基胶是由能分散或能溶解于水中的成膜材料制成的胶黏剂，又称为水溶性粘胶剂，以乙酸乙烯酯等在引发剂作用下经过乳液聚合制得的水基白乳胶，广泛应用于木器家具、纸制品、工业制造等，其有使用方便、初粘力好、常温固化、粘结范围广以及生产工艺简单等优点。
3.目前，市场上的水基胶其玻璃化转变温度大多较高(≥5℃)，由于水基胶的玻璃化转变温度与其最低成膜温度有较强的相关性，玻璃化转变温度越高，其最低成膜温度也高，相应的水基胶的成膜速度以及干燥速度也较慢，在生产运作上，对机械的运行以及产品的生产效率均有一定的影响；同时，由于其干燥时间较长，成膜速度较慢，会造成施胶不均匀以及产品外观脏乱等现象，对产品的外观质量造成较大的影响，因而降低水基胶的玻璃化转变温度对提高生产效率、改善产品外观有着重要的意义。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种低玻璃化转变温度的水基胶及其制备方法和应用，本发明的目的在于克服现有水基胶玻璃化转变温度高、干燥速度慢的不足，通过降低水基胶的玻璃化转变温度，提供一种干燥速度快的水基胶，同时本发明制得的水基胶粒径较小，且具有良好的粘性、流动性和稳定性。
5.本发明是通过如下技术方案来实现的：
6.一种低玻璃化转变温度的水基胶，所述水基胶由以下重量份数的原料制成：
[0007][0008]
优选的，所述水基胶最低的玻璃化转变温度为-3.12℃，粘度为1200-1800mpa.s，固含量为40-45％，ph为4.0-6.5。
[0009]
本发明还保护了低玻璃化转变温度的水基胶的制备方法，包括如下步骤：
[0010]
步骤(1)、按照如下重量份数称取原料：乙酸乙烯酯，310-335份；丙烯酸丁酯，120-165份；丙烯酸，4.0-5.5份；聚乙烯醇17-88，30-35份；c12-14仲醇聚氧乙烯醚，25-27.5份；过硫酸铵，0.9-1.0份；柠檬酸三乙酯，22-25份；碳酸氢钠，3.5-4.0份；水，675.9-801.4份，备用；
[0011]
步骤(2)、将乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯与丙烯酸混合混匀，得到单体混合溶液；
[0012]
分别将过硫酸铵和碳酸氢钠溶解，得到过硫酸铵溶液和碳酸氢钠溶液；
[0013]
步骤(3)、溶解聚乙烯醇17-88并得到聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇溶液温度调节至60-70℃，然后向其中加入步骤(2)的单体混合溶液i、过硫酸铵溶液i、以及c12-14仲醇聚氧乙烯醚，进行25-35min的聚合体系预乳化反应，得到预乳化材料；
[0014]
其中，单体混合溶液i占所述单体混合溶液总量的18-22％；过硫酸铵溶液i占所述过硫酸铵溶液总量的18-22％；
[0015]
步骤(4)、将预乳化材料升温至70-75℃，待预乳化材料表面出现明显蓝光时，循环交替滴加单体混合溶液ii和过硫酸铵溶液ii，滴加结束后进行0.5h的共聚反应，然后继续滴加剩余过硫酸铵溶液ii，并保温1.5h，得到基本稳定的乳液聚合产物；
[0016]
其中，所述单体混合溶液ii、所述过硫酸铵溶液ii每次分别等量滴加；
[0017]
步骤(5)、将步骤(4)基本稳定的乳液聚合产物升温至80-90℃，加入柠檬酸三乙酯并反应9-11min，抽真空后，继续保温50-70min，得到水基胶；
[0018]
步骤(6)、将步骤(5)的水基胶降温至40-60℃，加入碳酸氢钠溶液调节ph至4-6.5，降温出料，得到低玻璃化转变温度的水基胶。
[0019]
