CN102964502A - 一种耐水高光泽水性苯丙乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐水高光泽水性苯丙乳液及其制备方法，该乳液由含有下述重量含量的原料制成：苯乙烯18-28％、丙烯酸酯类单体15-25％、醋酸乙烯酯0.5-2％、甲基丙烯酸0.5-1％、交联单体1-6％、复合乳化剂0.5-1.5％、引发剂0.2-1％、保护胶2-6％，缓冲剂0.1-0.5％、氨水0.2-0.4％、消泡剂0.05～0.2％、去离子水45-50％。用本乳液通过涂布工艺制得的涂布膜具有突出的高光泽度和强耐水性。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐水高光泽水性苯丙乳液及其制备方法，属于高分子材料领域，主要应用于水性上光油。
背景技术
上光油作为印刷纸品上的一种装饰和保护性涂料而被广泛应用，随着人们对环境保护的意识逐渐增强，水性上光油因其环保、价廉、性能多元化越来越受到市场欢迎。而水性上光油在国外应用非常普遍，国内水性上光油生产厂家也在逐渐增多，但质量很不稳定，这直接导致了水性上光油原材料市场出现质量良莠不齐的现象，而作为高端水性上光油的主要成分之一的苯丙乳液原材料也大部分来自国外，如BASF公司等。
中国专利CN101704913A公开了一种纸张底涂用苯丙乳液的制备方法，底涂后的纸张强度明显增强，掉毛掉粉现象减弱，但纸张的耐水性，光泽度没有明显改善。中国专利CN101704930A公开了一种纸张涂布面涂用苯丙乳液，可以一定程度上改善纸张的表面强度和光泽度。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种用于水性上光油的耐水高光泽苯丙乳液及其制备方法。苯丙乳液由于引入了苯乙烯链段，使其具有耐水性、光泽度及耐候性，但还存在涂层太硬的缺点，通过添加适量醋酸乙烯以及交联单体，不仅提高了乳液的耐水，还可改善其附着力强度；选择不同单体配比，使用复合乳化剂，通过种子反应、预乳化和连续滴加的方法制得水性苯丙乳液，表现出高光泽度和强耐水性。传统的聚合方式是使用阴非离子复合乳化剂，乳化剂用量较大，且导致其带到最终乳液中影响产品的耐水性、光泽度以及附着力。本发明在聚合过程中还添加了反应型乳化剂，它比传统型乳化剂性能更优，不仅本身可起到乳化作用，还可参与聚合反应，以共价键的形式结合在高分子链上，更重要的是，反应型乳化剂用量也较少，在一定程度上可改善乳液的耐水性、光泽度及附着力。
本发明提供一种耐水高光泽水性苯丙乳液，该乳液由含有下述重量比的原料配制成：苯乙烯18-28％、丙烯酸酯类单体15-25％、醋酸乙烯酯0.5-2％、甲基丙烯酸0.5-1％、交联单体1-6％、复合乳化剂0.5-1.5％、引发剂0.2-1％、保护胶2-6％、缓冲剂0.1-0.5％、氨水0.2-0.4％、消泡剂0.05-0.2％、去离子水45-50％。
所述丙烯酸酯类单体为：丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯的一种或任意组合；
所述交联单体为丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺的一种或任意组合；
所述复合乳化剂由阴离子乳化剂、非离子乳化剂及反应性乳化剂复配而成，其中所述阴离子乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠的任意一种，占乳化剂总量的20％，所述非离子乳化剂为OP-10、TX-10的任意一种，占乳化剂总量的30％，所述反应性乳化剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠、烯丙基聚醚硫酸钠一种或任意组合，占乳化剂总量的50％；
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵一种或任意组合；
所述的保护胶为聚乙烯醇，其中聚合度为1700，醇解度为99％；
所述的缓冲剂为碳酸氢钠；
所述消泡剂为矿物油类或有机硅类化合物；
所述的氨水为28％浓度的工业级氨水。
本发明还提供一种上述耐水高光泽水性苯丙乳液的制备方法，其步骤如下：
(1)将所有阴离子乳化剂、非离子乳化剂及反应型乳化剂混合成复合乳化剂。
(2)将18-28％苯乙烯、15-25％丙烯酸酯类单体、0.5-2％醋酸乙烯酯、0.5-1％甲基丙烯酸、1-6％交联单体以及复配乳化剂总量的70％-90％混合，搅拌0.5-1小时，搅拌速度为200-300转/分钟，制得预乳化液A；
(3)部分预乳化液A(占预乳化液A总量的5-10％)，剩余全部复配乳化剂，部分引发剂(占引发剂总量的5-15％)、全部缓冲剂、全部保护胶添加到部分去离子水(占去离子水总量的75-90％)中，制得溶液B；
(4)将剩余引发剂溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
(5)将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在140-180转/分钟，升温至80-85℃反应0.5-1小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在75-82℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，3-4小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持80-85℃继续反应1-2小时，降温至40-60℃，加入0.2-0.4％氨水，最后添加0.05-0.2％的消泡剂，过滤出料。
