CN103074805A - 一种彩喷纸表面施胶固色剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩喷纸表面施胶固色剂及其制备方法和应用，属于造纸化学品制备工艺领域。该方法为将阳离子淀粉、过硫酸铵和水水浴搅拌下糊化；加入氯化亚铁水溶液和亲水单体溶液；再滴加双氧水稀释液引发后；向反应体系中加入疏水单体和松香进行单体预乳化；升温至90～92℃，滴加双氧水稀释液引发，反应2～3h；升温至95～99℃，反应1h，自然冷却至20～50℃，制得彩喷纸表面施胶的固色剂。该方法制备的彩喷纸表面施胶固化剂配成水溶液后与阳离子淀粉或聚乙烯醇混合，在同时添加相纸涂料交联剂后，进行混合施涂，可用于改善打印纸表面性质，提高打印质量，特别是大幅提高成纸抗水性。
Description
技术领域
本发明属于造纸化学品制备工艺领域，特别涉及一种彩喷纸表面施胶固色剂及其制备方法和在改善彩喷纸打印质量中的应用。
背景技术
施胶和涂布是常用的彩喷纸制备方法，施胶相对涂布，用量少，材料成本和生产成本低，但成纸打印质量不及涂布纸，需要提高施胶彩喷纸质量，以接近并达到涂布纸的打印质量。
固色剂是彩喷纸涂层中常用的固着色料的助剂，共性是阳离子和高分子量。离子强度高，与呈色染料分子作用力强，能迅速捕捉并固定负电性的色料，起到固色的作用。高分子量阳离子聚合物，如聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵及聚乙烯苯甲基三甲胺氯化物等聚胺类强阳离子聚合物，均可用于固色，但这些常用的固色剂往往抗水性不佳，用于施胶层由于量少而不能起到抗水的作用。现在新型固色剂综合利用固色剂分子间引力、阳离子基团、反应性基团、成膜性等作用，提高固色剂的固色能力。
阳离子苯丙乳液是苯乙烯和丙烯酸酯及阳离子单体的共聚物，聚合时添加功能单体起到交联分散作用，是常用的抗水表面施胶剂，成膜作用强，增强防水作用突出，不同单体及配比、合成方法均影响乳液最终性能。阳离子苯丙乳液分子具有阳离子基团，提供与染料结合的结构，功能单体和乳化剂的亲水结构，能和染料分子形成氢键，从结构上具有固色的性质。但苯丙乳液的阳离子度并不高，主体结构疏水，固色剂的抗水性差。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种施胶后防水性好的彩喷纸表面施胶固色剂。
本发明的另一目的在于提供上述彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述表面施胶固色剂的用途，可用于打印纸的表面施涂，提高纸张的抗水性。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种彩喷纸表面施胶固色剂，由下述按质量份计的原料制备而成：
所述的亲水单体优选为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺和马来酸酐中的一种或至少两种；
所述的疏水单体优选为苯乙烯与丙烯酸酯以5:4的质量比例形成的混合物；所述的丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的至少一种；
所述的水优选为蒸馏水；
所述的彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将10～30质量份阳离子淀粉、0.04～0.12质量份过硫酸铵、24～86.4质量份水混合后在水浴、搅拌下糊化；
（2）向步骤（1）体系中加入由0.01质量份氯化亚铁和1～3.6质量份水配制的氯化亚铁溶液；
（3）向步骤（2）体系中加入由3.5～5.5质量份亲水单体和8.5～30.6质量份水配制成的亲水单体溶液；
（4）向步骤（3）体系中滴加由0.8质量份质量浓度为30%的双氧水和1.5～5.4质量份水稀释成的双氧水稀释液；
（5）将20～35质量份苯乙烯和丙烯酸酯的混合物（苯乙烯和丙烯酸酯质量比为5：4）和3～5质量份松香混合后，滴加入步骤（4）体系中，进行单体预乳化；
（6）将步骤（5）体系的温度调节至90～92℃，向体系中滴加由3.5质量份质量浓度为30%双氧水和15～54质量份水稀释成的双氧水稀释液，滴加时间2～3h；