优选的，所述步骤(2)的过硫酸铵溶液中过硫酸铵与水的质量比为1:8-12；碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠与水的质量比为1:8-10。
[0020]
优选的，所述步骤(3)中聚乙烯醇的溶解温度为85-95℃，聚乙烯醇溶液的质量分数为4.0-5.0％。
[0021]
优选的，所述步骤(4)中单体混合溶液ii的滴加次数为4-5次，过硫酸铵溶液ii的滴加次数为5-6次。
[0022]
优选的，所述步骤(4)中预乳化材料于70-75℃加热15-30min，出现明显蓝光。
[0023]
本发明还保护了低玻璃化转变温度的水基胶在制备卷烟接装材料、塑料粘结材料、木塑粘结材料中的应用。
[0024]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0025]
1、本发明提供了一种较低玻璃化转变温度的水基胶，由乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、c12-14仲醇聚氧乙烯醚、聚乙烯醇17-88、过硫酸铵、柠檬酸三乙酯、碳酸氢钠制成；其中，丙烯酸丁酯以及柠檬酸三乙酯对降低水基胶玻璃化转变温度作用较大，丙烯酸丁酯作为软单体，在乳液聚合中起到内增塑作用，柠檬酸三乙酯在乳液聚合中作为增塑剂从而降低聚合物的玻璃化转变温度；
[0026]
乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯以及丙烯酸三者的配比，对水基胶玻璃化转变温度也有一定的影响，本实验水基胶的制备方法为三元乳液聚合法，所用到的三个单体中，乙酸乙烯酯以及丙烯酸的玻璃化转变温度较高，丙烯酸丁酯的玻璃化转变温度较低，同时其在反应过程中会起到内增塑的作用，三者在聚合的过程中，其用量会影响聚合物的玻璃化转变温度；同时乙酸乙烯酯、丙烯酸两者与丙烯酸丁酯的配比也会影响聚合物的粘度以及耐性，而在本发明中三者的配比下，得到的水基胶玻璃化转变温度低、干燥速度快、粒径小，且具有良好的粘性、流动性和稳定性。
[0027]
2、本发明的原料还包括了c12-14仲醇聚氧乙烯醚作为乳化剂，起到乳化作用，使单体之间可以形成稳定的乳液状；聚乙烯醇17-88作为保护胶体，在乳液聚合的过程中起到保护的作用，增强反应体系的稳定性；过硫酸铵作为引发剂，引发自由基发生聚合反应；碳酸氢钠作为ph调节剂，调节水基胶的酸碱度。
[0028]
3、本发明还提供了低玻璃化转变温度水基胶的制备方法，采用本发明方法制得的水基胶干燥速度快，制备过程稳定，玻璃化转变温度较低，粘度、固含量稳定，且其粒径较小，产品稳定性较高，有效保证了水基胶的粘结工艺要求。
附图说明
[0029]
图1为本发明实施例1制得的低玻璃化转变温度的水基胶的dsc测试图，其tg的测量结果为-1.15℃；
[0030]
图2为本发明实施例2制得的低玻璃化转变温度的水基胶的dsc测试图，其tg的测量结果为3.21℃；
[0031]
图3为本发明实施例3制得的低玻璃化转变温度的水基胶的dsc测试图，其tg的测量结果为1.91℃；
[0032]
图4为本发明实施例4制得的低玻璃化转变温度的水基胶的dsc测试图，其tg的测量结果为-3.12℃。
具体实施方式
[0033]
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0034]
实施例1
[0035]
一种低玻璃化转变温度的水基胶的制备方法，包括如下步骤：
[0036]
(1)称量：称取乙酸乙烯酯330g；丙烯酸丁酯165g；丙烯酸5.5g；聚乙烯醇17-88，35.0g；c12-14仲醇聚氧乙烯醚27.5g；过硫酸铵1g；柠檬酸三乙酯25g；碳酸氢钠4g，备用；
[0037]
(2)将过硫酸铵与10g的水配制成过硫酸铵水溶液；
