CN107840964B - 一种造纸涂布用降粘流变剂的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种造纸涂布用降粘流变剂的制备方法,包括丙烯酸、马来酸酐、衣康酸、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸和功能性单体混合液,在反应中还加入聚乙二醇、水、氧化剂、还原剂和液碱48%。其通过如下步骤制得:向底料中缓慢滴加功能性混合单体,调节温度到70‑95℃,采用氧化、还原体系引发共聚,滴加反应60‑120min,保温反应20‑50min,然后加入聚乙二醇反应约30‑50min后,反应结束,降温至40℃以下,根据需要用液碱进行中和即得;本发明生产工艺简单,无废物排出,绿色环保,在涂布应用过程中能够大幅度降低高剪切粘度,减少分散剂用量,降低成本;采用精准的分子量控制、主链刚性结构设计,降低涂料粘度,提高涂料固含量,从而提高车速,降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于造纸行业涂布纸的新型降粘流变剂的制备方法和应用
背景技术
现代的造纸行业,正在向着造纸机大型化、高速化方向发展,涂料也向更高固含量发展,部分涂料的固含量更是已经高达70%以上,这就给纸张涂布用流变剂的性能提出了更高的要求,同时也使涂布纸涂料配方的研究遇到了新的问题。
涂料是由颜料、胶乳和水等组成的分散体系,这种体系可以看作是悬浮体的多相体系,理想的涂料要满足泵送、上料、计量、回流和流平等不同工段的工艺要求。这就要求对不同剪切速率范围内,尤其是受到较高剪切条件下涂料的流体动力学特性进行分析。在涂布纸生产过程中,特别是刮刀涂布,都属于涂料在受到较高剪切条件下进行的薄膜流动。
能够改善涂料流变性能的助剂称之为流变改质剂,也称为流变剂,一般来说流变剂能够改善涂料稳定性和涂装性,提高涂膜质量。从流变学的角度来说,流变剂分成假塑性流变剂和触变性流变剂,二者之间的差别在于外加剪切力撤除后,体系结构恢复速度,这一特性是涂料流动和流平的主要影响因素。
传统的流变剂,会对涂料的降粘效果不明显,且受到高固含、pH值等因素影响大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有流变剂技术的不足,提供一种造纸涂布用新型降粘流变剂的制备,以提高高固含涂料分散性,随着剪切速率的增加,涂料粘度下降。其涂布应用过程中减少分散剂的用量,降低成本,绿色环保可降解。
为了达到以上目的,本发明设计了一种造纸涂布用新型降粘流变剂的制备方法,包括丙烯酸、马来酸酐、衣康酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和功能性单体混合液,在反应中还加入聚乙二醇、水、氧化剂、还原剂和液碱48%;按质量份的组分组成:
所述功能性单体混合液主要是苄基丙烯酸酯、2-乙烯基吡啶、丙烯酸苄甲酯中的至少一种;所述的氧化剂是过硫酸铵;所述的还原剂是焦亚硫酸钠;所述的聚乙二醇是PEG1000、PEG1500、PEG2000三种中的任一种。
所述的一种造纸涂布用新型降粘流变剂的制备方法,具体包括以下步骤:
第一步:在四口烧瓶中加入2-5份的马来酸酐和5-10份衣康酸,水120-150份,均匀搅拌并加热使马来酸酐和衣康酸溶解,在60-70℃的温度下搅拌保温20-40min;
第二步:在烧杯中加入100-120份丙烯酸、3-7份2-丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸和1-3份功能性单体混合液,进行搅拌混合,待固体完全溶解,待用;
第三步:将0.5-2份氧化剂、适量的水,配制成溶液A,2-5份还原剂,适量的水,配制成溶液B,待体系温度升高到60-80℃之间,将滴加液A、B滴加到上述四口烧瓶中参与反应,并滴加混合单体进行反应,温度保持在70-95℃反应60-120min后,保温反应20-50min;
第四步:加入10-20份聚乙二醇溶解反应,温度在70-95℃下反应30-50min;
第五步:降温至30-40℃之间,用液碱48%调节以上混合液至pH 值至5.0-7.0之间,出料,即得最终产品,且产品外观为亮黄色透明液体,固含量为40.0-42.0%。
