CN103408699B - 适用于高固含涂料的高效流变改质剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种适用于高固含涂料的高效流变改质剂的制备方法，是在搅拌条件下，先将丙烯酸类单体和功能单体在引发剂作用下经水溶液聚合，然后添加不饱和羧基类单体继续反应，经水溶液共聚合而成。由于羧基类单体的引入，提高了流变改质剂对涂料的吸附能力。根据本发明方法制得的流变改质剂可有效降低高固含涂料的粘度，解决涂料在高固含下容易结块，流变性不好的问题，降低了因高粘度所造成的涂布问题，同时可以提高涂料的保水性能。

Description

适用于高固含涂料的高效流变改质剂

技术领域

本发明涉及一种适用于高固含涂料的高效流变改质剂，用于造纸涂料上，可起到降粘，提高涂料流变特性的作用，同时还可以提高涂料的保水性。

背景技术

随着造纸行业发展，结合涂料理论和实践，现代涂料已经进入高固含涂料时代。这是因为，提高固含后，可以改善纸张性能（如覆盖率好，光泽度高），降低胶黏剂迁移，胶黏剂用量少意味着水分蒸发少，节约干燥能量从而加快干燥器的干燥速度，提高产量。

提高涂料的固含量后，涂料具有较高的粘度，在使用时会产生一些问题。例如，涂料的流变性能下降；涂料粘度、高剪切粘度上升，涂料高剪切粘度在固含量高时迅速增加，有可能上升到涂布刮刀难以控制的地步；在运输的途中，粘度过高导致涂料的流变性差，流动涂料泵送困难；涂料固含量增加后，涂料的絮凝增加，使得涂布条痕增加，涂布量控制困难，纸病增加。如果用于喷涂，需要大量的水稀释涂料，又会使得涂料的遮盖力、丰满度和光泽度都会下降。

现有流变改质剂对于高固含量的涂料有很多不足之处，主要表现在：

1）在高浓度(>68%)下，流变改质剂防止涂料粒子絮聚稳定性不好，后增稠粘度升高明显，在涂料固含量升高后，容易产生涂布刮痕；

2）现有流变改质剂在降低了涂料粘度的同时，降低了涂料的保水性，因此，容易使水分进入纤维，增高了液相组分的迁移，使得生产出来的纸张出现纸病。

为解决上述问题，本发明针对高固含涂料，合成出一种高效流变改质剂，该高效流变改质剂与上述流变改质剂相比，在降低涂料粘度的同时，有更好的稳定性，减少由于后增稠引起的问题。同时在涂布时，有很强的保水性能，减少因液相迁移引起的纸病问题。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于高固含涂料用于高效降低粘度与提供良好保水性的流变改质剂及其制备方法。

本发明提供的适用于高固含涂料的高效流变改质剂，其由以下三类单体通过水溶液自由基聚合法而成：

(A)丙烯酸类单体，选自丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯和丙烯酸-2-羟基乙酯等中的至少一种。

(B)功能单体，选自马来酸酐、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸等中的至少一种。

(C)不饱和羧基类单体，选自马来酸、柠康酸、粘康酸、衣康酸和富马酸等中的至少一种。

本发明所述丙烯酸类单体占单体总重量的30-50%，功能单体占单体总重量的10-30%，不饱和羧基类单体占单体总重量的40-60%。

本发明所述的适用于高固含涂料的高效流变改质剂，其制备方法为水溶液自由基聚合法，具体实施包括以下步骤：

1)加入功能单体，使之完全溶解于水中并升温至70-80℃；在恒温下滴加丙烯酸类单体和引发剂，滴加时间为1-1.5小时。

2)滴加完后，保温1-1.5小时后，加入不饱和羧基类单体到步骤1)中的溶液中，在恒定温度下继续滴加丙烯酸类单体和引发剂，滴加时间为1-1.5小时。

3)完成滴加后，保温2-3小时，降温至40-45℃，并用30%氢氧化钠溶液将pH值调节为4.0-7.0。

4)保温0.5-1.5小时，停止搅拌、放料，获得高效流变改质剂。

作为本发明流变改质剂的制备方法的一种改进，其丙烯酸类单体、引发剂分两次加入，丙烯酸类单体两次加入摩尔比为1:1-1:2，引发剂两次加入摩尔比为3:1-7:1。

本发明所述引发剂为过硫酸铵-亚硫酸盐体系、过硫酸钠-亚硫酸盐体系、过硫酸钾-亚硫酸盐体系、过硫酸铵-次亚磷酸钠体系、过硫酸钠-次亚磷酸钠体系、过硫酸钾-次亚磷酸钠体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系。

根据本发明的一个实施例，采用本发明流变改质剂的制备方法获得的流变改质剂中，以重量百分比计，单体占总重量30-50%，引发剂占总重量1-5%，氢氧化钠占总重量8-15%，其余为溶剂水。流变改质剂为无色或淡黄色液体，固含量为40-50%，PH值为4.0-7.0，粘度小于500cps。

