DAAM

雙丙酮丙烯醯胺(Diacetone acrylamide) 一般商品為淺黃色, 壓成片狀 其熔點54 ℃, 溶解度每 100g 溶劑在25 可溶DAAM100g 以上的有水、甲 醇、四氫呋喃、乙酸乙酯、CH2Cl2 等 可溶98g 的有苯乙烯, 在非極性溶劑中正庚烷、石油醚在 30 ℃～60℃ 僅溶1g 以下。

DAAM 分子上的丙烯醯胺雙鍵可以進行自由基的均聚, 也可以與許多單體共聚。DAAM 上的酮羰基與α-氫可以進行酮與 -活潑氫的多種反應。所以DAAM 是一種多功能單體。DAAM對鼠的口服半致死量LD50 為 1770mg/ kg , 皮膚與眼睛的刺激指數為零。

基本介紹

• 中文名：雙丙酮丙烯醯胺
• 外文名：Diacetone acrylamide
• 簡稱：DAAM
• 類別：無色針狀結晶

DAAM的套用

DAAM 參與乳液共聚及引進與己二醯肼反應的酮羰基，在向水乳聚合物分子上引進酮羰基不止DAAM 一種單體, 其它有(甲基) 丙烯醛(醛基也可以與醯 肼形成腙達到交聯的作用) 、甲基乙烯基酮、(甲基) 丙烯酸乙醯乙醯氧基乙基酯、(甲基) 丙烯酸乙醯乙 醯胺基乙基酯等。但DAAM 毒性小、合成原料簡單, 特別對增強塗料粘結性能大有好處, 所以現在主要用 DAAM 作為引進酮羰基的單體。

交聯劑　DAAM 改性的聚合物乳液的交聯劑有二元與多元羧酸的醯肼 , 如碳酸二醯肼、草酸二醯肼、丁二酸二醯肼、己二酸二醯肼、聚合度 100 以下的含有約 10mol % 醯肼的 N- 氨基聚丙烯醯胺、 N (CH 2 CH 2 CON HN H 2 ) 3 與 (H 2 N HNCOC H 2 CH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N (CHCHCON HN H 2 ) 2 等 。一般二元與多元醯肼可溶於水中 , 分子內醯肼基不要過於擁擠 , 以免阻礙與酮羰基反應。多醯肼比二醯肼交聯效果好些 , 但從成本、性能等方面考慮 , 現一般仍用己二醯肼。

己二醯肼的水溶液和水乳液中乳膠粒子上的酮羰基反應 , 是一非均相的反應 , 因此需考慮到乳膠粒子上的酮羰基是在表層 , 還是被包埋在乳膠粒子內 , 有用羥氨鹽酸鹽 (N H 2 OH · HCL) 測定酮羰基含量，發現一般乳液共聚合的酮羰基含量只有理論量的 60 % ～ 80 % , 也就是暴露在表面的能與 醯肼反應只有理論量的 60 % ～ 80 % 。所以在合成乳液時有採取分段或核殼乳液聚合 , 將大量 DAAM 集中在後階段或殼的聚合物中 , 這樣就可以更充分的利用 DAAM 上酮羰基。己二醯肼用量一般相當於聚合物上酮羰基當量的 0 . 8 ～ 1 . 0 。

另外 , 還應考慮到非均相反應中 , 試劑必須對反應物或反應區有很好的相容性 , 否則很難反應。由於己二醯肼是一強極性親水的化合物 , 它不能和水不溶的聚合物相溶 , 但是若在聚合物酮羰基附近存在較多親水基團如羧基 , 則己二醯肼水溶 液仍可在此區域相容進行反應。例如用帶有 DAAM 單元的改性聚乙烯醇水溶液中 , 加與酮羰基等當量的己二醯肼的水溶液塗膜 , 在室溫乾燥 4h 內就交聯形成耐水的膜 , 而帶有 DAAM 與丙烯酸單元的聚丙烯酸酯乳液 , 加有與酮羰基等當量的己二醯肼的乳液塗膜需要一周左右的時間才能固化完全 , 這裡乳膠粒表層含丙烯酸單元多的 , 固化得快些。所以在合成水不溶的聚合物乳液時 , DAAM 常與丙烯酸配合使用。

