CN110105500B - 一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法。将含氟型丙烯酸酯单体、阳离子性丙烯酸酯单体和长链型丙烯酸酯单体及乙烯基硬单体与油溶性引发剂混合。以醇酸树脂的二乙二醇二甲醚溶液与油溶性引发剂的混合溶液作为基底,将丙烯酸酯单体、乙烯基单体和油溶性引发剂的混合溶液滴加进醇酸树脂的二乙二醇二甲醚溶液中,保温以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到阳离子型含氟丙烯酸树脂/醇酸树脂。加入中和剂中和,加去离子水高速分散得到阳离子型核壳含氟丙烯酸树脂/醇酸树脂乳液。最后以该乳液为基础物质,与淀粉复配得到超疏水纸张表面处理剂。用于纸张表面施胶,可大幅提高纸张的耐水性及力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及纸张表面处理剂领域,特别涉及一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法。
背景技术
醇酸树脂单体来源丰富,具有良好的流动性与流平性,易于施用,在涂料工业上得到了广泛应用,但却极少将其应用于纸张表面施胶剂。丙烯酸树脂由于具有优异的施胶性能、良好的防水性能、耐候性能及机械性能,且合成工艺简单,对环境友好,长期用于纸张表面施胶剂的开发与应用。
目前常用的表面施胶剂有淀粉及其衍生物类、纤维素类等天然聚合物表面施胶剂,也有聚氨酯类、聚乙烯醇类、丙烯酸树脂类等合成类表面施胶剂。但其已达不到造纸工业对表面施胶剂的各种质量要求,
故急需开发出符合造纸工业要求、符合环保要求的新型纸张表面施胶剂。以醇酸树脂为基底物质,在醇酸分子链段上接枝聚合含氟型丙烯酸酯单体、阳离子性丙烯酸酯单体和长链型丙烯酸酯单体及乙烯基硬单体来制备超疏水纸张表面处理剂的研究基本未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法。本发明产品中含氟型和长链型丙烯酸酯单体及硬型乙烯基单体的引入可实现疏水性能、乳液稳定性能、与力学性能的统一,解决了纸张耐水性差、力学性能差等行业共性技术问题,用于纸张表面施胶,可大幅提高纸张的耐水性及力学性能。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,包括如下步骤:
将含氟型丙烯酸酯单体、阳离子型丙烯酸酯单体、长链型丙烯酸酯单体、乙烯基硬单体与引发剂一起搅拌使其完全混合得到混合液A;
将醇酸树脂、引发剂与二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B;
将混合液B作为基底,将混合液A滴加进混合液B中,滴加完后继续保温以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C;
向组分C中加入中和剂中和,然后用去离子水分散,得到乳液D;
将乳液D与淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
按照重量份计,混合液A中含有3~15份含氟型丙烯酸酯单体、1.5~4份阳离子型丙烯酸酯单体、11~63份长链型丙烯酸酯单体及39~86份乙烯基硬单体与0.5~2份引发剂。
按照重量份计,混合液B中含有25份醇酸树脂、1份引发剂与10份二乙二醇二甲醚。
制备组分C时,体系温度为80~100℃。
按照重量份计,向组分C中加入0.6~1.8份中和剂中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%。
按照重量份计,复配工艺中,40份乳液D与10份淀粉复配。
所述醇酸树脂酸值为以碘值为150~190之间油酸为基础,酸值在15~20,固含值为97.5%~99.7%的醇酸树脂中的一种或多种任意配比的混合物;
所述含氟型丙烯酸酯单体为丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯和丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种任意配比的混合物;
所述阳离子性丙烯酸酯单体为丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸叔丁氨基乙酯中的一种或多种任意配比的混合物;
所述长链型丙烯酸酯单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种任意配比的混合物。
所述乙烯基硬单体为苯乙烯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种任意配比的混合物;
所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰,叔丁基过氧化氢中的一种或多种任意配比的混合物。
所述中和剂为醋酸、盐酸、硫酸二甲酯、氯代烃中的一种或多种任意配比的混合物。
所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、羟丙基淀粉、阳离子氧化淀粉、磷酸酯淀粉中的一种或多种任意配比的混合物。
与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:
本发明合成了阳离子型含氟核壳丙烯酸树脂/醇酸树脂乳液表面施胶剂。其优点在于含氟型丙烯酸酯单体和乙烯基硬单体的引入可以显著提高纸张的耐水性能及力学性能;醇酸树脂的引入可改善聚合物胶膜的柔韧性,提高其成膜性能,从而提高纸张的耐折度;长链型丙烯酸酯的引入可以提高乳液的稳定性能;在制备过程无需另外加入乳化剂。采用反转相乳液聚合的方式合成了一种新型超疏水纸张表面处理剂,即阳离子型核壳含氟丙烯酸树脂/醇酸树脂乳液表面施胶剂,将其应用于纸张以改善纸张耐水性及力学性能。本发明产品中含氟型和长链型丙烯酸酯单体及硬型乙烯基单体的引入可实现疏水性能、乳液稳定性能、与力学性能的统一,解决了纸张耐水性差、力学性能差等行业共性技术问题,用于纸张表面施胶,可大幅提高纸张的耐水性及力学性能。本发明通过引入含氟型丙烯酸酯单体来赋予其表面超疏水性,同时避免了利用基于全氟聚醚的含氟化合物作为施胶剂可能带来的环境问题。
具体实施方式
为使本发明的特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,包括以下步骤:
1)将3~15份含氟型丙烯酸酯单体、1.5~4份阳离子型丙烯酸酯单体和11~63份长链型丙烯酸酯单体及39~86份乙烯基硬单体与0.5~2份引发剂一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂、1份引发剂与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至80~100℃,将混合液A在0~5h内滴加进混合液B中,滴加完后继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入0.6~1.8份中和剂中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述醇酸树脂酸值为以碘值为150~190之间油酸为基础,酸值在15~20,固含值为97.5%~99.7%的醇酸树脂中的一种或多种任意配比的混合物。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述含氟型丙烯酸酯单体为丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯和丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种任意配比的混合物。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述阳离子性丙烯酸酯单体为丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸叔丁氨基乙酯中的一种或多种任意配比的混合物。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述长链型丙烯酸酯单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种任意配比的混合物。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述乙烯基硬单体为苯乙烯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种任意配比的混合物。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰,叔丁基过氧化氢中的一种或多种任意配比的混合物。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述中和剂为醋酸、盐酸、硫酸二甲酯、氯代烃中的一种或多种任意配比的混合物。
所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、羟丙基淀粉、阳离子氧化淀粉、磷酸酯淀粉中的一种或多种任意配比的混合物。
以下结合具体实施例对本发明的制备过程进行详细说明:
实施例1:
1)将3份丙烯酸三氟乙酯、1.5份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和11份丙烯酸丁酯及39份苯乙烯与0.5份偶氮二异丁腈一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂(油酸碘值155,酸值18,质量分数98%)、1份偶氮二异丁腈与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至80℃,将混合液直接加入混合液B中,继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入0.6份醋酸中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份羟丙基淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
实施例2:
1)将15份丙烯酸六氟丁酯、4份丙烯酸二甲氨基乙酯和63份丙烯酸十八酯及86份丙烯酸异冰片酯与2份偶氮二异庚腈一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂(油酸碘值190,酸值15,质量分数99.5%)、1份偶氮二异庚腈与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至100℃,将混合液A在5h内滴加进混合液B中,滴加完后继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入1.8份盐酸中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份阳离子氧化淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
实施例3:
1)将9份丙烯酸十二氟庚酯、2.8份甲基丙烯酸叔丁氨基乙酯和37份甲基丙烯酸己酯及62.5份甲基丙烯酸甲酯与1.3份过氧化苯甲酰一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂(油酸碘值180,酸值20,质量分数99%)、1份过氧化苯甲酰与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至90℃,将混合液A在2.5h内滴加进混合液B中,滴加完后继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入1.2份硫酸二甲酯中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份磷酸酯淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
实施例4:
1)将6份丙烯酸三氟乙酯、2份甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和25份甲基丙烯酸2-乙基己酯及45份苯乙烯与0.7份叔丁基过氧化氢一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂(油酸碘值150,酸值19,质量分数99.5%)、1份叔丁基过氧化氢与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至85℃,将混合液A在1h内滴加进混合液B中,滴加完后继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入0.9份氯代烃中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份木薯淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
实施例5:
1)将12份丙烯酸六氟丁酯、3份丙烯酸二甲氨基乙酯和55份丙烯酸异辛酯及70份丙烯酸异冰片酯与1.5份偶氮二异丁酸二甲酯一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂(油酸碘值190,酸值15,质量分数99.5%)、1份偶氮二异丁酸二甲酯与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至95℃,将混合液A在4h内滴加进混合液B中,滴加完后继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入1.5份醋酸中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份玉米淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
以上不同实施例条件下制备得到的纸张表面处理剂在纸张上的应用实验如下表1:
表1
注:实验纸张为棉纤维纸张,纸张定量90g/m2,施胶量为2.5g/m2.
