CN111072977A - 面涂用丁苯胶乳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面涂用丁苯胶乳，是由羧酸单体、(甲基)丙烯酸酯单体、丁二烯、(甲基)苯乙烯单体、N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、水性环氧树脂、分子量调节剂、乳化剂和引发剂的混合物的水溶液经自由基乳液共聚而成。本发明通过在丁苯胶乳上依次接枝N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、水性环氧树脂所得到的乳液，应用于造纸涂料中，不但能改善纸张的表面强度，而且能大幅度提高纸张的光泽度。

Description

面涂用丁苯胶乳及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸涂料用粘结剂技术领域，具体涉及一种面涂用丁苯胶乳及其制备方法。
背景技术
丁苯胶乳被广泛的用于纸张涂料的粘结，在应用过程中，对乳液的性能要求越来越高。随着乳液应用工艺技术的改进和发展，要求乳液具有良好的工艺适用性，其中，最重要还是丁苯胶乳的粘结性。
中国专利CN109081886A公开了一种丁苯胶乳的制备方法及应用，制备得到的丁苯胶乳应用于纸张涂料，耐水性有所提高，但是粘结强度、纸张的光泽度还有待提高。
发明内容
本发明旨在提供一种面涂用丁苯胶乳及其制备方法，以解决背景技术存在的上述缺陷。
本发明是通过如下的技术方案实现的：
一种面涂用丁苯胶乳，是由羧酸单体、(甲基)丙烯酸酯单体、丁二烯、(甲基)苯乙烯单体、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、水性环氧树脂、分子量调节剂、乳化剂和引发剂的混合物的水溶液经自由基乳液共聚而成。
具体的，所述面涂用丁苯胶乳的制备方法，包括如下步骤：
将羧酸单体、(甲基)丙烯酸酯单体、丁二烯、(甲基)苯乙烯单体、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、水性环氧树脂、分子量调节剂、乳化剂和引发剂的混合物的水溶液在60-90℃下进行自由基乳液共聚，反应时间3-10小时，将反应产物用碱性物质调节pH＝5-9，经过滤得到所述面涂用丁苯胶乳。
作为优选的技术方案，各组分的重量份数如下：
Figure BDA0002280559350000011
Figure BDA0002280559350000021
优选的，所述羧酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸或衣康酸中的至少一种；
优选的，所述(甲基)丙烯酸酯单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯或甲基丙烯酸C8～C16烷基酯中的至少一种，更优选的是丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯；
优选的，所述水性环氧树脂选自重量含量40-60％的水溶性环氧树脂。
优选的，所述乳化剂选自烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基聚氧乙烯醚、乙烯基聚氧乙烯醚中的至少一种；
优选的，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；
优选的，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；
优选的，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾中的至少一种。优选氢氧化钠，最好采用重量含量为10％～40％的氢氧化钠水溶液。碱性物质主要用于调节聚合反应产物的pH值，本领域技术人员应能根据反应产物的实际情况以及本发明组合物的应用性能调节碱性物质的具体用量。优选的，碱性物质的用量为1-5份。
水的用量没有特别限定，本领域技术人员应能根据各组分的分散混合情况、乳液聚合的充分性以及最终产品的固含量需要进行调节。优选的，水的用量为75-690份。
本发明发现通过在丁苯胶乳上依次接枝N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、水性环氧树脂所得到的乳液，应用于造纸涂料中，不但能改善纸张的表面强度，而且能大幅度提高纸张的光泽度。这可能是由于在丁苯胶乳接枝N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，乳胶粒表面有大量硅氧基等活性基团能与纤维表面形成强烈的氢键作用，增强纸张的表面强度，同时水性环氧树脂中的环氧基团能与纤维、碳酸钙表面作用，形成桥键作用。在涂料干燥过程中，涂料涂层形成网状结构，纸张的表面强度有所提高。出乎意料的，在本发明中加入水性环氧树脂后，纸张的光泽度也有明显的提高。这可能是水性环氧树脂的加入增加了涂料干燥后表层的平整度。本发明采用反应性乳化剂，可以接枝在聚合物链上，与使用普通的乳化剂相比，丁苯胶乳的性能会有所提高。
本发明的面涂用丁苯胶乳是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在造纸面涂涂料中使用，能明显提高涂料涂层的粘结性及纸张的光泽度。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行阐述，但并不限制本发明。各原料如无具体说明，均为常规市售产品。
实施例1
面涂用丁苯胶乳的制备：
2000ml加压反应釜先抽真空，真空度-0.095MPa，加入0.1克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵，0.1克过硫酸钾，50克蒸馏水，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1克丙烯酸，10克丁二烯，100克苯乙烯，0.2克正十二硫醇，0.5克N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合单体；以及0.4克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、0.4克过硫酸钾，20.47克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2小时，加入0.5克40wt％水性环氧树脂S128-1(扬州中江材料技术有限公司)，继续在60℃保温2小时。冷却至25℃，用5克20wt％氢氧化钠水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯胶乳，固含量59.87wt％，pH＝5.08(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例2
面涂用丁苯胶乳的制备：
2000ml加压反应釜先抽真空，真空度-0.095MPa，加入2克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵，1克过硫酸钠，500克蒸馏水，5克苯乙烯，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10克甲基丙烯酸，50克丙烯酸正丁酯，50克甲基丙烯酸甲酯，200克丁二烯，95克甲基苯乙烯，2克叔十二硫醇，5克N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合单体；以及3克烯丙基聚氧乙烯醚、4克过硫酸钠，155.5克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℃保温0.5小时。降温至70℃，加入30克60wt％水性环氧树脂(济南晴天化工科技有限公司)，继续反应0.5小时。冷却至25℃，用12.5克40wt％氢氧化钠水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯胶乳，固含量40.12wt％，pH＝8.92(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例3
