CN102585081B

CN102585081B - 流变改质剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102585081B
Application number: CN201210012768.1A
Authority: CN
Inventors: 胡志滨; 潘好学; 王传杰
Original assignee: SHENZHEN RUICHENG KEXUN INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN RUICHENG KEXUN INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: CN102585081A

Abstract

本发明公开了一种流变改质剂的制备方法，其包括以下步骤：1)在搅拌条件下，将丙烯酸类单体和功能单体在引发剂作用下经水溶液聚合；2)将步骤1)中聚合后的溶液的pH值调节为6.0-8.0；以及3)保温、停止搅拌、放料，获得流变改质剂。本发明流变改质剂的制备方法工艺简单，成本低廉。根据本发明制备方法获得的流变改质剂可有效改善涂料的流动性能，防止涂料絮聚，降低涂布刮痕的产生，有效降低涂料的粘度。

Description

流变改质剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种流变改质剂，尤其是一种可以用于固含量高的涂料的流变改质剂及其制备方法。

背景技术

涂料的固含量是涂料的一项基本的、重要的性能指标，固含量高可以从侧面说明涂料的成膜物质含量情况，如一次成膜厚、方便施工、非固体成分损失少、对于溶剂型涂料来说对环境的影响也更小。

对于造纸行业来说，造纸涂料配方的发展趋势之一是涂料配方中的固含量逐渐提高。目前，世界上主要的铜版纸生产厂家所采用的涂料的固含量一般都在65％以上。使用固含量高的涂料不仅可以节省干燥能源，而且可以提高车速和增加产量。研究表明，涂料的固含量每提高0.5％，蒸发水量可以减少1-2％，涂布机的车速可以提高40m/min，车速的提高有利于涂料在纸张表面迅速固定。此外，提高固含量，水分相应降低，水分的降低可以减少纤维的润张，降低液相组分的迁移，使得生产出来的铜版纸更平滑，涂布面的色斑更少。

但是，固含量的提高使得涂料的粘度相应提高，在使用时会产生一系列问题。例如：涂料的流变性能下降；涂料粘度、高剪切粘度上升，涂料高剪切粘度在固含量高时迅速增加，有可能上升到涂布刮刀难以控制的地步；在运输中，粘度过高导致涂料的流变性差，流动涂料泵送困难；涂料固含量增加后，涂料的絮凝增加，容易导致涂布条痕增加，涂布量难以控制，纸病增加。如果用于喷涂，需要大量的水稀释涂料，又会使得涂料的遮盖力、丰满度和光泽度都会下降。

为了获得更好的纸张性能(提高表面强度、覆盖性和光泽度)、获得更好的经济性(减少干燥能耗)、提高车速，便于使用更多的廉价化工品(如碳酸钙)，目前，涂料的发展趋势是高固低粘。

现有流变剂对于固含量高的涂料显示出诸多不足之处，主要表现在：在高浓度(＞68％)下，流变剂不能有效防止涂料粒子絮聚，因此，在涂料固含量升高后，容易产生涂布刮痕；现有流变剂对涂料的粘度有提高作用，在固含量低的涂料中，这一性能是有益的。但是，当涂料的浓度＞68％后，由于涂料自身的固含量升高会导致粘度升高，再添加流变剂，会导致粘度过分升高而无法进行涂布。

有鉴于此，确有必要提供一种化学品来解决涂料在高浓度下面临的问题，这种化学品称为流变改质剂，研究对于固含量高的粘涂料具有降粘效果的流变改质剂具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种对于固含量高的粘涂料具有降粘效果的流变改质剂及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种流变改质剂的制备方法，其包括以下步骤：1)在搅拌条件下，将丙烯酸类单体和功能单体在引发剂作用下经水溶液聚合；2)将步骤1)中聚合后的溶液的PH值调节为6.0-8.0；以及3)保温、停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

作为本发明流变改质剂的制备方法的一种改进，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸中的至少一种。

作为本发明流变改质剂的制备方法的一种改进，所述功能单体选自马来酸酐、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯磺酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的至少一种。

作为本发明流变改质剂的制备方法的一种改进，所述丙烯酸类单体占丙烯酸类单体和功能单体总重量的70-90％，功能单体占丙烯酸类单体和功能单体总重量的10-30％。

作为本发明流变改质剂的制备方法的一种改进，所述引发剂为过硫酸铵-亚硫酸盐体系、过硫酸钠-亚硫酸盐体系、过硫酸钾-亚硫酸盐体系、过硫酸铵-次亚磷酸钠体系、过硫酸钠-次亚磷酸钠体系、过硫酸钾-次亚磷酸钠体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系。

