CN101704913B - 底涂涂料用苯丙乳液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种底涂涂料用苯丙乳液及其制备方法和应用，制备方法为：以阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复合的表面活性剂为乳化剂，以过氧化物为引发剂，在50℃～95℃、常压条件下将(甲基)丙烯酸单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、交联单体、促进剂进行自由基乳液聚合制得，然后所得乳液用碱水溶液中和，调节pH＝7～10，获得产品。本发明的底涂涂料用苯丙乳液是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在涂布纸的底涂涂料中应用，能明显增强涂布纸的表面强度，改善掉毛掉粉现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种底涂涂料用苯丙乳液，应用于涂布纸的底涂涂料。
背景技术
乳液被广泛的用于纸张涂料的粘结，在应用过程中，对乳液的性能要求越来越高。随着乳液应用工艺技术的改进和发展，要求乳液具有良好的工艺适用性，其中，最重要还是苯丙乳液的粘结性。乳液应用于纸张涂料中能明显提高纸张的表面强度，减少纸张掉毛掉粉现象。
中国专利CN101280035A公开了一种乳液的制备方法，制备得到的乳液应用于纸张涂料，涂料流动性、耐水性较好，但是在纸张上涂布后纸张表面强度较差。
发明内容
本发明的目的是提出一种底涂涂料用苯丙乳液及其制备方法和应用，以克服已有技术的缺陷。
本发明的底涂涂料用苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
以阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复合的表面活性剂为乳化剂，以过氧化物为引发剂，在50℃～95℃、常压条件下将(甲基)丙烯酸单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、交联单体、促进剂进行自由基乳液聚合制得，然后所得乳液用碱水溶液中和，调节pH＝7～10，经过滤得到的乳液重量固含量为30％～50％，平均粒径为80nm～200nm；
优选的，包括如下步骤：
(a)将(甲基)丙烯酸酯、(甲基)苯乙烯和(甲基)丙烯酸混合，获得混合单体；
(b)将总重量的2.5～45.5％的乳化剂、总重量的2.4～62.5％引发剂和总重量的3.4～11.2％的水混合，获得水溶液I；
其中：总重量的2.5～45.5％的乳化剂，是以乳化剂的总重量为基准的；
总重量的2.4～62.5％引发剂，是以引发剂的总重量为基准的；
总重量的3.4～11.2％的水，是水的总重量为基准的；
(c)将促进剂和总重量3.4～11.2％的水混合均匀，获得水溶液II；
其中，总重量3.4～11.2％的水，是水的总重量为基准的；
(d)将总重量80～100％的混合单体与总重量16.5～91.0％的乳化剂、总重量7.4～91.0％的引发剂和总重量17.2～55.6％的水混合，获得混合液III；
其中，总重量80～100％的混合单体，是以混合单体的总重量为基准的；
总重量16.5～91.0％的乳化剂，是以乳化剂的总重量为基准的；
总重量7.4～91.0％的引发剂，是以引发剂的总重量为基准的；
和总重量17.2～55.6％的水，是以水的总重量为基准的；
(e)将总重量0～20％的混合单体与总重量3.8～77.0％的乳化剂、总重量3.8～87％的引发剂和总重量6.8～81.5％的水混合，60℃～95℃反应10～40分钟，然后加入步骤(d)中的混合液III，优选采用滴加的方法，滴加时间为1～3小时，然后在50～80℃下，同时加入总重量30～35％的步骤(b)的混合液I和全部的步骤(c)的混合液II，优选采用滴加的方法，滴加时间为10～30分钟，接着同时滴加余量的步骤(b)的混合液I和全部的交联单体，滴加时间为10～30分钟；
其中：总重量0～20％的混合单体，是以混合单体的总重量为基准的；
总重量3.8～77.0％的乳化剂，是以乳化剂的总重量为基准的；
总重量3.8～87％的引发剂，是以引发剂的总重量为基准的；
总重量6.8～81.5％的水，是以水的总重量为基准的；
(f)50～80℃保温1～2小时，降温至25℃，用碱水溶液中和至pH＝7～10，过滤，获得产品，乳液重量固含量为30％～50％，平均粒径为80nm～200nm，pH值7～10；
各个组分的重量份数为：
混合单体 100份
乳化剂 0.7～4.5份
引发剂 0.4～4.5份
促进剂 0.5～1.5份
交联单体 2～8份
碱水溶液 4～20份
水 90～290份
所述混合单体的重量份数配比，以所述混合单体的重量的总重量为基准，由如下的组分组成：
(甲基)丙烯酸酯 25～69份
(甲基)苯乙烯 30～70份
(甲基)丙烯酸 1～5份
所述(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸或甲基丙烯酸C8～C16烷基酯中的至少一种，优选丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯；
所说的交联单体选自丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种；
所说的乳化剂为阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的混合物，重量比为：阴离子表面活性剂∶非离子表面活性剂＝1∶2～2.5∶1；
