CN105713131A

CN105713131A - 一种苯丙乳液、制备方法和其应用

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Publication number: CN105713131A
Application number: CN201410736999.6A
Authority: CN
Inventors: 施晓旦; 尹东华
Original assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd; Shandong Dongsheng New Material Co Ltd
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-29

Abstract

本发明提供一种苯丙乳液、其制备方法和其在涂布纸中的应用。本发明苯丙乳液的制备方法中，以反应性乳化剂、以过氧化物为引发剂，在70-95℃、常压条件下将(甲基)丙烯酸单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、功能性单体、链转移剂进行自由基乳液聚合而得。本发明提供的一种苯丙乳液通过在制备过程中添加功能性单体，用于提高乳液与纸张纤维的结合力，从而在应用于涂布纸的涂料中时，能满足造纸涂料用对高性能、环保的产品的要求。本发明制备的苯丙乳液在涂布纸的涂料中应用，能明显增强涂布纸的表面强度，改善掉毛掉粉现象。本发明方法制备的苯丙乳液，其固含量为40-65％，平均粒径为100nm-300nm，pH值6-9。

Description

一种苯丙乳液、制备方法和其应用

技术领域

本发明涉及一种涂料添加剂，尤其涉及一种涂布纸用苯丙乳液。

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。它大量地被用于纸浆添加剂、纸张浸渍剂及纸张涂层剂等，以提高纸的抗张强度、环压强度及抗水性等。乳液应用于纸张涂料中能明显提高纸张的表面强度，减少纸张掉毛掉粉现象。

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、耐水性较好，但是在纸张上涂布后纸张表面强度较差。CN101643524A公开了一种苯-丙如乳液，原料使用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢、聚丙烯酸纳等，实现涂料的防水，遇水不脱皮的性能，但并未有提示说明应用于纸张涂料能改善纸张强度的性能。

发明内容

众所周知，普通型的乳化剂在乳液成膜后，因很难与聚合物本体相容，容易迁移到膜的表面与造纸纤维的结合力变差。而本发明采用反应性表面活性剂作为乳化剂，这种乳化剂能以化学键的形式键和在聚合物链上，乳化剂分子上的活性基团能够与纤维上的羟基等基团结合，增加高分子链与纤维结合点，能够增强纸张的表面张力。在本发明中添加一些功能性单体，出乎意料的，能够明显提高乳液与纸张纤维的结合力。这可能由于功能性单体上的羟基、氨基等活性基团能够与纤维表面上的一些基团结合，表现为纸张的表面强度得到提高。

为更进一步的改善涂布纸涂料的性能，增强纸张的表面强度和减少掉毛掉粉的现象，本发明提供的一种苯丙乳液及其制备方法，可明显提高纸张的表面强度，改善掉毛掉粉的现象。

本发明的第一方面是提供一种苯丙乳液，按重量份数，包括如下组分：

本发明的第二个方面是提供一种苯丙乳液的制备方法，按重量份数提供原料：

其制备方法的步骤包括：

步骤a：(甲基)丙烯酸酯、(甲基)苯乙烯、(甲基)丙烯酸和链转移剂混合，得到混合单体；

步骤b：将步骤1中的混合单体总重量的80-100％加入到总反应性乳化剂重量40-90％、总引发剂重量的40-90％、全部的功能性单体和水的总重量的40-70％的混合溶液中，混匀；

步骤c：将余量的混合单体加入到余量反应性乳化剂、余量的引发剂和余量的水的水溶液中，在70-95℃下反应至少10分钟，然后分批加入步骤b得到的混合溶液；

步骤d：在70-95℃下反应至少1小时后降温至室温，用碱水溶液调节pH值值6-9，过滤即得本发明提供的苯丙乳液。

其中，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

其中，所述(甲基)丙烯酸酯选自甲基丙烯酸C₁-C₁₆烷基酯中的至少一种，优选为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸，更优选为丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯。

其中，所述功能性单体选自2-甲基-2丙烯酸-2羟乙基酯磷酸酯、N-丙烯酰硫脲、N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

其中，所述反应性乳化剂选自烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基聚氧乙烯醚、乙烯基聚氧乙烯醚中的至少一种。

其中，所述链转移剂选自正十二硫醇、叔十二硫醇、正丁硫醇中的至少一种。

其中，所述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。

其中，所述碱水溶液的固含量为10-40％。

其中，步骤c中分批加料的时间控制在1-5小时。

有益效果：本发明提供的一种苯丙乳液应用于涂布纸的涂料，能满足造纸涂料用对高性能、环保的产品的要求。该产品在涂布纸的涂料中应用，能明显增强涂布纸的表面强度，改善掉毛掉粉现象。本发明方法制备的乳液，其固含量为40-65％，平均粒径为100nm-300nm，pH值6-9。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

苯丙乳液的合成：

a)将25g丙烯酸正丁酯、70g苯乙烯、2g丙烯酸和0.1g正十二硫醇混合制成混合单体，备用。

b)将97.1g步骤a)中的混合单体加入0.63g烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、0.2g过硫酸钾、3g2-甲基-2丙烯酸-2羟乙基酯磷酸酯和35.7g去离子水溶解成水溶液，高速搅拌30分钟。备用。

c)将a)步骤中余量的混合单体加入到0.07g烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、0.3g过硫酸钾和15.3g去离子水的水溶液中，70℃条件下反应40分钟，然后滴加b)步骤中的混合液5小时。70℃保温2小时。降温至25℃，用4g重量固含量为10％氢氧化铵水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得到苯丙乳液。

