CN108914688A - 一种丁苯乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种丁苯乳液的制备方法，包括如下步骤：将100份丁苯乳液基料、10‑30份硅溶胶和适量去离子水混合，制得丁苯乳液；其中，丁苯乳液基料的制备方法如下：将羧酸单体、丙烯酸酯单体、丁二烯、苯乙烯单体、分子量调节剂、乳化剂、引发剂的混合物的水溶液进行自由基乳液共聚反应，反应温度60℃‑90℃，反应时间3‑10小时，得到的反应产物用碱性物质调节pH＝6～9，过滤，制得丁苯乳液基料。本发明还提供该制备方法制备得到的丁苯乳液以及所述丁苯乳液在造纸涂料配方中的应用。本发明的丁苯乳液及其制备方法和应用，在丁苯乳液中加入硅溶胶，制备得到的丁苯乳液与普通丁苯乳液相比，具有优异的纸张平滑度与表面强度。

Description

一种丁苯乳液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种粘结剂，尤其涉及一种丁苯乳液及其制备方法和应用。

背景技术

丁苯乳液被广泛的用于纸张涂料的涂布工艺中，在应用过程中，对乳液的性能要求越来越高。随着造纸技术的不断发展与改进，人们对纸张的要求也越来越高；其中，最重要的就是涂布后纸张的表面强度以及平滑度。所以，在涂布中使用的丁苯胶乳也就有了新的挑战。

中国专利CN105294947A公开了一种造纸用高性能丁苯胶乳的制备方法，制备得到的乳液应用于纸张涂料，具有良好的油墨吸收性以及粘结强度，但其在平滑度以及表面强度方面还有一定提升的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种丁苯乳液及其制备方法和应用，在丁苯乳液中加入硅溶胶，制备得到的丁苯乳液与普通丁苯乳液相比，具有优异的纸张平滑度与表面强度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明的一个目的是提供一种丁苯乳液的制备方法，包括如下步骤：将100份丁苯乳液基料、10-30份硅溶胶和适量去离子水混合，制得丁苯乳液；

其中，所述丁苯乳液基料的制备方法如下：将羧酸单体、丙烯酸酯单体、丁二烯、苯乙烯单体、分子量调节剂、乳化剂、引发剂的混合物的水溶液进行自由基乳液共聚反应，反应温度60℃-90℃，反应时间3-10小时，得到的反应产物用碱性物质调节pH＝6-9，过滤，制得丁苯乳液基料。

为了优化上述的技术方案，本发明采取的技术措施还包括：

进一步地，用于制备丁苯乳液基料的所述羧酸单体、丙烯酸酯单体、丁二烯、苯乙烯单体、分子量调节剂、乳化剂、引发剂、碱性物质、水的重量份数如下：

进一步地，所述硅溶胶中硅的重量百分比为38％-41％，所述硅溶胶的pH＝7-9。

进一步地，所述羧酸单体选自丙烯酸、马来酸、富马酸中的至少一种；所述丙烯酸酯单体选自甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、中的至少一种。

进一步地，所述分子量调节剂选自正十二硫醇、叔十二硫醇、正丁硫醇中的至少一种；所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠中的至少一种；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。

进一步地，所述碱性物质选自碱金属的氢氧化物；更进一步地，所述碱性物质为氢氧化钠；更进一步地，所述碱性物质为重量含量为20wt％-40wt％的氢氧化钠水溶液。

进一步地，所述丁苯乳液的重量固含量为40％-60％，pH＝6-9。

进一步地，所述丁苯乳液基料的重量固含量为40％-60％。

本发明的另一个目的是提供一种根据上述制备方法制备得到的丁苯乳液。

本发明的另一个目的是提供所述丁苯乳液在造纸涂料配方中的应用。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

硅溶胶是纳米级的二氧化硅超微细颗粒分散在水中形成的乳白色胶体溶液，在胶体二氧化硅粒子表面的离子为水合型，因表面有水分子覆盖而具有亲水性。发明人在实验中偶然发现，将一定量的硅溶胶与丁苯胶乳混合在一起，制得的乳液在进行涂布后，纸张的表面强度以及平滑度具有较为明显的提高。分析其中原因，可能是因为在硅溶胶的水分蒸发时，胶体粒子会牢固地附着在纸张表面，粒子间会形成较强的硅氧键，与胶乳之间会形成较强的氢键作用，因此硅溶胶在成膜过程中起到了辅助成膜的作用；而且二氧化硅的颗粒是纳米级的微粒，粒子本身具有较大的比表面积，渗透能力强，可以对纸张纤维起到很好的补强效果。更具特点的是，若硅溶胶单独成膜，虽然成膜平滑度比较好，但胶膜的收缩比较大，成膜易开裂；本发明通过将两种乳液进行混合，很好的解决了以上的缺点，而且所得到的胶乳融合了二者的优点，使得涂布后的纸张具有较好的表面强度以及平滑度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种丁苯乳液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备丁苯乳液基料