所述非离子表面活性剂选自失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯(斯盘65)、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单硬脂肪酸酯(斯盘60)、失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、二乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯(斯盘40)、聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、聚氧化乙烯硬脂肪酸酯、月桂酸聚氧乙烯酯、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、聚氧化乙烯(5)失水山梨醇单油酸酯(吐温81)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三硬脂酸酯(吐温65)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三油酸酯(吐温85)、聚氧化乙烯单油酸酯、脂肪醇胺聚氧化乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧化乙烯单月桂酸酯、聚氧化乙烯蓖麻油、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温21)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯(吐温40)或聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)中的至少一种，优选失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)或失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)；
所述阴离子表面活性剂选自C10～C20烷基苯磺酸钠、C10～C20烷基萘磺酸钠、C10～C20烷基硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠、二环己基-2-磺基琥珀酸钠、丁二酸磺酸钠、油酸钠、油酸钾或三乙醇胺油酸酯中的至少一种，优选十二烷基苯磺酸钠、十二烷基萘磺酸钠或二烷基-2-磺基琥珀酸钠；
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；
所述促进剂选自甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲或双丙酮丙烯酰胺中的至少一种；
所说的碱水溶液选自氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氢氧化铵水溶液中的至少一种，重量浓度为10％～25％。
本发明获得的底涂涂料用苯丙乳液，可应用于涂布纸的底涂涂料。
本发明发现，通过在苯丙乳液上依次接枝促进剂、交联单体所得到的乳液，应用于涂布纸的底涂涂料，不但能改善纸张的涂布光泽，而且能大幅度提高纸张的表面强度。这可能是由于在苯丙乳液接枝促进剂、交联剂，形成嵌段的梳形结构，乳胶粒表面有大量羟基能与纤维表面形成强烈的氢键作用，增强纸张的表面强度，同时促进剂中的活性基团能与碳酸钙表面作用，减少掉毛掉粉现象及增强纸张表面强度。
本发明的底涂涂料用苯丙乳液是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在涂布纸的底涂涂料中应用，能明显增强涂布纸的表面强度，改善掉毛掉粉现象。
具体实施方式
实施例1
底涂涂料用苯丙乳液的合成：
a)将25g丙烯酸正丁酯、70g苯乙烯和5g丙烯酸混合制成混合单体。备用；
b)将0.05g十二烷基苯磺酸钠，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、0.1g过硫酸钾溶解于10g去离子水，备用；
c)将0.5g甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲溶解于10g去离子水，备用；
d)将80g步骤a)中的混合单体加入0.4g十二烷基苯磺酸钠、0.1g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、0.2g过硫酸钾和50g去离子水溶解成水溶液，搅拌30分钟，备用；
e)将20g步骤a)中的混合单体加入0.05g十二烷基苯磺酸钠，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、0.1g过硫酸钾和23.6g去离子水的水溶液中，60℃条件下反应40分钟，然后滴加步骤d)中的混合液3小时，50℃同时滴加总重量33％的步骤b)中的混合液和步骤c)中的混合液，滴加时间30分钟，接着同时滴加余量的步骤b)中的混合液和2g甲基丙烯酸-2-羟乙酯，滴加时间30分钟；
f)50℃保温2小时。降温至25℃，用重量浓度为25％的20g氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得底涂涂料用苯丙乳液，固含量：49.8wt％，平均粒径198nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝9.96(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例2
底涂涂料用苯丙乳液的合成：
a)将69g丙烯酸乙酯、30g甲基苯乙烯和1g甲基丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.1g二烷基-2-磺基琥珀酸钠，0.4g失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、0.5g过硫酸钠溶解于10g去离子水。备用。
c)将1.5g双丙酮丙烯酰胺溶解于10g去离子水。备用。
d)将100ga)步骤中的混合单体加入1g十二烷基萘磺酸钠、1g失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、2g过硫酸钠和50g去离子水溶解成水溶液，搅拌30分钟。备用。
e)将0.5g十二烷基萘磺酸钠，1.5g聚氧化乙烯单油酸酯、2g过硫酸钠和201.9g去离子水的水溶液中，95℃条件下反应10分钟，然后滴加d)步骤中的混合液，滴加1小时。80℃同时滴加总重量30％的步骤b)中的混合液和步骤c)中的混合液，滴加10分钟，接着同时滴加总重量70％的步骤b)中的混合液和8g丙烯酸-2-羟乙酯，滴加10分钟。
f)80℃保温1小时。降温至25℃，用重量浓度为20％的4g氢氧化铵水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得底涂涂料用苯丙乳液，固含量：30.5wt％，平均粒径81.2nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.03(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例3
