CN107200807B - 一种纸用纳米色浆分散剂及其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纸用纳米色浆分散剂及其制备方法及应用。本发明通过将水和乳化剂混匀，再将pH值调节为8～9，得到乳化液；接着加入疏水性单体和亲水性单体，乳化至成均一状态，升温后加入引发剂水溶液进行反应；再加入稳定剂，得到分散剂，得到纸用纳米色浆分散剂。该分散剂分散效果好，有利于分散色粉，使其更为稳定；含该分散剂的色浆固色容易，在抄纸过程中使用，易于与纤维结合，且附着牢固。使用本发明提供的色浆得到的色纸具有极强的抗日晒牢度，达6级，色彩鲜艳持久。

Description

一种纸用纳米色浆分散剂及其制备方法及应用
技术领域
本发明属于精细化学品新材料领域，特别涉及一种纸用纳米色浆分散剂及其制备方法及应用。
背景技术
色纸是有颜色的纸品，染料能溶于水，与纤维有天然的亲合性，能吸附在纤维表面及内部，着色容易、染色效果明显，因而在抄纸过程中被广泛使用，但染料染色纸品色牢度低，易褪色，不耐久，色纸档次较低。有机颜料比染料的优越之处是有极强的抗日晒牢度，色彩鲜艳持久，是高档色纸青睐的品种。但有机颜料不溶于水，不能与纤维直接结合，着色困难。水性色浆的优异色彩鲜艳度和耐久性在油墨和涂料中得到越来越多应用，但油墨用色浆或涂料用色浆采用直接与基材接触后干燥，工艺相对简单，着色容易，色浆制备所用分散剂制备相对较容易。纸用色浆需要在抄纸浆料中的防止水体冲洗和机械力干扰，需要增强色浆在纤维上吸附力。目前有关纸用纳米色浆制备及抄纸着色的技术文献暂没有报导。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纸用纳米色浆分散剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的纸用纳米色浆分散剂及其应用。
本发明的再一目的在于提供一种含有上述纸用纳米色浆分散剂的纸用纳米色浆，及其制备方法与应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种纸用纳米色浆分散剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)先用水和乳化剂混匀，用pH值调节剂将pH值调节为8～9，得到乳化液；
(2)接着加入疏水性单体和亲水性单体，乳化至成均一状态，然后升温至60～80℃，加入引发剂水溶液进行反应；
(3)再加入稳定剂，得到分散剂，得到纸用纳米色浆分散剂；
其中，各成分按质量份数计，如下：疏水性单体1～10份、亲水性单体5～30份、稳定剂1～5份、乳化剂1～10份、引发剂1～5份、水适量、pH调节剂适量。
所述的疏水性单体优选为苯乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯中的一种或至少两种。
所述的丙烯酸酯优选为丙烯酸丁酯。
所述的疏水性单体的含量优选为4质量份。
所述的亲水性单体优选为丙烯酸、甲基丙烯酸、亚甲基丁二酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和马来酸酐中的一种或至少两种。
所述的亲水性单体的含量优选为20质量份。
所述的稳定剂优选为含有羟基、胺基和羧基中的至少一种基团的水溶性聚合物，譬如淀粉、聚乙烯醇、壳聚糖、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酰胺等等。
所述的聚乙烯醇优选为聚乙烯醇1799。
所述的稳定剂的含量优选为2质量份。
所述的乳化剂为阴离子型乳化剂；优选为十二烷基磺酸钠。
所述的乳化剂的含量优选为2质量份。
所述的引发剂为自由基引发剂；优选为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸铵/硫酸亚铁、过氧化氢/硫酸亚铁、过硫酸钾/硝酸银、过硫酸钾/氯化亚铁、或过氧化氢/氯化亚铁。
