CN101381486A - 钠基膨润土改性的丁苯乳液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钠基膨润土改性的丁苯乳液及其制备方法和应用，钠基膨润土改性的丁苯乳液各组分及重量份数如下：丁苯乳液基料100份，钠基膨润土分散液5～10份，钠基膨润土分散液中，各组分和重量分数如下：钠基膨润土100份，聚丙烯酸钠水溶液0.2～1份，水66～152份。本发明在丁苯乳液中加入一种钠基膨润土分散液，与普通丁苯乳液相比，具有优异的粘结性，是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在造纸涂料中使用，能明显提高涂料涂层的粘结性。
Description
技术领域
本发明涉及一种粘结剂，具体涉及一种丁苯乳液及其制备方法。
背景技术
丁苯乳液广泛用于纸张涂料的粘结，随着乳液应用工艺技术的改进和发展，对乳液的性能要求越来越高，要求乳液具有良好的工艺适用性，其中，最重要还是丁苯乳液的粘结性。
中国专利CN101077902A公开了一种丁苯乳液及其制备方法，采用反应性乳化剂，制成乳液具有优异的耐水性和附着力，但其乳液粘结性有所不足。
发明内容
本发明的目的是提出一种钠基膨润土改性的丁苯乳液及其制备方法和应用，以克服已有技术的缺陷。
本发明所述的钠基膨润土改性的丁苯乳液，各组分及重量份数如下：
丁苯乳液基料 100份
钠基膨润土分散液 5～10份
其制备方法包括如下步骤：
将丁苯乳液基料、钠基膨润土分散液和适量去离子水混合，获得丁苯乳液。所得丁苯乳液的重量固含量为40％～60％，pH＝7～10。
所述丁苯乳液基料的制备方法包括以下步骤：将羧酸单体、丁二烯单体、(甲基)苯乙烯单体、分子量调节剂、乳化剂和引发剂的混合物的水溶液进行自由基乳液共聚，反应温度40℃～90℃、反应压力0.6MPa～1.0Mpa、反应时间3～10小时，将反应产物用碱性物质调节pH＝7～10，经过滤得到所述丁苯乳液基料。所得丁苯乳液基料重量固含量40％～60％，pH＝7～10。
所述的丁苯乳液基料，在反应体系中，组分和重量份数如下：
羧酸单体 1～5份
丁二烯单体 20～400份
(甲基)苯乙烯单体 100份
分子量调节剂 0.2～2份
乳化剂 0.5～5份
引发剂 0.5～5份
碱性物质 1～5份
水 82～785份
所说的羧酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸或衣康酸中的至少一种；
所说的乳化剂，选自烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基聚氧乙烯醚或乙烯基聚氧乙烯醚中的至少一种；
所说的分子量调节剂为正十二硫醇、叔十二硫醇或正丁硫醇中的至少一种；
所说的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的至少一种；
所说的碱性物质选自碱金属的氢氧化物，优选氢氧化钠，最好采用重量含量为10％～40％的氢氧化钠水溶液。
所说的钠基膨润土分散液是通过如下方法制备的：
将聚丙烯酸钠水溶液、钠基膨润土和水，在研磨介质存在下进行研磨分散，得到钠基膨润土分散液；
所说的钠基膨润土分散液中，各组分和重量分数如下：
钠基膨润土 100份
聚丙烯酸钠水溶液 0.2～1份
水 66～152份
所说的聚丙烯酸钠水溶液固含量为20～50wt％，pH＝7～9，分子量：2000～4000g/mol。可选用市售产品，例如上海东升新材料有限公司牌号为DS-FS551B的分散剂。
所说的研磨介质为氧化锆珠，研磨介质的加入量和钠基膨润土的重量比为1：1，研磨分散时间为4～6小时。
所述的丁苯乳液可以用于造纸涂料配方中。
众所周知，在丁苯乳液中加入膨润土会降低乳液的粘结性。但本发明人发现在本发明中加入5～10wt％钠基膨润土分散液不但不会降低丁苯乳液的粘结性，相反还会有所提高。这可能是由于钠基膨润土中具有大量的铝镁离子，能够与丁苯乳液基料中羧基等活性基团起螯合作用而增强其粘结性。同时，当此丁苯乳液配制成造纸涂料涂布后，其中的铝镁离子能与纸张表面的羟基等活性基团起反应而增强纸张的表面强度，即涂料中所用丁苯乳液的粘结性得到增强。
本发明在丁苯乳液中加入一种钠基膨润土分散液，与普通丁苯乳液相比，具有优异的粘结性，是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在造纸涂料中使用，能明显提高涂料涂层的粘结性。
具体实施方式
实施例1
1、丁苯乳液基料的制备：
在1000ml加压反应釜中加入1克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵(罗地亚公司的RhodapexCL910)，1克过硫酸钾，156.3克蒸馏水，完全溶解成水溶液。再加入丙烯酸2克，丁二烯40克，苯乙烯200克，正十二硫醇0.4克。在0.6MPa条件下进行搅拌加热，加热温度40℃，时间10小时，进行聚合反应。冷却至25℃，用10克20wt％氢氧化钠水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯乳液基料，固含量59.8wt％，pH＝7.1(使用PHS-3C精密pH计测得)。
2、钠基膨润土分散液的制备：
将200g锆珠(日本TOSOH氧化锆珠，上海茂仓贸易有限公司)、0.4g聚丙烯酸钠水溶液(上海东升新材料有限公司，DS-FS551B分散剂)和133.2g去离子水加入1L研磨罐中，将研磨罐装好，开动研磨机，转磨转速600转/分钟，再向研磨罐中加入200g钠基膨润土，研磨分散4小时。采用200目不锈钢筛网过滤，得到钠基膨润土分散液，固含量：60.2wt％。
