CN103275265A

CN103275265A - 一种水性胶粘剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103275265A
Application number: CN2013101672586A
Authority: CN
Inventors: 廖兵; 周守发; 庞浩; 邓理; 刘海露; 郑景新; 黄健恒
Original assignee: Guangzhou Chemical Co Ltd of CAS
Current assignee: Guangzhou Chemical Co Ltd of CAS
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明属于胶粘剂制备领域，公开了一种水性胶粘剂及其制备方法和应用。该方法具体包含以下步骤：将水和复合乳化剂混合，加热到60～70℃，加入反应单体，搅拌乳化，再升高温度到75～90℃，逐滴加入引发剂，恒温搅拌反应3～5h，调节pH值为8～9，即得到水性胶粘剂。本发明方法采用一锅投料，逐滴加入引发剂引发聚合的方法，制备得到水性胶粘剂，合成工艺简单，反应易于操作，易于实现工业化。本发明方法制备得到的水性胶粘剂流平性好、易于涂布均匀、涂布后纸张表面光滑，且印刷效果好。

Description

一种水性胶粘剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于胶粘剂制备领域，特别涉及一种水性胶粘剂及其制备方法和应用。

背景技术

涂布纸是广泛用于商标、产品说明书、挂历、高档图书、杂志封面等彩印的一类纸张。用聚合物乳液胶粘剂与颜料、无机填料及其他添加剂相混合就制成了乳液型纸张涂层剂，用辊涂、刮涂或气刀涂布等方法将其涂敷于纸张表面上，经过烘干，就制成了涂布纸。该类纸张具有良好的印刷性能、吸墨性、白度、光泽度、平滑度、耐水性等。乳液型胶粘剂是涂布纸生产的主要原材料，起着把各种填料粘结到原纸上的重要作用。

加工涂布纸常用的粘合剂主要有聚醋酸乙烯乳液、丁苯胶乳、纯丙乳液等。聚醋酸乙烯乳液、丁苯胶乳粘接强度高，耐水性好，价格便宜，但日久涂膜易泛黄、乳液稳定性差，而纯丙乳液稳定、耐老化、不变色，所得涂布纸光泽度、平滑度高。但是目前现有制备粘合剂的乳液合成工艺复杂，普遍先加入部分单体、乳化剂和引发剂制备种子乳液，再加入预乳化单体与引发剂，制得胶粘剂乳液。

如王秀魁（中国胶粘剂,2002,11(3):36-37.）在反应烧瓶中先加入部分单体和引发剂制备种子乳液，然后再加入预乳化液，得到具有核-壳结构的苯丙乳液胶粘剂。张成明（一种涂布纸专用羧基丁苯胶乳,公开号为CN102516460A.）采用氮气保护，在反应釜中先加入乳化剂、部分单体和引发剂，加热反应后，再加入反应单体、引发剂和乳化剂，反应完成后转料至气提釜，加入适量引发剂，进行减压闪蒸脱气，再中和后得到胶粘剂丁苯乳液。李树叶（一种涂布纸胶粘剂及其制备方法,公开号为CN102677542A.）首先将一部分单体制成固含量为30%～40%的乳液，再将剩余的单体制成玻璃化温度为2～5℃的乳液，然后将两部分乳液合并，再加入配方里的碳酸钙、水和六偏磷酸钠，混合均匀得到涂布纸胶粘剂。这些方式合成的涂布纸胶粘剂工艺复杂，难度大，不易于市场化。

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水性胶粘剂的制备方法，该方法采用一锅投料，逐滴加入引发剂引发聚合的方法，制备得到水性胶粘剂，合成工艺简单，反应易于操作。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的水性胶粘剂。该水性胶粘剂流平性好、易于涂布均匀、涂布后纸张表面光滑，且印刷效果好

本发明再一目的在于提供上述水性胶粘剂在制备涂布纸中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种水性胶粘剂的制备方法，具体包含以下步骤：

将水和复合乳化剂混合，加热到60～70℃，加入反应单体，搅拌乳化，再升高温度到75～90℃，逐滴加入引发剂，恒温搅拌反应3～5h，调节pH值为8～9，即得到水性胶粘剂。

所述的单体包括硬单体、软单体和功能单体。

所述的硬单体指甲基丙烯酸甲酯；所用甲基丙烯酸甲酯的量为每80mL水使用24～30g。

硬单体甲基丙烯酸甲酯玻璃化温度高，赋予乳胶膜内聚力，使乳胶膜具有一定的硬度。

所述的软单体指丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的至少一种；所用丙烯酸乙酯的量为硬单体质量的30～50%；所用丙烯酸丁酯的量为硬单体质量的30～50%；。