為防止加有己二醯肼的 DAAM 單元的聚合物乳液過早交聯降低了乳液穩定性時 , 有在乳液中加相當己二醯肼 1 . 5 當量的雙丙酮醇 ( 沸點 168 ℃ , 溶於水 ) 。這是因為雙丙酮醇是一低分子酮 , 它可與己二醯肼反應形成腙 , 但不會引起交聯 , 這樣就降低了己二醯肼交聯作用。但是這個低分子腙也可同聚合物中酮羰基發生交換反應 , 雙丙酮醇則揮發除去,仍然可引起交聯作用。

由於雙丙酮醇的分子結構與乳液聚合物上酮羰基附近的結構很相似 , 所以它可以與酮羰基相容 , 再者雙丙酮醇可以溶解己二醯肼及其雙腙 , 因此它可以幫助己二醯肼及己二醯肼的雙丙酮醇的腙與聚合物上的酮羰基反應。所以加了雙丙酮醇不僅乳液的穩定性增加 , 而且未嚴重降低交聯速度。

肼與酮羰基的反應需在弱酸或弱鹼的條件下 進行 , 也就是在 p H 6 左右或 p H 8 左右。中性不好 , 因為此反應需要弱酸、弱鹼的催化 但強酸、強鹼會造成很多副反應。所以乳液聚合完後應小心用氨中和 , 使達到 p H 6 左右或 p H 8 左右 , 過多的氨對後交聯有不利影響。因為氨也可以與酮羰基反應形成亞胺。

該反應的速度受溫度影響比較大 , 溫度高交聯快 , 溫度低交聯慢。一般室溫 25 ℃ , 約 7 天才能基本完成交聯。強制乾燥 , 所用溫度為 80 ℃ , 烘烤 10min , 然後室溫放置 12h 即可基本完成交聯。也有這種情況 , 按規定時間乾燥好 , 但耐水性試驗仍出現白化現象 , 可是讓它再乾燥進行耐水性試驗就通過了。這可能是因為水浸泡後讓固定住的反應物有一定活動 , 再乾燥就順利交聯了。

乳液聚合所用乳化劑都是親水的 , 聚合完成後這些乳化劑仍附著在乳膠顆粒表面 , 成膜後帶到膜內 , 因此影響塗膜的耐水性。但使用可聚合的活性乳化劑。

以上介紹了 DAAM 與 ADH 在水乳與水溶性聚合物後交聯中套用的機理與要注意的地方。下面將就此方法的一些重要套用扼要作些介紹。

套用範圍

合成水性一液型室溫固化的乳液外牆塗料

合成具有耐水性、耐污染性、耐候性的水性一液型室溫固化的乳液外牆塗料。

塗層的耐污染性與其組成聚合物的 Tg 有關 , Tg 高有利於耐污染 , 但不利於成膜 還與其聚合物表面的親水性有關 , 親水性高有利於污染物被雨水沖刷掉 , 但不利於耐水性。這兩對矛盾都可以通過後交聯來解決。若用過多丙烯酸來提高親水性 , 耐水性問題難於解決 , 於是採取分段滴加乳液聚合 , 使乳膠顆粒內部含丙烯酸與 DAAM 少 , 而外層含丙烯酸與 DAAM 多 , 再經己二醯肼交聯後形成的塗膜 , 既有高親水性 , 又有耐水性與高 Tg 。從下列表 1 配方與性能可大致了解該方法。

