CN102432731A - 阳离子苯丙乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

阳离子苯丙乳液及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阳离子苯丙乳液及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：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a；b)将乳化剂、引发剂和水混合，获得水溶液b；c)将阳离子单体和水混合，获得水溶液c；d)将混合单体a加入乳化剂、引发剂和水中混合，获得混合单体溶液d；e)将混合单体a加入乳化剂、引发剂和水中，反应，滴加溶液d和乳化剂、水溶液b和水溶液c，反应，用碱性溶液中和，获得产品；所述阳离子单体选自对乙烯基苄基三甲基氯化铵或对甲基苄基三甲基氯化铵。本发明改善了乳液在纸张表面纤维吸附留着，明显地增强纸张的表面强度，显著降低灰底白板纸的Cobb值。

Description

阳离子苯丙乳液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种应用于灰底白板纸表面施胶的阳离子苯丙乳液。
背景技术
乳液被广泛的用于纸张表面施胶，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，显著降低灰底白板纸的Cobb值。
随着二次纤维在制浆造纸原料中比例的逐渐增大，以及纸机白水循环封闭程度增高，湿部的抄造环境日益恶劣，阳离子型表面施胶剂日益受到人们的青睐，当前工厂采用弱阴离子苯丙型表面施胶剂作为一种专门提高抗水性的表面施胶剂，使用过程中需要添加硫酸铝增加表面施胶剂的留着率，操作比较麻烦。
发明内容
本发明的目的是提供一种阳离子苯丙乳液及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的阳离子苯丙乳液的制备方法，包括以下步骤：
a)将25～69重量份(甲基)丙烯酸酯、30～70重量份(甲基)苯乙烯和1～5重量份(甲基)丙烯酸混合，获得混合单体a；
b)将乳化剂、引发剂和水混合，获得乳化剂和引发剂水溶液b；
乳化剂的用量为总乳化剂重量的2.5～45.5％；
引发剂的用量为总引发剂重量的2.5～62.5％；
水的用量为总水重量的2.5～38.5％；
c)将阳离子单体和水混合，获得阳离子单体水溶液c；
水的用量为水的总重量用量的2.5～38.5％；
d)将混合单体a加入乳化剂、引发剂和水中混合，获得混合单体溶液d；
混合单体a的用量为总混合单体a重量的75～85％；
乳化剂的用量为总乳化剂重量的16.5～91％；
引发剂的用量为总引发剂重量的7.5～91％；
水的用量为总水重量的13.5～53％；
e)将余量的混合单体a加入余量的乳化剂、余量的引发剂和余量的水中，70℃～95℃、条件下反应10～40分钟，然后同时滴加混合单体溶液d和乳化剂、引发剂水溶液b和阳离子单体水溶液c，滴加时间为1～3小时，50～80℃反应1～2小时，降温至室温，用碱性溶液中和至pH＝7～10，过滤，获得产品；
乳液的重量固含量为25％～50％，平均粒径为60nm～180nm，pH值7～10；
各个组分的重量份数用量为：
Figure BDA0000111161180000021
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；
阳离子单体选自对乙烯基苄基三甲基氯化铵或对甲基苄基三甲基氯化铵。
所述乳化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)、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；
所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种；
所说的碱性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，重量固含量为25％；
采用本发明的方法制备的阳离子苯丙乳液，可应用于灰底白板纸表面施胶。
本聚合物乳液的优点是，乳胶粒引进了具有强亲水性的季铵盐基团，使其分子链上具有许多正电荷中心，无需添加硫酸铝就能与纤维上的负电荷结合生成离子键，并同时增加了氢键中心，和纤维上的非离子表面生成氢键，改善了乳液的水溶性，改善了乳液在纸张表面纤维吸附留着，明显地增强纸张的表面强度，显著降低灰底白板纸的Cobb值。
具体实施方式
实施例1
阳离子苯丙乳液的合成：
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0.07g乙二醇脂肪酸酯，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0.6g对乙烯基苄基三甲基氯化铵溶解于20去离子水，备用。
d)将80ga)步骤中的混合单体加入0.4g乙二醇脂肪酸酯、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20ga)步骤中的混合单体加入0.05g乙二醇脂肪酸酯，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，70件下反应40分钟，然后滴加d)步骤中的混合液3小时。50℃同时滴加b)步骤中的混合液和c)步骤中的混合液。
f)50℃保温2小时。降温至25℃，用20g氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经325过滤，得阳离子苯丙乳液，固含量：45wt％，平均粒径100nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.38(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例2
阳离子苯丙乳液的合成：
a)将50g丙烯酸正丁酯、45g苯乙烯和5g丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.25g失水山梨醇三油酸酯，0.2g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、0.4g过硫酸钾溶解于45g去离子水。备用。
c)将0.5g对甲基苄基三甲基氯化铵溶解于20去离子水。备用。
d)将80ga)步骤中的混合单体加入0.4g失水山梨醇三油酸酯、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20ga)步骤中的混合单体加入0.05g失水山梨醇三油酸酯，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，70件下反应40分钟，然后滴加d)步骤中的混合液3小时。50℃同时滴加b)步骤中的混合液和c)步骤中的混合液。
f)50℃保温2小时。降温至25℃，用20g氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经325过滤，得阳离子苯丙乳液，固含量：49.8wt％，平均粒径98nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝9.96(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例3
阳离子苯丙乳液的合成：