本发明的技术与现有技术相比，增加了醋酸乙烯以及交联单体，对乳液的耐水、附着强度进一步加强，而使用阴、非及反应性乳化剂复配乳化剂，制作出的乳液稳定性更好，且由于反应性乳化剂直接与高分子链进行交联，进一步提高耐水以及高泽度。
本发明工艺简单，操作条件容易控制，所得苯丙乳液稀释稳定性，贮存稳定性，机械稳定性等稳定性能良好，成本低且适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的涂布用无底胶PVDC乳液及其制备方法作进一步说明。
实施例一
取十二烷基苯磺酸钠0.03kg、OP-100.045kg、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.075kg放置于烧杯中，用玻璃棒搅拌0.5小时至混合均匀，得0.15kg复合乳化剂。
将5.4kg苯乙烯、7.5kg丙烯酸乙酯、0.15kg醋酸乙烯酯、0.3kg甲基丙烯酸、0.3kg丙烯酸羟丙酯以及0.105kg复合乳化剂(占复合乳化剂总量的70％)混合，开启搅拌机，搅拌0.5小时，搅拌速度为200转/分钟，制得13.76kg预乳化液A；
取0.69kg预乳化液A(占预乳化液A总量的5％)，剩余的复合乳化剂，0.0036kg过硫酸铵(占引发剂总量的6％)、0.06kg碳酸氢钠、0.9kg聚乙烯醇添加到13.5kg去离子水(占去离子水总量的90％)中，制得溶液B；
将剩余过硫酸铵溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在160转/分钟，升温至80℃反应0.5小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在75℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，4小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持80℃继续反应1.8小时，降温至58℃，加入0.075kg氨水，最后添加0.015kg的有机硅类消泡剂，过滤出料。
实施例二
取十二烷基硫酸钠0.14kg、TX-100.21kg、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.35kg放置于烧杯中，开启搅拌机，搅拌速度为120转/分钟，搅拌0.6小时至混合均匀，得0.7kg复合乳化剂。
将10kg苯乙烯、10.5kg丙烯酸丁酯、0.4kg醋酸乙烯酯、0.4kg甲基丙烯酸、1.75kg丙烯酸羟乙酯以及0.525kg复合乳化剂(占复合乳化剂总量的75％)混合，开启搅拌机，搅拌0.6小时，搅拌速度为220转/分钟，制得23.58kg预乳化液A；
取1.415kg预乳化液A(占预乳化液A总量的6％)，剩余的复合乳化剂，0.016kg过硫酸钾(占引发剂总量的8％)、0.2kg碳酸氢钠、3kg聚乙烯醇添加到17.04kg去离子水(占去离子水总量的75％)中，制得溶液B；
将剩余过硫酸钾溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在150转/分钟，升温至85℃反应0.6小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在76℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，3.6小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持85℃继续反应1.6小时，降温至55℃，加入0.1kg氨水，最后添加0.03kg的矿物油类消泡剂，过滤出料。
实施例三
取十二烷基苯磺酸钠0.1kg、TX-100.15kg、烯丙基聚醚硫酸钠0.25kg放置于容器中，开启搅拌机，搅拌速度为120转/分钟，搅拌0.6小时至混合均匀，得0.5kg复合乳化剂。
将25kg苯乙烯、16kg丙烯酸异辛酯、0.5kg醋酸乙烯酯、0.6kg甲基丙烯酸、6kgN-羟甲基丙烯酰胺以及0.4kg复合乳化剂(占复合乳化剂总量的80％)混合，开启搅拌机，搅拌0.8小时，搅拌速度为240转/分钟，制得48.5kg预乳化液A；
取3.4kg预乳化液A(占预乳化液A总量的7％)，剩余的复合乳化剂，0.04kg过硫酸钾(占引发剂总量的5％)、0.2kg碳酸氢钠、4.8kg聚乙烯醇添加到38.8kg去离子水(占去离子水总量的86％)中，制得溶液B；
将剩余过硫酸钾溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在140转/分钟，升温至82℃反应0.8小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在78℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，4小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持82℃继续反应1小时，降温至48℃，加入0.4kg氨水，最后添加0.08kg的有机硅类消泡剂，过滤出料。
实施例四
取十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠各0.058kg、OP-100.12kg、TX-100.054kg、2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠0.29kg放置于烧杯中，开启搅拌机，搅拌速度为150转/分钟，搅拌0.8小时至混合均匀，得0.58kg复合乳化剂。