合成用於木器的水乳塗料

一般水乳塗料限於最低成膜溫度的需要 , 所得塗膜的 Tg 是較低的 , 因此難以得到高硬度的塗層。該發明通過分段乳液共聚先製得 Tg 高達 85 ℃ 的聚丙烯酸酯共聚物乳液。然後繼續加料共聚 , 所 得外層的共聚物 Tg 為 3 ℃ , 形成內硬外軟的聚丙 烯酸酯共聚物複合物 , 內外層共聚物都含有 DAAM 單元 , 內層 DAAM 單元占該層聚合物的 7 . 5 % , 外層 DAAM 占 3 % , 軟硬共聚物用量為 1 ∶ 1 。然後再混以在水乳液中可自分散的聚氨酯 , 其上帶有可光固化的丙烯酸酯雙鍵及可與酮羰基交聯的氨基脲基。聚氨酯與共聚物的用量為 30 ∶ 70 。此乳液中再加相當酮羰基當量 50 % 的己二醯肼與聚氨酯重量的 3 % 的光引發劑 (1173) 混勻。此乳液在板上塗布濕厚 125 μ m 的塗層 , 經 60 ℃ 快速乾燥 , 再經高壓汞燈 (120W/ cm) 以 10m / min 通過即得到交聯的塗層。經測試該乳液穩定性為優 , 硬度用擺式硬度計測試達 108s , 耐二甲苯擦拭達 67 次 , 抗粘性 : 在光固化前為良 , 光固化後為優。

用於一般及塑膠用塗料油墨

合成耐水、耐溶劑、一液常溫固化水性乳液樹脂 , 該合成以自乳化性的聚氨酯作為種子聚合物 , 進行 DAAM 、少量二乙烯苯、甲基丙烯酸與丙烯酸酯等的乳液共聚合。乳液中除加後交聯劑己二醯肼外 , 還加雙丙酮醇以提高乳液的穩定性。配方與性能如表 2 所示。

地

下基材用的防水性能優良的塗料

一般水性塗料形成的硬化皮膜的密封性差。該合成採取在進行 DAAM 與其它丙烯酸酯乳液共聚時 , 不僅使用水溶性引發劑如 (N H 4 ) 2 S 2 O 8 , 還使用油溶性引發劑如偶氮異丁腈或過氧化苯甲醯 , 這樣使所得乳液中有乳膠粒與接近水溶的細顆粒 , 暴露在表面的酮羰基也增加 ( 達到投料量的 90 % 以上 ), 便於堵住孔隙與充分進行交聯。這裡所用交聯劑為己二異氰酸酯經三聚後加肼得到的三官能的氨基脲。該塗料用於柔性板、矽酸鈣板上的常態粘接性、濕潤粘接性、透水性試驗均為優良。

合成雙丙酮丙烯醯胺改性的聚乙烯醇

DAAM 改性的聚乙烯醇是一有著廣泛用途的聚合物。它是由醋酸乙烯在甲醇溶液中以偶氮異丁腈為引發劑 , 在 60 ℃ 滴加 DAAM 的甲醇溶液進行共聚合 , 大約 5h ～ 6h 可完成聚合 , 然後用甲醇蒸汽將未反應的醋酸乙烯蒸出 , 再用少量 NaOH 的 甲醇溶液作為催化劑 , 在 40 ℃ 進行醇交換反應得到 DAAM - 乙烯醇的凝膠狀共聚物沉澱 , 濾去甲醇、乙酸甲酯與鹼液 , 用甲醇將其洗淨、乾燥即得 DAAM 改性的聚乙烯醇。

DAAM 改性的聚乙烯醇作為活性分散劑

DAAM 改性的聚乙烯醇作為活性分散劑用以製造聚合物乳液 , 並配以己二醯肼等交聯劑 , 可以提高所生成塗膜的耐水性、粘接強度 , 特別是在潮濕情況下的粘接強度。

