CN112794939A - 一种水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚合物材料制备技术领域，具体公开了一种纸品印刷领域水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法。本发明采用中等分子量碱溶性树脂作为分散树脂，不添加小分子乳化剂，采用种子乳液聚合法合成苯丙乳液。本发明因体系内不含APEO，聚合反应稳定性更好，储存稳定性更佳。本发明制得的防水苯丙乳液应用在水性上光油中，稳定性佳，印刷适应性好，且具有很好的水珠效果；在工业生产中对设备要求低，生产效率高。

Description

一种水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法
技术领域
本发明属于聚合物材料制备技术领域，具体涉及一种纸品印刷领域水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法。
背景技术
随着国家相关环保政策的制定以及人们对环境问题的日益关注，水性涂料逐渐成为焦点并已得到广泛应用。在纸品印刷领域，水性墨和水性上光油也得到了长足的发展，水性上光油以其优异的环保特性成为光油领域的研究热点，水性上光油的主要成膜材料大多为价格低廉的苯丙乳液，但是因乳液聚合中通常会大量使用小分子的乳化剂，所以会导致水性上光油的防水性能不佳；而减少乳化剂的使用则会导致聚合反应稳定性差以及印刷时复溶性差等问题。专利申请 CN105348436A中通过加入硅烷偶联剂KBM-530对苯丙乳液进行改性，在苯丙聚合物侧链上引入硅氧烷，后期再通过硅氧烷的水解再交联从而达到提高防水目的。但是仍然采用大量的小分子乳化剂来稳定体系，而且这种乳液流变性能较差，不利于应用在印刷领域。目前在有防水要求的纸品印刷中仍大量采用溶剂型上光油，所以合成具有较好耐水性能的苯丙乳液同时兼顾印刷适应性是很有意义的。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纸品印刷领域水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法，本发明制得的成膜材料苯丙乳液在提供防水性能的同时兼顾印刷适应性，并且生产工艺简单又不提高材料成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术思路为：
用碱溶性中等分子量苯丙树脂做分散树脂，不加小分子乳化剂，采用种子乳液聚合法合成苯丙乳液。
具体的技术方案如下：
一种水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
S1、将5-40质量份碱溶性树脂、5-15质量份氨水以及45-85质量份去离子水加入反应釜中，搅拌升温至70-85℃，待碱溶性树脂完全溶解后降至室温，用氨水调节pH值至8.0-9.0，制得树脂液，备用；
进一步，所述S1中碱溶性树脂为高酸值中等分子量的苯乙烯-丙烯酸树脂，优选酸值为200-300，软化点为150-300℃的碱溶性树脂，例如是巴斯夫Joncryl 678 固体树脂、天龙TL-666固体树脂、华明泰868H固体树脂、韩华S-120固体树脂等；
进一步，所述S1中氨水浓度是25wt％-28wt％；
S2、种子预反应：在反应釜中依次加入20-50质量份步骤S1所得树脂液、2-10 质量份可聚合单体1以及20-40质量份去离子水搅拌，升温至70-85℃，加入0.01-1 质量份引发剂溶液，保温反应0.5-1h；
进一步，所述可聚合单体1为苯乙烯和丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十八酯中的至少一种，其比例按照FOX公式进行计算Tg，Tg＝-40 －0℃；
FOX公式如下：
Figure RE-GDA0002980104880000021
式中，Wi：组分i的质量分数；
Tgi：组分i的玻璃化温度；
W1+W2+···+Wn＝1；
进一步，所述S2中引发剂溶液为过硫酸铵溶液或过硫酸钾溶液，浓度为 0.1g/mL；
S3、S2保温反应结束后开始滴加由20-50质量份可聚合单体2、0.01-10质量份功能单体和0.01-1质量份分子量调节剂组成的混合物，并同时滴加0.01-1质量份引发剂溶液，2-4h滴完，完成滴加后保温反应0.5-1.5h；
进一步，所述可聚合单体2为苯乙烯和丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十八酯中的至少一种，其比例按照FOX公式进行计算Tg，Tg＝-40 －0℃；
FOX公式如下：
Figure RE-GDA0002980104880000031
式中，Wi：组分i的质量分数；
Tgi：组分i的玻璃化温度；
W1+W2+···+Wn＝1；
进一步，所述S3中功能单体为二乙烯基苯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯、 N-羟甲基丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和乙烯基三异丙氧基硅烷中的至少一种；
