CN102417565B - 阳离子胶乳及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳离子胶乳及其制备方法和应用，阳离子胶乳的制备方法包括如下步骤：将明胶水溶液、乳化剂水溶液和2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液混合，然后加入混合单体，再滴加硅烷，保温，降温，过滤，获得阳离子胶乳。该本发明的阳离子胶乳应用于晒图原纸的表面处理，可大幅降低Cobb值、能快速熟化，基本下机就熟，因而可以降低纸张克重，用部分废纸甚至是100％的废纸代替木浆，简化施胶工艺，降低成本、提高产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及阳离子胶乳及其制备方法和应用。
背景技术
纸张，特别是晒图纸的发展趋势表现在：
1)正从高克重向低克重方向发展。
2)采用废纸代替木浆，但成纸的强度差，吸水值高。
3)对原纸采用表面处理以弥补原纸缺陷的工艺成为流行趋势。
用于上述表面处理的胶乳要求：a)大幅降低Cobb值(吸水值)；b)熟化速度快，要求下机就熟。
中国专利CN1244559A公开的一种预涂胶粘剂及其配制工艺，虽能减少感光液对纸基的渗透，但是经过预涂后的晒图纸的Cobb值偏高，熟化速度过慢。
发明内容
本发明的目的是提出一种阳离子胶乳及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的方法，包括如下步骤：
将明胶水溶液、乳化剂水溶液和2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液混合，然后在60℃～95℃下，加入混合单体，最好采用滴加的方式，滴加时间为1～3小时，在滴加硅烷，滴加时间为5～10分钟，保温1～2小时，降温至25℃，过滤，获得阳离子胶乳，重量固含量为20～40％，平均粒径为30～100nm，pH＝2～6；
明胶水溶液中，明胶与水的重量比为：明胶∶水＝10-25∶140～520；
乳化剂水溶液中，乳化剂与水的重量比为：乳化剂∶水＝0.2～5∶10；
2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液中，2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐与水的重量比为：2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐∶水＝0.2～2∶10；
优选的，明胶重均分子量为5000～50000g/mol；
所述混合单体由如下重量份数的组分组成：
(甲基)苯乙烯 20～50份
(甲基)丙烯酸酯 30～70份
阳离子单体 5～20份
所用阳离子单体选自甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；所用(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种；
所述乳化剂选自C12～18烷基聚氧乙烯(n)三甲基氯化铵(n＝5～20)中的至少一种；
所述硅烷选自乙烯基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种；
各个组分的重量份数比例为：
所述的阳离子胶乳可应用于晒图原纸的表面处理。
本发明阳离子胶乳的制备方法中，在制备过程中添加少量硅烷，出乎意料，应用于晒图原纸的表面处理，能明显降低纸张的Cobb值及改善纸张的熟化速度。这可能是由于本发明采用分段滴加单体，硅烷被接枝在乳胶粒的表面而使应用性能得到明显的改善。硅烷有一定的交联作用，在应用过程中能与淀粉的羟基起一定的交联，在纸张表面的处理中成膜更密实、耐水渗透性更强。在本发明中引入2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐作为阳离子引发剂，出乎意料的，阳离子胶乳应用效果更好。引入的阳离子与非离子复合的乳化剂比通常乳液聚合用乳化剂用量少，能明显降低Cobb值。
该阳离子胶乳应用于晒图原纸的表面处理，可大幅降低Cobb值、能快速熟化，基本下机就熟，因而可以降低纸张克重，用部分废纸甚至是100％的废纸代替木浆，简化施胶工艺，降低成本、提高产品质量。
具体实施方式
实施例1
a)将丙烯酸正丁酯70克、苯乙烯20克和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵10克混合制成混合单体，备用。
b)将0.2克十八烷基聚氧乙烯(5)三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
c)将0.2克2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
d)将10克分子量为5000g/mol的明胶和145.75克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在95℃，加入c)步骤中的2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液，然后在95℃条件下滴加a)步骤混合单体1小时。接着滴加0.1克γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，5分钟。
e)95℃保温1小时。降温至25℃，100目筛网过滤。得到阳离子胶乳，重量固含量39.7％，pH＝5.89，平均粒径95.8nm(使用Malven粒径仪测得)。
实施例2
a)将丙烯酸异辛酯30克、甲基苯乙烯50克和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵20克混合制成混合单体，备用。
b)将5克十二烷基聚氧乙烯(20)三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
c)将2克2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
d)将25克分子量为50000g/mol的明胶和532克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在60℃，加入c)步骤中的2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液，然后在60℃条件下滴加a)步骤混合单体3小时。接着滴加1克乙烯基三异丙氧基硅烷，10分钟。
e)60℃保温2小时。降温至25℃，100目筛网过滤。得到阳离子胶乳，重量固含量19.8％，pH＝2.13，平均粒径30.5nm(使用Malven粒径仪测得)。
实施例3
