CN113062143A - 一种可回收纸杯用乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可回收纸杯用乳液及其制备方法和应用，以质量分数计，乳液包括以下原料：软水60～70％，甲基丙烯酸甲酯5～8％，甲基丙烯酸乙酯3～6％，甲基丙烯酸2～5％，苯乙烯3～8％，反应型乳化剂1～5％，引发剂0.3～2％，乙烯‑丙烯酸共聚物5～10％，分散剂0.5～3％和消泡剂0.2～1％；所述反应型乳化剂选自丙烯酰胺基异丙基磺酸钠和/或烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠。本发明提供的乳液具有优异的防水性能。聚合产物与乙烯‑丙烯酸共聚物混配，由于EAA乳液中羧基基团的存在及氢键的作用，提高涂层对纸张表面的附着力，同时在一定温度下涂层又具有很好的热封强度，制成纸杯时无需再涂搭口胶。

Description

一种可回收纸杯用乳液及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种可回收纸杯用乳液及其制备方法。
背景技术
一次性纸杯是人们日常生活中必不可少的用品，特别是餐饮行业中，一次性纸杯的使用量非常大。现在市场上使用的一次性纸杯基本上都是将热熔聚乙烯(PE)塑料粒子均匀地喷淋在纸张表面上，从而形成淋膜纸，相比起普通的纸张，淋膜纸具有防水、防油等特点，如专利CN107738491 A涉及的耐高温淋膜纸。但是当纸张经过淋膜后，制成的一次性纸杯使用后的废弃物，若想回收分离PE层后再制浆，难度非常大。若任由自然分解，需要很长的时间，给环境造成了很大污染，同时也浪费了纸资源。随着国家禁塑令的升级，淋膜纸张技术将逐渐被淘汰。
为了解决淋膜纸回收难问题，国内外已经开始研究通过功能涂层来解决纸张的防水问题，如中国专利CN103044602A涉及的一种纸涂布水性乳液及其制备方法和应用。其特点是在原纸上涂聚偏二氯乙烯(PVDC)涂层，虽然能提高纸张的阻水性能，但是PVDC由于环保问题，带有PVDC涂层的纸张不能回收再利用。目前欧美等国家已经逐步禁止使用PVDC涂层。若通过其它技术提高纸张的防水性能，将进一步拓宽可降解纸杯的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可回收纸杯用乳液及其制备方法，该乳液具有良好的疏水效果。
本发明提供了一种可回收纸杯用乳液，以质量分数计，包括以下组分：
软水60～70％，甲基丙烯酸甲酯5～8％，甲基丙烯酸乙酯3～6％，甲基丙烯酸2～5％，苯乙烯3～8％，反应型乳化剂1～5％，引发剂0.3～2％，乙烯-丙烯酸共聚物5～10％，分散剂0.5～3％和消泡剂0.2～1％；
所述反应型乳化剂选自丙烯酰胺基异丙基磺酸钠和/或烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠。
在本发明中，所述乙烯-丙烯酸共聚物选自熔点为80～90℃的乙烯-丙烯酸共聚物。
在本发明中，所述引发剂选自过硫酸铵和/或过硫酸钾；
所述分散剂选自氢氧化钾和/或氢氧化钠；本发明采用金属碱作为EAA母料的分散剂，在强碱体系下可加速EAA母料的溶解，制得的EAA乳液性能更稳定。
所述消泡剂选自有机硅消泡剂。
在本发明中，所述可回收纸杯用乳液包括以下原料：
软水60％，甲基丙烯酸甲酯5％，甲基丙烯酸乙酯5％，甲基丙烯酸5％，苯乙烯8％，反应型乳化剂5％，引发剂0.5％，乙烯-丙烯酸共聚物10％，分散剂0.5％和消泡剂1％；
或软水65％，甲基丙烯酸甲酯6％，甲基丙烯酸乙酯3％，甲基丙烯酸4％，苯乙烯3％，反应型乳化剂4.5％，引发剂2％，乙烯-丙烯酸共聚物9％，分散剂3％和消泡剂0.5％；
或软水70％，甲基丙烯酸甲酯8％，甲基丙烯酸乙酯6％，甲基丙烯酸2％，苯乙烯5％，反应型乳化剂1％，引发剂0.3％，乙烯-丙烯酸共聚物5％，分散剂2％和消泡剂0.7％。
采用本发明的乳液涂在纸张上形成的涂层具有良好的防水效果，制成的纸杯符合GB/T 27590-2011标准，使用后的纸杯可以回收重新制浆造纸，涂层可作为纸浆的填充料，达到纸资源可回收利用。
本发明提供了一种上述技术方案所述可回收纸杯用乳液的制备方法，包括以下步骤：