a)将25g丙烯酸甲酯、70g苯乙烯和5g甲基丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.07g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.1g过硫酸钾溶解于10g去离子水。备用。
c)将0.7g对甲基苄基三甲基氯化铵溶解于20去离子水。备用。
d)将80ga)步骤中的混合单体加入0.4g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、0.1g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.2g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20ga)步骤中的混合单体加入0.05g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.1g过硫酸钠和23.6g去离子水的水溶液中，70件下反应40分钟，然后滴加d)步骤中的混合液3小时。50℃同时滴加b)步骤中的混合液和c)步骤中的混合液。
f)50℃保温2小时。降温至25℃，用20g氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经325过滤，得阳离子苯丙乳液，固含量：44.8wt％，平均粒径138nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.25(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例4
阳离子苯丙乳液的合成：
a)将35g丙烯酸甲酯、55g苯乙烯和10g甲基丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.8g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.1g过硫酸钾溶解于10g去离子水。备用。
c)将0.6g对乙烯基苄基三甲基氯化铵溶解于20去离子水。备用。
d)将80ga)步骤中的混合单体加入0.4g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、0.1g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.2g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20ga)步骤中的混合单体加入0.05g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.1g过硫酸钠和23.6g去离子水的水溶液中，70件下反应40分钟，然后滴加d)步骤中的混合液3小时。50℃同时滴加b)步骤中的混合液和c)步骤中的混合液。
f)50℃保温2小时。降温至25℃，用20g氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经325过滤，得阳离子苯丙乳液，固含量：48.5wt％，平均粒径179nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.05(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例5
阳离子苯丙乳液的合成：
a)将35g甲基丙烯酸甲酯、55g苯乙烯和10g甲基丙烯酸混合制成混合单体。备用。
b)将0.07g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.1g过硫酸钾溶解于10g去离子水。备用。
c)将0.9g对乙烯基苄基三甲基氯化铵溶解于20去离子水。备用。
d)将70ga)步骤中的混合单体加入0.4g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、0.1g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.2g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20ga)步骤中的混合单体加入0.05g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯，0.05g聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、0.1g过硫酸钠和23.6g去离子水的水溶液中，70件下反应40分钟，然后滴加d)步骤中的混合液3小时。50℃同时滴加b)步骤中的混合液和c)步骤中的混合液。
f)50℃保温2小时。降温至25℃，用20g氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经325过滤，得阳离子苯丙乳液，固含量：49.3wt％，平均粒径156nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.85(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例6
在灰底白板纸上表面施胶：
对比例：按中国专利CN101148842A方法制备的施胶剂，固含量为20wt％
将实施例1～5配方制备的施胶剂，用去离子水稀释至20wt％
施胶液的配制：配制500克10wt％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入实施例1～5配方制备的施胶剂(氧化淀粉(干)∶施胶剂(湿)＝50∶4)，再加水稀释至6wt％。
对比例施胶液的配制：配制500克10wt％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入对比例配方制备的施胶剂(氧化淀粉(干)∶施胶剂(湿)＝50∶4)，施胶液固含量控制在8wt％。
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。
在灰底白板纸上表面施胶：环压强度测定：
采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的CT300A压缩强度测试仪检测待测纸样。
在纸张上表面施胶：
使用对比例配方配制的施胶液在120克瓦楞原纸上用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120秒，取出，冷却至室温进行测定。
使用实施例1～5配方配制的施胶液在120克瓦楞原纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为1.6g/m2，涂布后分别在110℃烘箱中烘30秒或120秒，取出，冷却至室温进行测定。
使用对比例配方配制的施胶液在120克原纸上用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120秒，取出，冷却至室温进行测定。
使用实施例1～5配方配制的施胶液在120克瓦楞原纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为1.6g/m2，涂布后分别在110℃烘箱中烘30秒或120秒，取出，冷却至室温进行测定。
Figure BDA0000111161180000091
从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的施胶剂，与对比例相比表面强度明显提高能大幅度降低纸张的Cobb值。