软单体丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯的玻璃化温度低，赋予乳胶膜柔韧性，使乳胶膜具有一定的弹性。

所述的功能单体指丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

所用丙烯酸的量为硬单体质量的8～24%；所用丙烯酸羟乙酯的量为硬单体质量的8～26%；所用甲基丙烯酸缩水甘油酯的量为硬单体质量的的0.7～3.3%；所用N-羟甲基丙烯酰胺的量为硬单体质量的0.7～3.3%。

功能性单体丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和N-羟甲基丙烯酰胺引入功能团，赋予乳胶膜亲水性、耐水性、耐碱性、耐候性、交联性等反应特性。

所述复合乳化剂由烷基酚醚硫酸铵和十二烷基磺酸钠组成。所述烷基酚醚硫酸铵和十二烷基磺酸钠的质量比为1:0.5～1:1。

所用复合乳化剂的量为单体质量的0.75～4%。

所述乳化的时间为5～10min。

所述的引发剂指过硫酸铵或过硫酸钾。所用引发剂的量为单体质量的0.5～1.8%。

所述的调节pH指用碱液调节。

所述的碱液指氢氧化钠溶液或氨水。

上述方法制备得到的水性胶粘剂，所述胶粘剂的固含量为28.5～34.1wt%（加入单体的总质量除以单体总质量和水的总质量之和）。

所述胶粘剂为淡蓝色液体，产品不挥发，无刺激性气味。

上述胶粘剂在制备涂布纸中的应用。

本发明的机理为：

本发明制备的是带不饱和羧基的胶粘剂，其乳胶粒表面的羧基被一定量的碱中和后而离子化，亲水性的离子化羧基使乳胶粒吸收水分子在其周围形成水膜保护层，离子化后的羧基带有负电，胶乳也成为阴离子型，从而增强静电斥力，提高了涂料悬浮液的稳定性。当涂料悬浮液施涂于纸张表面时，在界面上将产生相互吸引力，随着涂料的固化，胶乳粒子接触紧密，粒子变形而形成连续的薄膜，同时在纤维间产生钩连作用，完成涂层与纸基之间的黏结，增加涂层的结构强度，改善其表面性能。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

（1）本发明方法采用一锅投料，逐滴加入引发剂引发聚合的方法，制备得到水性胶粘剂，合成工艺简单，反应易于操作，易于实现工业化。

（2）本发明方法制备得到的水性胶粘剂流平性好，平滑度高达146s，易于涂布均匀、涂布后纸张表面光滑，且印刷效果好。

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：

在三口烧瓶中加入80mL去离子水、0.2g烷基酚醚硫酸铵、0.1g十二烷基磺酸钠，加热到60℃，加入24g甲基丙烯酸甲酯、7.2g丙烯酸乙酯、4g丙烯酸、4g丙烯酸羟乙酯、0.8g N-羟甲基丙烯酰胺。在60℃乳化5min后，升高温度到75℃，逐滴加入引发剂溶液，引发剂溶液由0.2g过硫酸铵溶解在20mL去离子水中形成。恒温搅拌反应3h，停止反应，用氨水调节pH值为8，即得到水性胶粘剂。

将20重量份碳酸钙、30重量份高岭土、5重量份钛白粉、60重量份水、1重量份分散剂与10重量份制备的水性胶粘剂混合，氢氧化钠调节pH值为8，将得到的涂布配方涂布在原纸上。光泽度按照GB/T12302-2205进行测定，抗张强度用XWW-20系列万能试验机测定。纸和纸板的抗水性通常用施胶度用药液渗透法测定。测得其平滑度为142s，光泽度为92%，抗张强度为40N.m,g^-1，抗水时间为55s。

实施例2：

在三口烧瓶中加入80mL去离子水、0.8g烷基酚醚硫酸铵、0.4g十二烷基磺酸钠，加热到60℃，加入25.2g甲基丙烯酸甲酯、10.18g丙烯酸丁酯、2.016g丙烯酸、2.016g丙烯酸羟乙酯、0.756g甲基丙烯酸缩水甘油酯。在60℃乳化5min后，升高温度到75℃，逐滴加入引发剂溶液，引发剂溶液由0.3g过硫酸铵溶解在20mL去离子水中形成。恒温搅拌反应3h，停止反应，用氨水调节pH值为8，即得到水性胶粘剂。

将20重量份碳酸钙、15重量份高岭土、15重量份钛白粉、50重量份水、0.5重量份分散剂与15重量份制备的水性胶粘剂混合，氢氧化钠调节pH值为8，将得得到的涂布配方涂布在原纸上。测试方法同实施例1，测得其平滑度为144s，光泽度为93%，抗张强度为41N.m,g^-1，抗水时间为54s。