将部分软水、乙烯-丙烯酸共聚物和分散剂混合，得到EAA溶液；将苯乙烯和反应型乳化剂混合，得到预乳化液；将部分软水和引发剂混合，得到引发剂溶液；
将剩余部分软水、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸混合，加热至80～85℃，再滴加预乳化液和引发剂溶液，反应，降温至30～40℃后再加入EAA乳液和消泡剂，搅拌均匀，得到可回收纸杯用乳液。
在本发明中，EAA溶液中软水占总软水质量的23～26％；预乳化液中软水占总软水质量的13～16％。
在本发明中，所述部分软水、乙烯-丙烯酸共聚物和分散剂混合，得到EAA溶液优选为：所述部分软水、乙烯-丙烯酸共聚物和分散剂在200～300rpm搅拌条件下混合，升温到95-100℃保持2小时，使EAA母料完全溶解，然后降温到30℃，得到EAA乳液。
在本发明中，所述苯乙烯和反应型乳化剂混合具体为：将苯乙烯和反应型乳化剂在室温条件下搅拌0.5～1小时，搅拌速度为150～200rpm。
在本发明中，所述剩余部分软水、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸混合后密封，开启加热和搅拌装置，搅拌速率为100～150rpm。再加热至80～85℃后连续性滴加预乳化液和引发剂溶液，滴加的时间为3～5h；滴加过程中保持反应温度为80～85℃，待加料完成后，继续80～85℃下保温0.5～1小时；反应后物料降温至30～40℃后再加入EAA乳液和消泡剂，50～100rpm下搅拌0.5～1h，得到可回收纸杯用乳液。
本发明提供了一种可回收纸杯，所述可回收纸杯上设有防水涂层；
所述防水涂层由上述技术方案所述可回收纸杯用乳液或上述技术方案所述制备方法制备的可回收纸杯用乳液涂布制得。
本发明提供了一种可回收纸杯用乳液，以质量分数计，包括以下原料：软水60～70％，甲基丙烯酸甲酯5～8％，甲基丙烯酸乙酯3～6％，甲基丙烯酸2～5％，苯乙烯3～8％，反应型乳化剂1～5％，引发剂0.3～2％，乙烯-丙烯酸共聚物5～10％，分散剂0.5～3％和消泡剂0.2～1％；所述反应型乳化剂选自丙烯酰胺基异丙基磺酸钠和/或烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠。本发明提供的乳液采用的原料中功能单体中的苯乙烯链段和丙烯酸单体发生聚合反应，形成致密性的苯丙基团，使得涂层具有良好的耐水性和耐候性，且聚合过程中反应型乳化剂不仅本身起到乳化作用，还参与乳液的聚合反应，以共价键的形式结合在苯环支链上，使乳液烘干后的涂层形成超强的疏水效果，即表面张力较低，水在微动力作用下在涂层表面滚落，使得乳液具有优异的防水性能。聚合产物与乙烯-丙烯酸共聚物混配，由于EAA乳液中羧基基团的存在及氢键的作用，提高涂层对纸张表面的附着力，同时在一定温度下涂层又具有很好的热封强度，制成纸杯时无需再涂搭口胶。实验结果表明：乳液的固含量为30～40％，表面张力为35～45mN/m，粘度为50～80mPa.s，pH值为8～9；制成的涂布纸杯涂层附着力达到1级，热封强度达到3～4N/15mm。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种可回收纸杯用乳液及其制备方法，进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)在1#反应釜中加入15kg软水，10kg熔点为80℃的EAA母料，0.5kg氢氧化钾，关闭反应釜的各个进出口阀门并开启搅拌，转速为200转/分，升温到100℃保持2小时，使EAA母料完全溶解，然后降温到30℃，得到EAA乳液。
(2)将8kg的苯乙烯单体、5kg的丙烯酰胺基异丙基磺酸钠加入到A料罐中，在室温条件下搅拌0.7小时，搅拌速度为180转/min，得到预乳化液待用。
(3)将9kg软水和0.5kg过硫酸钾加入到B料罐中，室温下搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。
(4)在2#反应釜中加入36kg软水，5kg甲基丙烯酸甲酯、5kg甲基丙烯酸乙酯、5kg甲基丙烯酸，密封后开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定为100转/min，加热到83℃后，通过计量泵同时连续性加入配制好的预乳化液和引发剂溶液。滴加时间控制为4小时。加料过程保持反应温度为83℃。待加料完成后，继续保温83℃0.8小时，使物料完全反应。