将15.84kg苯乙烯、2.96kg丙烯酸乙酯、10kg丙烯酸丁酯、0.864kg醋酸乙烯酯、0.5kg甲基丙烯酸、0.72kg丙烯酸羟丙酯、0.72kg丙烯酸羟乙酯、0.72kgN-羟甲基丙烯酰胺以及0.49kg复合乳化剂(占复合乳化剂总量的85％)混合，开启搅拌机，搅拌0.8小时，搅拌速度为250转/分钟，制得32.82kg预乳化液A；
取2.63kg预乳化液A(占预乳化液A总量的8％)，剩余的复合乳化剂，0.072kg过硫酸铵(占引发剂总量的10％)、0.216kg碳酸氢钠、3.744kg聚乙烯醇添加到26.66kg去离子水(占去离子水总量的78％)中，制得溶液B；
将剩余过硫酸铵溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在160转/分钟，升温至84℃反应1小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在77℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，3小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持84℃继续反应2小时，降温至50℃，加入0.144kg氨水，最后添加0.086kg的有机硅类消泡剂，过滤出料。
实施例五
取十二烷基苯磺酸钠0.2kg、十二烷基硫酸钠0.016kg、OP-100.324kg、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.2kg、2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠0.3kg、烯丙基聚醚硫酸钠0.04kg放置于容器中，开启搅拌机，搅拌速度为180转/分钟，搅拌1小时至混合均匀，得1.08kg复合乳化剂。
将28.8kg苯乙烯、8kg丙烯酸乙酯、8kg丙烯酸丁酯、8kg丙烯酸异辛酯、1.68kg醋酸乙烯酯、1.08kg甲基丙烯酸、0.12kg丙烯酸羟丙酯、1kg丙烯酸羟乙酯、2kgN-羟甲基丙烯酰胺以及0.95kg复合乳化剂(占复合乳化剂总量的88％)混合，开启搅拌机，搅拌1小时，搅拌速度为260转/分钟，制得59.63kg预乳化液A；
取5.37kg预乳化液A(占预乳化液A总量的9％)，剩余的复合乳化剂，0.162kg过硫酸铵(占引发剂总量的15％)、0.12kg碳酸氢钠、4.08kg聚乙烯醇添加到47.89kg去离子水(占去离子水总量的88％)中，制得溶液B；
将剩余过硫酸铵溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在180转/分钟，升温至83℃反应0.5小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在75℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，4小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持83℃继续反应2小时，降温至60℃，加入0.36kg氨水，最后添加0.18kg的矿物油类消泡剂，过滤出料。
实施例六
取十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠各0.15kg、OP-100.25kg、TX-100.2kg、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.2kg、2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠0.3kg、烯丙基聚醚硫酸钠0.25kg放置于容器中，开启搅拌机，搅拌速度为180转/分钟，搅拌1小时至混合均匀，得1.5kg复合乳化剂。
将42kg苯乙烯、11.5kg丙烯酸丁酯、11kg丙烯酸异辛酯、2.4kg醋酸乙烯酯、0.75kg甲基丙烯酸、1.55kg丙烯酸羟丙酯、1kg丙烯酸羟乙酯以及1.23kg复合乳化剂(占复合乳化剂总量的82％)混合，开启搅拌机，搅拌1小时，搅拌速度为280转/分钟，制得71.43kg预乳化液A；
取7.143kg预乳化液A(占预乳化液A总量的10％)，剩余的复合乳化剂，0.147kg过硫酸钾(占引发剂总量的14％)、0.36kg碳酸氢钠、3kg聚乙烯醇添加到60.27kg去离子水(占去离子水总量的82％)中，制得溶液B；
将剩余过硫酸钾溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在150转/分钟，升温至85℃反应0.8小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在80℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，3.5小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持85℃继续反应1.5小时，降温至40℃，加入0.3kg氨水，最后添加0.09kg的矿物油类消泡剂，过滤出料。
实施例七