[0038]
将碳酸氢钠与36g的水配制成碳酸氢钠水溶液；
[0039]
将乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸混合均匀，得到单体混合溶液；
[0040]
(3)向反应容器中加入聚乙烯醇17-88和743g的水，搅拌条件下(280r/min)水浴加热至90℃，并在90℃下保温1h，使聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将聚乙烯醇溶液降温至65℃，向反应器中加入步骤(2)的单体混合溶液i、过硫酸铵溶液i、以及c12-14仲醇聚氧乙烯醚，进行0.5h的聚合体系预乳化反应，得到预乳化材料；
[0041]
其中，单体混合溶液i占所述单体混合溶液总量的20％；过硫酸铵溶液i占所述过硫酸铵溶液总量的20％；
[0042]
(4)将步骤(3)的预乳化材料升温至72℃，待反应器内出现明显蓝光、体系稳定后，向反应器中分四批等量交替滴加剩余单体混合溶液和剩余过硫酸铵溶液，并在每20％的单体混合溶液ii滴加完后，向反应器中滴加16％的过硫酸铵溶液ii，交替滴加结束后进行保温0.5h的共聚反应，然后继续滴加最后一份16％的过硫酸铵溶液，使得反应更加充分，并保温1.5h，得到基本稳定的乳液聚合产物；
[0043]
(5)将步骤(4)基本稳定的乳液聚合产物升温至85℃，加入柠檬酸三乙酯，反应10min后抽真空10min，然后保温1h，得到水基胶；
[0044]
(6)将步骤(5)的水基胶降温至50℃，加入碳酸氢钠水溶液，搅拌均匀后降温至室温，过滤出料，得到低玻璃化转变温度的水基胶。
[0045]
经检测，实施例1制得的水基胶，其玻璃化转变温度为-1.15℃，达到了预期目的，且其固含量为42.08％，粘度为1229.33mpa.s，粒径为169.33nm，ph为6.30，达到了预期目标。
[0046]
实施例2
[0047]
一种低玻璃化转变温度的水基胶的制备方法，包括如下步骤：
[0048]
(1)称量：称取乙酸乙烯酯320g；丙烯酸丁酯120g；丙烯酸4.0g；聚乙烯醇17-88，31.1g；c12-14仲醇聚氧乙烯醚25.0g；过硫酸铵0.9g；柠檬酸三乙酯22.0g；碳酸氢钠3.5g，备用；
[0049]
(2)将过硫酸铵与9g的水配制成过硫酸铵水溶液；
[0050]
将碳酸氢钠与31.5g水配制成碳酸氢钠水溶液；
[0051]
将乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸混合均匀，得到单体混合溶液；
[0052]
(3)向反应容器中加入聚乙烯醇17-88和660.0g的水，搅拌条件下(280r/min)水浴加热至90℃，并在90℃下保温1h，使聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将聚乙烯醇溶液降温至65℃，向反应器中加入步骤(2)的单体混合溶液i、过硫酸铵溶液i、以及c12-14仲醇聚氧乙烯醚，进行0.5h的聚合体系预乳化反应，得到预乳化材料；
[0053]
其中，单体混合溶液i占所述单体混合溶液总量的20％；过硫酸铵溶液i占所述过硫酸铵溶液总量的20％；
[0054]
(4)将步骤(3)的预乳化材料升温至72℃，待反应器内出现明显蓝光、体系稳定后，向反应器中分四批等量交替滴加剩余的单体混合溶液和剩余过硫酸铵溶液，并在每20％的单体混合溶液ii滴加完后，向反应器中滴加16％的过硫酸铵溶液ii，交替滴加结束后进行保温0.5h的共聚反应，然后继续滴加最后一份16％的过硫酸铵溶液，使得反应更加充分，并保温1.5h，得到基本稳定的乳液聚合产物；
[0055]