作为优选,所述功能性单体混合液主要是苄基丙烯酸酯、2-乙烯基吡啶、丙烯酸苄甲酯中的至少一种;所述的氧化剂是过硫酸铵;所述的还原剂是焦亚硫酸钠;所述的聚乙二醇是PEG1000、PEG1500、 PEG2000三种中的任一种。
本发明与常规降粘流变剂相比,本发明的优点在于:
1.流变剂分子量的比较:本发明通过可控制自由基聚合和整体的反应协同所得流变剂拥有精准的分子量控制,流变剂分子量3000左右准确设计,对涂料的降粘效果更好,且分子量分布更均匀,有利于保证加入流变剂的涂料均匀分散,稳定降粘;
表1是本发明与常规降粘流变剂的分子量区别
2.流变剂结构比较:本发明产品通过引进含刚性结构的功能性单体进行自由基聚合反应的共聚物,由功能性基团和刚性链结构组成,从而保证较好的降粘效果及保水效果,且共聚物端基为强极性基团,有利于更好的吸附颜料粒子,达到良好的降粘效果。
表2是本发明与常规降粘流变剂的结构区别
综上所述,本发明产品与常规降粘流变剂比较
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明,应该理解的是,这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点,而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整,未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
向四口烧瓶里加入130g水、5g马来酸酐和10g衣康酸,升温至60-70℃搅拌溶解,将6g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解、1g苄基丙烯酸酯、100g 丙烯酸和20g水混合溶解,待用,同时,把2g的过硫酸铵溶解到16g水中配制氧化剂溶液,把3g焦亚硫酸钠溶解到30g水中配制还原剂溶液,待温度在70-80℃之间,同时滴加氧化剂溶液、还原剂溶液、并滴加混合功能性单体到上述四口烧瓶中参与反应,控温80-95℃滴加反应60-120min,然后保温反应20-50min;加入15g聚乙二醇(MW=1000)溶解反应,温度在 80-95℃下反应30-50min;降温至30-40℃之间,用液碱48%调节以上混合液至pH值至5.0-7.0之间,出料,即得最终产品。
实施例2
向四口烧瓶里加入120g水、2.5g马来酸酐和5g衣康酸,升温至60-70℃搅拌溶解,将5g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解、2g2-乙烯基吡啶、110g 丙烯酸和20g水混合溶解,待用,同时,把2g的过硫酸铵溶解到16g水中配制氧化剂溶液,把3g焦亚硫酸钠溶解到30g水中配制还原剂溶液,待温度在70-80℃之间,同时滴加氧化剂溶液、还原剂溶液、并滴加混合功能性单体到上述四口烧瓶中参与反应,控温80-95℃滴加反应60-120min,然后保温反应20-50min;加入10g聚乙二醇(MW=1500)溶解反应,温度在 80-95℃下反应30-50min;降温至30-40℃之间,用液碱48%调节以上混合液至pH值至5.0-7.0之间,出料,即得最终产品。
实施例3
向四口烧瓶里加入130g水、4g马来酸酐和8g衣康酸,升温至60-70℃搅拌溶解,将6g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解、3g丙烯酸苄甲酯、100g 丙烯酸和20g水混合溶解,待用,同时,把2g的过硫酸铵溶解到16g水中配制氧化剂溶液,把2.5g焦亚硫酸钠溶解到30g水中配制还原剂溶液,待温度在70-80℃之间,同时滴加氧化剂溶液、还原剂溶液、并滴加混合功能性单体到上述四口烧瓶中参与反应,控温80-95℃滴加反应60-120min,然后保温反应20-50min;加入20g聚乙二醇(MW=2000)溶解反应,温度在80-95℃下反应30-50min;降温至30-40℃之间,用液碱48%调节以上混合液至pH值至5.0-7.0之间,出料,即得最终产品。
涂料应用实验