底涂涂料用苯丙乳液的合成：
a)将20g甲基丙烯酸甲酯、27g丙烯酸-2-乙基己酯、50g甲基苯乙烯和3g甲基丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.1g丁二酸磺酸钠，0.2g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、0.3g过硫酸铵溶解于10g去离子水。备用。
c)将0.5g双丙酮丙烯酰胺、0.5g甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲溶解于10g去离子水。备用。
d)将90g步骤a)中的混合单体加入0.2g油酸钾、0.8g二乙二醇脂肪酸酯、1g过硫酸铵和50g去离子水溶解成水溶液，搅拌30分钟。备用。
e)将10g步骤a)中的混合单体加入0.8g十二烷基硫酸钠，0.2g失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、1g过硫酸铵和92.15g去离子水的水溶液中，75℃条件下反应20分钟，然后滴加步骤d)中的混合液，滴加2小时。75℃同时滴加总重量35％的步骤b)中的混合液和步骤c)中的混合液，滴加20分钟，接着同时滴加总重量65％的步骤b)中的混合液和5g甲基丙烯酸-2-羟丙酯，滴加20分钟。
f)75℃保温1小时。降温至25℃，用重量浓度10％的10g氢氧化钾水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得底涂涂料用苯丙乳液，固含量：40.2wt％，平均粒径130.5nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝8.55(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例4
底涂涂料用苯丙乳液的合成：
a)将58g甲基丙烯酸正丁酯、40g苯乙烯和2g丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.1g二环己基-2-磺基琥珀酸钠，0.1g聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、0.2g过硫酸钠溶解于10g去离子水。备用。
c)将0.3g双丙酮丙烯酰胺、0.4g甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲溶解于10g去离子水。备用。
d)将85g步骤a)中的混合单体加入0.6g二环己基-2-磺基琥珀酸钠、0.8g聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、1.3g过硫酸钠和50g去离子水溶解成水溶液，搅拌30分钟。备用。
e)将15g步骤a)中的混合单体加入0.5g十六烷基硫酸钠，0.7g聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、1.5g过硫酸钠和64.39g去离子水的水溶液中，65℃条件下反应15分钟，然后滴加步骤d)中的混合液，滴加2.5小时。65℃同时滴加总重量33％步骤b)中的混合液和步骤c)中的混合液，滴加15分钟，接着同时滴加总重量67％的步骤b)中的混合液和6g甲基丙烯酸-2-羟乙酯，滴加15分钟。
f)65℃保温1小时。降温至25℃，用重量浓度为15％的7g氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得底涂涂料用苯丙乳液，固含量：45.10wt％，平均粒径110.5nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.93(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例5
底涂涂料用苯丙乳液的合成：
a)将36g丙烯酸异丁酯、60g甲基苯乙烯和4g甲基丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.2g三乙醇胺油酸酯，0.2g失水山梨醇三油酸酯、0.4g过硫酸钠溶解于10g去离子水。备用。
c)将0.5g双丙酮丙烯酰胺、0.7g甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲溶解于10g去离子水。备用。
d)将85g步骤a)中的混合单体加入0.3g三乙醇胺油酸酯、0.3g失水山梨醇三油酸酯、0.5g过硫酸钠和50g去离子水溶解成水溶液，搅拌30分钟。备用。
e)将15g步骤a)中的混合单体加入0.3g十六烷基苯磺酸钠，0.6g失水山梨醇三油酸酯、0.6g过硫酸钠和127.9g去离子水的水溶液中，70℃条件下反应15分钟，然后滴加步骤d)中的混合液，滴加1.5小时。70℃同时滴加总重量33％步骤b)中的混合液和步骤c)中的混合液，滴加25分钟，接着同时滴加余量的步骤b)中的混合液和4g甲基丙烯酸-2-羟乙酯，滴加25分钟；
f)70℃保温1小时。降温至25℃，用重量浓度为18％的15g氢氧化钾水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得底涂涂料用苯丙乳液，固含量：34.92wt％，平均粒径150.2nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝9.02(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例6
对比例：按CN101280035A的方法制备的乳液
用实施例1～5和对比例，按下述配方配制涂料
95级重质碳酸钙400g
巴西瓷土 100g
乳液(干重) 50g
去离子水适量，调整涂料重量固含量为65％。
实验过程：1)将95级重质碳酸钙、巴西瓷土和适量去离子水加入高速分散机，搅拌均匀后高速分散20～30min，至细度合格，低速下加入乳液，搅拌均匀后，出料，100目筛网过滤。2)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75g/m2铜版原纸上进行涂布，涂布量20g/m2，备用。3)涂布压光条件：分别取上述涂布纸样用小型压光机硬压光两次(0.3Mpa，85℃)。备用。