（7）将步骤（6）体系的温度调节至95～99℃，反应1h，自然冷却至20～50℃后取出，制得彩喷纸表面施胶固色剂。
所述步骤（1）中糊化是在85℃糊化0.5～1h。
本发明的所述彩喷纸表面施胶固色剂，是由上述制备方法制备得到的。
上述彩喷纸表面施胶固色剂在造纸行业中的应用，将上述制备获得的彩喷纸表面施胶固色剂用水配制成质量浓度25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液，将配制的25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液与阳离子淀粉（CS-8）或聚乙烯醇（PVA）进行混合，同时添加上述混合物总质量1～6%的相纸涂料交联剂，制备得到的混合施胶剂应用于造纸行业，进行打印纸表面施涂。将上述混合施胶剂进行纸表面施涂，能改善打印纸表面性质，提高打印质量，特别是大幅提高成纸的抗水性。
所述的彩喷纸表面施胶固色剂与阳离子淀粉（CS）或聚乙烯醇（PVA）的混合施涂的优选施涂质量比例为3：50；
所述的相纸涂料交联剂优选为聚二烯丙基二甲基氯化铵；
所述的混合施胶剂的表面施涂量优选为2g/m2。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
1、本发明进一步提高了苯丙乳液固色剂的阳离子度，增加阳离子基团，增加与之结合的反应性基团，解决固色剂疏水性差的问题。
2、本发明的彩喷纸表面施胶的固色剂能显著改善纸的表面性质，特别是大幅提高成纸遇水后色密度值。
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
本发明的彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）秤取10质量份阳离子淀粉CS-8、0.04质量份过硫酸铵、24质量份水加入四口烧瓶中水浴，开动搅拌器，85℃下糊化1h；
（2）向四口烧瓶中加入由0.01质量份氯化亚铁和1质量份水配制的氯化亚铁溶液；
（3）向四口烧瓶中加入由3.5质量份马来酸酐和8.5质量份水配制成的亲水单体溶液；
（4）向四口烧瓶中滴加由0.8质量份质量浓度为30%双氧水和1.5质量份水稀释成的双氧水稀释液；
（5）20份苯乙烯和丙烯酸丁酯的混合物（苯乙烯和丙烯酸丁酯质量比为5:4）和5份松香烧杯中混合后，滴加入四口烧瓶中，进行单体预乳化；
（6）水浴温度升至90℃，向烧瓶中滴加由3.5质量份质量浓度为30%双氧水和15质量份水稀释成的双氧水稀释液，滴加时间3h；
（7）水浴温度调节至95℃，反应1h，自然冷却至50℃后取出，制得彩喷纸表面施胶固色剂。
将上述制备获得的彩喷纸表面施胶固色剂用水配制成25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液，将配制的25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液与阳离子淀粉（CS-8）进行混合施涂，两者质量比为3：50，同时在施涂剂中添加上述混合物总质量3%的相纸涂料交联剂聚二烯丙基二甲基氯化铵，施涂量选择2g/m2。打印色密度采用X-Rite色密度计测量，对色块冲水1分钟后测量四色密度，冲水后四色密度高说明抗水性好，四色密度为C（蓝）、M（红）、Y（黄）、K（墨）。测得色密度值，及对比组的四色密度数据见表一。
实施例2
本发明的彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）秤取20质量份阳离子淀粉CS-8、0.08质量份过硫酸铵、48质量份水加入四口烧瓶中水浴，开动搅拌器，85℃下糊化1h；
（2）向四口烧瓶中加入由0.01质量份氯化亚铁和2质量份水配制的氯化亚铁溶液；
（3）向四口烧瓶中加入由3.5质量份马来酸酐和17质量份水配制成的亲水单体溶液；
（4）向四口烧瓶中滴加由0.8质量份质量浓度为30%双氧水和3质量份水稀释成的双氧水稀释液；
（5）35质量份苯乙烯和丙烯酸丁酯的混合物（苯乙烯和丙烯酸丁酯质量比为5：4）和5质量份松香烧杯中混合后，滴加入四口烧瓶中，进行单体预乳化；