实施例6
1)将3份含氟型丙烯酸酯单体、1.5份阳离子型丙烯酸酯单体和11份长链型丙烯酸酯单体及86份乙烯基硬单体与0.5份引发剂一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂、1份引发剂与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至80℃,将混合液A在1h内滴加进混合液B中,滴加完后继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入0.6份中和剂中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
实施例7
1)将15份含氟型丙烯酸酯单体、4份阳离子型丙烯酸酯单体和63份长链型丙烯酸酯单体及39份乙烯基硬单体与2份引发剂一起搅拌使其完全混合得到混合液A。
2)将25份醇酸树脂、1份引发剂与10份二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B。
3)将混合液B加入至三口烧瓶中并以其作为基底,体系升温至100℃,将混合液A在5h内滴加进混合液B中,滴加完后继续保温2h以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C。
4)向组分C中加入1.8份中和剂中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%,得到乳液D。
5)将40份乳液D与10份淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将含氟型丙烯酸酯单体、阳离子型丙烯酸酯单体、长链型丙烯酸酯单体、乙烯基硬单体与引发剂一起搅拌使其完全混合得到混合液A;
将醇酸树脂、引发剂与二乙二醇二甲醚混合均匀得到混合液B;
将混合液B作为基底,将混合液A滴加进混合液B中,滴加完后继续保温以引发丙烯酸酯单体和乙烯基单体在醇酸树脂上的接枝共聚,得到组分C;
向组分C中加入中和剂中和,然后用去离子水分散,得到乳液D;
将乳液D与淀粉复配,得到超疏水纸张表面处理剂;
按照重量份计,混合液A中含有3~15份含氟型丙烯酸酯单体、1.5~4份阳离子型丙烯酸酯单体、11~63份长链型丙烯酸酯单体及39~86份乙烯基硬单体与0.5~2份引发剂;
所述含氟型丙烯酸酯单体为丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯和丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种任意配比的混合物;
所述阳离子性丙烯酸酯单体为丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸叔丁氨基乙酯中的一种或多种任意配比的混合物;
所述长链型丙烯酸酯单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种任意配比的混合物;
所述乙烯基硬单体为苯乙烯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种任意配比的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:按照重量份计,混合液B中含有25份醇酸树脂、1份引发剂与10份二乙二醇二甲醚。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:制备组分C时,体系温度为80~100℃。
4.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:按照重量份计,向组分C中加入0.6~1.8份中和剂中和,然后用去离子水高速分散至体系有效质量分数为30%。
5.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:按照重量份计,复配工艺中,40份乳液D与10份淀粉复配。
6.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述醇酸树脂酸值为以碘值为150~190之间油酸为基础,酸值在15~20,固含值为97.5%~99.7%的醇酸树脂中的一种或多种任意配比的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:
所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰,叔丁基过氧化氢中的一种或多种任意配比的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述中和剂为醋酸、盐酸、硫酸二甲酯、氯代烃中的一种或多种任意配比的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法,其特征在于:所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、羟丙基淀粉、阳离子氧化淀粉、磷酸酯淀粉中的一种或多种任意配比的混合物。
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- 2019-05-16 CN CN201910405673.8A patent/CN110105500B/zh active Active
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