A)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：表面强度越大表明乳液效果越好
| 表面强度m/s | |
| 对比例 | 0.65 |
| 实施例1 | 0.78 |
| 实施例2 | 0.82 |
| 实施例3 | 0.91 |
| 实施例4 | 0.79 |
| 实施例5 | 0.85 |
B)用OPP胶粘带(OPPT 04，东莞市宗威实业有限公司)在上述涂布纸表面上粘5cm长条，瞬间拉掉OPP胶粘带，查看OPP胶粘带上是否有碳酸钙粉末或纤维。
| 样品 | 结果 |
| 对比例 | 大量白色粉末，少量纤维 |
| 实施例1 | 无 |
| 实施例2 | 微量 |
| 实施例3 | 无 |
| 实施例4 | 无 |
| 实施例5 | 微量 |
从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的底涂涂料用苯丙乳液，与对比例相比，应用于涂布纸的底涂涂料，能显著提高涂布纸的表面强度和减少涂布纸面掉毛掉粉现象。
Claims (4)
1.底涂涂料用苯丙乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将(甲基)丙烯酸酯、(甲基)苯乙烯和(甲基)丙烯酸混合，获得混合单体；
(b)将总重量的2.5～45.5％的乳化剂、总重量的2.4～62.5％引发剂和总重量的3.4～11.2％的水混合，获得水溶液I；
(c)将促进剂和总重量3.4～11.2％的水混合均匀，获得水溶液II；
(d)将总重量80～100％的混合单体与总重量16.5～91.0％的乳化剂、总重量7.4～91.0％的引发剂和总重量17.2～55.6％的水混合，获得混合液III；
(e)将总重量0～20％的混合单体与总重量3.8～77.0％的乳化剂、总重量3.8～87％的引发剂和总重量6.8～81.5％的水混合，反应，然后加入步骤(d)中的混合液III，然后在50～80℃下，同时加入总重量30～35％的步骤(b)的混合液I和全部的步骤(c)的混合液II，接着同时滴加余量的步骤(b)的混合液I和全部的交联单体；
(f)50～80℃保温1～2小时，降温至25℃，用碱水溶液中和至pH＝7～10，过滤，获得产品；
各个组分的重量份数为：
混合单体 100份
乳化剂 0.7～4.5份
引发剂 0.4～4.5份
促进剂 0.5～1.5份
交联单体 2～8份
碱水溶液 4～20份
水 90～290份；
所述混合单体的重量份数配比，以所述混合单体的重量的总重量为基准，由如下的 组分组成：
(甲基)丙烯酸酯 25～69份
(甲基)苯乙烯 30～70份
(甲基)丙烯酸 1～5份；
所说的交联单体选自丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种；
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；所述促进剂选自甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲或双丙酮丙烯酰胺中的至少一种，所说的碱水溶液选自氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氢氧化铵水溶液中的至少一种，重量浓度为10％～25％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(e)中，将总重量0～20％的混合单体与总重量3.8～77.0％的乳化剂、总重量3.8～87％的引发剂和总重量6.8～81.5％的水混合，60℃～95℃反应10～40分钟，然后采用滴加的方法加入步骤(d)中的混合液III，滴加时间为1～3小时，然后在50～80℃下，同时采用滴加的方法加入总重量30～35％的步骤(b)的混合液I和全部的步骤(c)的混合液II，滴加时间为10～30分钟，接着同时滴加余量的步骤(b)的混合液I和全部的交联单体，滴加时间为10～30分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸或甲基丙烯酸C8～C16烷基酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的乳化剂为阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的混合物，重量比为：阴离子表面活性剂∶非离子表面活性剂＝1∶1～5∶1；
所述非离子表面活性剂选自失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、乙二醇 脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单硬脂肪酸酯、失水山梨醇单油酸酯、二乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧化乙烯硬脂肪酸酯、月桂酸聚氧乙烯酯、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯、聚氧化乙烯(5)失水山梨醇单油酸酯、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三油酸酯、聚氧化乙烯单油酸酯、脂肪醇胺聚氧化乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧化乙烯单月桂酸酯、聚氧化乙烯蓖麻油、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯或聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯中的至少一种；
所述阴离子表面活性剂选自C10～C20烷基苯磺酸钠、C10～C20烷基萘磺酸钠、C10～C20烷基硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠、二环己基-2-磺基琥珀酸钠、丁二酸磺酸钠、油酸钠、油酸钾或三乙醇胺油酸酯中的至少一种。
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