CN102875740B - 用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液及其制备方法，所述改性苯丙乳液，是采用包括以下重量份的组分制备的：丙烯酸酯20～44份，苯乙烯50～74份，丙烯酸6～10份，环氧树脂3～10份，乳化剂0.7～4.5份，引发剂0.4～4.5份，缓冲剂0.2～2份，甲基丙烯酸-2-羟乙酯0.002～0.05份，碱水溶液4～10份，水90～290份。本发明的环氧树脂改性苯丙乳液，具有与纤维结合力较高，良好的成膜性和耐水性优点。应用于涂布纸的涂料，与普通乳液相比，能明显提高纸张的表面强度和光泽度，为一种能满足造纸涂料印刷用表面施胶用高性能、环保的产品。

Description

用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种苯丙乳液及其制备方法，应用于涂布纸涂料。

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，改善纸张的光泽度。

中国专利CN101280035A公开了一种乳液的制备方法，制备得到的乳液应用于纸张涂料，涂料流动性，但是在纸张上涂布后纸张表面强度较差及乳液本身耐水性较差。

发明内容

本发明的目的公开一种用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

所述用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液，是采用包括以下重量份的组分制备的：

所说的丙烯酸酯选自丙烯酸正丁酯或丙烯酸异丁酯；

所说的环氧树脂选自中E-44环氧树脂（二酚基丙烷环氧树脂,环氧值平均指标为0.44mol/100g），E-42环氧树脂（二酚基丙烷环氧树脂,环氧值平均指标为0.44mol/100g），E-20环氧树脂（二酚基丙烷环氧树脂,环氧值平均指标为0.20mol/100g），E-12环氧树脂（二酚基丙烷环氧树脂,环氧值平均指标为0.12mol/100g），E-06环氧树脂（二酚基丙烷环氧树脂,环氧值平均指标为0.06mol/100g），E-03环氧树脂（二酚基丙烷环氧树脂,环氧值平均指标为0.03mol/100g）中的一种或几种；所说的乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合物；重量比为1:5～5:1；

所说的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种；

所述缓冲剂选自碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸钠或磷酸氢二钠。

所说的碱水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，重量浓度为28～32%；

阴离子乳化剂剂选自C10～C20烷基苯磺酸钠、C10～C20烷基萘磺酸钠、C10～C20烷基硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠、二环己基-2-磺基琥珀酸钠、丁二酸磺酸钠、油酸钠、油酸钾、三乙醇胺油酸酯中的至少一种；

非离子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。

制备所述的环氧树脂改性苯丙乳液的方法，包括下述步骤：

（1）将丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯酸和环氧树脂混合溶解；

（2）将步骤（1）的混合液、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、乳化剂和总重量20～80%的水混合，在20～50℃温度下搅拌10～30分钟，得到混合单体预乳液；

（3）将总重量5～20%的步骤（2）的混合单体预乳液、缓冲剂、总重量20～60%的乳化剂和余量的水混合，升温至60℃～95℃，然后加入总重量20～50%的引发剂，反应10～30分钟，即得种子乳液；

（4）将步骤（2）剩余部分的混合单体预乳液和剩余部分的引发剂，在1～3小时内分别同时滴入所述种子乳液中，60℃～95℃反应1～3小时；

（5)50～80℃保温1～2小时，降温至20～30℃，用重量浓度为28～32%的碱水溶液中和至pH=7～10，过滤，制得重量固含量为30～50%的环氧树脂改性苯丙乳液。

所述的环氧树脂改性苯丙乳液，可应用于涂布纸涂料；

本发明引入的羟基、羧基等活性基团，使环氧树脂改性苯丙乳液具有交联性、颜填料相容性、极性等多种性能；加入烯基羧酸单体，得到含羧酸盐的高分子链段，提高乳胶粒在水中的稳定分散性，从而减少乳化剂用量，提高了涂膜的耐水性。本发明中，添加少量环氧树脂和微量的甲基丙烯酸-2-羟乙酯，出乎意料的，应用于涂布纸的涂料中，明显提高纸张的表面强度和光泽度。这可能由于，环氧树脂具有环氧基、醚基、甚至含有双键，表现出好的粘接性、耐腐蚀性等。将环氧树脂用于苯丙改性，把环氧树脂的优点嫁接到苯丙乳液中，提高了产品的强度、粘接性、成膜性能、涂膜硬度等使用性能。

所述环氧树脂改性苯丙乳液，具有与纤维结合力较高，良好的成膜性和耐水性优点。应用于涂布纸的涂料，与普通乳液相比，能明显提高纸张的表面强度和光泽度，为一种能满足造纸涂料印刷用表面施胶用高性能、环保的产品。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

将20g丙烯酸正丁酯、74g苯乙烯和6g丙烯酸、8g环氧树脂（E-42）常温下充分混合溶解后的混合物中加入0.05g甲基丙烯酸-2-羟乙酯和由0.25g十二烷基苯磺酸钠、0.1g聚氧化乙烯（20）失水山梨醇单油酸酯（吐温80）、60g去离子水组成的混合水溶液，然后在JB90-D型强力电动搅拌机器上，以1000rpm的转速搅拌30分钟，得到单体预乳液；

在装有0.2g碳酸氢钠、0.25g十二烷基苯磺酸钠、0.1g聚氧化乙烯（20）失水山梨醇单油酸酯（吐温80）、176g去离子水的四口瓶中加入15g上述预乳液，升温到60℃，加入0.1g过硫酸钾溶解于10g去离子水的水溶液，反应至乳液变蓝后，同时滴加剩余的预乳液和0.3g过硫酸钾溶解于10g去离子水的水溶液，3h滴完后，保温1小时，降温至室温后，加入4g重量浓度为28%的氢氧化铵水溶液调节pH，100目筛网过滤即得常温环氧树脂改性苯丙乳液，重量固含量：29.38wt%，pH=7.15(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例2