(5)将步骤(4)基本稳定的乳液聚合产物升温至85℃，加入柠檬酸三乙酯，反应10min后抽真空10min，然后保温1h，得到水基胶；
[0056]
(6)将步骤(5)的水基胶降温至50℃，加入碳酸氢钠水溶液，搅拌均匀后降温至室温，过滤出料，得到低玻璃化转变温度的水基胶。
[0057]
经检测，实施例2制得的水基胶，其玻璃化转变温度为3.21℃，达到了预期目的，且其固含量为41.73％，粘度为1461.67mpa.s，粒径为175.70nm，ph为6.00，达到了预期目标。
[0058]
实施例3
[0059]
一种低玻璃化转变温度的水基胶的制备方法，包括如下步骤：
[0060]
(1)称量：称取乙酸乙烯酯310g；丙烯酸丁酯155g；丙烯酸5.2g；聚乙烯醇17-88，33.0g；c12-14仲醇聚氧乙烯醚25.9g；过硫酸铵0.94g；柠檬酸三乙酯23.5g；碳酸氢钠3.8g，备用；
[0061]
(2)将过硫酸铵与9.4g的水配制成过硫酸铵水溶液；
[0062]
将碳酸氢钠与34.2g的水配制成碳酸氢钠水溶液；
[0063]
将乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、和丙烯酸混合均匀，得到单体混合溶液；
[0064]
(3)向反应容器中加入聚乙烯醇17-88和700.3g的水，搅拌条件下(280r/min)水浴加热至90℃，并在90℃下保温1h，使聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将聚乙烯醇溶液降温至65℃，向反应器中加入步骤(2)的单体混合溶液i、过硫酸铵溶液i、以及c12-14仲醇聚氧乙烯醚，进行0.5h的聚合体系预乳化反应，得到预乳化材料；
[0065]
其中，单体混合溶液i占所述单体混合溶液总量的20％；过硫酸铵溶液i占所述过硫酸铵溶液总量的20％；
[0066]
(4)将步骤(3)的预乳化材料升温至72℃，待反应器内出现明显蓝光、体系稳定后，向反应器中分四批等量交替滴加剩余单体混合溶液和剩余过硫酸铵溶液，并在每20％的单体混合溶液ii滴加完后，向反应器中滴加16％的过硫酸铵溶液ii，交替滴加结束后进行保温0.5h的共聚反应，然后继续滴加最后一份16％的过硫酸铵溶液，使得反应更加充分，并保温1.5h，得到基本稳定的乳液聚合产物；
[0067]
(5)将步骤(4)基本稳定的乳液聚合产物升温至85℃，加入柠檬酸三乙酯，反应
10min后抽真空10min，然后保温1h，得到水基胶；
[0068]
(6)将步骤(5)的水基胶降温至50℃，加入碳酸氢钠水溶液，搅拌均匀后降温至室温，过滤出料，得到低玻璃化转变温度的水基胶。
[0069]
经检测，实施例3制得的水基胶，其玻璃化转变温度为1.91℃，达到了预期目的，且其固含量为39.15％，粘度为1534.33mpa.s，粒径为235.00nm，ph为5.30，达到了预期目标。
[0070]
实施例4
[0071]
一种低玻璃化转变温度的水基胶的制备方法，包括如下步骤：
[0072]
(1)称量：称取乙酸乙烯酯335g；丙烯酸丁酯165167.5g；丙烯酸5.6g；聚乙烯醇17-88，35.6g；c12-14仲醇聚氧乙烯醚28g；过硫酸铵1g；柠檬酸三乙酯25.4g；碳酸氢钠4.1g，备用；
[0073]
(2)将过硫酸铵与10g的水配制成过硫酸铵水溶液；
[0074]
将碳酸氢钠与36.9g的水配制成碳酸氢钠水溶液；
[0075]
将乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸混合均匀，得到单体混合溶液；
[0076]
