CN110424181B - 一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂及其制备方法，包括以下重量百分比组分：阳离子微晶纤维素5‑10％、阳离子松香胶5‑10％、阳离子桃胶5‑10％、聚二甲基硅油1‑3％、有机硅改性苯丙乳液14‑22％、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液45‑70％；所述阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶是利用阳离子醚化剂对微晶纤维素/松香胶/桃胶进行醚化改性制出的；所述纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液是是由甲基丙烯酸单体、含氟丙烯酸单体、羟基化石墨烯共聚交联而成。本发明表面施胶剂用量少、固化快、成膜能力强，施胶效果好，成本低，且施胶纸张环氧强度高、耐久性优良，能够防水、抗污、自清洁。

Description

一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂及其制备方法
技术领域
本发明属于瓦楞纸用胶水材料领域，具体涉及一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂及其制备方法。
背景技术
表面施胶剂是一种造纸添加剂，通过在瓦楞纸表面进行施胶以赋予纸张抗墨、抗水、抗乳液、抗腐蚀等性能，并提高平滑度和强度。环压强度是指将一定尺寸的试样，插在试样座内形成圆环形，在上下压板之间施压，试样被压溃前所能承受的最大力，表示瓦楞原纸边缘承受压力的性能，是瓦楞纸重要的强度指标。现有表面施胶剂虽能在一定程度上提高瓦楞纸的环压强度，但是施胶量过大，因此固化时间较长、成本较高。
含氟聚丙烯酸酯是结构中氢原子被氟原子部分或全部取代的(甲基)丙烯酸酯的均聚物和共聚物，随氟烷基链的增长，聚合物的表面能降低，憎水憎油憎污性能增强，表现出良好的防水性、自洁性、成膜性、柔韧性、粘结性等，但其在机械强度和耐磨性方面有所欠缺。石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的材料，断裂强度比钢材高200倍，同时，还具有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。利用氧化石墨烯对含氟聚丙烯酸酯进行原位接枝改性，将极大地提高聚丙烯酸酯涂膜的的抗断裂强度和耐磨性，实现性能上的互补，制备出综合性能优异的复合防水材料。将石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯应用于瓦楞纸表面施胶剂，不仅能大幅度提高环压强度、机械强度、防水自清洁性能等，还减少施胶量和成膜时间，节约成本。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂及其制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂，包括以下重量百分比组分：
阳离子微晶纤维素5-10％、阳离子松香胶5-10％、阳离子桃胶5-10％、聚二甲基硅油1-3％、有机硅改性苯丙乳液14-22％、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液45-70％；
所述阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶是利用阳离子醚化剂对微晶纤维素/松香胶/桃胶进行醚化改性制出的；
所述纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液是是由甲基丙烯酸单体、含氟丙烯酸单体、羟基化石墨烯共聚交联而成。
优选的是，所述阳离子醚化剂包括3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、缩水甘油三甲基氯化铵的一种或多种。
优选的是，所述含氟丙烯酸单体包括甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯的一种或多种。
一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶：将微晶纤维素/松香胶/桃胶研磨至100-200目，分散于30-40％的氢氧化钾溶液中，进行碱化处理，再向其中加入阳离子醚化剂，65-70℃搅拌反应2h，中和、过滤、干燥后，即得阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶；
S2：制备纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液：
a.制羟基化石墨烯溶液：混合石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾，球磨1h后，加入5-10％乙二醇溶液中，搅拌反应0.5-1h后，在-45℃氮气环境中冷冻6-10h，再于15℃氮气环境中解冻8-12h，反复冻融3次，使羟基化石墨烯定型，调节PH为7.2-7.4时，即得羟基化石墨烯溶液；
b.缩聚：将10-15份甲基丙烯酸、20-30份含氟丙烯酸单体、15-20份羟基化石墨烯溶液、1-3份聚氧乙烯脂肪醇醚分散于100份去离子水，加入0.1-0.5份偶氮二异丁腈、0.5-1份纳米氧化锆、0.1-0.3份硼酸，85℃下缩聚反应1-3h，制得所述纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液；
S3：制备表面施胶剂：按重量百分比混合阳离子微晶纤维素、阳离子松香胶、阳离子桃胶、聚二甲基硅油、有机硅改性苯丙乳液、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液，超声分散后，即得所述表面施胶剂。
优选的是，所述阳离子醚化剂与微晶纤维素/松香胶/桃胶的质量比为1：(4-6)。
优选的是，所述石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾、乙二醇溶液间的质量比为1：(0.1-0.2)：(0.01-0.05)：(5-10)。