将40g丙烯酸异丁酯、50g苯乙烯和10g丙烯酸、4g环氧树脂（E-20）常温下充分混合溶解后的混合物中加入0.005g甲基丙烯酸-2-羟乙酯和0.1g二烷基-2-磺基琥珀酸钠，0.4g失水山梨醇单月桂酸酯（斯盘20）、1.5g聚氧化乙烯单油酸酯、60g去离子水组成的混合水溶液，然后在JB90-D型强力电动搅拌机器上，以1500rpm的转速搅拌30分钟，得到单体预乳液。

在装有2g磷酸氢二钠、1.5g十二烷基萘磺酸钠、1g失水山梨醇单月桂酸酯（斯盘20）、26.7g去离子水的四口瓶中加入15g上述预乳液，升温到95℃，加入1g过硫酸钠溶解于10g去离子水的水溶液，反应至乳液变蓝后，同时滴加剩余的预乳液和3g过硫酸钠溶解于10g去离子水的水溶液，1h滴完后，80℃保温1小时，降温至室温后，加入10g重量浓度为32%的氢氧化钠水溶液调节pH，100目筛网过滤即得常温环氧树脂改性苯丙乳液，重量固含量：50.02wt%，pH=9.75(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例3

将44g丙烯酸正丁酯、48g苯乙烯、8g丙烯酸和10g环氧树脂（E-20）常温下充分混合溶解后的混合物中加入0.025g甲基丙烯酸-2-羟乙酯和由0.1g丁二酸磺酸钠，0.2g聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、0.5g十二烷基硫酸钠，0.2g失水山梨醇单油酸酯（斯盘80）和60g去离子水组成的混合水溶液，然后在JB90-D型强力电动搅拌机器上，以2000rpm的转速搅拌20分钟，得到单体预乳液。

在装有0.5g碳酸氢钠、0.2g油酸钾、0.8g二乙二醇脂肪酸酯、0.3g十二烷基硫酸钠、94.9g去离子水的四口瓶中加入15g上述预乳液，升温到75℃，加入0.8g过硫酸钾溶解于10g去离子水的水溶液，反应至乳液变蓝后，同时滴加剩余的预乳液和1.5g过硫酸钾溶解于10g去离子水的水溶液，1.5h滴完后，保温1小时，降温至室温后，加入重量浓度为30%的氢氧化钾水溶液调节pH，100目筛网过滤即得常温环氧树脂改性苯丙乳液，重量固含量：40.55wt%，pH=8.32(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例4

对比例：按CN101280035A的方法制备的乳液

用实施例1～3和对比例，按下述配方配制涂料

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	0.65
实施例1	1.12
		实施例2	1.08
实施例3	1.03

B)待测纸在温度25℃、相对湿度60%的恒温恒湿环境下放置24小时，用欧亿公司JKGZ-1光泽度仪检测纸张光泽度。

样品	光泽度/Gs
		空白	30.0
对比样	45.0
		实施例1	70.1
实施例2	68.3
		实施例3	69.9

从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～3制备的涂布纸面涂涂料用苯丙乳液，与对比例相比，应用于涂布纸的面涂涂料，能显著提高涂布纸的表面强度和涂布光泽度。

Claims (5)

1.用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液，其特征在于，是采用包括以下重量份的组分制备的：

2.根据权利要求1所述的用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液，其特征在于，所说的丙烯酸酯选自丙烯酸正丁酯或丙烯酸异丁酯；

所说的环氧树脂选自E-44环氧树脂、E-42环氧树脂、E-20环氧树脂、E-12环氧树脂、E-06环氧树脂或E-03环氧树脂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液，其特征在于，所说的乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂的混合物；重量比为1:5～5:1;

所说的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种；

所述缓冲剂选自碳酸氢钠、碳酸钠、醋酸钠或磷酸氢二钠;

所说的碱水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，重量浓度为28～32%。

4.根据权利要求3所述的用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液，其特征在于，所述阴离子乳化剂选自C10～C20烷基苯磺酸钠、C10～C20烷基萘磺酸钠、C10～C20烷基硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠、二环己基-2-磺基琥珀酸钠、丁二酸磺酸钠、油酸钠、油酸钾、三乙醇胺油酸酯中的至少一种；

非离子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1～4任一项所述的用于涂布纸的环氧树脂改性苯丙乳液的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）将丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯酸和环氧树脂混合溶解；

（2）将步骤（1）的混合液、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、乳化剂和总重量20～80%的水混合，在20～50℃温度下搅拌10～30分钟，得到混合单体预乳液；

（3）将总重量5～20%的步骤（2）的混合单体预乳液、缓冲剂、总重量20～60%的乳化剂和余量的水混合，升温至60℃～95℃，然后加入总重量20～50%的引发剂，反应10～30分钟，即得种子乳液；

（4）将步骤（2）剩余部分的混合单体预乳液和剩余部分的引发剂，在1～3小时内分别同时滴入所述种子乳液中，60℃～95℃反应1～3小时；

（5)50～80℃保温1～2小时，降温至20～30℃，用重量浓度为28～32%的碱水溶液中和至pH=7～10，过滤，制得重量固含量为30～50%的环氧树脂改性苯丙乳液。