面涂用丁苯胶乳的制备：
2000ml加压反应釜先抽真空，真空度-0.095MPa，加入0.5克乙烯基聚氧乙烯醚，0.5克过硫酸铵，150克蒸馏水，2克苯乙烯，0.1克正十二硫醇完全溶解成水溶液，开启搅拌，升温至80℃。同时在80℃条件下滴加5克甲基丙烯酸，100克丁二烯，98克苯乙烯，0.9克正十二硫醇，2.5克N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合单体；以及2克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、2克过硫酸铵，54.5克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1小时，加入15克50wt％水性环氧树脂S128-3(扬州中江材料技术有限公司)，继续在80℃反应1小时。。冷却至25℃，用10克30wt％氢氧化钠水溶液中和。经100目筛网过滤，得到丁苯胶乳，固含量50.08wt％，pH＝6.84(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例4
面涂用丁苯胶乳的制备：
2000ml加压反应釜先抽真空，真空度-0.095MPa，加入0.2克烯丙基聚氧乙烯醚，0.3克过硫酸铵，2克马来酸，2克富马酸，100克蒸馏水，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50克丙烯酸-2-乙基己酯，60克丁二烯，100克甲基苯乙烯，1.5克正丁硫醇，2克N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合单体；以及1.8克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、1.5克过硫酸钠，139.98克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。冷却至25℃，用40克10wt％氢氧化钠水溶液中和。加入20克45wt％水性环氧树脂S128-1(扬州中江材料技术有限公司)，搅拌均匀。经100目筛网过滤，得到丁苯胶乳，固含量45.18wt％，pH＝8.12(使用PHS-3C精密pH计测得)。
实施例5
面涂用丁苯胶乳的制备：
2000ml加压反应釜先抽真空，真空度-0.095MPa，加入1克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵，0.2克过硫酸钾，1克富马酸，10克苯乙烯，100克蒸馏水，完全溶解成水溶液，开启搅拌，升温至85℃。同时在85℃条件下滴加1克丙烯酸，75克丙烯酸乙酯，40克丁二烯，90克苯乙烯，0.2克正十二硫醇，0.4克叔十二硫醇，4克N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合单体；以及3克烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、0.8克过硫酸钾，1.5克双丙酮丙烯酰胺，80.26克蒸馏水的混合水溶液。滴加时间5小时。滴加结束后继续在85℃保温2小时。冷却至25℃，用10克20％氢氧化钾水溶液中和。加入10克55wt％水性环氧树脂(济南晴天化工科技有限公司)，搅拌均匀。经100目筛网过滤，得到丁苯胶乳，固含量54.87wt％，pH＝6.14(使用PHS-3C精密pH计测得)。
对比例1
用同等用量的氨丙基三甲氧基硅烷取代N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其他同实施例5。
对比例2
用同等用量的3-氨丙基三乙氧基硅烷取代N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其他同实施例5。
对比例3
用同等用量的V-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷取代N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其他同实施例5。
对比例4
未加入水性环氧树脂，其他同实施例5。
对比例5
按CN 201810954961.4的方法制备的丁苯胶乳。
应用实施例
用实施例1～5和对比例1～5，按下述配方(表1)制备涂料：
表1
组分名称 规格型号 质量份
水 去离子 32.4
重质碳酸钙 2.0um≥95％ 90
高岭土 巴西 10
聚丙烯酸钠 42％ 0.35
涂料小计 132.65
将上述组分加入高速分散机，搅拌均匀后高速分散20～30min，至细度合格，低速下加入下述组分(表2)，搅拌均匀后，出料，过滤。
表2
组分名称 规格型号 质量份
丁苯胶乳 40wt％ 22
CMC 0.25
将采用实施例1～5和对比例1～4乳液配制的涂料用10#涂布棒在130g/m2铜版原纸上进行涂布，涂布量10g/m2，备用。
将上述涂布纸采用IGT印刷适性仪(荷兰IGTAIC2-5 T200)进行检测，结果如表3所示：
表3
Figure BDA0002280559350000061
Figure BDA0002280559350000071
判定标准：表面强度越大表明涂料中丁苯胶乳的粘结性越强；光泽度越大表明涂料中使用丁苯胶乳后纸张的光泽度越好。
从上述应用结果可以看出，本发明面涂用丁苯胶乳，与对比例相比，具有优异的粘结性能，并能提高涂布纸张的光泽度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种面涂用丁苯胶乳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将羧酸单体、(甲基)丙烯酸酯单体、丁二烯、(甲基)苯乙烯单体、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、水性环氧树脂、分子量调节剂、乳化剂和引发剂的混合物的水溶液在60-90℃下进行自由基乳液共聚，反应时间3-10小时，将反应产物用碱性物质调节pH＝5-9，经过滤得到所述面涂用丁苯胶乳。
2.如权利要1所述的方法，其特征在于，各组分的重量份数如下：
Figure FDA0002280559340000011
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羧酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸或衣康酸中的至少一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸酯单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯或甲基丙烯酸C8～C16烷基酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸酯单体选自丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸-2-乙基己酯。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乳化剂选自烯丙基聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙基聚氧乙烯醚、乙烯基聚氧乙烯醚中的至少一种。
7.如权利要求1所述的方法，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。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾中的至少一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述方法制备的面涂用丁苯胶乳。
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