(3)向反应容器中加入聚乙烯醇17-88和755.5g的水，搅拌条件下(280r/min)水浴加热至90℃，并在90℃下保温1h，使聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将聚乙烯醇溶液降温至65℃，向反应器中加入步骤(2)的单体混合溶液i、过硫酸铵溶液i、以及c12-14仲醇聚氧乙烯醚，进行0.5h的聚合体系预乳化反应，得到预乳化材料；
[0077]
其中，单体混合溶液i占所述单体混合溶液总量的20％；过硫酸铵溶液i占所述过硫酸铵溶液总量的20％；
[0078]
(4)将步骤(3)的预乳化材料升温至72℃，待反应器内出现明显蓝光、体系稳定后，向反应器中分四批等量交替滴加剩余单体混合溶液和剩余过硫酸铵溶液，并在每20％的单体混合溶液ii滴加完后，向反应器中滴加16％的过硫酸铵溶液ii，交替滴加结束后进行保温0.5h的共聚反应，然后继续滴加最后一份16％的过硫酸铵溶液，使得反应更加充分，并保温1.5h，得到基本稳定的乳液聚合产物；
[0079]
(5)将步骤(4)基本稳定的乳液聚合产物升温至85℃，加入柠檬酸三乙酯，反应10min后抽真空10min，然后保温1h，得到水基胶；
[0080]
(6)将步骤(5)的水基胶降温至50℃，加入碳酸氢钠水溶液，搅拌均匀后降温至室温，过滤出料，得到低玻璃化转变温度的水基胶。
[0081]
经检测，实施例4制得的水基胶，其玻璃化转变温度为-3.12℃，达到了预期目的，且其固含量为40.89％，粘度为1451.67mpa.s，粒径为163.17nm，ph为4.94，达到了预期目标。
[0082]
实施例5
[0083]
一种低玻璃化转变温度的水基胶的制备方法，包括如下步骤：
[0084]
(1)称量：称取乙酸乙烯酯282.6g；丙烯酸丁酯141.3g；丙烯酸4.71g；聚乙烯醇17-88，30g；c12-14仲醇聚氧乙烯醚23.6g；过硫酸铵0.86。g；柠檬酸三乙酯21.4。g；碳酸氢钠3.4g，备用；
[0085]
(2)将过硫酸铵与8.6g的水配制成过硫酸铵水溶液；
[0086]
将碳酸氢钠与30.6g的水配制成碳酸氢钠水溶液；
[0087]
将乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸混合均匀，得到单体混合溶液；
[0088]
(3)向反应容器中加入聚乙烯醇17-88和636.7g的水，搅拌条件下(280r/min)水浴加热至90℃，并在90℃下保温1h，使聚乙烯醇完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将聚乙烯醇溶液降温至60℃，向反应器中加入步骤(2)的单体混合溶液i、过硫酸铵溶液i、以及c12-14仲醇聚氧乙烯醚，进行35min的聚合体系预乳化反应，得到预乳化材料；
[0089]
(4)将步骤(3)的预乳化材料升温至70℃，待反应器内出现明显蓝光、体系稳定后，向反应器中分四批等量交替滴加剩余单体混合溶液和剩余过硫酸铵溶液，并在每20％的单体混合溶液ii滴加完后，向反应器中滴加16％的过硫酸铵溶液ii，交替滴加结束后进行保温0.5h的共聚反应，然后继续滴加最后一份16％的过硫酸铵溶液，使得反应更加充分，并保温1.5h，得到基本稳定的乳液聚合产物；
[0090]
(5)将步骤(4)基本稳定的乳液聚合产物升温至90℃，加入柠檬酸三乙酯，反应10min后抽真空9min，然后保温50min，得到水基胶；
[0091]
(6)将步骤(5)的水基胶降温至40℃，加入碳酸氢钠水溶液，搅拌均匀后降温至室温，过滤出料，得到低玻璃化转变温度的水基胶。
[0092]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。