进一步，所述S3中分子量调节剂为十二烷基硫醇，优选正十二烷基硫醇；
进一步，所述S3中引发剂溶液为过硫酸铵溶液或过硫酸钾溶液，浓度为 0.1g/mL；
S4、保温结束后降温至60-65℃，依次滴加氧化引发剂、还原引发剂用来消耗掉未反应的单体，然后抽真空30～45min除掉体系的VOC，处理结束后继续降温至40℃以下，200目丝网过滤出料即得所述水性上光油用防水苯丙乳液；
进一步，所述S4中氧化引发剂为叔丁基过氧化氢(TBHP)，还原引发剂为吊白粉(SFS)。
将上述制备方法所得防水苯丙乳液应用于水性上光油，所述水性上光油由以下组分组成(按100质量份计)：
Figure RE-GDA0002980104880000032
进一步，所述石蜡为翁开尔石蜡乳液E-340，消泡剂为TEGOAirex 902w，润湿剂为OT-75。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
(1)本发明采用碱溶性树脂作为表面活性剂，不需添加小分子乳化剂，体系内不含APEO，且聚合反应稳定性更好，储存稳定性佳；防水聚合物Tg一般低于0℃，丙烯酸酯类聚合物干燥后膜层易发黏，但是使用碱溶性树脂作为分散树脂不仅可以使膜层滑爽、聚合稳定性更好且乳液流变性更优。(2)本发明制得的防水苯丙乳液应用在水性上光油中，稳定性佳，印刷适应性好，且具有很好的水珠效果；在工业生产中对设备要求低，生产效率高。
附图说明
图1是实施例一～三合成的水性上光油用防水苯丙乳液复配成光油上光后滴水于纸面10min时的状态图，其中空白是未上光的轻涂纸滴水后的状态图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例一：一种水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
1.将100g碱溶性树脂Joncryl 678、30g 28wt％氨水以及270g去离子水分别加入反应釜中，搅拌升温至80℃，待Joncryl 678完全溶解后降至室温，用28wt％氨水调节pH值至8.0，制得Joncryl 678树脂液，备用；
2.种子预反应：取120g上述Joncryl 678树脂液、5g苯乙烯、10g丙烯酸丁酯以及110g去离子水加入反应釜，搅拌均匀，并升温至80℃，加入过硫酸铵水溶液(将 0.3g过硫酸铵加入至3mL去离子水中制得)，保温反应0.5h；
3.上述保温反应结束后开始滴加44g苯乙烯、89g丙烯酸丁酯、3g二乙烯基苯以及0.5g正十二烷基硫醇组成的混合物，并同时滴加过硫酸铵水溶液(将0.8g过硫酸铵加入8mL去离子水中制得)，3h滴完，完成滴加后保温反应1.0h；
4.后处理：上述保温反应结束后降温至60℃，分别同时滴加TBHP水溶液 (TBHP水溶液的制备：0.22g t-BuHO2和0.1g Dowfax2A1溶解于2.2mL去离子水中制得)和SFS水溶液(SFS水溶液的制备：0.15g SFS溶解于4mL去离子水中制得)，滴完后抽真空30min并降温至40℃，200目丝网过滤出料即得。
实施例二：一种水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
1.将100g碱溶性树脂华明泰868H、30g 28wt％氨水以及270g去离子水分别加入反应釜中，搅拌升温至80℃，待华明泰868H完全溶解后降至室温，用28wt％氨水调节pH值至8.5，制得868H树脂液，备用；
2.种子预反应：取128g上述868H树脂液、3g苯乙烯、7g丙烯酸异辛酯、4g 丙烯酸十八酯以及97g去离子水加入反应釜，搅拌均匀，并升温至80℃，加入过硫酸铵水溶液(将0.3g过硫酸铵加入至3mL去离子水中制得)，保温反应0.5h；
3.上述保温反应结束后开始滴加34g苯乙烯、72g丙烯酸异辛酯、36g丙烯酸十八酯、3g乙烯基三异丙氧基硅烷以及0.5g正十二烷基硫醇组成的混合物，并同时滴加过硫酸铵水溶液(将0.8g过硫酸铵加入8mL去离子水中制得)，3h滴完，完成滴加后保温反应1.0h；
4.后处理：上述保温反应结束后降温至60℃，分别同时滴加TBHP水溶液 (TBHP水溶液的制备：0.22g t-BuHO2和0.1g Dowfax2A1溶解于2.2mL去离子水中制得)和SFS水溶液(SFS水溶液的制备：0.15gSFS溶解于4mL去离子水中制得)，滴完后抽真空30min并降温至40℃，200目丝网过滤出料即得。
实施例三：一种水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
1.将100g碱溶性树脂韩华S-120、30g 28wt％氨水以及270g去离子水分别加入反应釜中，搅拌升温至80℃，待韩华S-120完全溶解后降至室温，用28wt％氨水调节pH值至9.0，制得S-120树脂液，备用；
2.种子预反应：取144g上述S-120树脂液、4g苯乙烯、7g丙烯酸异辛酯、4g 丙烯酸十八酯以及86g去离子水加入反应釜，搅拌均匀，并升温至80℃，加入过硫酸铵水溶液(将0.3g过硫酸铵加入至3mL去离子水中制得)，保温反应0.5h；