例如以 DAAM 改性的聚乙烯醇 ( 改性度 5 . 0mol % 、皂化度 98 . 4mol 、 20 ℃ 4 % 水溶液粘度為 26 . 8mPa · s) 作為分散劑製得的聚醋酸乙烯乳液 ( 固含量 50 %) , 再加乙醯肼 ( 以提高乳液穩定性 ) 與己二醯肼。另外改成用未改性的聚乙烯醇 ( 皂化度 98 . 5mol 、 20 ℃ 4 % 水溶液粘度為 26 . 6mPa · s) 製得的聚醋酸乙烯乳液 , 但不加醯肼 , 即現市售聚醋酸乙烯乳液。

若在醋酸乙烯中加 DAAM , 則所得的乳液在常態與耐水剪斷粘接強度可分別達到 85 與 83kgf/ cm2 , 而且耐溶劑性能良 , 可作為無紡布、木材、紙、布等的粘接劑、氯化床磚、瓦粘接劑、膩子、塗料等。

DAAM 改性的聚乙烯醇用作紙的防水塗劑

以皂化度 98mol 、粘度為 25.6mPa · s 、改性度 1.0mol 的 DAAM 改性的聚乙烯醇 100 份溶於 900 份水中 , 添加碳酸二醯肼 2.0 份、丙二酸二醯肼 1.0 份 , 混勻溶解即得到紙的防水塗劑。在紙上塗 布 1g /m2 , 經 50 乾燥 , 測試結果如下 :

膜的熱水不溶率 /% 88.3

塗布紙的耐水性 良

防水塗劑的穩定性 120d 以上

( 凝膠化時間 )

綜合評價　優

DAAM 改性的聚乙烯醇用作聚酯

、聚丙烯等 特別高濕度下氣阻的層積薄膜 , 適用於食品、醫藥 等 用改性度 5.0mol 、聚合度 1600 、皂化度98.4mol 的 DAAM 改性聚乙烯醇配成 15 % 水溶液 ,該溶液 100 份中加己二醯肼 0.75 份 , 混勻。用塗棒在雙向拉伸的聚酯 ( PET) 薄膜上塗布 12 μ m厚。經 150 ℃ 、 1min 乾燥得 2 μ m 厚的層積膜。通過測試其耐水性為良 , 阻氧透過率在相對濕度Technolo265 % 時為優 , 在相對濕度 85 % 時為良。而以聚乙烯醇代替 DAAM 改性的聚乙烯醇 , 則分別為差優、中

用 DAAM 改性的聚乙烯醇改造聚烯烴薄膜適於膠印的

合成紙

以改性度 6 . 3mol 、聚合度 1780 、皂化度 99mol 的 DAAM 改性聚乙烯醇 100 份、氧化矽 ( 平均粒徑 3 μ m) 58 份、膠體氧化矽 38 份、己二 醯肼 4 份配成水乳液 , 塗布在經電暈處理的聚烯烴 薄膜上 , 經乾燥後塗布量為 3g / m 2 。經測試耐溶劑 性 : 卷邊高為 0mm , 耐水性 : 用棉棒擦 30 回以 上 , 油墨乾燥時間 3h , 均屬優。

用 DAAM 改性的聚乙烯醇等製造感光樹脂板

以改性度 5.0mol 、皂化度 98.4mol 、粘度為6.8mPa · s 的 DAAM 改性的聚乙烯醇 250 份、甲基丙烯酸羥乙酯 90 份、乙二醇雙甲基丙烯酸酯 10份、氫醌單甲醚 0.05 份、安息香異丙基醚 ( 光引發劑 )3 份、水 (p H3) 200 份在 90 ℃ 下混勻溶解成溶液 , 脫泡後塗布在鋁板上 , 在 80 ℃ 乾燥30min , 即得到 0.5mm 厚塗層的感光樹脂板。具有 DAAM 改性聚乙烯醇與其它成分相溶性好、感光固化性優、抽出率少、硬化膜不脫落、圖象再現性優。