CN102517983B - 用于造纸涂布的高光泽水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于造纸涂布的高光泽水性涂料及其制备方法，用于造纸涂布的高光泽水性涂料，其特征在于，由如下重量份数的组分组成：自合成树脂5～35份，丙烯酸酯树脂100份，消泡剂0.2～1.2份，流平剂0.3～1.2份，水200～600份；所述自合成树脂为羟基类功能性单体、(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)苯乙烯、保护胶体和丙烯酸树脂的反应产物。本发明制备的高光泽水性涂料，重量固含量为15～40％，pH值为6～9，能够有效地克服现有工艺的缺点，使涂料涂膜后的耐磨性和储藏稳定性均得到提高。

Description

用于造纸涂布的高光泽水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用作造纸涂布过程的功能性助剂。

背景技术

随着印刷包装材料上光要求的提高和人们环保意识的增强，纸张水性涂料由于其具有高光泽、优良的耐磨性和耐候性及低VOC等优点，已广泛用于烟、酒、瓶贴、茶叶、食品、化妆品、日化、百货、礼品、工艺品等产品的精美包装，水性涂料的市场需求也越来越大。

水性涂料在上光加工过程中起着重要的作用，其性能直接影响到纸张的光泽、外观清晰度、防潮、防霉、耐磨等保护效果。目前，国内生产的上光涂料有溶剂型、醇溶型、水性(乳液型)涂料，其中溶剂型和醇溶型涂料中含有大量有机溶剂，气味大，对操作和社会环境有很大的影响，而且对人类的身体健康损害极大；高光泽水性涂料是以合成树脂代替油脂，以水代替有机溶剂的一种环境友好型水性涂料，不仅具有高光泽度，而且有利于纸品的回收再生。因此，开发性能更好和更环保的水性涂料已经成为涂料工业的主要发展方向。

申请人曾公开过一项专利(CN200810035264)，通过加丙烯酸酯树脂、中和剂、流平剂和耐磨剂等制备的真空镀铝纸用面涂涂料具有优异的透明度和耐磨性，在此基础上，申请人通过改变合成工艺和添加保护胶体，使高光泽水性涂料具有成膜后耐磨性高、储藏稳定性好的优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于造纸涂布的高光泽水性涂料及其制备方法，以提高原有技术的性能。

本发明的用于造纸涂布的高光泽水性涂料，由如下重量份数的组分组成：

自合成树脂5～35份，丙烯酸酯树脂100份，消泡剂0.2～1.2份，流平剂0.3～1.2份，水200～600份；

所述自合成树脂为羟基类功能性单体、(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)苯乙烯、保护胶体和丙烯酸树脂的反应产物；

所述的丙烯酸酯树脂的玻璃化温度Tg为-5～35℃，酸值为0～20mgKOH/g；

所述消泡剂选自乙酸月桂醇酯、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯、苯乙醇油酸酯中的至少一种；

所述的流平剂选自聚二甲基硅氧烷、聚酯改性有机硅或硅酮改性聚丙烯酸酯中的至少一种；

所述自合成树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将羟基类功能性单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、乳化剂和水，在常温下搅拌乳化，获得均相乳化液；

然后将所述均相乳化液加入温度为65～95℃的保护胶体、丙烯酸树脂、引发剂和水的混合物，最好采用滴加的方式加入，滴加时间为1.5～3.0小时，滴加完毕后，70～90℃反应2.5～4.0小时，再用有机碱中和至pH值为7.0～9.5，降温出料，得到自合成树脂；

各组份及重量百分比如下：

保护胶体：            0.5～5.0％

羟基类功能性单体：    2～6％

(甲基)丙烯酸酯单体：  3～20％

(甲基)苯乙烯：        7～25％

丙烯酸树脂：          5～10％

乳化剂：              0.1～1.5％

引发剂：      0.2～1.5％

有机碱        0.5～2.0％

水：          55～85％

所述的保护胶体选自羟乙基纤维素、明胶、阿拉伯胶和海藻酸钠中的至少一种；

所述的羟基类功能性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯中的至少一种；

所述的(甲基)丙烯酸酯单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种；

所述的乳化剂选自阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的至少一种；

所述阴离子表面活性剂选自十二烷基二苯醚二磺酸钠、烷基醇聚醚磺基琥珀酸单酯钠盐、十二烷基苯磺酸钠或二环己基磺基琥珀酸盐中的至少一种；

所述非离子表面活性剂选自壬基酚聚氧乙烯醚、二苄基异丙苯基酚聚氧乙烯醚、松香酸聚氧乙烯酯或甘油聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚脂肪酸酯中的至少一种；