取十二烷基苯磺酸钠0.1kg、十二烷基硫酸钠0.5kg、OP-100.9kg、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1.5kg放置于烧杯中，开启搅拌机，搅拌速度为200转/分钟，搅拌1.2小时至混合均匀，得3kg复合乳化剂。
将52kg苯乙烯、16kg丙烯酸丁酯、16kg丙烯酸异辛酯、4kg醋酸乙烯酯、1kg甲基丙烯酸、5kg丙烯酸羟丙酯、3kg丙烯酸羟乙酯、2kgN-羟甲基丙烯酰胺以及2.7kg复合乳化剂(占复合乳化剂总量的90％)混合，开启搅拌机，搅拌1小时，搅拌速度为300转/分钟，制得101.7kg预乳化液A；
取8.136kg预乳化液A(占预乳化液A总量的8％)，剩余的复合乳化剂，0.192kg过硫酸铵(占引发剂总量的12％)、0.6kg碳酸氢钠、4.6kg聚乙烯醇添加到72kg去离子水(占去离子水总量的80％)中，制得溶液B；
将剩余过硫酸铵溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在140转/分钟，升温至80℃反应0.6小时得到泛有蓝光的乳白色液体。将温度控制在82℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，3小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完。保持80℃继续反应1小时，降温至45℃，加入0.8kg氨水，最后添加0.4kg的有机硅类消泡剂，过滤出料。
Claims (11)
1.一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述的耐水高光泽水性苯丙乳液由含有下述重量含量的原料配制成：苯乙烯18-28％、丙烯酸酯类单体15-25％、醋酸乙烯酯0.5-2％、甲基丙烯酸0.5-1％、交联单体1-6％、复合乳化剂0.5-1.5％、引发剂0.2-1％、保护胶2-6％、缓冲剂0.1-0.5％、氨水0.2-0.4％、消泡剂0.05～0.2％、去离子水45-50％。
2.如权利要求1所述的耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯的任意一种或任意组合。
3.如权利要求1或2所述的任意一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述交联单体为丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺的任意一种或任意组合。
4.如权利要求1或2所述的任意一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述复合乳化剂由阴离子乳化剂、非离子乳化剂及反应性乳化剂复配而成。
5.如权利要求4所述的耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述阴离子乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠的任意一种，占总乳化剂的20％，所述非离子乳化剂为OP-10、TX-10的任意一种，占总乳化剂的30％，所述反应性乳化剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠、烯丙基聚醚硫酸钠一种或任意组合，占总乳化剂的50％。
6.如权利要求1或2所述的任意一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵的一种或任意组合。
7.如权利要求1或2所述的任意一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述的保护胶为聚乙烯醇，其中聚合度为1700，醇解度为99％。
8.如权利要求1或2所述的任意一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述的缓冲剂为碳酸氢钠。
9.如权利要求1或2所述的任意一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述消泡剂为矿物油类或有机硅类化合物。
10.如权利要求1或2所述的任意一种耐水高光泽水性苯丙乳液，其特征在于：所述的氨水为28％浓度的工业级氨水。
11.如权利要求1所述的耐水高光泽水性苯丙乳液的制造方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)将所有阴离子乳化剂、非离子乳化剂及反应型乳化剂混合成复合乳化剂；
(2)将18-28％苯乙烯、15-25％丙烯酸酯类单体、0.5-2％醋酸乙烯酯、0.5-1％甲基丙烯酸、1-6％交联单体以及复配乳化剂总量的70％-90％混合，搅拌0.5-1小时，搅拌速度为200-300转/分钟，制得预乳化液A；
(3)取预乳化液A总量的5-10％(剩余全部复配乳化剂)，引发剂总量的5-15％、全部缓冲剂、全部保护胶添加到离子水总量的75-90％中，制得溶液B；
(4)将剩余引发剂溶解到剩余去离子水中，制得溶液C；
(5)将溶液B加入反应器中，搅拌速度控制在140-180转/分钟，升温至80～85℃反应0.5-1小时得到泛有蓝光的乳白色液体，将温度控制在75-82℃，开始滴加预乳化液A和溶液C，3-4小时内滴完，并控制预乳化液A先滴完，保持80～85℃继续反应1-2小时，降温至40-60℃，加入0.2-0.4％氨水，最后添加0.05-0.2％的消泡剂，过滤出料。
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