CN102627731B

CN102627731B - 两性高分子粘结剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102627731B
Application number: CN201210088894.5A
Authority: CN
Inventors: 施晓旦; 尹东华; 王养臣
Original assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd; Shandong Dongsheng New Material Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN102627731A

Abstract

本发明提供了一种两性高分子粘结剂及其制备方法，所述两性高分子粘结剂是采用阳离子单体、淀粉、高锰酸钾、亲水性单体、硫酸、引发剂、中和剂和水为原料反应得到的两性聚合物。本发明的两性高分子粘结剂是一种能满足造纸涂料用高性能、绿色环保的产品。该粘结剂使用可再生的淀粉作为主要原料，成本低，为环境友好型产品，无VOC。该产品部分替代丁苯胶乳使用，能明显提高纸张的表面强度，对其他的指标无影响。

Description

两性高分子粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种两性高分子粘结剂及其制备方法，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。

现在造纸涂料中主要使用合成胶乳(如丁苯胶乳、苯丙胶乳等)作为涂料粘结剂，其主要原料以苯乙烯等石化原料为主，不可再生，污染环境，成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种两性高分子粘结剂及其制备方法，以克服已有技术的缺陷。

本发明所述的一种两性高分子粘结剂，是采用阳离子单体、淀粉、高锰酸钾、亲水性单体、硫酸、引发剂、中和剂和水为原料反应得到的两性聚合物；

各个组分的重量份数为：

所述的淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉或土豆淀粉中的至少一种；

所述的阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种；

所述的硫酸重量浓度为15～20％；

所述的亲水性单体选自衣康酸、富马酸或马来酸中的至少一种；

所述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；

所述的中和剂选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵中的至少一种；

所述两性高分子粘结剂的重量固含量30～55wt％，25℃时的粘度≤1500mPa.s，pH为6～8；

制备方法，包括如下步骤：

(a)将引发剂加入水中，获得引发剂水溶液，备用；水的用量为水的总重量的1.7～5.3％；

将高锰酸钾加入水中，获得高锰酸钾水溶液，备用；水的用量为水的总重量的2.4～8.2％；

将亲水性单体加入水中，获得亲水性单体水溶液，备用；水的用量为水的总重量的3.3～10.5％；

(b)将淀粉与余量的水混合，获得釜底料，升温至60～80℃；

(c)将步骤a)中获得的所述的高锰酸钾水溶液、硫酸和所述的釜底料混合，保温1～3小时；

(d)升温至70～90℃，将总重量20～30％的引发剂水溶液加入步骤c)的产物，保温5～10分钟，同时滴加阳离子单体、亲水性单体水溶液和余量的引发剂水溶液，滴加时间1～3小时；

(e)70～90℃保温1小时，降温至25℃过滤，加入中和剂，得到所述两性聚合物。

所述的两性高分子粘结剂，主要应用于涂布纸的底涂涂料。

本发明人发现，在天然高分子淀粉的分子上接枝阳离子单体及一些亲水性单体，出乎意料的，所得的两性高分子粘结剂应用于涂布纸底涂涂料中，与其他成分相容性好，代替一部分丁苯乳液使用对涂料的性能无不良影响，反而能对纸张的表面强度稍有提高。这可能由于在两性高分子粘结剂中加入的少量的阳离子成分在纸张涂布后与纤维表面的羟基、羧基等基团产生一定的交联作用，表观反应出表面强度的提高。另外，由于此粘结剂呈两性，与碳酸钙等填料之间起一定作用，减少掉毛掉粉现象及增强纸张表面强度。

本发明的两性高分子粘结剂是一种能满足造纸涂料用高性能、绿色环保的产品。该粘结剂使用可再生的淀粉作为主要原料，成本低，为环境友好型产品，无VOC。该产品部分替代丁苯胶乳使用，能明显提高纸张的表面强度，对其他的指标无影响。

具体实施方式

实施例1

两性高分子粘结剂的合成：

a)将0.3g过硫酸钾溶解于5g去离子水溶解成引发剂水溶液，备用；1g高锰酸钾溶解于2.33g去离子水溶解成高锰酸钾水溶液；2g衣康酸溶解于10g去离子水溶解成亲水性单体水溶液。

b)将100g玉米淀粉、78.64g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至60℃；

c)在60℃情况下，将步骤a)高锰酸钾水溶液和1g重量浓度为15％的硫酸加入四口烧瓶中，60℃保温1小时。

d)再升温至70℃，将1.06g引发剂水溶液加入四口烧瓶中，70℃保温10分钟；同时滴加15g二甲基二烯丙基氯化铵、亲水性单体水溶液和余量的引发剂水溶液，滴加时间1小时。

e)70℃保温1小时，降温至25℃，加入2g氢氧化钠水溶液(重量固含量50wt％)，搅拌10-15分钟，100目筛网过滤出料。得到两性高分子粘结剂：重量固含量54.5wt％，粘度1200mPa.s(NDJ-1旋转粘度计测定)，pH＝6.15(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例2

