CN102775542A - 一种苯丙乳液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苯丙乳液及其制备方法和应用。本发明的苯丙乳液包括以下组分：淀粉，淀粉酶，阳离子单体，丙烯酸酯类单体，交联单体，苯乙烯，分散剂，羟乙脂，浓度为20wt％的引发剂水溶液，去离子水。采用本发明的苯丙乳液与生物胶乳制成的表面施胶乳液具有更好的成膜性能和较好的疏水性能，可使纸张获得较好的表面强度、印刷性能和一定的抗水性，而且环保，使用时，可将采用本发明的苯丙乳液制成的表面施胶乳液直接涂于纸张表面，表面施胶过程不再使用表面施胶淀粉，简化了文化纸表面施胶操作工艺，改善了文化纸生产中表面施胶工艺稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种苯丙乳液及其制备方法，还涉及采用该苯丙乳液制成的表面施胶乳液，属于造纸领域。
背景技术
我国造纸纤维原料结构不同于其它国家的是，非木材纤维原料占较大比例，而且更多的木浆比例中也是木材二次纤维含量较大，使得浆料中纤维较短、杂细胞较多、各种辅助化学品使用的种类也较多。目前，特别是一些文化纸仍然大量使用非木材纤维，如芦苇浆、麦草浆等，大多采用表面施胶工艺改善纸张的表面强度，防止掉毛、掉粉，适应高速印刷机的要求，提高印刷适印性，并改善一定的抗水性。目前市场上，各种类型的表面施胶剂比较多，如AKD类、丙烯酸脂类、苯丙乙烯-丙烯酸脂类，通过表面施胶来提高文化纸产品档次已经是行业发展的主流，而且由于玉米和木薯涨价导致表面施胶淀粉的价格已经高于非木材浆料，采用高效表面施胶乳液提高文化纸质量也变得技术可行经济更加合理。
目前苯丙乳液施胶主要应用于包装纸，如箱纸板和瓦楞原纸生产过程，用以改善纸张抗水性和提高环压强度指标，而未见用于文化纸的生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种苯丙乳胶及其制备方法，并进一步提供采用该苯丙乳胶制成的表面施胶乳液，用于文化纸生产以提高纸张表面强度和改善抗水性，从而解决现有技术存在的缺陷。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种苯丙乳液，其特征在于，包括以下重量份的组分：
淀粉80-100份，淀粉酶0.5-0.6份，阳离子单体1-2份，丙烯酸酯类单体55-70份，交联单体1-4份，苯乙烯80-100份，分散剂10-15份，羟乙脂25-35份，浓度为20wt％的引发剂水溶液0.3-1份，去离子水630-700份。
优选，所述各组分的重量份为：
淀粉100份，淀粉酶0.6份，阳离子单体2份，丙烯酸酯类单体60份，交联单体2份，苯乙烯90份，分散剂15份，羟乙脂30份，浓度为20wt％的引发剂水溶液0.5份，去离子水690份。
其中，
所述淀粉为CS-8淀粉或其它同类木薯表面施胶专用淀粉；
所述交联单体是N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酰胺单体中的一种或多种的组合，优选N，N′-亚甲基双丙烯酰胺；
所述羟乙脂是丙烯酸羟乙脂或甲基丙烯酸羟乙脂，优选丙烯酸羟乙脂；
所述引发剂是过硫酸盐类化合物。
所述过硫酸盐类化合物是过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠等。
所述分散剂是分子量为20000～100000g/mol的明胶，优选明胶的分子量为20000-50000g/mol。
所述丙烯酸酯类单体是甲基丙烯酸丁脂、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯或甲基丙烯酸异辛酯，优选甲基丙烯酸丁脂。
所述淀粉酶为降粘专用生物酶制剂。
所述阳离子单体是丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、二甲基二烯丙基氯化铵、或甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷盐(DMC)中的一种或多种的组合，优选二甲基二烯丙基氯化铵。
本发明的另一目的在于提供一种所述苯丙乳液的制备方法，具体是将各种原料按一定顺序加入反应釜中，加热进行自由基乳液聚合反应。所述自由基乳液聚合反应的温度为92-95℃，时间为5.5-6.5小时。
本发明的又一目的在于提供一种表面施胶乳液，其包括所述苯丙乳液和生物胶乳。
其中，所述苯丙乳液：生物胶乳的重量配比为12∶1-15。
所述表面施胶乳液的固含量为按重量计45-48％。
本发明的苯丙乳液可用来制备造纸用表面施胶乳液，采用本发明的苯丙乳液制成的表面施胶乳液具有更好的成膜性能和较好的疏水性能，可使纸张获得较好的表面强度、印刷性能和一定的抗水性，而且环保，使用时，可将采用本发明的苯丙乳液制成的表面施胶乳液直接涂于纸张表面，表面施胶过程不必再使用表面施胶淀粉，简化了文化纸表面施胶操作工艺，改善了文化纸生产中表面施胶工艺稳定性，克服了现有技术中施胶过程使用大量表面施胶淀粉、操作工艺复杂，纸发脆、掉毛掉粉严重、影响高速印刷机使用等缺点，有效提高了成品表面强度以及施胶度。
具体实施方式
本发明的苯丙乳液是将各种原料按一定顺序加入反应釜中，加热进行自由基乳液聚合反应。其中，所述自由基乳液聚合反应的温度为92-95℃，时间为5.5-6.5小时。