所述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种；

所述的有机碱选自乙二胺、三乙醇胺、二乙醇胺或二乙烯三胺中的至少一种；

所述用于造纸涂布的高光泽水性涂料的制备方法，包括如下步骤：

将自合成树脂，丙烯酸酯树脂，消泡剂，流平剂和水，搅拌混合，即可获得产品；

本发明制备的高光泽水性涂料对CN200810035264进行了改进，通过改变合成工艺和添加保护胶体，使高光泽水性涂料具有成膜后耐磨性高、储藏稳定性好的优点。其中添加的保护胶体分子结构中的亲油大分子主链吸附到乳胶粒的表面，形成一层保护层，可有效地阻止乳胶粒在聚合过程中的凝聚，还可以防止体系在储藏过程中粒子的聚并，提高体系的储藏稳定性。另外，采用预乳化工艺，将单体、功能性单体和乳化剂充分混和均匀，减少了反应过程中增溶胶束的形成，保证了反应体系的稳定，降低了凝聚物的生成几率。羟基类功能性单体的加入，可以和丙烯酸树脂中的羧基产生轻微的交联，并形成一定程度的网络结构，从而改善涂膜的内聚强度，提高涂膜的耐磨性。因此使得涂料涂膜后的耐磨性和储藏稳定性均得到提高。

本发明制备的高光泽水性涂料，重量固含量为15～40％，pH值为6～9，能够有效地克服现有工艺的缺点，使涂料涂膜后的耐磨性和储藏稳定性均得到提高。

具体实施方式

实施例1

将12.9克二环己基磺基琥珀酸钠、4.3克二苄基异丙苯基酚聚氧乙烯醚、21.6克丙烯酸-2-羟基丙酯、43克丙烯酸异辛酯和43克苯乙烯和100克去离子水搅拌均匀，形成乳化液；然后将4.2克明胶、86.4克丙烯酸树脂(酸值为270mgKOH/g，分子量为3000)、15.4克过硫酸钠和560克蒸馏水加入带有冷凝器、搅拌器、温度计和滴加装置的1000mL四口烧瓶中，搅拌升温至85℃，然后在1.5小时内滴加完乳化液，维持温度在85℃反应3.0小时，再用二乙醇胺中和至pH值为9.5，降温出料，得到自制合成树脂，重量固含量为25.0％。然后将174克自合成树脂、120克丙烯酸酯树脂(玻璃化温度Tg为0℃)、0.6克聚二甲基硅氧烷、0.36克硅酮改性聚丙烯酸酯和360克水混合搅拌30分钟，制得高光泽水性上光涂料，pH值为7.7，重量固含量24.9％。

实施例2

将5.2克十二烷基二苯醚二磺酸钠、2.6克二苄基异丙苯基酚聚氧乙烯醚、40克甲基丙烯酸缩水甘油酯、15.4克丙烯酸丁酯和198克苯乙烯和100克去离子水搅拌均匀，形成乳化液；然后将1克羟乙基纤维素、66克丙烯酸树脂(酸值为200mgKOH/g，分子量为4000)、7.9克过硫酸铵和330克蒸馏水加入带有冷凝器、搅拌器、温度计和滴加装置的1000mL四口烧瓶中，搅拌升温至95℃，然后在2.5小时内滴加完乳化液，维持温度在90℃反应2.5小时，再用三乙醇胺中和至pH值为7.0，降温出料，得到自制合成树脂，重量固含量为40.0％。然后将55克自合成树脂、110克丙烯酸酯树脂(玻璃化温度Tg为35℃)、1.32克磷酸三丁酯、1.32克硅酮改性聚丙烯酸酯和150克水混合搅拌30分钟，制得高光泽水性上光涂料，pH值为9.0，重量固含量40.0％。

实施例3

将0.44克壬基酚聚氧乙烯醚、8.3克丙烯酸-2-羟基乙酯，33克甲基丙烯酸甲酯和99克苯乙烯和50克去离子水搅拌均匀，形成乳化液；然后将12.5克海藻酸钠、26克丙烯酸树脂(酸值为450mgKOH/g，分子量为7000)、1.7克过硫酸钾和330克蒸馏水加入带有冷凝器、搅拌器、温度计和滴加装置的1000mL四口烧瓶中，搅拌升温至65℃，然后在2.0小时内滴加完乳化液，维持温度在75℃反应4.0小时，再用乙二胺中和至pH值为8.2，降温出料，得到自制合成树脂，重量固含量为31.2％。然后将30克自合成树脂、120克丙烯酸酯树脂(玻璃化温度Tg为-5℃)、0.24克聚二甲基硅氧烷、0.74克聚酯改性有机硅和720克水混合搅拌30分钟，制得高光泽水性上光涂料，pH值为6.5，重量固含量15.0％。

