2023-12-11 14:58:30, 先进制造事业群 1有限公司
聚丙烯酸类增稠剂也称为卡波姆(carbomer),是以丙烯酸与季戊四醇等交联得到的丙烯酸交联树脂,是一类非常重要的流变调节剂。物理特性为白色、疏松的粉末,微有特殊臭味的粉末,具有较强的吸湿性,可溶于水、乙醇和甘油等,具有良好的凝胶性、粘合性、增稠性、乳化性、助悬性及成膜性等特点,中和后的卡波姆是优秀的凝胶基质,有增稠、稳定、缓释等重要用途,工艺简单、稳定性好,广泛应用于医药、涂料、油墨、可持续能源、材料科学等领域。
随着美容和个人护理行业的不断扩张,对卡波姆等增稠剂的需求也在增加。卡波姆有助于制造稠密、质感良好的护肤产品、彩妆和医用产品,因此使得卡波姆的制备及应用具有广阔的前景。
医药领域
卡波姆可以作为缓释材料控释药物,还可用于制备凝胶体系、膏状产品、乳液产品等,也可以利用其悬浮能力,应用于口服混悬液,具有稳定、提高利用度、安全有效等作用。
涂料和油墨领域
由于卡波姆具有良好的溶解和分散能力,它被广泛应用于涂料、胶黏剂、染料和油墨等产品的制备中。它能够有效地将固体颗粒分散在液体中,提高产品的稳定性和质量。
可持续能源领域
卡波姆可用作锂离子电池的电解质添加剂,提高电池的性能和循环稳定性。此外,还可用于太阳能电池板的涂覆和防反射层制备,提高光吸收效率。
材料科学领域
卡波姆可以用于制备高分子纳米复合材料、聚合物薄膜和纤维等。这些材料具有优异的机械强度、导电性和光学性能,可应用于电子器件、传感器、纺织品等领域。
增稠方法
中和增稠
通常将卡波姆中和成盐,加入碱性物质电离后产生离子,使得聚合物主分子链上产生的负电荷,体系中电荷“同性相吸,异性相斥”,进一步促进聚合物分子链伸展,使卷曲的分子因电斥力张开而增稠,聚合物分子迅速膨胀产生黏性,体系粘度瞬间提高,达到产品所需效果。氢氧化钠和三乙醇胺是常用的中和剂,这也是卡波姆对离子敏感的原因所在。
卡波姆增稠原理演示
氢键增稠
卡波姆分子作为羧基给体与一个或两个以上羟基结合形成氢键,氢键的作用力会促使卷曲的聚丙烯酸分子链在水溶液中解开,并形成网状结构,提高体系粘度。此中和方法需要时间,常用的羟基给体为非离子型表面活性剂、多元醇等。
合成工艺
采用沉淀聚合法制取聚丙烯酸增稠剂将丙烯酸(AA)等单体混合物溶于有机溶剂(苯、乙酸乙酯或环己烷等)中,再加入引发剂、烯丙基醚类交联剂以及共聚单体进行聚合反应,在聚合反应发生之后,聚合物以微粒的形式从反应体系中沉淀出来,反应完全之后经抽滤除去有机溶剂,得到细而疏松的粉末状产品。干燥工作为真空干燥、常压干燥以及辐射干燥等。
合成原料
合成单体
聚丙烯酸主要合成单体为可聚合碳‑碳双键和羧基的不饱和羧酸,如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸、巴豆酸和乌头酸的一种或多种,可通过核磁共振波谱图解析不饱和羧酸结构(如下图所示),同时可分析样品中残留单体率和助剂等信息。
丙烯酸为主的卡波姆氘代水相的核磁氢谱
功能单体
聚合碳‑碳双键和至少一个极性结构的不饱和烯属单体为可聚合的羧酸盐、(甲基)丙烯酸羟基酯和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸等;(甲基)丙烯酸酯类长链单体,为甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十四酯、甲基丙烯酸十六酯和甲基丙烯酸硬脂酸酯的一种或多种,在聚合过程中引入一些长链疏水共聚单体,可以提高其耐电解质性能。
在谱图中呈现信息如下:
甲基丙烯酸月桂酯LMA在Py-GC-MS(热裂解气相色谱质谱联用仪)的流出谱图信息
甲基丙烯酸十八烷基酯在Py-GC-MS(热裂解气相色谱质谱联用仪)的流出谱图信息
交联单体
含有至少两个不饱和碳‑碳双键的,常见为至少两个可聚合烯属不饱和双键的多官能丙烯酸酯以及具有至少两个可聚合烯属不饱和双键的多链烯基聚醚,常见比如季戊四醇三烯丙基醚、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、烯丙基蔗糖醚、N‑马来酰化壳聚糖、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、邻苯二甲酸烯丙酯、亚甲基双丙烯酰胺等。
在谱图中呈现信息如下:
三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯在Py-GC-MS(热裂解气相色谱质谱联用仪)的流出谱图信息
季戊四醇三烯丙基醚在GCMS(气相色谱质谱联用仪)的流出谱图信息
溶剂
溶剂常见为烃类溶剂或烷基酯类溶剂,烃类溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷、环庚烷和正癸烷等;烷基酯类溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯和丙酸丁酯等;我们可通过HS-GC-MS(顶空气相色谱-质谱联用仪)进行定性或者外标法进行微量残留溶剂的准确定量。
引发剂
自由基类引发剂常见为有机过氧化物类化合物、偶氮类化合物、无机过硫酸盐类化合物和双氧水等;比如偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化十二酰、过硫酸铵、过硫酸钠和双氧水等。
常见引发剂的基本信息
分散剂
分散剂为丙二醇单硬脂酸酯、失水山梨醇硬脂酸酯、聚乙烯醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种。
成盐剂
成盐剂常用氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、碳酸氢钾等。
微谱对于丙烯酸树脂的分析有着丰富的研究经验,无论是水性丙烯酸乳液、水性丙烯酸分散体,还是水溶性丙烯酸——卡波姆,均可通过多种仪器测试手段,强大的谱库建设与团队解析经验,可以分析各种合成单体、功能单体的定性定量,交联单体、以及功能助剂的定性。
同时,微谱紧跟市场新产品的更新换代,针对各种优化的产品进行项目研究,可进行对比分析产品的优异,也可以帮助研究新型产品,完善产品的性能。如果您有相关的业务需求,欢迎前来咨询!
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