具体是通过以下方法制备的：
1)将淀粉、淀粉酶与部分去离子水混合，并加热使淀粉和淀粉酶溶解，然后进行水蒸气加热；
2)加入分散剂和部分去离子水，待分散剂溶解后加入剩余的去离子水；将反应混合物降温并加入羟乙酯和阳离子单体，然后水蒸气加热使原料全部溶解后加入引发剂；
3)然后依次加入苯乙烯、交联单体和丙烯酸酯单体；
4)将反应混合物保温数小时后冷却，并经100目过滤网过滤。
本发明的表面施胶乳液是将本发明的苯丙乳液与生物乳胶混合得到。所述生物乳胶优选为永港伟方(北京)科技股份有限公司生产的生物胶乳，商品名称：YXB-201涂布粘合剂(底涂专用)，是一种淀粉改性产品，主要成分淀粉、骨胶、大豆胶原、交联剂、水等。
本发明的表面施胶乳液是按照苯丙乳液∶生物胶乳的重量配比为12∶1-15的比例混合即可，制得的表面施胶乳液可以应用于文化纸表面施胶过程，特别应用于含二次纤维和非木材纤维的造纸施胶过程。采用本发明的表面施胶乳液施胶后经过纸机干燥部90-120℃干燥，使表面施胶乳液与纸张纤维通过化学键结合并完成热交联过程。
本发明的表面施胶剂乳液克服了现有技术中施胶过程工艺复杂、对二次纤维和非木材纤维适应性差的缺陷，明显改善了纸张的表面强度。
在没有特别说明的情况下，本发明所用原料均购自市场，其规格符合市场需求即可。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。
实施例1
1、制备苯丙乳液：原料：去离子水690kg、100kgCS-08淀粉、0.6kg淀粉酶(施胶酶KDNzymeS60，上海康地恩生物集团)、15kg分子量为20000g/mol的明胶、30kg丙烯酸羟乙脂、1kg阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.5kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂、苯乙烯100kg、N，N`-亚甲基丙烯酰胺3kg、甲基丙烯酸丙脂60kg。
在反应罐中加入去离子水300kg，加入100kgCS-08淀粉，加入0.6kg淀粉酶，升温至65℃，反应时间0.5小时后通蒸汽加热至85℃，加入15kg明胶，再加入200kg去离子水，至明胶溶于去离子水，保温0.5小时，再加入190kg去离子水，降温至45℃，加入30kg丙烯酸羟乙脂，加入1kg阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，再次通水蒸气加热至95℃，加入0.5kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂(滴加方式，时间约1.5小时)，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯100kg、N，N`-亚甲基丙烯酰胺3kg、甲基丙烯酸丙脂60kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温反应3小时，冷却至45℃以下，经100目过滤网过滤，完成一种苯丙乳液的制备，pH值约为4，固含量30±1wt％。
2、制备表面施胶乳液
将100kg所得苯丙乳液与1200kg生物胶乳(商品名称：YXB-201涂布粘合剂)混合均匀，得到表面施胶乳液。
实施例2
1、制备苯丙乳液：原料：去离子水630kg、100kgCS-08淀粉、0.6kg淀粉酶(LPK-CS01S淀粉酶，深圳绿微康生物工程有限公司)、12kg分子量为100000g/kg的明胶、30kg甲基丙烯酸羟乙脂、2kg阳离子单体甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷、0.6kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂、苯乙烯95kg、N，N`-亚甲基丙烯酰胺3kg、甲基丙烯酸丙脂65kg。
在反应罐中加入去离子水300kg，加入100kgCS-08淀粉，加入0.6kg淀粉酶，升温至65℃，反应时间0.5小时后通蒸汽加热至85℃，加入12kg明胶，再加入200kg去离子水，至明胶溶于去离子水，保温0.5小时，再加入130kg去离子水，降温至45℃，加入30kg甲基丙烯酸羟乙脂，加入1.5kg阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵，再次通水蒸气加热至95℃，加入0.6kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂(滴加方式，时间约1.5小时)，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯95kg、N，N`-亚甲基丙烯酰胺3kg、甲基丙烯酸丙脂65kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温3小时，冷却至45℃以下，经100目过滤网过滤，完成一种苯丙乳液的制备，pH值约为4，固含量29±1wt％。
2、制备表面施胶乳液
将100kg所得苯丙乳液与1500kg生物胶乳(商品名称：YXB-201涂布粘合剂)混合均匀，得到表面施胶乳液。