本发明的有益效果：
(1)本发明表面施胶剂用量少、固化快、成膜能力强，施胶效果好，成本低，且施胶纸张环氧强度高、耐久性优良，能够防水、抗污、自清洁。
(2)本发明以纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液作为施胶剂基质，赋予表面施胶剂防水、抗污、自清洁、耐高温、耐磨、高机械强度的特点，以有机硅改性苯丙乳液作为施胶剂辅料，具有优良的耐候性、弹性和耐久性，以阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶作为增强剂，利用阳离子基团与瓦楞纸表面纤维的离子键作用，提高施胶剂在瓦楞纸张表面的粘结强度，进一步提高施胶瓦楞纸的环氧强度，以聚二甲基硅油作为疏水介质，由于油水分离现象，聚二甲基硅油主要分布于施胶剂上表层，利用其超疏水性质，提高瓦楞纸防水性能。
(3)本发明利用羟基化石墨烯和含氟聚丙烯酸酯间的酯化反应进行原位接枝改性，改善含氟聚丙烯酸涂膜成膜性较差、涂膜耐磨性和环氧强度低的缺陷，实现两者性能上的互补，生产出性能稳定，具有良好相容性、防水性、自洁性的终产物。
(4)本发明利用阳离子单体与微晶纤维素/松香胶/桃胶间的醚化反应消除掉微晶纤维素/松香胶/桃胶分子中的亲水羟基，提高施胶剂抗水性能，并利用阳离子基团的架桥作用提高施胶剂与瓦楞纸的结合强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂，包括以下重量百分比组分：
阳离子微晶纤维素10％、阳离子松香胶10％、阳离子桃胶10％、聚二甲基硅油3％、有机硅改性苯丙乳液22％、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液45％。
其制备方法，包括以下步骤：
S1：制备阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶：将微晶纤维素/松香胶/桃胶研磨至200目，分散于40％的氢氧化钾溶液中，进行碱化处理，再向其中加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，且3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与微晶纤维素/松香胶/桃胶的质量比为1：4，70℃搅拌反应2h，中和、过滤、干燥后，即得阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶；
S2：制备纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液：
a.制羟基化石墨烯溶液：混合石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾，球磨1h后，加入5％乙二醇溶液中，且石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾、5％乙二醇溶液间的质量比为1：0.1：0.01：5，搅拌反应0.5h后，在-45℃氮气环境中冷冻6h，再于15℃氮气环境中解冻8h，反复冻融3次，使羟基化石墨烯定型，调节PH为7.2时，即得羟基化石墨烯溶液；
b.缩聚：将10份甲基丙烯酸、20份甲基丙烯酸三氟乙酯、15份羟基化石墨烯溶液、1份聚氧乙烯脂肪醇醚分散于100份去离子水，加入0.1份偶氮二异丁腈、0.5份纳米氧化锆、0.1份硼酸，85℃下缩聚反应1h，制得所述纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液；
S3：制备表面施胶剂：按重量百分比混合所得纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液和其他组分，超声分散后，即得所述表面施胶剂。
实施例2
一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂，包括以下重量百分比组分：
阳离子微晶纤维素7.5％、阳离子松香胶7.5％、阳离子桃胶7.5％、聚二甲基硅油2％、有机硅改性苯丙乳液18％、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液57.5％。
制备方法同实施例1，区别在于：
S1：制备阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶：研磨细度为150目，氢氧化钾溶液浓度为35％，二甲基二烯丙基氯化铵与微晶纤维素/松香胶/桃胶的质量比为1：5，搅拌反应温度为68℃；
S2：制备纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液：
a.制羟基化石墨烯溶液：石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾、7.5％乙二醇溶液间的质量比为1：0.15：0.03：7.5，搅拌反应时间为1h，每次冷冻时间为8h，每次解冻时间为10h，PH调为7.3；
b.缩聚：将12.5份甲基丙烯酸、25份丙烯酸三氟乙酯、17.5份羟基化石墨烯溶液、2份聚氧乙烯脂肪醇醚分散于100份去离子水，加入0.3份偶氮二异丁腈、0.8份纳米氧化锆、0.2份硼酸，85℃下缩聚反应2h。
实施例3
阳离子微晶纤维素5％、阳离子松香胶5％、阳离子桃胶5％、聚二甲基硅油1％、有机硅改性苯丙乳液14％、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液70％。
制备方法同实施例1，区别在于：
S1：制备阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶：研磨细度为200目，氢氧化钾溶液浓度为40％，缩水甘油三甲基氯化铵与微晶纤维素/松香胶/桃胶的质量比为1：6，搅拌反应温度为70℃；
S2：制备纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液：
a.制羟基化石墨烯溶液：石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾、10％乙二醇溶液间的质量比为1：0.2：0.05：10，搅拌反应时间为1h，每次冷冻时间为10h，每次解冻时间为12h，PH调为7.2-7.4；