所述的水的用途是溶剂作用，其用量是能使得其他成分充分混合。
所述的水的用量优选为50～150质量份。
所述的水优选为蒸馏水。
所述的pH调节剂优选为氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或至少两种。
所述的pH调节剂的用量是使得乳化液的pH值为8～9。
步骤(2)中所述的升温的温度优选为70～80℃。
步骤(2)中所述的反应的时间优选为2～3小时。
一种纸用纳米色浆分散剂，通过上述制备方法得到。
所述的纸用纳米色浆分散剂在制备纸用纳米色浆中的应用。
一种纸用纳米色浆，包含上述纸用纳米色浆分散剂。
所述的纸用纳米色浆，包含A组分和B组分；A组分包含如下按质量份数计算的成分：色粉60～70份、固含量为40％的纸用纳米色浆分散剂8～12份、树脂100份、润湿剂10份、水适量；B组分为纸用固色剂。
所述的色粉优选为蓝色系色粉，色粉为市售色粉。
所述的树脂优选为具有低(-40℃以下)玻璃化温度、成膜性能强、固色性能好的乳液，这里尤指聚氨酯树脂、聚丙烯酸酯树脂等；最优选为TakeLac WS-6021。
所述的润湿剂指含三个羟基以上的醇，如甘油，三甘醇单丁醚。
所述的纸用固色剂优选为明矾、聚酰胺环氧氯丙烷(PAE)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)和壳聚糖中的一种或至少两种。
所述的适量指的是水的用量能使得其他成分，如色粉、分散剂、树脂、润湿剂充分湿润、不干结的量；优选为50～300质量份；更优选为200质量份。
所述的水优选蒸馏水。
所述的纸用纳米色浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)色粉分散：先将所述的纸用纳米色浆分散剂的固含量调整为40％，然后与水和色粉混合，研磨分散至色浆粒度D50范围200～500纳米；
(2)色浆配制：色浆包含A组分和B组分；将步骤(1)最终分散后得到的色粉加入树脂和润湿剂，混合均匀，得到A组分；B组分为纸用固色剂。
所述的纸用纳米色浆在制备色纸中的应用。
所述的纸用纳米色浆在制备色纸中的应用，包括如下步骤：
1)在色纸成型前进行色浆的调制：将所述的纸用纳米色浆中A组分的浓度调节为固含量为30～40％；
2)抄纸固色：在抄纸过程中先加入步骤1)调制后的色浆，再加入纸用固色剂(B组分)，混合充分后，进行抄纸固色。
步骤2)中所述的抄纸固色过程中若还需添加加其它化学品，如增强剂、施胶剂、填料等，最好在添加固色剂后再添加。
步骤2)中所述调制后的色浆的用量按不同的纸品的要求添加量不同，优选为每吨纸浆配比2Kg固含量为30～40％的A组分。
步骤2)中所述的纸用固色剂的用量按不同的纸品的要求添加量不同，优选为每吨纸浆配比0.5～2Kg纸用固色剂；更优选为每吨纸浆配比1～2Kg纸用固色剂。
步骤2)中所述的混合的时间优选为5～10min。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供的色浆分散剂分散效果好，有利于分散色粉，使其更为稳定。
(2)本发明提供的纸用有机颜料色浆固色容易，在抄纸过程中使用，易于与纤维结合，且附着牢固。
(3)使用本发明提供的纸用有机颜料色浆得到的色纸具有极强的抗日晒牢度，达6级，色彩鲜艳持久。
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
以下各物质成分均按质量份计。
(1)将水100份和十二烷基磺酸钠2份混合后，氨水调节pH8～9；再加入苯乙烯单体3份、丙烯酸丁酯1份、甲基丙烯酸10份和丙烯酰胺10份，于100rpm的转速乳化15分钟后，为均一状态；升温至75℃，滴加过硫酸铵2份(配成10％(w/w)水溶液，即20份)，反应3小时，后加稳定剂(聚乙烯醇1799)2份，混匀，得到分散剂。用水调整分散剂浓度40％。
(2)色粉分散：先将水200份、浓度为40％的分散剂8份、色粉(科莱恩蓝色色粉，C.I.15：3蓝)60份，研磨分散至色浆粒度D50范围200-500纳米(通过激光粒度仪测量，最大粒度不超过500nm)。