作为本发明流变改质剂的制备方法的一种改进，所述步骤1)进一步包括：将功能单体、引发剂在搅拌下完全溶解于水中并升温至75-80℃；在75-80℃的一个恒定温度下滴加丙烯酸类单体、功能单体和引发剂，滴加时间为2-2.5小时。

作为本发明流变改质剂的制备方法的一种改进，完成滴加后，保温2-3小时，降温至40-50℃，并用碱性溶液(如30％氢氧化钠溶液)将PH值调节为6.0-8.0。

作为本发明流变改质剂的一种改进，步骤1)中，以重量百分比计，丙烯酸类单体和功能单体占20-35％，引发剂占1-5％，其余为溶剂水。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种流变改质剂，其是通过前述流变改质剂的制备方法获得，本发明流变改质剂可应用在固含量＞68％的涂料中。

相对于现有技术，本发明流变改质剂的制备方法工艺简单，成本低廉。根据本发明方法制得的流变改质剂具有以下有益技术效果：首先，可有效改善涂料的流动性能，防止涂料絮聚，降低涂布刮痕的产生，这一效果在高浓度(＞68％)下更为明显，因此涂料的固含量能够大幅提升，固含量的提升又使得在涂料中使用更便宜的碳酸钙，降低昂贵瓷土、增白剂的用量成为可能；其次，能有效降低涂料粘度，涂料浓度越高，降粘效果越明显，因此可有效改善涂料的流动性能，降低因流变性不好而产生的条痕；再次，采用本发明流变改质剂的产品可在颜料表面形成保护膜，在涂料中形成网络结构，可以改善涂层的均匀性，改善纸张覆盖性能和光泽度。

具体实施方式

本发明提供了一种流变改质剂的制备方法，其包括以下步骤：1)在搅拌条件下，将丙烯酸类单体和功能单体在引发剂作用下经水溶液聚合；2)将步骤1)中聚合后的溶液的PH值调节为6.0-8.0；以及3)保温、停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

根据本发明的一个实施例，丙烯酸类单体选自丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、衣康酸、富马酸中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，功能单体选自马来酸酐(MA)、丙烯酰胺(AM)、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA)、丙烯酸-2-羟基乙酯(HEA)、甲基丙烯磺酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸(AMPS)中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，丙烯酸类单体占丙烯酸类单体和功能单体总重量的70-90％，功能单体占丙烯酸类单体和功能单体总重量的10-30％。

根据本发明的一个实施例，引发剂为过硫酸铵-亚硫酸盐体系、过硫酸钠-亚硫酸盐体系、过硫酸钾-亚硫酸盐体系、过硫酸铵-次亚磷酸钠体系、过硫酸钠-次亚磷酸钠体系、过硫酸钾-次亚磷酸钠体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系，优选过硫酸铵-次亚磷酸钠体系。

根据本发明的一个实施例，步骤1)进一步包括：将功能单体、引发剂在搅拌下完全溶解于水中并升温至75-80℃；在75-80℃的一个恒定温度下滴加丙烯酸类单体、功能单体和引发剂，滴加时间为2-2.5小时。

根据本发明的一个实施例，完成滴加后，保温2-3小时，降温至40-50℃，并用碱溶液(如30％氢氧化钠溶液)将PH值调节为6.0-8.0。

根据本发明的一个实施例，本发明流变改质剂的制备方法的步骤1)中，以重量百分比计，丙烯酸类单体和功能单体占20-35％(丙烯酸类单体占10-30％，功能单体占2-15％)，引发剂占1-5％，其余为溶剂水。

根据本发明制备方法获得的流变改质剂为无色或淡黄色液体，含有改性丙烯酸类共聚物盐(如改性丙烯酸类共聚物钠盐)，其固含量为42-47％，流变改质剂的PH值为6.0-8.0，粘度小于1000cps，可应用在固含量＞68％的涂料中。

实施例1

根据表1所示的成分和含量按以下方法制备本发明流变改质剂，具体步骤为：1)在250ml反应釜中加入水、马来酸酐4g、次亚磷酸钠1.6g，开启搅拌溶解升温至75℃；2)待完全溶解且温度恒定后，滴加混合单体(丙烯酸21g、丙烯酰胺1.4g、水)与引发剂过硫酸铵水溶液0.45g，2-2.5h滴加完；3)完成滴加后，保温3h，然后降温至45℃，用30％氢氧化钠溶液调节PH值为6.5；4)调节PH值后，保温0.5h，停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