实施例4

将3.4克十二烷基苯磺酸钠、1.7克二苄基异丙苯基酚聚氧乙烯醚、20.3克丙烯酸-2-羟基丙酯，152克甲基丙烯酸甲酯和101克苯乙烯和100克去离子水搅拌均匀，形成乳化液；然后将20.8克阿拉伯胶、101克丙烯酸树脂(酸值为150mgKOH/g，分子量为1000)、5.0克过硫酸钠和533克蒸馏水加入带有冷凝器、搅拌器、温度计和滴加装置的1000mL四口烧瓶中，搅拌升温至75℃，然后在3.5小时内滴加完乳化液，维持温度在80℃反应3.0小时，再用三乙醇胺中和至pH值为8.9，降温出料，得到自制合成树脂，重量固含量为32.5％。然后将49.2克自合成树脂、120克丙烯酸酯树脂(玻璃化温度Tg为20℃)、0.72克苯乙酸月桂醇酯、0.96克聚酯改性有机硅和222克水混合搅拌30分钟，制得高光泽水性上光涂料，pH值为8.7，重量固含量33.8％。

实施例5

对比例：按照CN200810035264的方法制备水性涂料。

使用实施例1～4配方配制的涂料。

使用实施例1～4和对比例进行应用检测，结果见下表：

储藏稳定性检测结果如下，储藏稳定性按GB6753.3-1986的方法检测(贮存条件：50±2℃下贮存30天)，粘度用NDJ-1旋转粘度计测得，储藏稳定性根据粘度变化值来评定衡量，即贮存后粘度与原始粘度的比值百分数，当粘度变化值越小，表明涂料储藏稳定性越好。

样品	对比例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						粘度变化值	8.25	5.67	5.41	4.68	4.82

实施例6

对比例：按照CN200810035264的方法制备水性涂料。

使用实施例1～4配方配制的涂料。

使用实施例1～4和对比例进行应用检测，结果见下表：

纸张涂布后耐磨度检测结果如下，耐磨度按GB/T 454-2002方法检测。

样品	对比例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						耐磨度	合格	合格	合格	合格	合格

实施例7

对比例：按照CN200810035264的方法制备水性涂料。

使用实施例1～4配方配制的涂料。

使用实施例1～4和对比例进行应用检测，结果见下表：

纸张涂布后光泽度检测结果如下，光泽度按GB/T 8941-2007方法检测。

样品	对比例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						光泽度/Gs	94.7	95.2	96.9	98.6	97.1

从上述应用结果可以看出，与对比例相比，使用本发明实施例1～4制备的高光泽水性涂料，能够较好地提高涂料成膜后的耐磨性和储藏稳定性。

Claims (5)

1.用于造纸涂布的高光泽水性涂料，其特征在于，由如下重量份数的组分组成：自合成树脂5～35份，丙烯酸酯树脂100份，消泡剂0.2～1.2份，流平剂0.3～1.2份，水200～600份；所述自合成树脂为羟基类功能性单体、（甲基）丙烯酸酯单体、（甲基）苯乙烯、保护胶体和丙烯酸树脂的反应产物；

所述自合成树脂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将羟基类功能性单体、（甲基）丙烯酸酯类单体、（甲基）苯乙烯、乳化剂和水，在常温下搅拌乳化，获得均相乳化液；

然后将所述均相乳化液加入温度为65～95℃的保护胶体、丙烯酸树脂、引发剂和水的混合物，70～90℃反应2.5～4.0小时，再用有机碱中和至pH值为7.0～9.5，降温出料，得到自合成树脂；

在所述自合成树脂的制备方法中，各组份及重量百分比如下：

以上自合成树脂制备中各组分重量百分比之和为100%；

所述的保护胶体选自羟乙基纤维素、明胶、阿拉伯胶和海藻酸钠中的至少一种；

所述的羟基类功能性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯中的至少一种；

所述的（甲基）丙烯酸酯单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种；

所述的乳化剂选自阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的用于造纸涂布的高光泽水性涂料，其特征在于，所述的丙烯酸酯树脂的玻璃化温度Tg为-5～35℃，酸值为0～20mgKOH/g。

3.根据权利要求1所述的用于造纸涂布的高光泽水性涂料，其特征在于，所述消泡剂选自乙酸月桂醇酯、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯、苯乙醇油酸酯中的至少一种；所述的流平剂选自聚二甲基硅氧烷、聚酯改性有机硅或硅酮改性聚丙烯酸酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的用于造纸涂布的高光泽水性涂料，其特征在于，所述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种；所述的有机碱选自乙二胺、三乙醇胺、二乙醇胺或二乙烯三胺中的至少一种。

5.制备权利要求1～4任一项所述用于造纸涂布的高光泽水性涂料的方法，包括如下步骤：将自合成树脂，丙烯酸酯树脂，消泡剂，流平剂和水，搅拌混合，即可获得产品。