(3)色浆配制：将步骤(2)分散后的色粉中加入100份树脂剂(TakeLac WS-6021)和10份润湿剂(甘油)，混合10min，得到水性色浆。调整水性色浆的浓度为30％。
(4)抄纸固色：色纸成型前加入步骤(3)配制得到的水性色浆，水性色浆的用量是每吨纸浆配比2Kg水性色浆计；再加入固色剂明矾，固色剂的用量是每吨纸浆配比1Kg固色剂计；混合5min，抄纸。
抄纸后，采用爱色丽色密度计测量色纸颜色，蓝色色密度1.2。通过分光光度计(600nm)检测，废水吸光度0.086。
采用常规FBL蓝色染料染色(采用FBL蓝色染料的过程如下：色纸成型前在浆料中加入FBL蓝色染料，再按1吨纸浆配比1份纸用固色剂加入固色剂(明矾)，混合5min，进行抄纸)，相同染料(0.2％用量)用量下，色纸蓝色密度0.9，废水吸光度0.121。
实施例2
以下各物质成分均按质量份计。
(1)将水50份和十二烷基磺酸钠2份混合后，氢氧化钠溶液调节pH8-9；再加入苯乙烯单体3份、丙烯酸丁酯1份、丙烯酸10份、丙烯酰胺5份和马来酸酐5份，于200rpm的转速乳化15分钟后，为均一状态；升温至70℃，滴加过硫酸铵2份(配成10％(w/w)水溶液，即20份)，反应2.5小时，后加稳定剂(羧甲基纤维素钠市售的，广州道骏生物科技公司)2份，混匀，得到分散剂。用水调整分散剂浓度40％。
(2)色粉分散：先将水200份、浓度为40％的分散剂12份、色粉(BASF蓝色色粉(C.I.60蓝))70份，研磨分散至色浆粒度D50范围200-500纳米。
(3)色浆配制：将步骤(2)分散后的色粉中加入100份树脂剂(TakeLac WS-6021)和10份润湿剂(甘油)，混合10min，得到水性色浆。调整水性色浆的浓度为40％。
(4)抄纸固色：色纸成型前加入步骤(3)配制得到的水性色浆，水性色浆的用量是每吨纸浆配比2Kg水性色浆计；再加入固色剂明矾，固色剂的用量是每吨纸浆配比1Kg固色剂计；混合5min，抄纸。
抄纸后，采用爱色丽色密度计测量色纸颜色，蓝色色密度1.2。废水吸光度0.086。
采用常规FBL蓝色染料染色(采用FBL蓝色染料的过程如下：色纸成型前在浆料中加入FBL蓝色染料，再按1吨纸浆配比1份纸用固色剂加入固色剂(明矾)，混合5min，进行抄纸)，相同染料用量(0.2％用量)下，色纸蓝色密度0.9，废水吸光度0.121。
实施例3
以下各物质成分均按质量份计。
(1)将水150份和十二烷基磺酸钠2份混合后，氨水调节pH8-9；再加入苯乙烯单体3份、丙烯酸丁酯1份、甲基丙烯酸10份、丙烯酰胺5份和丙烯酸羟丙酯5份，于150rpm的转速乳化15分钟后，为均一状态；升温至80℃，滴加过硫酸铵2份(配成10％(w/w)水溶液，即20份)，反应2小时，后加稳定剂(聚乙烯醇1799)2份，混匀，得到分散剂。用水调整分散剂浓度40％。
(2)色粉分散：先将水200份、浓度为40％的分散剂10份、色粉(BASF蓝色色粉(C.I.60蓝))63份，研磨分散至色浆粒度D50范围200-500纳米。
(3)色浆配制：将步骤(2)分散后的色粉中加入100份树脂剂(TakeLac WS-6021)和10份润湿剂(甘油)，混合10min，得到水性色浆。调整水性色浆的浓度为35％。
(4)抄纸固色：色纸成型前加入步骤(3)配制得到的水性色浆，水性色浆的用量是每吨纸浆配比2Kg水性色浆计；再加入固色剂POLYDADMAC(广州卓高化工，分子量5万以上)，固色剂的用量是每吨纸浆配比2Kg固色剂计；混合5min，抄纸。
抄纸后，采用爱色丽色密度计测量色纸颜色，蓝色色密度1.12。废水吸光度0.095。
采用常规FBL蓝色染料染色(采用FBL蓝色染料的过程如下：色纸成型前在浆料中加入FBL蓝色染料，再按1吨纸浆配比1份纸用固色剂加入固色剂(POLYDADMAC)，混合5min，进行抄纸)，相同染料用量(0.2％用量)下，色纸蓝色密度0.9，废水吸光度0.121。
