CN108867167B - 一种环保型涂布胶黏剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型涂布胶黏剂及制备方法。该环保型涂布胶黏剂，由以下成分制备而成：质量浓度30%‑60%的淀粉乳液、增塑剂、质量浓度为20‑30%的PVA溶液、交联剂、引发剂、改性单体。本发明的涂布胶黏剂，其粘结性能远高于羧基丁苯胶乳，可以部分甚至全部替代羧基丁苯胶乳，减少总体胶黏剂的用量，这样不仅降低涂布纸生产成本，而且能够节约不可再生的石油资源。

Description

一种环保型涂布胶黏剂及制备方法

技术领域

本发明涉及涂布胶黏剂技术领域，特别是涉及一种环保型涂布胶黏剂及制备方法。

背景技术

涂布纸的性能主要取决于涂料，涂料的主要成分是颜料、胶黏剂以及其它助剂和水。胶黏剂是涂料的重要组成部分，其作用是使颜料相互粘合，同时使颜料与原纸表面粘合，其次胶黏剂还可调节印刷油墨的吸收，以取得油墨凝固和油墨光泽的平衡，此外胶黏剂在涂料中还起到保护胶体的作用控制着涂料的稳定性和流动性。因此，胶黏剂首先应对颜料有较强的粘结力，否则会造成涂布纸表面强度不够，出现掉粉掉毛现象；其次，胶黏剂与颜料的适应性要好，并且要保证涂层具有适当的吸墨性和塑性，以提高压光效果；最后，胶黏剂还需要有合适的黏度、成膜性以及流动性，以利于涂布作业并提高涂布均匀性。

现在造纸涂料使用胶黏剂可分为天然产物及合成的高分子聚合物两类。天然产物有淀粉及其淀粉改性产物；高分子聚合物则有羧基丁苯胶乳、丙苯胶乳、聚乙烯醇等，其中以使用羧基丁苯胶乳为主，其他胶黏剂因为在性能在存在耐水性差、粘结力弱、分散性差、粘度大、容易老化等弱点限制了其使用。

现代涂布纸的发展趋势是造纸机大型化、高速化。涂布车速最高可达1800-2000m/min，甚至有接近3000m/min车速的中试涂布机已在试车；涂料向更高固含量发展，部分涂料的固含量已达70％以上。这就给纸张涂布用胶黏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。一方面国内涂布白卡纸、铜版纸和白板纸等涂布加工纸的快速发展对胶乳的需求量越来越大，并且逐渐增加的二次纤维回用造成原纸表面性能大幅下降，对涂料特别是其中胶黏剂性能的要求越来越高；另一方面近年来石油价格上涨导致其下游产品如丁苯胶乳、苯丙胶乳价格均大幅上涨。因此为降低生产成本，期望出现一种环保的涂布胶黏剂，可以部分甚至全部替代羧基丁苯胶乳，减少总体胶黏剂的用量，这样不仅降低涂布纸生产成本，而且能够节约不可再生的石油资源，并且由于涂层不再含有难降解的合成聚合物，对于实现涂布纸品的完全再生回用有着重大的环保意义。

本发明要解决的技术问题是将制备一种涂布胶黏剂，具有较好的成膜性和粘结性能，可以部分取代甚至全部取代羧基丁苯胶乳，减少胶乳的用量。同时该涂布胶黏剂具有良好的保水效果以及强OBA(光学增亮剂)载体作用，可提高涂料的流变效果以及降低OBA用量，提高纸张的环保性。

发明内容

本发明就是针对上述存在的缺陷而提供一种环保型涂布胶黏剂及制备方法。本发明的涂布胶黏剂，其粘结性能远高于羧基丁苯胶乳，可以部分甚至全部替代羧基丁苯胶乳，减少总体胶黏剂的用量，这样不仅降低涂布纸生产成本，而且能够节约不可再生的石油资源，并且该涂布胶黏剂中含有难降解的合成聚合物，对于实现涂布纸品的完全再生回用有着重大的环保意义。

本发明的一种环保型涂布胶黏剂及制备方法技术方案为，所述的环保型涂布胶黏剂，由以下成分制备而成：质量浓度30％-60％的淀粉乳液、增塑剂、质量浓度为20-30％的PVA溶液、交联剂、引发剂、改性单体，其中，增塑剂在淀粉乳液中的添加量为3％-6％，添加了增塑剂的淀粉溶液和PVA乳液的质量比为1:0.8-1.5，交联剂在添加了增塑剂的淀粉溶液和PVA乳液中的添加量为5-15％，改性单体的质量占淀粉-PVA接枝共聚物的10-30％。