3、丁苯乳液的制备：
将步骤1制备的丁苯乳液基料200g和步骤2制备的钠基膨润土分散液20g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得丁苯乳液，固含量60.05wt％，pH＝7.05(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例2
1、丁苯乳液基料的制备：
在2000ml加压反应釜中加入2克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵(瑞士Clariant公司的Emulsogen APG2019)和3克乙烯基聚氧乙烯醚(瑞士Clariant公司的Emulsogen R208)，5克过硫酸钠，775.5克蒸馏水，完全溶解成水溶液。再加入甲基丙烯酸5克，丁二烯400克，甲基苯乙烯100克，叔十二硫醇2克。在1.0MPa条件下进行搅拌加热，加热温度90℃，时间3小时，进行聚合反应。冷却至25℃，用12.5克40wt％氢氧化钠水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯乳液基料，固含量40.3wt％，pH＝9.97(使用PHS-3C精密pH计测得)。
2、钠基膨润土分散液的制备：
将200g锆珠(氧化锆珠
圣戈班集团西普公司)、2g聚丙烯酸钠水溶液(上海东升新材料有限公司，DS-FS551B分散剂)和301g去离子水加入1L研磨罐中，将研磨罐装好，开动研磨机，转磨转速800转/分钟，再向研磨罐中加入200g钠基膨润土，研磨分散6小时。采用200目不锈钢筛网过滤，得到钠基膨润土分散液，固含量：39.8wt％。
3、丁苯乳液的制备：
将步骤1制备的丁苯乳液基料200g和步骤2制备的钠基膨润土分散液10g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得丁苯乳液，固含量40.03wt％，pH＝9.95(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例3
1、丁苯乳液基料的制备：
在1000ml加压反应釜中加入4克烯丙基聚氧乙烯醚(罗地亚公司的RhodasurfAAE-10)，2克过硫酸铵，206克蒸馏水，完全溶解成水溶液。再加入衣康酸3克，丁二烯100克，苯乙烯100克，正丁硫醇1克。在0.8MPa条件下进行搅拌加热，加热温度70℃，时间6小时，进行聚合反应。冷却至25℃，用10克30wt％氢氧化钠水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯乳液基料，固含量49.6wt％，pH＝8.3(使用PHS-3C精密pH计测得)。
2、钠基膨润土分散液的制备：
将200g锆珠(氧化锆珠
圣戈班集团西普公司)、1g聚丙烯酸钠水溶液(上海东升新材料有限公司，DS-FS551B分散剂)和200.05g去离子水加入1L研磨罐中，将研磨罐装好，开动研磨机，转磨转速800转/分钟，再向研磨罐中加入200g钠基膨润土，研磨分散6小时。采用200目不锈钢筛网过滤，得到钠基膨润土分散液，固含量：50.05wt％。
3、丁苯乳液的制备：
将步骤1制备的丁苯乳液基料200g和步骤2制备的钠基膨润土分散液15g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得丁苯乳液，固含量49.87wt％，pH＝8.95(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例4
1、丁苯乳液基料的制备：
在1000ml加压反应釜中加入1.5克烯丙基聚氧乙烯醚(罗地亚公司的RhodasurfAAE-10)和1.5克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵(罗地亚公司的Rhodapex CL910)，3.5克过硫酸钾，166.88克蒸馏水，完全溶解成水溶液。再加入马来酸2克，富马酸2克，丁二烯50克，苯乙烯100克，正十二硫醇1.5克。在0.9MPa条件下进行搅拌加热，加热温度55℃，时间8小时，进行聚合反应。冷却至25℃，用40克10wt％氢氧化钠水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯乳液基料，固含量45.8wt％，pH＝8.5(使用PHS-3C精密pH计测得)。
2、钠基膨润土分散液的制备：
将200g锆珠(日本TOSOH氧化锆珠，上海茂仓贸易有限公司)、1.0g聚丙烯酸钠水溶液(上海东升新材料有限公司，DS-FS551B分散剂)和200.05g去离子水加入1L研磨罐中，将研磨罐装好，开动研磨机，转磨转速800转/分钟，再向研磨罐中加入200g钠基膨润土，研磨分散6小时。采用200目不锈钢筛网过滤，得到钠基膨润土分散液，固含量：49.99wt％。
3、丁苯乳液的制备：
将步骤1制备的丁苯乳液基料200g、步骤2制备的钠基膨润土分散液12g和去离子水1.3g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得丁苯乳液，固含量44.89wt％，pH＝8.69(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例5
1、丁苯乳液基料的制备：