苯丙乳液固含量：64.7wt％，平均粒径295nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝6.15(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例2

苯丙乳液的合成：

a)将68g丙烯酸乙酯、30g甲基苯乙烯、1g甲基丙烯酸和0.5g叔十二硫醇混合制成混合单体。备用。

b)将79.6ga)步骤中的混合单体加入1.8g烯丙基聚氧乙烯醚、4.05g过硫酸钠、1gN-丙烯酰硫脲和65.7g去离子水溶解成水溶液，高速搅拌30分钟。备用。

c)将19.9ga)步骤中的混合单体加入2.7g烯丙基聚氧乙烯醚、0.45g过硫酸钠和98.55g去离子水的水溶液中，95℃条件下反应10分钟，然后滴加b)步骤中的混合液1小时。70℃保温1小时。降温至25℃，用20g重量固含量为40％氢氧化钠水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得到苯丙乳液。

苯丙乳液固含量：40.3wt％，平均粒径105nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝8.95(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例3

苯丙乳液的合成：

a)将20g甲基丙烯酸甲酯、27g丙烯酸-2-乙基己酯、50g甲基苯乙烯、1.5g甲基丙烯酸和0.3g正丁硫醇混合制成混合单体。备用。

b)将88.92ga)步骤中的混合单体加入1.5g乙烯基聚氧乙烯醚、1.5g过硫酸铵、1.5gN-羟甲基丙烯酰胺和50.15g去离子水溶解成水溶液，高速搅拌30分钟。备用。

c)将9.88ga)步骤中的混合单体加入1.5g乙烯基聚氧乙烯醚、1.5g过硫酸铵和50.15g去离子水的水溶液中，80℃条件下反应20分钟，然后滴加b)步骤中的混合液3小时。70℃保温2小时。降温至25℃，用10g重量固含量为20％氢氧化钾水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得到苯丙乳液.

苯丙乳液固含量：49.5wt％，平均粒径187nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝8.15(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例4

苯丙乳液的合成：

a)将将58g甲基丙烯酸正丁酯、20g苯乙烯、17.3g甲基苯乙烯、1.8g甲基丙烯酸和0.1g正丁硫醇、0.1g叔十二硫醇混合制成混合单体。备用。

b)将82.8ga)步骤中的混合单体加入1.0g乙烯基聚氧乙烯醚、0.4g烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、1.4g过硫酸铵、1.0gN-羟甲基丙烯酰胺、1.5g2-甲基-2丙烯酸-2羟乙基酯磷酸酯和45.7g去离子水溶解成水溶液，高速搅拌30分钟。备用。

c)将14.7ga)步骤中的混合单体加入0.6g乙烯基聚氧乙烯醚、0.6g过硫酸铵和30.5g去离子水的水溶液中，85℃条件下反应30分钟，然后滴加b)步骤中的混合液3小时。70℃保温2小时。降温至25℃，用5g重量固含量为15％氢氧化钾水溶液、10g重量固含量为25％氢氧化铵水溶液中和，继续搅拌10分钟。经100目筛网过滤，得到苯丙乳液.

苯丙乳液固含量：55.12wt％，平均粒径148nm(使用Malven粒径仪测得)，pH＝7.18(使用PHS-3C精密pH计测得)。

将本发明方法制备的苯丙乳液配制成造纸用涂料，与现有技术制备的苯丙乳液制备的造纸用涂料分别对纸张表面强度和掉毛掉粉性能进行比较。

具体方法：

对比例：按CN101280035A的方法制备的乳液

用实施例1-4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，调整涂料重量使固含量为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)将实施例1-4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。

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，纸张表面强度测试结果见表1：

表1：纸张表面强度

	表面强度m/s
		对比例	0.65
实施例1	1.08
		实施例2	1.21
实施例3	1.10
		实施例4	1.15

B)用OPP胶粘带(OPPT04，东莞市宗威实业有限公司)在上述涂布纸表面上粘5cm长条，瞬间拉掉OPP胶粘带，查看OPP胶粘带上是否有碳酸钙粉末或纤维，纸张掉毛掉粉情况见表2。

表2：纸张掉毛掉粉情况

样品	结果
		对比例	大量白色粉末，少量纤维
实施例1	无
		实施例2	无
实施例3	微量
		实施例4	无

从上述结果可以看出：使用本发明实施例1-4制备的苯丙乳液，与对比例相比，应用在涂布纸的底涂涂料中，能显著提高涂布纸的表面强度和减少涂布纸面掉毛掉粉现象。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种苯丙乳液的制备方法，其特征在于，按如下重量份数提供原料：

以上共100份；

其制备方法的步骤包括：

步骤c：将余量的混合单体加入到余量的反应性乳化剂、余量的引发剂和余量的水的水溶液中，在70-95℃下反应至少10分钟，然后分批加入步骤b得到的混合溶液；

步骤d：在70-95℃下反应至少1小时后降温至室温，用碱水溶液调节pH值至6-9，过滤即得本发明提供的苯丙乳液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸C₁～C₁₆烷基酯中的至少一种，更优选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能性单体选自2-甲基-2丙烯酸-2羟乙基酯磷酸酯、N-丙烯酰硫脲、N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应性乳化剂选自烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基聚氧乙烯醚、乙烯基聚氧乙烯醚中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述链转移剂选自正十二硫醇、叔十二硫醇、正丁硫醇中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述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。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述方法制备的苯丙乳液。

9.根据权利要求8所述的苯丙乳液，其特征在于，所述苯丙乳液的固含量为40-65％，平均粒径为100-300nm。

10.如权利要求8所述苯丙乳液在涂布纸中的应用。