实施例4
以下各物质成分均按质量份计。
(1)将水100份和十二烷基磺酸钠2份混合后，氨水调节pH8-9；再加入苯乙烯单体3份、丙烯酸丁酯1份、甲基丙烯酸5份、丙烯酰胺10份和马来酸酐5份，于180rpm的转速乳化15分钟后，为均一状态；升温至70℃，滴加过硫酸铵2份(配成10％(w/w)水溶液，即20份)，反应3小时，后加稳定剂(聚乙烯醇1799)2份，混匀，得到分散剂。用水调整分散剂浓度40％。
(2)色粉分散：先将水200份、浓度为40％的分散剂10份、色粉(BASF蓝色色粉(C.I.60蓝))68份，研磨分散至色浆粒度D50范围200-500纳米。
(3)色浆配制：将步骤(2)分散后的色粉中加入100份树脂剂(TakeLac WS-6021)和10份润湿剂(甘油)，混合10min，得到水性色浆。调整水性色浆的浓度为32％。
(4)抄纸固色：色纸成型前加入步骤(3)配制得到的水性色浆，水性色浆的用量是每吨纸浆配比2Kg水性色浆计；再加入固色剂CPAM(骏能助留剂CPAM，分子量300万)，固色剂的用量是每吨纸浆配比1Kg固色剂计；混合5min，抄纸。
抄纸后，采用爱色丽色密度计测量色纸颜色，蓝色色密度1.15。废水吸光度0.091。
采用常规FBL蓝色染料染色(采用FBL蓝色染料的过程如下：色纸成型前在浆料中加入FBL蓝色染料，再按1吨纸浆配比1份纸用固色剂加入固色剂(CPAM)，混合5min，进行抄纸)，相同染料用量下，色纸蓝色密度0.9，废水吸光度0.121。
对比例1使用其他分散剂制备色浆
以下各物质成分均按质量份计。
(1)色粉分散：将水200份、色粉(科莱恩蓝色色粉，C.I.15：3蓝)60份，和10份色浆分散剂聚羧酸酯聚合物高分子分散剂Demol P，加入研磨机中，研磨分散至研磨色浆粒度同实施例1。
(2)色浆配制：将步骤(1)分散后的色粉中加入100份树脂剂(TakeLac WS-6021)和10份润湿剂(甘油)，混合10min，得到水性色浆。调整水性色浆的浓度为30％。
(3)抄纸固色：色纸成型前在浆料中按1吨纸浆配比2Kg浓度为固含量30％的色浆加入色浆，再按1吨纸浆配比1Kg纸用固色剂加入固色剂(明矾)，混合5min，进行抄纸。
抄纸后，采用爱色丽色密度计测量色纸颜色，蓝色色密度0.92。废水吸光度0.122。
对比例2乳化剂和其他成分共同混合
以下各物质成分均按质量份计。
(1)将水100份、十二烷基磺酸钠2份、苯乙烯单体3份、丙烯酸丁酯1份、甲基丙烯酸10份和丙烯酰胺10份混合后，氨水调节pH8～9，接着于100rpm的转速乳化15分钟后，为均一状态；升温至75℃，滴加过硫酸铵2份(配成10％(w/w)水溶液，即20份)，反应3小时，后加稳定剂(聚乙烯醇1799)2份，混匀，得到分散剂。用水调整分散剂浓度40％。
(2)色粉分散：同实施例1步骤(2)。
(3)色浆配制：同实施例1步骤(3)。
(4)抄纸固色：同实施例1步骤(4)。
抄纸后，采用爱色丽色密度计测量色纸颜色，蓝色色密度1.0。废水吸光度0.105。
对比例3缺少乳化剂
以下各物质成分均按质量份计。
(1)将水100份、苯乙烯单体3份、丙烯酸丁酯1份、甲基丙烯酸10份和丙烯酰胺10份，氨水调节pH8～9，搅拌混匀后；升温至75℃，滴加过硫酸铵2份(配成10％(w/w)水溶液，即20份)，反应3小时，后加稳定剂(聚乙烯醇1799)2份，混匀，得到分散剂。用水调整分散剂浓度40％。
(2)色粉分散：同实施例1步骤(2)。
(3)色浆配制：同实施例1步骤(3)。
(4)抄纸固色：色纸成型前加入步骤(3)配制得到的水性色浆，水性色浆的用量是每吨纸浆配比2Kg水性色浆计；再加入固色剂明矾，固色剂的用量是每吨纸浆配比1Kg固色剂计；混合5min，抄纸。
抄纸后，采用爱色丽色密度计测量色纸颜色，蓝色色密度0.98。废水吸光度0.086。
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 (9)