实施例3

在三口烧瓶中加入80mL去离子水、0.5g烷基酚醚硫酸铵、0.25g十二烷基磺酸钠，加热到70℃，加入29.25g甲基丙烯酸甲酯、8.775g丙烯酸乙酯、3.51g丙烯酸、2.925g丙烯酸羟乙酯、0.205g甲基丙烯酸缩水甘油酯。在70℃乳化10min后，升高温度到80℃，逐滴加入引发剂溶液，引发剂溶液由0.804g过硫酸钾溶解在20mL去离子水中形成。恒温搅拌反应4h，停止反应，用氨水调节pH值为8，即得到水性胶粘剂。

将50重量份碳酸钙、15重量份高岭土、5重量份钛白粉、60重量份水、1重量份分散剂与20重量份制备的水性胶粘剂混合，氢氧化钠调节pH值为8，将得得到的涂布配方涂布在原纸上。测试方法同实施例1。测得其平滑度为141s，光泽度为91%，抗张强度为44N.m,g^-1，抗水时间为56s。

实施例4

在三口烧瓶中加入80mL去离子水、1g烷基酚醚硫酸铵、1g十二烷基磺酸钠，加热到70℃，加入25g甲基丙烯酸甲酯、12.5g丙烯酸丁酯、6g丙烯酸、6.5g丙烯酸羟乙酯、1g N-羟甲基丙烯酰胺。在70℃乳化10min后，升高温度到90℃，逐滴加入引发剂溶液，引发剂溶液由0.6g过硫酸钾溶解在20mL去离子水中形成。恒温搅拌反应5h，停止反应，用氨水调节pH值为9，即得到水性胶粘剂。

将20重量份碳酸钙、15重量份高岭土、5重量份钛白粉、40重量份水、0.2重量份分散剂与20重量份制备的胶粘剂混合，氢氧化钠调节pH值为8，将得得到的涂布配方涂布在原纸上，测试方法同实施例1。测得其平滑度为145s，光泽度为93%，抗张强度为42N.m,g^-1，抗水时间为55s。

实施例5

在三口烧瓶中加入80mL去离子水、1g烷基酚醚硫酸铵、1g十二烷基磺酸钠，加热到70℃，加入30g甲基丙烯酸甲酯、10g丙烯酸乙酯、4.5g丙烯酸、4.5g丙烯酸羟乙酯、1g N-羟甲基丙烯酰胺。在70℃乳化10min后，升高温度到90℃，逐滴加入引发剂溶液，引发剂溶液由0.6g过硫酸铵溶解在20mL去离子水中形成。恒温搅拌反应5h，停止反应，用氨水调节pH值为9，即得到水性胶粘剂。

将50重量份碳酸钙、15重量份高岭土、15重量份钛白粉、50重量份水、0.5重量份分散剂与20重量份制备的胶粘剂混合，氢氧化钠调节pH值为8，将得得到的涂布配方涂布在原纸上，测试方法同实施例1。测得其平滑度为146s，光泽度为94%，抗张强度为45N.m,g^-1，抗水时间为55s。

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

1.一种水性胶粘剂的制备方法，其特征在于具体包含以下步骤：将水和复合乳化剂混合，加热到60～70℃，加入反应单体，搅拌乳化，再升高温度到75～90℃，逐滴加入引发剂，恒温搅拌反应3～5h，调节pH值为8～9，即得到水性胶粘剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的单体包括硬单体、软单体和功能单体。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的硬单体指甲基丙烯酸甲酯；所用甲基丙烯酸甲酯的量为每80mL水使用24～30g。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的软单体指丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的至少一种；所用丙烯酸乙酯的量为硬单体质量的30～50%；所用丙烯酸丁酯的量为硬单体质量的30～50%。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的功能单体指丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所用丙烯酸的量为硬单体质量的8～24%；所用丙烯酸羟乙酯的量为硬单体质量的8～26%；所用甲基丙烯酸缩水甘油酯的量为硬单体质量的0.7～3.3%；所用N-羟甲基丙烯酰胺的量为硬单体质量的0.7～3.3%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述复合乳化剂由烷基酚醚硫酸铵和十二烷基磺酸钠组成；所述烷基酚醚硫酸铵和十二烷基磺酸钠的质量比为1:0.5～1:1；所用复合乳化剂的量为单体质量的0.75～4%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述乳化的时间为5～10min；所述的引发剂指过硫酸铵或过硫酸钾；所用引发剂的量为单体总质量的0.5～1.8%；所述的调节pH指用碱液调节。

9.根据权利要求1～8任一项所述方法制备得到的水性胶粘剂。

10.根据权利要求9所述水性胶粘剂在制备涂布纸中的应用。