Claims (9)

1.阳离子苯丙乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
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a；
b)将乳化剂、引发剂和水混合，获得乳化剂和引发剂水溶液b；
c)将阳离子单体和水混合，获得阳离子单体水溶液c；
d)将混合单体a加入乳化剂、引发剂和水中混合，获得混合单体溶液d；
e)将混合单体a加入乳化剂、引发剂和水中，反应，然后同时滴加混合单体溶液d和乳化剂、引发剂水溶液b和阳离子单体水溶液c，反应，用碱性溶液中和至pH＝7～10，过滤，获得产品；
所述阳离子单体选自对乙烯基苄基三甲基氯化铵或对甲基苄基三甲基氯化铵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤a)中，将25～69重量份(甲基)丙烯酸酯、30～70重量份(甲基)苯乙烯和1～5重量份(甲基)丙烯酸混合，获得混合单体a；
步骤b)中，乳化剂的用量为总乳化剂重量的2.5～45.5％；引发剂的用量为总引发剂重量的2.5～62.5％；水的用量为总水重量的2.5～38.5％；
步骤c)中，水的用量为水的总重量用量的2.5～38.5％；
步骤d)中，混合单体a的用量为总混合单体a重量的75～85％；乳化剂的用量为总乳化剂重量的16.5～91％；引发剂的用量为总引发剂重量的7.5～91％；水的用量为总水重量的13.5～53％；
步骤e)中，将余量的混合单体a加入余量的乳化剂、余量的引发剂和余量的水中，70℃～95℃、条件下反应10～40分钟，然后同时滴加混合单体溶液d和乳化剂、引发剂水溶液b和阳离子单体水溶液c，滴加时间为1～3小时，50～80℃反应1～2小时，降温至室温，用碱性溶液中和至pH＝7～10，过滤，获得产品；
各个组分的重量份数用量为：
3.根据权利要求2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2或3所述的方法，其特征在于，所述乳化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)、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。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的至少一种。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所说的碱性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，重量固含量为10～25％。
7.根据权利要求1～6任一项所述方法制备的阳离子苯丙乳液。
8.根据权利要求7所述的阳离子苯丙乳液，其特征在于，乳液的重量固含量为25％～50％，平均粒径为60nm～180nm，pH值7～10。
9.根据权利要求7或8所述的阳离子苯丙乳液的应用，其特征在于用于灰底白板纸表面施胶。
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