1.一种纸用纳米色浆分散剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）先用水和乳化剂混匀，用pH值调节剂将pH值调节为8～9，得到乳化液；
（2）接着加入疏水性单体和亲水性单体，乳化至成均一状态，然后升温至60～80℃，加入引发剂水溶液进行反应；
（3）再加入稳定剂，得到分散剂，得到纸用纳米色浆分散剂；
其中，各成分按质量份数计，如下：疏水性单体1～10份、亲水性单体5～30份、稳定剂1～5份、乳化剂1～10份、引发剂1～5份、水 适量、pH调节剂 适量；
所述的疏水性单体为苯乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯中的一种或至少两种；
所述的亲水性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、亚甲基丁二酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和马来酸酐中的一种或至少两种；
所述的稳定剂为含有羟基、胺基和羧基中的至少一种基团的水溶性聚合物；
所述的乳化剂为阴离子型乳化剂；
所述的引发剂为自由基引发剂；
所述的pH调节剂为氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或至少两种。
2.根据权利要求1所述的纸用纳米色浆分散剂的制备方法，其特征在于：
所述的稳定剂为淀粉、聚乙烯醇、壳聚糖、羧甲基纤维素钠或聚丙烯酰胺；
所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠；
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢、过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸铵/硫酸亚铁、过氧化氢/硫酸亚铁、过硫酸钾/硝酸银、过硫酸钾/氯化亚铁、或过氧化氢/氯化亚铁。
3.根据权利要求1所述的纸用纳米色浆分散剂的制备方法，其特征在于：
所述的疏水性单体的含量为4质量份；
所述的亲水性单体的含量为20质量份；
所述的稳定剂的含量为2质量份；
所述的乳化剂的含量为2质量份；
步骤（2）中所述的升温的温度为70～80℃；
步骤（2）中所述的反应的时间为2～3小时。
4.一种纸用纳米色浆分散剂，其特征在于：通过权利要求1～3任一项所述的制备方法得到。
5.权利要求4所述的纸用纳米色浆分散剂在制备纸用纳米色浆中的应用。
6.一种纸用纳米色浆，其特征在于：包含权利要求4所述的纸用纳米色浆分散剂。
7.根据权利要求6所述的纸用纳米色浆，其特征在于：包含A组分和B组分；A组分包含如下按质量份数计算的成分：色粉 60～70份、固含量为40%的纸用纳米色浆分散剂8～12份、树脂100份、润湿剂10份、水 适量；B组分为纸用固色剂；
所述的树脂为聚氨酯树脂或聚丙烯酸酯树脂；
所述的润湿剂为甘油或三甘醇单丁醚；
所述的纸用纳米色浆通过如下步骤制备得到：
（1）色粉分散：先将所述的纸用纳米色浆分散剂的固含量调整为40%，然后与水和色粉混合，研磨分散至色浆粒度D50范围200～500纳米；
（2）色浆配制：色浆包含A组分和B组分；将步骤（1）最终分散后得到的色粉加入树脂和润湿剂，混合均匀，得到A组分；B组分为纸用固色剂。
8.权利要求7所述的纸用纳米色浆的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）色粉分散：先将所述的纸用纳米色浆分散剂的固含量调整为40%，然后与水和色粉混合，研磨分散至色浆粒度D50范围200～500纳米；
（2）色浆配制：色浆包含A组分和B组分；将步骤（1）最终分散后得到的色粉加入树脂和润湿剂，混合均匀，得到A组分；B组分为纸用固色剂。
9.权利要求7所述的纸用纳米色浆在制备色纸中的应用。
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