1.涂料配制:现将瓷土分散成乳液,固含量为70%;加入分散剂, 1500-2000r/min下高速分散搅拌10min,充分分散,将瓷土与固含量75%的碳酸钙乳液混合,高速分散5-10min,然后加入淀粉,充分分散,再加入胶乳,充分分散,再依次加入PVA、润滑剂、抗水剂AZC以及流变剂,利用4400r/min高剪切搅拌5-10min,最后利用10%的液碱调节涂料体系pH为8-9之间。设计5组相同涂料配方评估实验,唯一不同的是在于所加流变剂的不同,涂料评估配方如表一所示。
表1
注:碳酸钙GCC-70和高岭土共100份,其他化学品都是相对于100份绝干颜料而言。
2.涂料物性测试
从表2测定的数据可以得出,添加0.15%本发明的降粘流变剂不仅有很好的降粘效果,也有良好的保水效果。
本发明中各组分物质的作用,通过均匀滴加适量的过硫酸铵氧化剂溶液和适量的焦亚硫酸钠还原剂溶液以及合适配比的单体混合液,可以使流变剂分子量分布更均匀,更窄,分子量更小,不会限制颜料粒子的自由移动,有利于保证加入流变剂的涂料均匀分散,以及降粘稳定性;功能性单体苄基丙烯酸酯、2-乙烯基吡啶、丙烯酸苄甲酯中的至少一种单体,使流变剂聚合物主链具有刚性结构,颜料粒子吸附流变剂高聚物后,由于空间位阻及刚性结构,颜料不易絮聚;衣康酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸苄甲酯分别含有羧基、磺酸基、酯基,协同降低高剪切粘度;同时,加入特定分子量的聚乙二醇参与反应,可以达到很好的协同降粘作用,从而提高涂料固含量,提高车速,降低能耗;混合单体中所带有的羟基、磺酸基等,可结合水,使涂料有良好的保水效果,可以提高涂层强度和减少胶黏剂的使用量,降低成本。
综上所述,本发明的新型降粘流变剂产品具有如下优点:
1、产品生产工艺简单,无废物排出,绿色环保;产品在涂布应用过程中能够大幅度降低高剪切粘度,减少分散剂用量,帮助纸厂大幅度节降成本;产品采用精准的分子量控制、主链刚性结构设计,能够大幅度降低涂料粘度,提高涂料固含量,从而提高车速,降低能耗。产品体系里引入聚乙二醇,可以对涂料起到协调降粘的效果。
以上对本发明做了详尽的描述,其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种造纸涂布用降粘流变剂的制备方法,其特征在于:丙烯酸、马来酸酐、衣康酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和功能性单体混合液,在反应中还加入聚乙二醇、水、氧化剂、还原剂和液碱48%,按质量份的组分组成:
丙烯酸 100-120份
马来酸酐 2-5份
衣康酸 5-10份
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 3-7份
功能性单体 1-3份
氧化剂 0.5-2份
还原剂 2-5份
聚乙二醇 10-20份
水 120-150份;
该制备方法具体包括以下步骤:
第一步:在四口烧瓶中加入 2-5份的马来酸酐和5-10份衣康酸,水120-150份,均匀搅拌并加热使马来酸酐和衣康酸溶解,在60-70℃的温度下搅拌保温20-40min;
第二步:在烧杯中加入100-120份丙烯酸、3-7份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和1-3份功能性单体混合液,进行搅拌混合,待固体完全溶解,待用;
第三步:将0.5-2份氧化剂、适量的水,配制成溶液A,2-5份还原剂,适量的水,配制成溶液B,待体系温度升高到60-80℃之间,将滴加液A、B滴加到上述四口烧瓶中参与反应,并滴加混合单体进行反应,温度保持在70-95 ℃反应60-120min后,保温反应20-50min;
第四步:加入10-20份聚乙二醇溶解反应,温度在70-95 ℃下反应30-50min;
第五步:降温至30-40 ℃之间,用液碱48%调节以上混合液至pH值至5.0-7.0之间,出料,即得最终产品,且产品外观为亮黄色透明液体,固含量为40.0-42.0%,分子量范围为2900-3500,分子量分布PD范围为1.0-1.5;所述功能性单体混合液是苄基丙烯酸酯、2-乙烯基吡啶、丙烯酸苄甲酯中的至少一种;所述的氧化剂是过硫酸铵;所述的还原剂是焦亚硫酸钠;所述的聚乙二醇是PEG1000、 PEG1500、PEG2000三种中的任一种。
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