(5)当2#反应釜内物料温度降到30℃后，往2#反应釜内加入1#反应釜的EAA乳液和1kg有机硅消泡剂，搅拌速度为100转/min，搅拌时间为0.5小时，搅拌均匀后，制得本发明的可回收纸杯专用乳液。
(6)将本发明制得的乳液进行检测，结果见下表1：
表1实施例1制备的乳液的指标参数检测结果
性能 检测标准 单位 检测结果
固含量 GB/T 2793-1995 ％ 40
表面张力 GBT 22237-2008 mN/m 49
粘度 GBT 2794-2013 mPa.s 80
pH GBT 14518-1993 / 6
涂层附着力 GB/T9286-1998 级 1
热封强度 GB/T2358-98 N/15mm 4.0
实施例2
(1)在1#反应釜中加入16kg软水，9kg熔点为85℃的EAA母料，3kg氢氧化钾，关闭反应釜的各个进出口阀门并开启搅拌，转速为300转/分，升温到95℃保持2小时，使EAA母料完全溶解，然后降温到30℃，得到EAA乳液。
(2)将3kg的苯乙烯单体、4.5kg的烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠加入到A料罐中，在室温条件下搅拌1小时，搅拌速度为150转/min,得到预乳化液待用。
(3)将10kg软水和2kg过硫酸铵加入到B料罐中，室温下搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。
(4)在2#反应釜中加入39kg软水，6kg甲基丙烯酸甲酯、3kg甲基丙烯酸乙酯、4kg甲基丙烯酸，密封后开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定为150转/min，加热到85℃后，通过计量泵同时连续性加入配制好的预乳化液和引发剂溶液。滴加时间控制为3小时。加料过程保持反应温度为85℃。待加料完成后，继续保温85℃1小时，使物料完全反应。
(5)当2#反应釜内物料温度降到35℃后，往2#反应釜内加入1#反应釜的EAA乳液和0.5kg有机硅消泡剂，搅拌速度为80转/min，搅拌时间为0.7小时，搅拌均匀后，制得本发明的可回收纸杯专用乳液。
(6)将本发明制得的乳液进行检测，结果见下表2：
表2 实施例2制备的乳液的指标参数检测结果
性能 检测标准 单位 检测结果
固含量 GB/T 2793-1995 ％ 35
表面张力 GBT 22237-2008 mN/m 45
粘度 GBT 2794-2013 mPa.s 68
pH GBT 14518-1993 / 7
涂层附着力 GB/T9286-1998 级 1
热封强度 GB/T2358-98 N/15mm 3.0
实施例3
(1)在1#反应釜中加入17.5kg软水，5kg熔点为90℃的EAA母料，2kg氢氧化钠，关闭反应釜的各个进出口阀门并开启搅拌，转速为250转/分，升温到98℃保持2小时，使EAA母料完全溶解，然后降温到30℃，即得到EAA乳液。
(2)将5kg的苯乙烯单体、1kg的丙烯酰胺基异丙基磺酸钠加入到A料罐中，在室温条件下搅拌0.5小时，搅拌速度为200转/min,得到预乳化液待用。
(3)将10.5kg软水和0.3kg过硫酸铵加入到B料罐中，室温下搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。
(4)在2#反应釜中加入42kg软水，8kg甲基丙烯酸甲酯、6kg甲基丙烯酸乙酯、2kg甲基丙烯酸，密封后开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定为130转/min，加热到80℃后，通过计量泵同时连续性加入配制好的预乳化液和引发剂溶液。滴加时间控制为5小时。加料过程保持反应温度为80℃。待加料完成后，继续保温80℃0.5小时，使物料完全反应。
(5)当2#反应釜内物料温度降到40℃后，往2#反应釜内加入1#反应釜的EAA乳液和0.7kg有机硅消泡剂，搅拌速度为50转/min，搅拌时间为1小时，搅拌均匀后即制得本发明的可回收纸杯专用乳液。
(6)将本发明制得的乳液进行检测，结果见下表3：
表3 实施例3制备的乳液的指标参数检测结果