（6）水浴温度升至90℃，向烧瓶中滴加由3.5质量份质量浓度为30%双氧水和30质量份水稀释成的双氧水稀释液，滴加时间2h；
（7）水浴温度调节至95℃，反应1h，自然冷却至50℃后取出，制得彩喷纸表面施胶固色剂。
将上述制备获得的彩喷纸表面施胶固色剂用水配制成25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液，将配制的25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液与聚乙烯醇（PVA，部分醇解型）进行混合施涂，两者质量比例3：50，同时在施涂剂中添加上述混合物总质量6%的相纸涂料交联剂聚二烯丙基二甲基氯化铵，施涂量选择2g/m2。打印色密度采用X-Rite色密度计测量，对色块冲水1分钟后测量四色密度，冲水后四色密度高说明抗水性好，四色密度为C（蓝）、M（红）、Y（黄）、K（墨）。测得色密度值，及对比组的四色密度数据见表一。
实施例3
本发明的彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）秤取30质量份阳离子淀粉CS-8、0.12质量份过硫酸铵、86.4质量份水加入四口烧瓶中水浴，开动搅拌器，85℃下糊化1h；
（2）向四口烧瓶中加入由0.01质量份氯化亚铁和3.6质量份水配制的氯化亚铁溶液；
（3）向四口烧瓶中加入由5.5质量份亲水单体（马来酸酐和丙烯酰胺质量比1：1）和30.6质量份水配制成的亲水单体溶液；
（4）向四口烧瓶中滴加由0.8质量份质量浓度为30%双氧水和54质量份水稀释成的双氧水稀释液；
（5）25质量份苯乙烯和丙烯酸丁酯的混合物（苯乙烯和丙烯酸丁酯质量比为5:4）和3质量份松香烧杯中混合后，滴加入四口烧瓶中，进行单体预乳化；
（6）水浴温度升至92℃，向烧瓶中滴加由3.5质量份质量浓度为30%双氧水和5.4质量份水稀释成的双氧水稀释液，滴加时间3h；
（7）水浴温度调节至99℃，反应1h，自然冷却至50℃后取出，制得彩喷纸表面施胶固色剂。
将上述制备获得的彩喷纸表面施胶固色剂用水配制成25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液，将配制的25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液与阳离子淀粉（CS-8）进行混合施涂，两者质量比为3：50，同时在施涂剂中添加上述混合物总质量1%的相纸涂料交联剂聚二烯丙基二甲基氯化铵，施涂量选择2g/m2。打印色密度采用X-Rite色密度计测量，对色块冲水1分钟后测量四色密度，冲水后四色密度高说明抗水性好，四色密度为C（蓝）、M（红）、Y（黄）、K（墨）。测得色密度值，及对比组的四色密度数据见表一。
实施例4
本发明的彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）秤取20质量份阳离子淀粉（阳离子淀粉CS-8）、0.08质量份过硫酸铵、57.6质量份水加入四口烧瓶中水浴，开动搅拌器，85℃下糊化1h；
（2）向四口烧瓶中加入由0.01质量份氯化亚铁和2.4质量份水配制的氯化亚铁溶液；
（3）向四口烧瓶中加入由5质量份丙烯酰胺和20.4质量份水配制成的亲水单体溶液；
（4）向四口烧瓶中滴加由0.8质量份质量浓度为30%双氧水和3.6质量份水稀释成的双氧水稀释液；
（5）25质量份苯乙烯和丙烯酸乙酯的混合物（苯乙烯和丙烯酸乙酯质量比为5:4）和4质量份松香烧杯中混合后，滴加入四口烧瓶中，进行单体预乳化；
（6）水浴温度升至90℃，向烧瓶中滴加由3.5质量份质量浓度为30%双氧水和36质量份水稀释成的双氧水稀释液，滴加时间2h；
（7）水浴温度调节至95℃，反应1h，自然冷却至50℃后取出，制得彩喷纸表面施胶固色剂。
将上述制备获得的彩喷纸表面施胶固色剂用水配制成25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液，将配制的25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液与阳离子淀粉（CS-8）进行混合施涂，两者质量比为3：50，同时在施涂剂中添加上述混合物总质量6%的相纸涂料交联剂聚二烯丙基二甲基氯化铵，施涂量选择2g/m2。打印色密度采用X-Rite色密度计测量，对色块冲水1分钟后测量四色密度，冲水后四色密度高说明抗水性好，四色密度为C（蓝）、M（红）、Y（黄）、K（墨）。测得色密度值，及对比组的四色密度数据见表一。