具体实施方式

实施例1高效流变改质剂的制备

步骤为：

1)在250mL反应釜中加入水30g、N-羟甲基丙烯酰胺12g、亚硫酸氢钠4g，开启搅拌溶解升温至75℃；

2)待完全溶解且温度恒定后，滴加甲基丙烯酸18g与引发剂过硫酸铵水溶液6g，1-1.5h滴加完；

3)保温1h后，加入马来酸45g，继续滴加甲基丙烯酸22g与引发剂过硫酸铵水溶液1.2g，1-1.5h滴加完；

4)完成所述滴加后，保温2.5小时，降温至45℃，并用30%氢氧化钠溶液将pH值调节为5.5；

5)保温1小时后、停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

实施例2高效流变改质剂的制备

步骤为：

1)在250mL反应釜中加入水、烯丙基磺酸钠12g、次亚磷酸钠5g，开启搅拌溶解升温至80℃；

2)待完全溶解且温度恒定后，滴加丙烯酸15g与引发剂过硫酸铵水溶液4g，1-1.5h滴加完；

3)保温1h后，加入衣康酸50g，继续滴加滴加丙烯酸25g与引发剂过硫酸铵水溶液1g，1-1.5h滴加完；

4)完成所述滴加后，保温3小时，降温至40℃，并用30%氢氧化钠溶液将pH值调节为6.5；

5)保温0.5小时后、停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

实施例3高效流变改质剂的制备

步骤为：

1)在250mL反应釜中加入水、甲基丙烯磺酸钠14g、硫酸亚铁铵4g，开启搅拌溶解升温至70℃；

2)待完全溶解且温度恒定后，滴加甲基丙烯酸20g与引发剂过氧化氢水溶液7g，1-1.5h滴加完；

3)保温1h后，加入富马酸50g，继续滴加甲基丙烯酸30g与引发剂过氧化氢水溶液2g，1-1.5h滴加完；

4）完成所述滴加后，保温2小时，降温至40℃，并用30%氢氧化钠溶液将pH值调节为6.0；

5)保温1小时后、停止搅拌、放料，获得流变改质剂。

将实施例1至3制备的流变改质剂用于涂料，使用布氏粘度计检测粘度(4#转子)，低剪切粘度测试采用Bookfield RVDV粘度计，测试100、50转；高剪切粘度测试采用Hercules高剪切粘度仪，转速4400转，E号转子；涂料保水性能测试，采用0.5bar，30s；

涂料成分为：(都为质量份数)

瓷土90；水53.2；分散剂1.6；

CaCO₃(75%)426；

丁苯胶乳88；消泡剂1.5

此涂料固含量为69%

表1实例1与同类产品数据比较

表2实例2与同类产品比较

表3实例3与同类性能比较

上述市场同类产品主要指含有酰胺基团类的丙烯酸类流变改质剂。

结合以上对本发明实施例的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明对高固含涂料具有非常明显的降粘和保水效果。根据本发明方法制得的流变改质剂具有以下有益技术效果：首先，可有效改善涂料的流动性能，防止涂料絮聚，降低涂布刮痕的产生，这一效果在高浓度(>68%)下更为明显，因此涂料的固含量能够大幅提升，涂料固含量的提升又使得在涂料中使用更便宜的碳酸钙，降低昂贵瓷土、增白剂的用量成为可能；其次，可有效改善涂料的流动性能，降低因流变性不好而产生的条痕，同时可以改善涂料的保水性能；再次，采用本发明流变改质剂的产品可在颜料表面形成保护膜，在涂料中形成网络结构，可以改善涂层的均匀性，改善纸张覆盖性能和光泽度。

Claims (4)

1.一种适用于高固含涂料的高效流变改质剂，其特征在于，由以下三类单体通过水溶液自由基聚合而成：

(A)丙烯酸类单体，选自丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯和丙烯酸-2-羟基乙酯中的任意一种；

(B)功能单体，选自马来酸酐、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、N-羟甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯磺酸中的任意一种；

(C)不饱和羧基类单体，选自马来酸、柠康酸、粘康酸、衣康酸和富马酸中的任意一种，其中，所述高固含涂料的高效流变改质剂通过水溶液自由基聚合法获得，具体包括以下步骤：

1)加入功能单体，使之完全溶解于水中并升温至70-80℃；在恒温下滴加丙烯酸类单体和引发剂，滴加时间为1-1.5小时；

2)滴加完后，保温1-1.5小时后，加入不饱和羧基类单体到步骤1)中的溶液中，在恒定温度下继续滴加丙烯酸类单体和引发剂，滴加时间为1-1.5小时；

3)完成滴加后，保温2-3小时，降温至40-45℃，并用30％氢氧化钠溶液将pH值调节为4.0-7.0；

4)保温0.5-1.5小时后，停止搅拌、放料，获得高效流变改质剂。

2.根据权利要求1所述的适用于高固含涂料的高效流变改质剂，其特征在于，所述丙烯酸类单体占单体总重量的30-50％，功能单体占单体总重量的10-30％，不饱和羧基类单体占单体总重量的40-60％。

3.根据权利要求1所述的适用于高固含涂料的高效流变改质剂，其特征在于，丙烯酸类单体、引发剂分两次加入，丙烯酸类单体两次加入摩尔比为1:1-1:2，引发剂两次加入摩尔比为

3:1-7:1。

4.根据权利要求1所述的适用于高固含涂料的高效流变改质剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵-亚硫酸盐体系、过硫酸钠-亚硫酸盐体系、过硫酸钾-亚硫酸盐体系、过硫酸铵-次亚磷酸钠体系、过硫酸钠-次亚磷酸钠体系、过硫酸钾-次亚磷酸钠体系或过氧化氢-亚铁酸盐体系。