性能 检测标准 单位 检测结果
固含量 GB/T 2793-1995 ％ 30
表面张力 GBT 22237-2008 mN/m 35
粘度 GBT 2794-2013 mPa.s 50
pH GBT 14518-1993 / 8
涂层附着力 GB/T9286-1998 级 1
热封强度 GB/T2358-98 N/15mm 3.5
由以上实施例可知，可回收纸杯用乳液，以质量分数计，包括以下原料：软水60～70％，甲基丙烯酸甲酯5～8％，甲基丙烯酸乙酯3～6％，甲基丙烯酸2～5％，苯乙烯3～8％，反应型乳化剂1～5％，引发剂0.3～2％，乙烯-丙烯酸共聚物5～10％，分散剂0.5～3％和消泡剂0.2～1％；所述反应型乳化剂选自丙烯酰胺基异丙基磺酸钠和/或烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠。本发明提供的乳液采用的原料中功能单体中的苯乙烯链段和丙烯酸单体发生聚合反应，形成致密性的苯丙基团，使得涂层具有良好的耐水性和耐候性，且聚合过程中反应型乳化剂不仅本身起到乳化作用，还参与乳液的聚合反应，以共价键的形式结合在苯环支链上，使乳液烘干后的涂层形成超强的疏水效果，水在微动力作用下在涂层表面滚落，使得乳液具有优异的防水性能。聚合产物与乙烯-丙烯酸共聚物混配，由于EAA乳液中羧基基团的存在及氢键的作用，提高涂层对纸张表面的附着力，同时在一定温度下涂层又具有很好的热封强度，制成纸杯时无需再涂搭口胶。实验结果表明：乳液的固含量为30～40％，表面张力为35～45mN/m，粘度为50～80mPa.s，pH值为8～9；制成的涂布纸杯涂层附着力达到1级，热封强度达到3～4N/15mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可回收纸杯用乳液，以质量分数计，包括以下原料：
软水60～70％，甲基丙烯酸甲酯5～8％，甲基丙烯酸乙酯3～6％，甲基丙烯酸2～5％，苯乙烯3～8％，反应型乳化剂1～5％，引发剂0.3～2％，乙烯-丙烯酸共聚物5～10％，分散剂0.5～3％和消泡剂0.2～1％；
所述反应型乳化剂选自丙烯酰胺基异丙基磺酸钠和/或烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠。
2.根据权利要1所述的可回收纸杯用乳液，其特征在于，所述乙烯-丙烯酸共聚物选自熔点为80～90℃的乙烯-丙烯酸共聚物。
3.根据权利要1所述的可回收纸杯用乳液，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸铵和/或过硫酸钾；
所述分散剂选自氢氧化钾和/或氢氧化钠；
所述消泡剂选自有机硅消泡剂。
4.根据权利要1所述的可回收纸杯用乳液，其特征在于，所述可回收纸杯用乳液包括以下原料：
软水60％，甲基丙烯酸甲酯5％，甲基丙烯酸乙酯5％，甲基丙烯酸5％，苯乙烯8％，反应型乳化剂5％，引发剂0.5％，乙烯-丙烯酸共聚物10％，分散剂0.5％和消泡剂1％；
或软水65％，甲基丙烯酸甲酯6％，甲基丙烯酸乙酯3％，甲基丙烯酸4％，苯乙烯3％，反应型乳化剂4.5％，引发剂2％，乙烯-丙烯酸共聚物9％，分散剂3％和消泡剂0.5％；
或软水70％，甲基丙烯酸甲酯8％，甲基丙烯酸乙酯6％，甲基丙烯酸2％，苯乙烯5％，反应型乳化剂1％，引发剂0.3％，乙烯-丙烯酸共聚物5％，分散剂2％和消泡剂0.7％。
5.一种权利要求1～4任一项所述可回收纸杯用乳液的制备方法，包括以下步骤：
将部分软水、乙烯-丙烯酸共聚物和分散剂混合，得到EAA溶液；将苯乙烯和反应型乳化剂混合，得到预乳化液；将部分软水和引发剂混合，得到引发剂溶液；
将剩余部分软水、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸混合，加热至80～85℃，再滴加预乳化液和引发剂溶液，反应，降温至30～40℃后加入EAA乳液和消泡剂，搅拌均匀，得到可回收纸杯用乳液。
6.一种可回收纸杯，其特征在于，所述可回收纸杯上设有防水涂层；
所述防水涂层由权利要求1～4任一项所述可回收纸杯用乳液或权利要求5所述制备方法制备的可回收纸杯用乳液涂布制得。
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