将上述实施例1～4中所制得的彩喷纸表面施胶固色剂分别与阳离子淀粉（CS-8）或聚乙烯醇（PVA，部分醇解型）进行混合施涂，商用相片纸（EPSON高光相纸），阳离子淀粉（CS-8）或聚乙烯醇（PVA，部分醇解型）单独对比商用相片纸（EPSON高光相纸），冲水前后测定的四色（蓝、红、黄、墨）色密度值数据C（蓝）、M（红）、Y（黄）、K（墨）如表一所示：
表一
从表一中可看出，在单独施涂阳离子淀粉（CS-8）或者单独施涂PVA（部分醇解型）后，对色块冲水1min之后，四色的色密度值都有很大下降，说明单独施涂CS-8或PVA（部分醇解型）时抗水性较差；相较之下，实施例1～4制备的彩喷纸表面施胶固色剂与CS-8或PVA（部分醇解型）以质量比为3：50的比例混合施涂，对色块冲水1min之后，所检测的色密度值高，说明抗水性能得到很大改善。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种彩喷纸表面施胶固色剂，其特征在于：由下述按质量份计的原料制备而成：
2.根据权利要求1所述的彩喷纸表面施胶固色剂，其特征在于：所述的亲水单体为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或马来酸酐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的彩喷纸表面施胶固色剂，其特征在于：所述的疏水单体为苯乙烯与丙烯酸酯以5：4的质量比例形成的混合物。
4.根据权利要求3所述的彩喷纸表面施胶固色剂，其特征在于：所述的丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的彩喷纸表面施胶固色剂，其特征在于：所述的水为蒸馏水。
6.权利要求1～5任一项所述的彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将10～30质量份阳离子淀粉、0.04～0.12质量份过硫酸铵、24～86.4质量份水混合后在水浴、搅拌下糊化；
（2）向步骤（1）体系中加入由0.01质量份氯化亚铁和1～3.6质量份水配制的氯化亚铁溶液；
（3）向步骤（2）体系中加入由3.5～5.5质量份亲水单体和8.5～30.6质量份水配制成的亲水单体溶液；
（4）向步骤（3）体系中滴加由0.8质量份质量浓度为30%的双氧水和1.5～5.4质量份水稀释成的双氧水稀释液；
（5）将20～35质量份疏水单体和3～5质量份松香混合后，滴加入步骤（4）体系中，进行单体预乳化；
（6）将步骤（5）体系的温度调节至90～92℃，向体系中滴加由3.5质量份质量浓度为30%双氧水和15～54质量份水稀释成的双氧水稀释液，滴加时间2～3h；
（7）将步骤（6）体系的温度调节至95～99℃，反应1h，自然冷却至20～50℃后取出，制得彩喷纸表面施胶固色剂。
7.根据权利要求6所述的彩喷纸表面施胶固色剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中糊化是在85℃糊化0.5～1h。
8.权利要求1～5任一项所述的彩喷纸表面施胶固色剂在造纸行业中的应用。
9.根据权利要求8所述的彩喷纸表面施胶固色剂在造纸行业中的应用，其特征在于：在使用时将所述的彩喷纸表面施胶固色剂用水配制成质量浓度为25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液，将配制的25%的彩喷纸表面施胶固色剂水溶液与阳离子淀粉或聚乙烯醇进行混合，同时添加上述混合物总质量1～6%的相纸涂料交联剂，进行打印纸表面施涂。
10.根据权利要求9所述的彩喷纸表面施胶固色剂在造纸行业中的应用，其特征在于：所述的彩喷纸表面施胶固色剂与阳离子淀粉或聚乙烯醇的混合施涂的施涂质量比例为3：50。
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