实施例3
1、制备苯丙乳液：原料：去离子水690kg、100kgCS-08淀粉、0.6kg淀粉酶(Au-PEA550S淀粉酶，苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司)、10kg分子量为100000g/mol的明胶、30kg甲基丙烯酸羟乙脂、1.5kg阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、0.6kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂、苯乙烯100kg、丙烯酸氨基丙酯4kg、甲基丙烯酸丁脂60kg。
在反应罐中加入去离子水300kg，加入100kgCS-08淀粉，加入0.6kg淀粉酶，升温至65℃，反应时间0.5小时后通蒸汽加热至85℃，加入10kg明胶，再加入200kg去离子水，至明胶溶于去离子水，保温0.5小时，再加入190kg去离子水，降温至45℃，加入30kg甲基丙烯酸羟乙脂，加入1.5kg阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵，再次通水蒸气加热至95℃，加入0.6kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂(滴加方式，时间约1.5小时)，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯100kg、丙烯酸氨基丙酯4kg、甲基丙烯酸丁脂60kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温3小时，冷却至45℃以下，经100目过滤网过滤，完成一种苯丙乳液的制备，pH值约为4，固含量29±1wt％。
2、表面施胶乳液的制备
将100kg所得苯丙乳液与1300kg生物胶乳(商品名称：YXB-201涂布粘合剂)混合均匀，得到表面施胶乳液。
实施例4
1、制备苯丙乳液：原料：去离子水690kg、90kgCS-08淀粉、0.5kg淀粉酶(同实施例2)、15kg分子量为20000g/mol的明胶、35kg丙烯酸羟乙脂、1kg阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、0.8kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂、苯乙烯90kg、N，N`-亚甲基丙烯酰胺3kg、甲基丙烯酸乙脂55kg。
在反应罐中加入去离子水300kg，加入90kgCS-08淀粉，加入0.5kg淀粉酶，升温至65℃，反应时间0.5小时后通蒸汽加热至85℃，加入15kg明胶，再加入200kg去离子水，至明胶溶于去离子水，保温0.5小时，再加入190kg去离子水，降温至45℃，加入35kg丙烯酸羟乙脂，加入1kg阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵，再次通水蒸气加热至95℃，加入0.8kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂(滴加方式，时间约1.5小时)，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯90kg、N，N`-亚甲基丙烯酰胺3kg、甲基丙烯酸乙脂55kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温3小时，冷却至45℃以下，经100目过滤网过滤，完成一种苯丙乳液的制备，pH值约为4，固含量29±1wt％。
2、表面施胶乳液的制备
将100kg苯丙乳液与1500kg生物胶乳(商品名称：YXB-201涂布粘合剂)混合均匀，制得表面施胶乳液。
实施例5
1、制备苯丙乳液：原料：去离子水700kg、80kgCS-08淀粉、0.6kg淀粉酶(同实施例3)、10kg明胶、25kg甲基丙烯酸羟乙脂、1kg阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、0.3kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂、苯乙烯80kg、丙烯酸缩水甘油脂1kg、甲基丙烯酸丙脂70kg、
在反应罐中加入去离子水300kg，加入80kgCS-08淀粉，加入0.6kg淀粉酶，升温至65℃，反应时间0.5小时后通蒸汽加热至85℃，加入10kg明胶，再加入200kg去离子水，至明胶溶于去离子水，保温0.5小时，再加入200kg去离子水，降温至45℃，加入25kg甲基丙烯酸羟乙脂，加入1kg阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵，再次通水蒸气加热至95℃，加入0.3kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂(滴加方式，时间约1.5小时)，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯80kg、丙烯酸缩水甘油脂1kg、甲基丙烯酸丙脂70kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温3小时，冷却至45℃以下，经100目过滤网过滤，完成一种苯丙乳液的制备，pH值约为4，固含量29±1wt％。
