[发明专利]含阴、非离子基团的富马酸型可聚合乳化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含阴(含有阴离子)、非离子基团的富马酸型可聚合乳化剂及其制备方法，属于精细化工领域可聚合表面活性剂中的乳化剂及其制备方法。

背景技术

进行乳液聚合时，乳化剂虽然用量很少，却有着重要的作用。在聚合前、后对乳液起着稳定作用，在聚合中让单体按胶束机理生成乳胶粒，并对聚合速率、聚合度、乳胶粒数目及直径产生影响。而在应用时，乳胶液中存在的乳化剂却会引起很多负面效应。因为聚合后，传统的乳化剂是通过物理作用吸附在乳胶粒的表面，在生产和储存时，乳化剂分子会发生解吸，导致乳胶液产品有多种缺点：(1)高剪切力的作用下，物理吸附的乳化剂会从乳胶粒表面解吸使乳胶液不稳定产生凝胶；(2)乳胶液的冻融稳定性差；(3)应用于某些场合需在乳胶液中添加颜料等时，乳化剂会与颜料分散剂在乳胶粒和水、颜料和水的两个界面产生竞争吸附，从而影响乳胶液的流变性能和稳定性；(4)在某些情况下会产生过多的泡沫；(5)通过凝胶法制取固体产品时，乳化剂会残留在废水中，造成环境污染；(6)应用于涂料等成膜时，乳化剂会发生迁移，残留的乳化剂还会造成成膜速率慢。

为了解决传统乳化剂导致的种种缺点，人们寻找解决的方法。一种方法是在聚合完成后水洗除去乳化剂，这种方法费时、费力而且昂贵，还产生大量的废水。另一种方法是在聚合时使用一些亲水性共聚单体，如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺及其衍生物等来替代乳化剂。然而要想完全替代并达到良好的乳化效果，就需使用较多亲水性共聚单体，这样会导致聚合物的组成和性能发生改变。使用可聚合表面活性剂可很好地解决问题。可聚合乳化剂分子通过共价键的方式键合在乳胶粒的表面，这种强烈的结合使乳化剂分子在乳胶液应用的各种场合都不会解吸，杜绝了传统表面活性剂的种种缺点。使用可聚合乳化剂可以有以下优点：(1)所得聚合物乳液在各种条件下的稳定性，如高剪切力作用、冻融稳定性、电解质稳定性等均较高。(2)由于使乳化剂键合到乳胶粒表面，水相中可几乎不残留乳化剂。一方面，可以加快成膜速度；另外一方面，避免了在某些情况下对环境的污染，在配方组份混合和运输时也不会产生泡沫。(3)在乳液成膜时，避免了乳化剂的迁移，键合在乳胶粒上的乳化剂和乳胶粒成为均一相，使膜的力学性能、光泽性、粘接性、耐水性等都得到很大的提高。

国外关于可聚合乳化剂的研究起始于上世纪五六十年代，随着可聚合乳化剂的优异性能逐渐被人们发现，其研究热潮出现在上世纪末和本世纪初。近期具有代表性的研究是两个连续的由欧盟资助、Guyot A.等领导的由八个学术和五个工业实验室联合进行的系统研究。他们系统地研究了影响可聚合乳化剂应用性能的诸多因素，还探讨了怎样使可聚合乳化剂达到最佳使用效果。在此之后的系统研究渐少，人们更多地倾向于进行新结构可聚合乳化剂的合成与性能研究，以期找到性能更加优异的品种和开拓其应用领域等。由于马来酸酯类乳化剂不易发生均聚，而倾向于与单体发生共聚，而且反应活性适中，因而，马来酸酯类可聚合乳化剂成为人们的研究热点。而在合成马来酸类可聚合乳化剂时，马来酸的衍生物很容易异构成富马酸类，异构过程中双键的活性发生改变。Dymicky M指出，在较高的温度下或者有强酸的存在下，异构化很容易发生。根据近期文献报道，富马酸类可聚合乳化剂同样具有很好的应用性能。

在聚醋酸乙烯乳液聚合中，通常采用非离子表面活性剂NP系列(壬基酚聚氧乙烯醚)和阴离子表面活性剂复合乳化体系。NP被称为“荷尔蒙干扰素”，英国2002年12月全面禁止使用，因此采用脂肪醇聚氧乙烯醚系列来替代NP系列，具有很大的实用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种含阴(含有阴离子)、非离子基团的富马酸型可聚合乳化剂及其制备方法，采用脂肪醇聚氧乙烯醚系列来替代NP系列，该可聚合型乳化剂分子集阴离子和非离子基团于一身，不需要复配就能够达到乳化稳定和空间位阻稳定的独特性质，且可克服传统乳化剂的弊端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含阴(含有阴离子)、非离子基团的富马酸型可聚合乳化剂具有如下化学结构通式：

式中：环氧乙烷加成数n为3、5、6、7、9、15、20或25；长烷基链R为-C₁₂H₂₅，-C₁₄H₂₉或-C₁₆H₃₃。

一种含阴、非离子基团的富马酸型可聚合乳化剂的制备方法采用马来酸酐为起始原料，其采用的制备步骤为：