在1000ml加压反应釜中加入1.5克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵(瑞士Clariant公司的Emulsogen APG2019)，1克过硫酸钠，202.36克蒸馏水，完全溶解成水溶液。再加入丙烯酸1克，富马酸1克，丁二烯150克，苯乙烯100克，正十二硫醇0.2克，叔十二硫醇0.4克。在0.7MPa条件下进行搅拌加热，加热温度55℃，时间8小时，进行聚合反应。冷却至25℃，用10克20％氢氧化钾水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯乳液，固含量55.1％，平均粒径265nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.85(使用PHS-3C精密pH计测得)。
2、钠基膨润土分散液的制备：
将200g锆珠(日本TOSOH氧化锆珠，上海茂仓贸易有限公司)、1.2g聚丙烯酸钠水溶液(上海东升新材料有限公司，DS-FS551B分散剂)和164.08g去离子水加入1L研磨罐中，将研磨罐装好，开动研磨机，转磨转速800转/分钟，再向研磨罐中加入200g钠基膨润土，研磨分散6小时。采用200目不锈钢筛网过滤，得到钠基膨润土分散液，固含量：55.04wt％。
3、丁苯乳液的制备：
将步骤1制备的丁苯乳液基料200g和步骤2制备的钠基膨润土分散液18g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得丁苯乳液，固含量54.93wt％，pH＝7.94(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例6
对比例：按CN101077902A的方法制备的丁苯乳液
用实施例1～5和对比例，按下述配方制备涂料：
| 组分名称 | 规格型号 | 质量份 |
| 水 | 去离子 | 480 |
| 瓷土 | 90级* | 370 |
| 高岭土 | 90级 | 20 |
| 重质碳酸钙(GCC) | 90级 | 470 |
| 轻质碳酸钙(PCC) | 92级 | 140 |
| 丁苯乳液 | 40wt％ | 150 |
| 合计 | 1630 |
注：90级是指成分中粒径小于2微米的颗粒质量占总质量的90％。下同。
将上述组分加入高速分散机，搅拌均匀后高速分散20～30分钟，至细度合格，低速下加入下述组分，搅拌均匀后，出料，过滤。
将采用实施例1～5和对比例乳液配制的涂料用10#涂布棒在300g/m2灰底白板纸上进行涂布，涂布量20g/m2，备用。
将上述涂布纸采用IGT印刷适性仪(日本KRK)进行检测：
判定标准：表面强度越大表明涂料中丁苯乳液的粘结性越强
| 表面强度m/s | |
| 对比例 | 1.90 |
| 实施例1 | 2.10 |
| 实施例2 | 2.15 |
| 实施例3 | 2.22 |
| 实施例4 | 2.05 |
| 实施例5 | 2.25 |
从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的丁苯乳液，与对比例相比，具有优异的耐水性和粘结性。
Claims (6)
1.钠基膨润土改性的丁苯乳液，其特征在于，各组分及重量份数如下：
丁苯乳液基料 100份
钠基膨润土分散液 5～10份
所说的钠基膨润土分散液中，各组分和重量分数如下：
钠基膨润土 100份
聚丙烯酸钠水溶液 0.2～1份
水 66～152份。
2.根据权利要求1所述的钠基膨润土改性的丁苯乳液，其特征在于，所述丁苯乳液基料的制备方法包括以下步骤：将羧酸单体、丁二烯单体、(甲基)苯乙烯单体、分子量调节剂、乳化剂和引发剂的混合物的水溶液进行自由基乳液共聚，反应温度40℃～90℃、反应压力0.6MPa～1.0Mpa、反应时间3～10小时，将反应产物用碱性物质调节pH＝7～10，获得丁苯乳液基料。
3.根据权利要求2所述的钠基膨润土改性的丁苯乳液，其特征在于，所述的丁苯乳液基料，在反应体系中，组分和重量份数如下：
羧酸单体 1～5份
丁二烯单体 20～400份
(甲基)苯乙烯单体 100份
分子量调节剂 0.2～2份
乳化剂 0.5～5份
引发剂 0.5～5份
碱性物质 1～5份
水 82～785份。
4.根据权利要求2所述的钠基膨润土改性的丁苯乳液，其特征在于，所说的羧酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸或衣康酸中的至少一种，所说的乳化剂选自烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基聚氧乙烯醚或乙烯基聚氧乙烯醚中的至少一种；
所说的分子量调节剂为正十二硫醇、叔十二硫醇或正丁硫醇中的至少一种，所说的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的至少一种，所说的碱性物质选自碱金属的氢氧化物。
5.制备权利要求1～4任一项所述钠基膨润土改性的丁苯乳液的方法，其特征在于，方法包括如下步骤：将丁苯乳液基料、钠基膨润土分散液和适量去离子水混合，获得丁苯乳液。
6.权利要求1～4任一项所述钠基膨润土改性的丁苯乳液的应用，其特征在于，用于造纸涂料配方中。
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Legal Events
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