两性高分子粘结剂的合成：

a)将3g过硫酸钠溶解于5g去离子水溶解成引发剂水溶液，备用；10g高锰酸钾溶解于23.3g去离子水溶解成高锰酸钾水溶液；10g富马酸溶解于10g去离子水溶解成亲水性单体水溶液。

b)将100g木薯淀粉、248.8g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至80℃；

c)在80℃情况下，将步骤a)高锰酸钾水溶液和0.1g重量浓度为20％的硫酸加入四口烧瓶中，80℃保温1小时。

d)再升温至90℃，将2.4g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，90℃保温5分钟；同时滴加2g甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵、亲水性单体水溶液和余量的引发剂水溶液，滴加时间3小时。

e)90℃保温1小时，降温至25℃，加入26.7g氢氧化铵水溶液(重量固含量30wt％)，搅拌10-15分钟，100目筛网过滤出料。得到两性高分子粘结剂：重量固含量30.1wt％，粘度68mPa.s(NDJ-1旋转粘度计测定)，pH＝7.98(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例3

两性高分子粘结剂的合成：

a)将2g过硫酸铵溶解于5g去离子水溶解成引发剂水溶液，备用；8g高锰酸钾溶解于18.7g去离子水溶解成高锰酸钾水溶液；5g马来酸溶解于10g去离子水溶解成亲水性单体水溶液。

b)将100g土豆淀粉、92g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至70℃；

c)在70℃情况下，将步骤a)高锰酸钾水溶液和0.5g重量浓度为18％的硫酸加入四口烧瓶中，70℃保温1小时。

d)再升温至80℃，将1.5g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，80℃保温8分钟；同时滴加10g甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵、亲水性单体水溶液和余量的引发剂水溶液，滴加时间2小时。

e)80℃保温1小时，降温至25℃，加入10g氢氧化钾水溶液(重量固含量40wt％)，搅拌10-15分钟，100目筛网过滤出料。得到两性高分子粘结剂：重量固含量50.2wt％，粘度450mPa.s(NDJ-1旋转粘度计测定)，pH＝7.24(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例4

两性高分子粘结剂的合成：

a)将1g过硫酸铵溶解于5g去离子水溶解成引发剂水溶液，备用；5g高锰酸钾溶解于11.7g去离子水溶解成高锰酸钾水溶液；2g马来酸、5g富马酸溶解于10g去离子水溶解成亲水性单体水溶液。

b)将50g玉米淀粉、50g土豆淀粉、150g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至75℃；

c)在65℃情况下，将步骤a)高锰酸钾水溶液和0.8g重量浓度为17％的硫酸加入四口烧瓶中，65℃保温1小时。

d)再升温至85℃，将1.5g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，85℃保温7分钟；同时滴加2g甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵和2g二甲基二烯丙基氯化铵混合液、亲水性单体水溶液和余量的引发剂水溶液，滴加时间1.5小时。

e)85℃保温1小时，降温至25℃，加入13.3g氢氧化钠水溶液(重量固含量45wt％)，搅拌10-15分钟，100目筛网过滤出料。得到两性高分子粘结剂：重量固含量40.1wt％，粘度150mPa.s(NDJ-1旋转粘度计测定)，pH＝7.54(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例5

对比例：丁苯胶乳(齐鲁石油化工公司，牌号146，重量固含量50wt％)

用实施例1～4和对比例，按下述配方配制涂料，其中实施例1～4制成的两性高分子粘结剂取代50％丁苯胶乳

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	1.05
实施例1：对比例＝1∶1(折干)	1.07
		实施例2：对比例＝1∶1(折干)	1.10
实施例3：对比例＝1∶1(折干)	1.09
		实施例4：对比例＝1∶1(折干)	1.11

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	微量
实施例1：对比例＝1∶1(折干)	微量
		实施例2：对比例＝1∶1(折干)	微量
实施例3：对比例＝1∶1(折干)	微量
		实施例4：对比例＝1∶1(折干)	微量

从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～4制备的两性高分子粘结剂取代50％丁苯胶乳(对比例)的用量，与对比例相比，应用于涂布纸的底涂涂料，对于纸张表面强度有所提高，不影响纸张的掉毛掉粉现象。

Claims

1.两性高分子粘结剂，其特征在于，是采用阳离子单体、淀粉、高锰酸钾、亲水性单体、硫酸、引发剂、中和剂和水为原料反应得到的两性聚合物；各个组分的重量份数为：

2.根据权利要求1所述的两性高分子粘结剂，其特征在于，所述的淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉或土豆淀粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的两性高分子粘结剂，其特征在于，所述的阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种；

所述的中和剂选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的两性高分子粘结剂，其特征在于，所述的硫酸重量浓度为15～20%。

5.根据权利要求3所述的两性高分子粘结剂，其特征在于，所述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。

6.根据权利要求1～5任一项所述的两性高分子粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

（a）将引发剂加入水中，获得引发剂水溶液，备用；水的用量为水的总重量的1.7～5.3%；

将高锰酸钾加入水中，获得高锰酸钾水溶液，备用；水的用量为水的总重量的2.4～8.2%；

将亲水性单体加入水中，获得亲水性单体水溶液，备用；水的用量为水的总重量的3.3～10.5%；

（b）将淀粉与余量的水混合，获得釜底料，升温至60～80℃；

（c）将步骤a）中获得的所述的高锰酸钾水溶液、硫酸和所述的釜底料混合，保温1～3小时；

（d）升温至70～90℃，将总重量20～30%的引发剂水溶液加入步骤c）的产物，保温5～10分钟，同时滴加阳离子单体、亲水性单体水溶液和余量的引发剂水溶液，滴加时间1～3小时；

（e）70～90℃保温1小时，降温至25℃过滤，加入中和剂，得到所述两性聚合物。