2000ml加压反应釜先抽真空，真空度为-0.095MPa，加入0.1g十二烷基硫酸钠、0.1g过硫酸钾、50g蒸馏水，完全溶解成水溶液，开启搅拌，升温至60℃；同时在60℃条件下滴加1g丙烯酸、20g丙烯酸甲酯、20g丙烯酸正丁酯、10g丁二烯、100g苯乙烯、0.2g正十二硫醇的混合单体，以及0.4g十二烷基硫酸钠、0.4g过硫酸钾、21.8g蒸馏水的混合水溶液；滴加时间6小时，滴加结束后继续在60℃保温4小时；反应产物冷却至25℃后，用5g 20wt％氢氧化钠水溶液中和，经100目筛网过滤，制得丁苯乳液基料；所制得的丁苯乳液基料的固含量为59.7wt％，pH＝6.05(使用PHS-3C精密pH计测得)。

步骤2、制备丁苯乳液

将步骤1制备的丁苯乳液基料200g与硅溶胶25g和2g去离子水加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟，制得丁苯乳液；所制得的丁苯乳液的固含量为57.15wt％，pH＝6.13(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例2

本实施例提供一种丁苯乳液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备丁苯乳液基料

2000ml加压反应釜先抽真空，真空度为-0.095MPa，加入2g十二烷基硫酸钠，1g过硫酸钠，500g蒸馏水，5g苯乙烯，完全溶解成水溶液，开启搅拌，升温至90℃；同时在90℃条件下滴加10g甲基丙烯酸羟乙酯，15g丙烯酸、90g丙烯酸正丁酯，200g丁二烯，95g苯乙烯，2g叔十二硫醇的混合单体，以及3g十二烷基苯磺酸钠、4g过硫酸钠，108g蒸馏水的混合水溶液；滴加时间2小时，滴加结束后继续在90℃下保温1小时；反应产物冷却至25℃后，用12.5g40wt％氢氧化钠水溶液中和，经100目筛网过滤，制得丁苯乳液基料；所制得的丁苯乳液基料的固含量为40.05wt％，pH＝9.01(使用PHS-3C精密pH计测得)。

步骤2、制备丁苯乳液

将步骤1制备的丁苯乳液基料200g与硅溶胶20g和2.5g去离子水加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟，制得丁苯乳液；所制得的丁苯乳液的固含量为40.18wt％，pH＝8.92(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例3

本实施例提供一种丁苯乳液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备丁苯乳液基料

2000ml加压反应釜先抽真空，真空度为-0.095MPa，0.5g烷基二苯醚二磺酸钠，0.5g过硫酸铵，150g蒸馏水，10g苯乙烯，完全溶解成水溶液，开启搅拌，升温至80℃；同时在80℃条件下滴加3g丙烯酸，100g丁二烯，95g甲基丙烯酸羟乙酯、90g苯乙烯，1g正十二硫醇的混合单体，以及2g十二烷基硫酸钠、2g过硫酸铵，57.5g蒸馏水的混合水溶液；滴加时间4小时，滴加结束后继续在80℃保温2小时；反应产物冷却至25℃后，用10g 30wt％氢氧化钠水溶液中和，经100目筛网过滤，制得丁苯乳液基料；所制得的丁苯乳液基料的固含量为50.15wt％，pH＝7.55(使用PHS-3C精密pH计测得)。

步骤2、制备丁苯乳液

将步骤1制备的丁苯乳液基料200g与硅溶胶60g和5g去离子水加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟，制得丁苯乳液；所制得的丁苯乳液的固含量为49.82wt％，pH＝8.01(使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例4