引发剂添加量占添加了改性单体的淀粉-PVA接枝共聚物的重量百分比1-3％。

所述的淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉中的至少一种。

所述的淀粉为木薯淀粉。

所述的增塑剂为丙三醇、乙二醇、二乙二醇中的至少一种。

所述的交联剂为乙二醛，氧氯化锆、N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

所述的引发剂为氧化-还原体系：过氧化氢-硫酸亚铁，叔丁基过氧化氢-异抗坏血酸或者过硫酸铵-亚硫酸氢钠。

所述的改性单体包括两类单体，其中，单体一为羧酸或者磺酸类单体，单体二为酯类单体，单体一：单体二重量比为1:5-15。

单体一为丙烯酸，甲基丙烯酸，烯丙基磺酸钠，甲基丙烯磺酸钠，苯乙烯磺酸钠，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)中的至少一种，单体二为丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸甲酯，醋酸乙烯酯中的至少一种。

所述的一种环保型涂布胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)淀粉乳液制备：将水、淀粉计量投入反应釜中，搅拌制备成30-60％的乳液，向反应釜中缓慢加入增塑剂，升温至50-70℃，反应保温30-60min；

(2)PVA融化：加入常温水打开搅拌，计量投入聚乙烯醇，制备成20-40％的PVA溶液，升温至90-98℃，保温30-60min；

(3)交联反应：将制备好的淀粉乳液和PVA溶液按照1:0.8-1.5重量比投入聚合反应釜，混合均匀后在50-80℃下滴加交联剂，交联剂滴加时间60-120min,滴加完成后保温30-90min；

(4)改性聚合：滴加准备好的改性单体和引发剂，滴加时间60-120min,滴加完成后保温60-120min；

(5)均质：保温完成后，降低至50℃以下，调节物料pH后，把物料经过过滤器送入高压均质机进一步乳化均质后放入储罐保存。

本发明的有益效果为：本发明的涂布胶黏剂，其粘结性能远高于羧基丁苯胶乳，可以部分甚至全部替代羧基丁苯胶乳，减少总体胶黏剂的用量，这样不仅降低涂布纸生产成本，而且能够节约不可再生的石油资源。

本发明通过先采用增塑剂与淀粉混合，提高淀粉的塑性，解决因为淀粉过多的使用容易造成纸张涂层发脆，容易爆粉的情况出现，然后引入粘结强度和保水性均较高的PVA，通过交联剂的架桥作用，将淀粉和PVA嫁接在一起，相当于提高了PVA和淀粉的分子量，强度也随之进一步提升，同时交联剂的引入降低了PVA和淀粉的吸水性，提高了聚合物的成膜性。最后在引入两类改性单体(羧基或者磺酸基团以及酯类单体)，羧酸和磺酸基团能够提高高分子的附着性和分散性，羧基和磺酸基团高分子聚合物对造纸涂料用碳酸钙，瓷土等具有分散作用；引入酯类单体，是进一步提高高分子的强度和塑性，让合成的高分子胶黏剂更适用于造纸涂料，利于涂布压光和印刷。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

1.在500ml四口烧瓶中，加入72g纯化水，开动搅拌后，加入100g木薯淀粉，搅拌成乳液，向烧瓶中缓慢加入10g甘油，升温至60℃，反应保温30min。

2.在500ml四口烧瓶中加入200g纯化水并打开搅拌，加入55gPVA，升温至90℃，保温30min，制备成PVA溶液。

3、向500ml四口烧瓶中，加入100g制备好的淀粉溶液和120g制备好的PVA溶液，混合均匀后在60℃下滴加乙二醛，滴加时间60min,滴加完成后保温60min；乙二醛添加量为淀粉溶液和PVA溶液总质量的10％；

4、保温结束后升温至70℃，滴加1g丙烯酸，10g丙烯酸丁酯,5g丙烯酸甲酯组成的混合单体，经过硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原体系引发，引发剂添加量为添加了改性单体的淀粉-PVA接枝共聚物的总重的2％，滴加时间60min,保温90min；

5、均质：保温完成后，降低至50℃以下，调节物料pH至6.5，把物料经过过滤器送入高压均质机进一步乳化均质后放入储罐保存。

实施例2

1.在500ml四口烧瓶中，加入72g纯化水，开动搅拌后，加入100g玉米淀粉，搅拌成乳液，向烧瓶中缓慢加入6g二乙二醇，升温至70℃，反应保温45min。

2.在500ml四口烧瓶中加入200g纯化水并打开搅拌，加入60gPVA，升温至95℃，保温30min，制备成PVA溶液。

3、向500ml四口烧瓶中，加入100g制备好的淀粉溶液和130g制备好的PVA溶液，混合均匀后在60℃下滴加N-羟甲基丙烯酰胺，滴加时间50min,滴加完成后保温60min；乙二醛添加量为淀粉溶液和PVA溶液总质量的5％；

4、保温结束后升温至80℃，滴加1g丙烯酸，2g苯乙烯磺酸钠，10g丙烯酸异辛酯酯,10g甲基丙烯酸甲酯组成的混合单体，经叔丁基过氧化氢-异抗坏血酸氧化还原体系引发，引发剂添加量为添加了改性单体的淀粉-PVA接枝共聚物的总重的1％，滴加时间90min,保温60min；