3.上述保温反应结束后开始滴加36g苯乙烯、63g丙烯酸异辛酯、34g丙烯酸十八酯、3gN-羟甲基丙烯酰胺以及0.5g正十二烷基硫醇组成的混合物，并同时滴加过硫酸铵水溶液(将0.8g过硫酸铵加入8mL去离子水中制得)，3h滴完，完成滴加后保温反应1.0h；
4.后处理：上述保温反应结束后降温至60℃，分别同时滴加TBHP水溶液 (TBHP水溶液的制备：0.22g t-BuHO2和0.1g Dowfax2A1溶解于2.2mL去离子水中制得)和SFS水溶液(SFS水溶液的制备：0.15gSFS溶解于4mL去离子水中制得)，滴完后抽真空30min并降温至40℃，200目丝网过滤出料即得。
实施例一或二或三合成的防水苯丙乳液按照下面的配方复配成水性上光油：
Figure RE-GDA0002980104880000061
其中，所用石蜡为翁开尔石蜡乳液E-340，消泡剂为TEGOAirex 902w，润湿剂为OT-75。
制备过程：向反应釜中抽入上述防水苯丙乳液后开启搅拌，再依次加入石蜡、消泡剂、润湿剂以及去离子水，搅拌混合30min即可。
将上述所得光油在白色轻涂纸上用展色轮进行上光(涂布量为3g/m2)，置于 60℃烘箱中干燥1min取出。用滴管滴水于纸面，10min后观察水在纸面的状态，图1为实施例一～三合成的水性上光油用防水苯丙乳液复配成光油上光后滴水于纸面10min时的状态图，图1空白是未上光的轻涂纸滴水后的状态，且滴水后10s 就出现渗透。
由图1可知，实施例一～三合成的水性上光油用防水苯丙乳液复配成光油上光后滴水于纸面，都呈现出很好的水珠滚动效果，且能维持10min不出现渗透。

Claims (9)

1.一种水性上光油用防水苯丙乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将5-40质量份碱溶性树脂、5-15质量份氨水以及45-85质量份去离子水加入反应釜中，搅拌升温至70-85℃，待碱溶性树脂完全溶解后降至室温，用氨水调节pH值至8.0-9.0，制得树脂液，备用；
S2、种子预反应：在反应釜中依次加入20-50质量份步骤S1所得树脂液、2-10质量份可聚合单体1以及20-40质量份去离子水搅拌，升温至70-85℃，加入0.01-1质量份引发剂溶液，保温反应0.5-1h；
S3、S2保温反应结束后开始滴加由20-50质量份可聚合单体2、0.01-10质量份功能单体和0.01-1质量份分子量调节剂组成的混合物，并同时滴加0.01-1质量份引发剂溶液，2-4h滴完，完成滴加后保温反应0.5-1.5h；
S4、S3保温结束后降温至60-65℃，依次滴加氧化引发剂、还原引发剂消耗掉未反应的单体，然后抽真空30～45min，处理结束后继续降温至40℃以下，200目丝网过滤出料即得所述水性上光油用防水苯丙乳液；
所述S1中碱溶性树脂为酸值为200-300mg KOH/g，软化点为150-300℃的苯乙烯-丙烯酸树脂；
所述可聚合单体1、可聚合单体2各自独立选自苯乙烯和丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十八酯中的至少一种，其比例按照FOX公式进行计算Tg，Tg＝-40－0℃；
所述S3中功能单体为二乙烯基苯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯、N-羟甲基丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和乙烯基三异丙氧基硅烷中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S4中氧化引发剂为叔丁基过氧化氢，还原引发剂为吊白粉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中碱溶性树脂为巴斯夫Joncryl 678固体树脂、天龙TL-666固体树脂、华明泰868H固体树脂或韩华S-120固体树脂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中氨水浓度是25wt％-28wt％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2、S3中引发剂溶液为过硫酸铵溶液或过硫酸钾溶液，浓度为0.1g/mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S3中分子量调节剂为十二烷基硫醇。
7.权利要求1～6任一所述制备方法所得防水苯丙乳液应用于水性上光油。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述水性上光油由以下质量份组分组成：防水苯丙乳液80份、石蜡5份、消泡剂0.5份、润湿剂1份和去离子水13.5份。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述石蜡为翁开尔E-340，所述消泡剂为TEGO Airex 902w，所述润湿剂为OT-75。
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