表1：实施例1的成分和含量

实施例2

根据表2所示的成分和含量按以下方法制备本发明流变改质剂，具体步骤为：1)在250ml反应釜中加入水、烯丙基磺酸钠5.2g、亚硫酸氢钠4.3g，开启搅拌溶解升温至75℃；2)待完全溶解且温度恒定后，滴加混合单体(甲基丙烯酸29g、甲基丙烯磺酸钠0.8g、水)与引发剂过硫酸铵水溶液0.7g，2-2.5h滴加完；3)完成滴加后，保温2h，然后降温至45℃，用30％氢氧化钠溶液调节PH值为7.0；4)调节PH值后，保温0.5h，停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

表2：实施例2的成分和含量

实施例3

根据表3所示的成分和含量按以下方法制备本发明流变改质剂，具体步骤为：1)在250ml反应釜中，加入水、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸(AMPS)1.8g、亚铁酸钠3.8g，开启搅拌溶解升温至80℃；2)待完全溶解且温度恒定后，滴加混合单体(衣康酸19g、丙烯酰胺1.2g、水)与引发剂过氧化氢0.6g，2-2.5h滴加完；3)完成滴加后，保温2h，然后降温至45℃，用30％氢氧化钠溶液调节PH值为6.8；4)调节PH值后，保温1h，停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

表3：实施例3的成分和含量

将根据实施例1至3制备的流变改质剂用于固含量高的涂料(1为未加入流变改质剂的空白样，2为在空白样中加入本发明各个实施例的流变改质剂)，使用布氏粘度计检测粘度(4#转子)，低剪切粘度测试采用Bookfield RVDV粘度计，测试100、50转；高剪切粘度测试采用Hercules高剪切粘度仪，转速4400转，E号转子；涂料保水性能测试，采用0.5bar，30s；

涂料固含量为69％，其中，按重量份数计，空白样的成分为：瓷土90；水53.2；分散剂0.16；CaCO₃(75％)426；羟甲基纤维素钠(CMC)1；丁苯胶乳88。

涂料固含量为66％，其中，按重量份数计，空白样的成分为：瓷土70；水53.2；分散剂0.16；CaCO₃(72％)444.5；羟甲基纤维素钠(CMC)1；丁苯胶乳88。

涂料固含量为69％，其中，按重量分数计，空白样的成分为：瓷土90；水53.2；分散剂0.16；CaCO₃(75％)426；羟甲基纤维素钠(CMC)1；丁苯胶乳88。

结合以上空白样和加入本发明实施例流变改质剂后的空白样的对比可以看出，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：流变改质剂的制备方法工艺简单，成本低廉。根据本发明方法制得的流变改质剂具有以下有益技术效果：首先，可有效改善涂料的流动性能，防止涂料絮聚，降低涂布刮痕的产生，这一效果在高浓度(＞68％)下更为明显，因此涂料的固含量能够大幅提升，涂料固含量的提升又使得在涂料中使用更便宜的碳酸钙，降低昂贵瓷土、增白剂的用量成为可能；其次，能有效降低涂料粘度，涂料浓度越高，降粘效果越明显，因此可有效改善涂料的流动性能，降低因流变性不好而产生的条痕；再次，采用本发明流变改质剂的产品可在颜料表面形成保护膜，在涂料中形成网络结构，可以改善涂层的均匀性，改善纸张覆盖性能和光泽度。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种流变改质剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在搅拌条件下，将功能单体一、引发剂在搅拌下完全溶解于水中并升温至75-80℃；在75-80℃的一个恒定温度下滴加丙烯酸类单体、功能单体二和引发剂，滴加时间为2-2.5小时；所述功能单体一选自马来酸酐、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯磺酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的至少一种；所述功能单体二为烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的至少一种；2)完成滴加后，降温至40-50℃，并用30％氢氧化钠溶液将pH值调节为6.0-8.0；以及3)保温、停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

2.根据权利要求1所述的流变改质剂的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的流变改质剂的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类单体占丙烯酸类单体和功能单体总重量的70-90％，功能单体占丙烯酸类单体和功能单体总重量的10-30％；所述功能单体是指功能单体一和功能单体二之和。

4.根据权利要求1所述的流变改质剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵-亚硫酸盐体系、过硫酸钠-亚硫酸盐体系、过硫酸钾-亚硫酸盐体系、过硫酸铵-次亚磷酸钠体系、过硫酸钠-次亚磷酸钠体系、过硫酸钾-次亚磷酸钠体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系。

5.根据权利要求1所述的流变改质剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以重量百分比计，丙烯酸类单体和功能单体占20-35％，引发剂占1-5％，其余为溶剂水；所述功能单体是指功能单体一和功能单体二之和。

6.一种流变改质剂，其特征在于，是通过权利要求1至5中任一项所述的制备方法获得。

7.权利要求6所述的流变改质剂在固含量>68％的涂料中的应用。