b.缩聚：将15份甲基丙烯酸、30份丙烯酸六氟丁酯、20份羟基化石墨烯溶液、3份聚氧乙烯脂肪醇醚分散于100份去离子水，加入0.5份偶氮二异丁腈、1份纳米氧化锆、0.3份硼酸，85℃下缩聚反应3h。
分别采用实施例1-3对100％国内废纸抄造的110g/m2瓦楞原纸进行施胶，1t纸的施胶量为2kg，并进行性能测试，测试结果如下表所示：
Cobb值/g/m<sup>2</sup> 环压指数/N·m/g 抗张强度/N/g 抗水性
实施例1 38 7.6 3.4 不渗水
实施例2 36 7.9 3.6 不渗水
实施例3 35 8.1 3.7 不渗水
由上表可知，本发明明显提高了瓦楞原纸的环压强度和抗水防潮性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂，其特征在于，包括以下重量百分比组分：
阳离子微晶纤维素5-10%、阳离子松香胶5-10%、阳离子桃胶5-10%、聚二甲基硅油1-3%、有机硅改性苯丙乳液14-22%、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液45-70%；
阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶是利用阳离子醚化剂对微晶纤维素/松香胶/桃胶进行醚化改性制出的；
所述纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液是由甲基丙烯酸单体、含氟丙烯酸单体、羟基化石墨烯共聚交联而成；
所述环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶：将微晶纤维素/松香胶/桃胶研磨至100-200目，分散于30-40%的氢氧化钾溶液中，进行碱化处理，再向其中加入阳离子醚化剂， 65-70℃搅拌反应2h，中和、过滤、干燥后，即得阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶；
S2：制备纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液：
a.制羟基化石墨烯溶液：混合石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾，球磨1h后，加入5-10%乙二醇溶液中，搅拌反应0.5-1h后，在-45℃氮气环境中冷冻6-10h，再于15℃氮气环境中解冻8-12h，反复冻融3次，使羟基化石墨烯定型，调节pH 为7.2-7.4时，即得羟基化石墨烯溶液；
b. 聚合：将10-15份甲基丙烯酸、20-30份含氟丙烯酸单体、15-20份羟基化石墨烯溶液、1-3份聚氧乙烯脂肪醇醚分散于100份去离子水，加入0.1-0.5份偶氮二异丁腈、0.5-1份纳米氧化锆、0.1-0.3份硼酸，85℃下聚合反应1-3h，制得所述纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液；
S3：制备表面施胶剂：按重量百分比混合阳离子微晶纤维素、阳离子松香胶、阳离子桃胶、聚二甲基硅油、有机硅改性苯丙乳液、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液，超声分散后，即得所述表面施胶剂。
2.根据权利要求1所述一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂，其特征在于，所述阳离子醚化剂包括3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、缩水甘油三甲基氯化铵的一种或多种。
3.根据权利要求1所述一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂，其特征在于，所述含氟丙烯酸单体包括甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯的一种或多种。
4.一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶：将微晶纤维素/松香胶/桃胶研磨至100-200目，分散于30-40%的氢氧化钾溶液中，进行碱化处理，再向其中加入阳离子醚化剂， 65-70℃搅拌反应2h，中和、过滤、干燥后，即得阳离子微晶纤维素/松香胶/桃胶；
S2：制备纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液：
a.制羟基化石墨烯溶液：混合石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾，球磨1h后，加入5-10%乙二醇溶液中，搅拌反应0.5-1h后，在-45℃氮气环境中冷冻6-10h，再于15℃氮气环境中解冻8-12h，反复冻融3次，使羟基化石墨烯定型，调节pH 为7.2-7.4时，即得羟基化石墨烯溶液；
b. 聚合：将10-15份甲基丙烯酸、20-30份含氟丙烯酸单体、15-20份羟基化石墨烯溶液、1-3份聚氧乙烯脂肪醇醚分散于100份去离子水，加入0.1-0.5份偶氮二异丁腈、0.5-1份纳米氧化锆、0.1-0.3份硼酸，85℃下聚合反应1-3h，制得所述纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液；
S3：制备表面施胶剂：按重量百分比混合阳离子微晶纤维素、阳离子松香胶、阳离子桃胶、聚二甲基硅油、有机硅改性苯丙乳液、纳米石墨烯改性含氟聚丙烯酸酯乳液，超声分散后，即得所述表面施胶剂。
5.根据权利要求4所述一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子醚化剂与微晶纤维素/松香胶/桃胶的质量比为1：（4-6）。
6.根据权利要求4所述一种环压增强型防水瓦楞纸表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述石墨烯、氢氧化钾、过氧化钾、乙二醇溶液间的质量比为1：（0.1-0.2）：（0.01-0.05）：（5-10）。
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