本实施例提供一种丁苯乳液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备丁苯乳液基料

2000ml加压反应釜先抽真空，真空度为-0.095MPa，0.2g十二烷基苯磺酸钠，0.3g过硫酸铵，2g马来酸，2g富马酸，100g蒸馏水，完全溶解成水溶液，开启搅拌，升温至75℃；同时在75℃条件下滴加50g丙烯酸甲酯，60g丁二烯，100g苯乙烯，1.5g正丁硫醇的混合单体，以及1.8g十二烷基硫酸钠、1.5g过硫酸钠，139.37g蒸馏水的混合水溶液；滴加时间3小时，滴加结束后继续在75℃保温3小时；反应产物冷却至25℃后，用40g 10wt％氢氧化钠水溶液中和，经100目筛网过滤，制得丁苯乳液基料；所制得的丁苯乳液基料的固含量为44.98wt％，pH＝8.34(使用PHS-3C精密pH计测得)。

步骤2、制备丁苯乳液

将步骤1制备的丁苯乳液基料200g与硅溶胶40g和去离子水1.5g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟，制得丁苯乳液；所制得的丁苯乳液的固含量为固含量44.88wt％，pH＝7.08(使用PHS-3C精密pH计测得)。

对比试验

以按照专利CN105294947A(一种造纸用高性能丁苯胶乳的制备方法)的实施例2制备的丁苯胶乳作为对比组，以按照本发明实施例1-4的制备方法制备的丁苯胶乳作为分别作为实验组1-4；按照下述工艺进行操作：

将水、防腐剂、焦磷酸四钠、卵磷脂、消泡剂、金红石TiO₂、高岭土、、硅酸镁、增稠剂按照表1的质量份数加入高速分散机，搅拌均匀后高速分散20～30min至细度合格，低速下的加入表2所示重量份数的组分，搅拌均匀后，出料，过滤，制得涂料。

表1

表2

丁苯乳液	40wt％	309.4
			增稠剂	Keltex P 2％	154.5
漆浆		711.2
			合计		1175.1

其中，对比试验共设5组，上述表2中的丁苯乳液分别采用对比组和实验组1-4制得的丁苯乳液，制得对比组和实验组1-4的涂料。

将对比组和实验组1-4的涂料用10#涂布棒在300g/m²灰底白板纸上分别进行涂布，涂布量20g/m²，备用。

分别测试应用对比组和实验组1-4涂布后纸张表面强度和平滑度；其中，表面强度采用IGT印刷适应性测定仪测得，平滑度采用别克式平滑仪测得。检测结果如下表3和表4：

表3应用对比组和实验组1-4涂布后纸张表面强度比较

由表3可知，本发明实施例1-4应用结果所得纸张表面强度均优于对比组；实验组1-4表面强度相较于对比组提高了30％左右。

表4应用对比组和实验组1-4涂布后纸张平滑度比较

组别	平滑度(s)
		对比组	206
实验组1	267
		实验组2	254
实验组3	261
		实验组4	259

由表4可知，在纸张的平滑度方面，本发明实施例1-4应用结果均优于对比组；实验组1-4平滑度相较于对比组提高了20％-25％。

通过对涂布后纸张的检测可以发现，利用本发明的制备方法制备的丁苯乳液在表面强度与平滑度方面均取得了明显优于对比组的效果。

由上述实施例可知，本发明的丁苯乳液是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品，该产品在造纸涂料中使用，能明显提高纸张的平滑度以及表面强度。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，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，任何对该实用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 (10)

1.一种丁苯乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将100份丁苯乳液基料、10-30份硅溶胶和适量去离子水混合，制得丁苯乳液；

其中，所述丁苯乳液基料的制备方法如下：将羧酸单体、丙烯酸酯单体、丁二烯、苯乙烯单体、分子量调节剂、乳化剂、引发剂的混合物的水溶液进行自由基乳液共聚反应，反应温度60℃-90℃，反应时间3-10小时，得到的反应产物用碱性物质调节pH＝6-9，过滤，制得丁苯乳液基料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，用于制备丁苯乳液基料的所述羧酸单体、丙烯酸酯单体、丁二烯、苯乙烯单体、分子量调节剂、乳化剂、引发剂、碱性物质、水的重量份数如下：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶中硅的重量百分比为38％-41％，所述硅溶胶的pH＝7-9。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述羧酸单体选自丙烯酸、马来酸、富马酸中的至少一种；所述丙烯酸酯单体选自甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分子量调节剂选自正十二硫醇、叔十二硫醇、正丁硫醇中的至少一种；所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠中的至少一种；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。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性物质选自碱金属的氢氧化物。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丁苯乳液的重量固含量为40％-60％，pH＝6-9。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丁苯乳液基料的重量固含量为40％-60％。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得的丁苯乳液。

10.如权利要求9所述的丁苯乳液在造纸涂料配方中的应用。