5、均质：保温完成后，降低至50℃以下，调节物料pH至6.5，把物料经过过滤器送入高压均质机进一步乳化均质后放入储罐保存。

实施例3

1.在500ml四口烧瓶中，加入72g纯化水，开动搅拌后，加入100g木薯淀粉，搅拌成乳液，向烧瓶中缓慢加入6g甘油，升温至80℃，反应保温45min。

2.在500ml四口烧瓶中加入200g纯化水并打开搅拌，加入80gPVA，升温至90℃，保温30min，制备成PVA溶液。

3、向500ml四口烧瓶中，加入100g制备好的淀粉溶液和100g制备好的PVA溶液，混合均匀后在60℃下滴加氧氯化锆，滴加时间60min,滴加完成后保温30min；乙二醛添加量为淀粉溶液和PVA溶液总质量的15％；

4、保温结束后升温至70℃，滴加1g甲基丙烯酸，5g丙烯酸丁酯,5g丙烯酸异辛酯组成的混合单体，经叔丁基过氧化氢-异抗坏血酸氧化还原体系引发，引发剂添加量为添加了改性单体的淀粉-PVA接枝共聚物的总重的3％，滴加时间60min,保温60min；

5、均质：保温完成后，降低至50℃以下，调节物料pH至6.5，把物料经过过滤器送入高压均质机进一步乳化均质后放入储罐保存。

本发明涂布胶黏剂用于涂布纸涂料中替代羧基丁苯胶乳可获得良好的性能。

将制备的涂布胶黏剂用于铜版纸涂料配方中取代羧基丁苯胶乳：

涂料配方如表1所示，涂料指标如表2所示：

表1

备注：GCC-65代表碳酸钙粒径≤2μm的占比为65％；GCC-95代表碳酸钙粒径≤2μm的占比为95％；本发明涂布胶黏剂1份取代2份胶乳代表使用1单位量的本发明涂布胶黏剂可替代2倍量的羧基丁苯胶乳。

表2

从上述数据可以看出，使用本发明胶黏剂取代50％的胶乳后，涂料保水性较好，并且可降低OBA和CMC的用量。

本发明涂布胶黏剂取代50％的胶后，成纸指标与全胶乳配方性能比较见表3：

表3

成纸指标，使用本发明涂布胶黏剂乳取代50％的胶后，成纸指标与全胶乳配方相当，并且在白度方面有所改善。

Claims (3)

1.一种环保型涂布胶黏剂，其特征在于，由以下成分制备而成：质量浓度30%-60%的淀粉乳液、增塑剂、质量浓度为20-30%的PVA溶液、交联剂、引发剂、改性单体，其中，增塑剂在淀粉乳液中的添加量为3%-6%，添加了增塑剂的淀粉乳 液和PVA溶 液的质量比为1:0.8-1.5，交联剂在添加了增塑剂的淀粉乳 液和PVA溶 液中的添加量为5-15%，改性单体的质量占淀粉-PVA接枝共聚物的10-30%；引发剂添加量占添加了改性单体的淀粉-PVA接枝共聚物的重量百分比1-3%；

所述的淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉中的至少一种；

所述的增塑剂为丙三醇、乙二醇、二乙二醇中的至少一种；

所述的交联剂为乙二醛，氧氯化锆、N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种；

所述的引发剂为氧化-还原体系：过氧化氢-硫酸亚铁，叔丁基过氧化氢-异抗坏血酸或者过硫酸铵-亚硫酸氢钠；

所述的改性单体包括两类单体，其中，单体一为羧酸或者磺酸类单体，单体二为酯类单体，单体一：单体二重量比为1:5-15；

所述的一种环保型涂布胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）淀粉乳液制备：将水、淀粉计量投入反应釜中，搅拌制备成30-60%的乳液，向反应釜中缓慢加入增塑剂，升温至50-70℃，反应保温30-60min；

（2）PVA融化：加入常温水打开搅拌，计量投入聚乙烯醇，制备成20-30%的PVA溶液，升温至90-98℃，保温30-60min；

（3）交联反应：将制备好的淀粉乳液和PVA溶液按照1:0.8-1.5重量比投入聚合反应釜，混合均匀后在50-80℃下滴加交联剂，交联剂滴加时间60-120min,滴加完成后保温30-90min；

（4）改性聚合：滴加准备好的改性单体和引发剂，滴加时间60-120min,滴加完成后保温60-120min；

（5）均质：保温完成后，降低至50℃以下，调节物料pH后，把物料经过过滤器送入高压均质机进一步乳化均质后放入储罐保存。

2.根据权利要求1所述的一种环保型涂布胶黏剂，其特征在于，所述的淀粉为木薯淀粉。

3.根据权利要求1所述的一种环保型涂布胶黏剂，其特征在于，单体一为丙烯酸，甲基丙烯酸，烯丙基磺酸钠，甲基丙烯磺酸钠，苯乙烯磺酸钠，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）中的至少一种，单体二为丙烯酸丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸甲酯，醋酸乙烯酯中的至少一种。