2、表面施胶乳液的制备
将100kg所得苯丙乳液与1300kg生物胶乳(商品名称：YXB-201涂布粘合剂)混合均匀，得到表面施胶乳液。
在以上实施例中，所用的丙烯酸酯类单体还可以使用等量的甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯或甲基丙烯酸异辛酯等。所用的引发剂还可使用等量的过硫酸钾或过硫酸钠等。
实验例1
湖南某纸厂应用实例(100wt％芦苇碱法化学浆原料生产双胶纸)
数据测定：数据测定：Cobb值测定采用GB/T 1540-2002方法检测待测纸样；表面强度测定采用GB/T22365-2008方法检测待测纸样。
双胶纸试机期间定量均为70g/m2，空白对比例为未进行表面施胶，另一对比例1为采用巴斯夫400DS表面施胶剂，产品采用传统表面施胶助剂与表面施胶淀粉现场糊化工艺。该工厂正常浆内施胶，其它工艺为与对比例相同的工艺条件。按实施例1-5中表面施胶乳液30kg/t纸应用，测试结果见表1和表2
表1
表2
实验例2
山东某纸厂应用实例(50wt％麦草浆水溶液和50wt％脱墨废纸浆水溶液配比抄造纸纸张生产精制双胶纸)(脱墨废纸浆属于二次纤维类原料)
数据测定：Cobb值测定采用GB/T 1540-2002方法检测待测纸样；表面强度测定采用GB/T22365-2008方法检测待测纸样。
双胶纸试机期间定量均为70g/m2，空白对比例为未进行表面施胶，另一对比例2为采用济南某公司瓜尔胶改性表面施胶剂，产品采用传统表面施胶助剂与表面施胶淀粉现场糊化工艺。该工厂正常浆内施胶，其它工艺为与对比例相同的工艺条件。按实施例1-5中表面施胶乳液30kg/t纸应用，测试结果见表3和表4
表3
表4
从表1-4的结果可以看出：使用本发明实施例1-5制备的表面施胶乳液，在实验例中使用过程看，与对比例1、2相比，能够保证纸张的施胶度(Cobb值)，并大幅提高纸张的表面强度，熟化速度好，没有施胶滞后现象。一周后测定值基本没有变化，说明无返潮现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种苯丙乳液，其特征在于，包括以下重量份的组分：
淀粉80-100份，淀粉酶0.5-0.6份，阳离子单体1-2份，丙烯酸酯类单体55-70份，交联单体1-4份，苯乙烯80-100份，分散剂10-15份，羟乙脂25-35份，浓度为20wt％的引发剂水溶液0.3-1份，去离子水630-700份。
2.根据权利要求1所述的苯丙乳液，其特征在于，所述各组分的重量份为：
淀粉100份，淀粉酶0.6份，阳离子单体2份，丙烯酸酯类单体60份，交联单体2份，苯乙烯90份，分散剂15份，羟乙脂30份，浓度为20wt％的引发剂水溶液0.5份，去离子水690份。
3.根据权利要求1或2所述的苯丙乳液，其特征在于，
所述淀粉为CS-8淀粉或其它同类木薯表面施胶专用淀粉；
所述交联单体是N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酰胺单体中的一种或多种的组合，优选N，N′-亚甲基双丙烯酰胺；
所述羟乙脂是丙烯酸羟乙脂或甲基丙烯酸羟乙脂，优选丙烯酸羟乙脂；
所述引发剂是过硫酸盐类化合物。
所述分散剂是分子量为20000～100000g/mol的明胶，优选明胶的分子量为20000-50000g/mol。
所述丙烯酸酯单体是甲基丙烯酸丁脂、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯或甲基丙烯酸异辛酯，优选甲基丙烯酸丁脂；
4.根据权利要求1或2所述的苯丙乳胶，其特征在于，
所述淀粉酶为降粘专用生物酶制剂；
所述阳离子单体是丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、二甲基二烯丙基氯化铵、或甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷盐(DMC)中的一种或多种的组合，优选二甲基二烯丙基氯化铵。
5.一种权利要求1-4任一项所述苯丙乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各种原料按一定顺序加入反应釜中，加热进行自由基乳液聚合反应，所述自由基乳液聚合反应的温度为92-95℃，时间为5.5-6.5小时。
6.一种表面施胶乳液，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述苯丙乳液和生物胶乳。
7.根据权利要求6所述的表面施胶乳液，其特征在于，所述苯丙乳液∶生物胶乳的重量配比为12∶1-15。
8.根据权利要求6或7所述的表面施胶乳液，其特征在于，所述表面施胶乳液的固含量为按重量计45-48％。
9.权利要求1-4任一项所述苯丙乳液在各类纸张的表面施胶乳液中的应用。
10.权利要求6-8任一项所述表面施胶乳液在造纸领域的应用。
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