[发明专利]羟乙基纤维素接枝的丙烯酸胶乳

说明书

技术领域

本发明一般涉及包含羟乙基纤维素接枝的丙烯酸聚合物乳液的胶乳组合物以及制备它们的方法。

背景技术

羟乙基纤维素(HEC)和其它亲水性聚合物，诸如聚乙烯醇和乙烯基吡咯烷酮共聚物，已经在涂料工业中用作保护性胶体，以改善组合物的机械稳定性。HEC通常用于涉及乙酸乙烯酯成分的乳液聚合中。最近的出版物报导，在正常的乳液聚合条件下乙酸乙烯酯单体不容易与HEC接枝，因为乙酸乙烯酯单体缺乏对于碳基的反应性(参见US4,684,704；Craig，D.Polymeric Materials Science and Engineering，51，172(1984)；54，370(1986)，等)。通过乙酸乙烯酯或其它乙烯酯与HEC的乳液聚合制备的胶乳缺乏机械稳定性。

丙烯酸单体具有更强的对HEC的反应性并且具有更高的HEC接枝潜能。具有更高HEC接枝的所有丙烯酸乳液胶乳将提供机械稳定性、出色的干膜性能、和与涂料配方中许多亲水性成分的良好兼容性。然而，关于HEC与丙烯酸单体接枝的一个问题是在乳液聚合的接枝反应过程中的凝胶化问题。虽然有许多出版物教导了将HEC接枝到丙烯酸聚合物上的方法，但是这些出版物中大多数具有某些用于商业实践的实用性问题，因为具有较差的重现性和稳定性，或者接枝水平低，或者与在聚合过程中使用水性调节剂(链转移剂)，诸如2-巯基乙醇有关的气味问题。

已经开展过多种尝试以产生HEC接枝的丙烯酸聚合物。例如，在过程中添加不同的添加剂。Craig，D.H.(“The Synthesis of Hydroxyethyl Cellulose-Stabilized Acrylic Latexes”,Polymeric Materials Science and Engineering,51,172(1984))教导了使用水性调节剂，诸如2-巯基乙醇制造HEC接枝的丙烯酸聚合物胶乳的方法。然而，水性链转移剂的使用常常在生产过程中或者生产之后产生气味问题。Grubert等的US3,876,596教导了在相对大量乳化剂混合物存在下的羧酸酯与保护性胶体的乳化共聚合方法。太多的乳化剂会对系统的水敏感性具有负面影响并且引起发泡。Craig的US4,670,505和Craig的US4,659,771公开了通过分别在水溶性氨基醇化合物或者具有共轭不饱和的基本完全水溶性单体的存在下乳液聚合产生的HEC-接枝的聚丙烯酸酯分散剂。然而，Craig报导，HEC和聚丙烯酸酯聚合物之间的接枝反应被这些添加剂减少了。

其它实例包括Edwards等的US6,596,804公开的用HEC和引发剂后处理丙烯酸乳液的方法。Janssen等的US5,795,928在平均分子量小于约75,000的水溶性保护性胶体的存在下制备了丙烯酸共聚物。Lo的US4,845,175使用疏水性的改良羟乙基纤维素。然而，这些丙烯酸乳液没有产生具有大的机械稳定性并展现出抗浮色和脱水收缩的涂料配方。

然而，本领域教导的HEC接枝的丙烯酸聚合物具有明显的缺点。HEC是亲水性和水溶性聚合物。当HEC与丙烯酸颗粒接枝时，从HEC接枝的丙烯酸胶乳形成的干膜常常遭受到不良的水敏感性问题。当接枝HEC变成连续相中干膜结构的部分时，水敏感性变得更加明显。

因此，仍然需要开发新的配方和方法来产生具有高的聚合物固体和所希望颗粒大小分布、没有凝胶化问题的高度HEC接枝的丙烯酸聚合物分散体。还需要改善HEC接枝的丙烯酸干膜的水敏感性。

发明内容

本发明的第一实施方案涉及包含羟乙基纤维素(HEC)接枝的丙烯酸聚合物乳液的胶乳组合物。HEC接枝的丙烯酸聚合物乳液包含相对于丙烯酸单体至少约0.2％以重量计的HEC，其中聚合物包含至少约45％的固体，其中丙烯酸核的平均均值体积(mV)颗粒大小在大约150nm至大约280nm，并且其中胶乳颗粒大小平均在大约320至大约850nm(mV)范围。

另一实施方案涉及HEC接枝的胶乳组合物，其中胶乳包含丙烯酸单体、苯乙烯单体、和甲基丙烯酰胺单体。可以向典型的丙烯酸单体中加入少量的甲基丙烯酰胺/丙烯酰胺/苯乙烯的单体组合。除了使用用于建筑涂料的丙烯酸单体之外，使用下列浓度的甲基丙烯酰胺/双丙酮丙烯酰胺/苯乙烯的组合达到优选的均衡的膜性能：约0.1％-约1.0％的甲基丙烯酰胺，约0.1％-约1.0％的双丙酮丙烯酰胺，和约1.0％-约10.0％的苯乙烯。