a)将丙烯酸乙酯30克、甲基丙烯酸甲酯30克、苯乙烯35克和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵5克混合制成混合单体，备用。
b)将3克十六烷基聚氧乙烯(10)三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
c)将1克2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
d)将18克分子量为20000g/mol的明胶和284.5克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在80℃，加入c)步骤中的2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液，然后在80℃条件下滴加a)步骤混合单体2小时。接着滴加0.5克乙烯基三乙氧基硅烷，8分钟。
e)80℃保温1.5小时。降温至25℃，100目筛网过滤。得到阳离子胶乳，重量固含量30.5％，pH＝4.32，平均粒径70.2nm(使用Malven粒径仪测得)。
实施例4
a)将丙烯酸-2-羟丙酯10克、丙烯酸甲酯30克、苯乙烯45克和二烯丙基二甲基氯化铵15克混合制成混合单体，备用。
b)将1克十四烷基聚氧乙烯(8)三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
c)将1.5克2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
d)将20克分子量为10000g/mol的明胶和209克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在70℃，加入c)步骤中的2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液，然后在70℃条件下滴加a)步骤混合单体2.5小时。接着滴加0.8克乙烯基三乙氧基硅烷，7分钟。
e)70℃保温1.2小时。降温至25℃，100目筛网过滤。得到阳离子胶乳，重量固含量35.2％，pH＝3.52，平均粒径83.2nm(使用Malven粒径仪测得)。
实施例5
a)将甲基丙烯酸-2-乙基己酯50克、甲基苯乙烯43克和丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵4克、二烯丙基二甲基氯化铵4克混合制成混合单体，备用。
b)将2克十四烷基聚氧乙烯(15)三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
c)将0.8克2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。
d)将13克分子量为30000g/mol的明胶和324.4克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在90℃，加入c)步骤中的2，2′-偶氮双(脒基丙基)二盐酸盐水溶液，然后在90℃条件下滴加a)步骤混合单体1.5小时。接着滴加0.8克γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，7分钟。
e)90℃保温0.7小时。降温至25℃，100目筛网过滤。得到阳离子胶乳，重量固含量24.7％，pH＝5.12，平均粒径47.2nm(使用Malven粒径仪测得)
实施例6
对比样：按CN1244559A配制预涂胶粘剂
胶粘剂的配制：配制500克10％氧化淀粉，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入实施例1～5配方的阳离子胶乳(氧化淀粉∶阳离子胶乳＝20∶6(干/干))，再加水稀释至10％。
Cobb值测定：
采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的XSH型可勃吸收性测定仪按GB/T 1540-1989方法检测待测纸样。
在晒图原纸上表面处理：
使用实施例1～5配方配制的胶粘剂及对比样品在80克晒图原纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2g/m2，涂布后分别在110℃烘箱中烘30秒或300秒，取出，冷却至室温进行测定。
评判标准：Cobb值越低越好，烘30秒及300秒的Cobb值相差越小越好
从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的阳离子胶乳，与对比样相比，应用于晒图原纸的表面处理，能够大幅度降低Cobb值，明显加快熟化速度。
Claims (2)
1.阳离子胶乳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将明胶水溶液、乳化剂水溶液和2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液混合，然后在60℃～95℃下，采用滴加的方式加入混合单体，滴加时间为1～3小时，再滴加硅烷，滴加时间为5～10分钟，保温1～2小时，降温，过滤，获得阳离子胶乳；
所述硅烷选自乙烯基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种；
明胶水溶液中，明胶与水的重量比为：明胶∶水＝10-25∶140～520；
乳化剂水溶液中，乳化剂与水的重量比为：乳化剂∶水＝0.2～5∶10；
2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液中，2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐与水的重量比为：2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐∶水＝0.2～2∶10；
所述混合单体由如下重量份数的组分组成：
（甲基）苯乙烯 20～50份
（甲基）丙烯酸酯 30～70份
阳离子单体 5～20份
所用阳离子单体选自甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；所用（甲基）丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种；
所述乳化剂选自C12～18烷基聚氧乙烯（n）三甲基氯化铵，n=5～20中的至少一种；
各个组分的重量份数比例为：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，明胶重均分子量为5000～50000g/mol。
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