CN117468268B - 一种阻水纸袋及其制备方法与应用 - Google Patents

一种阻水纸袋及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阻水纸袋及其制备方法与应用，属于涂料技术领域。本发明公开了阻水纸袋的制备方法，以甲基丙烯酸甲酯为原料加入有机硅进行改性，制得改性水性丙烯酸树脂。采用淋膜机将改性水性丙烯酸树脂涂布在纸张表面，晾干后喷一层柔软剂，便可将纸张制成内侧含有涂层的阻水纸袋。改性水性丙烯酸树脂制备时，使用有机硅氧烷进行改性增强了甲基丙烯酸树脂的疏水性，分散剂的加入阻止了物质团聚的发生从而提高改性水性丙烯酸树脂的反应速率。使用柔软剂进行最后的喷涂可降低改性水性丙烯酸树脂成膜后的硬度，从而提高涂层与纸张的附着力。本发明通过该制备方法可制备出耐用、环保的阻水纸袋。

Description

一种阻水纸袋及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，涉及一种阻水纸袋及其制备方法与应用。
背景技术
水性丙烯酸树脂具有光泽较好、成本较低、色泽较浅等优点。但合成水性丙烯酸树脂的单体中含有丙烯酸等水溶性单体，这些单体含有羟基、羧基亲水等基团，使得水性丙烯酸树脂所制成的涂膜与溶剂型产品相比在耐水性、耐溶剂性、耐污染性等方面均不如后者。对此通过改性水性丙烯酸树脂弥补其不足之处，目前改性水性丙烯酸树脂主要有有机硅改性、有机氟改性、聚氨酯改性、环氧树脂改性、纳米改性以及其它改性等。
有机硅改性后的丙烯酸树脂具有有优良的耐高低温性、耐候性、玻璃化温度较低和疏水性好的优点。在丙烯酸树脂改性过程中有机硅氧烷用量的添加，乳液成膜时硅氧烷通过水解缩合提高分子链的交联度，形成致密性和疏水性的膜。但是随着有机硅氧烷的增加，乳液在成膜过程中由于交联度过高，使得乳液在成膜过程中易开裂，从而涂膜的附着力降低，并且制备过程中容易发生团聚现象。
发明内容
本发明涉及一种阻水纸袋及其制备方法与应用，属于涂料技术领域。本发明公开了阻水纸袋的制备方法，以甲基丙烯酸甲酯为原料加入有机硅进行改性，制得改性水性丙烯酸树脂。采用淋膜机将改性水性丙烯酸树脂涂布在纸张表面，晾干后喷一层柔软剂，便可将纸张制成内侧含有涂层的阻水纸袋。改性水性丙烯酸树脂制备时，使用有机硅氧烷进行改性增强了甲基丙烯酸树脂的疏水性，分散剂的加入阻止了物质团聚的发生从而提高改性水性丙烯酸树脂的反应速率。使用柔软剂进行最后的喷涂可降低改性水性丙烯酸树脂成膜后的硬度，从而提高涂层与纸张的附着力。本发明通过该制备方法可制备出耐用、环保的阻水纸袋。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种阻水纸袋的制备方法，所述阻水纸袋的制备方法包括以下步骤：
(1)采用淋膜机将改性水性丙烯酸树脂涂布于纸张一侧的表面，放置晾干；
(2)然后在涂布了改性水性丙烯酸树脂的表面再喷涂一层柔软剂，烘干后将纸张制成内侧含有涂层的阻水纸袋。
进一步地，所述步骤(1)中改性水性丙烯酸树脂由以下重量份原料制成：复合乳化剂1.5~2份、甲基丙烯酸甲酯50~80份、纯水20~50份、引发剂0.15~3份、pH缓冲剂3~5份、有机硅氧烷6~9份、分散剂2~3份。
改性水性丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：
A1：将复合乳化剂加热，边搅拌边加入甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合得到预乳液并保温；
A2：纯水、1/2重量的引发剂、pH缓冲剂和分散剂进行升温，混合搅拌，加入步骤A1中一半质量的预乳液，搅拌反应得到混合乳液；
A3：在混合乳液中加入剩下一半的预乳液、1/3重量的引发剂和有机硅氧烷搅拌并保温，再加入1/6重量的引发剂搅拌，冷却加氨水调节pH值，得到改性水性丙烯酸树脂。
进一步地，所述步骤A1中复合乳化剂由质量比为2:1的十二烷基磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯基醚组成，所述加热是指加热至70~80℃，所述搅拌混合的时间为0.5h。
进一步地，所述步骤A2中的引发剂为过硫酸铵，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述分散剂为磺化纤维素。
进一步地，所述步骤A2中升温是指升温至60~70℃，所述搅拌的时间为0.5h。
进一步地，所述步骤A3中有机硅氧烷由质量比为6:11的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷组成，所述加入有机硅氧烷搅拌的时间为0.5h，所述加入1/6重量的引发剂搅拌的时间为0.5h，所述冷却是指冷却至25~30℃，所述pH值为7-8。
柔软剂的制备方法包括以下步骤：
将三乙醇胺和硬脂酸按质量比为1:1.2混合并通入氮气，加热到80℃至物质融化，加入占总质量2%的甲苯磺酸催化剂，反应3h得到柔软剂。
进一步地，所述步骤(1)中放置的时间为20~30min，所述纸张为牛皮纸、白卡纸和黑卡纸的其中一种，所述步骤(2)中烘干的温度为30~45℃。
采用所述的制备方法得到的阻水纸袋。
一种阻水纸袋的应用，所述阻水纸袋用于物料储存和包装件领域。
本发明的有益效果：
（1）使用有机硅氧烷γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷两者复配协同进行改性甲基丙烯酸树脂，增强了改性水性丙烯酸树脂的疏水性，同时分散剂的加入阻止了物质团聚的发生从而提高甲基丙烯酸树脂的单体转化率；
（2）使用柔软剂进行最后的喷涂可降低改性水性丙烯酸树脂成膜后的硬度，从而提高涂层与纸张的附着力；
（3）改性水性丙烯酸树脂具有功能化、多样化特点，并且绿色环保能减少环境污染。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
一种阻水纸袋的制备方法，所述阻水纸袋的制备方法包括以下步骤：
(1)采用淋膜机将改性水性丙烯酸树脂涂布于纸张一侧的表面，放置晾干；
(2)然后在涂布了改性水性丙烯酸树脂的表面再喷涂一层柔软剂，烘干后将纸张制成内侧含有涂层的阻水纸袋。
所述步骤(1)中改性水性丙烯酸树脂由以下重量份原料制成：复合乳化剂1.5份、甲基丙烯酸甲酯50份、纯水20份、引发剂0.18份、pH缓冲剂3份、有机硅氧烷6份、分散剂2份。
改性水性丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：
A1：将1.5重量份复合乳化剂加热，边搅拌边加入50重量份甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合得到预乳液并保温；
A2：20重量份纯水、0.09重量份引发剂、3重量份pH缓冲剂和2重量份分散剂进行升温，混合搅拌，加入步骤A1中一半质量的预乳液，搅拌反应得到混合乳液；
A3：在混合乳液中加入剩下一半的预乳液、0.06重量份的引发剂和6重量份有机硅氧烷搅拌并保温，再加入0.03重量份的引发剂搅拌，冷却加氨水调节pH值，得到改性水性丙烯酸树脂。
所述步骤A1中复合乳化剂由质量比为2:1的十二烷基磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯基醚组成，所述加热是指加热至70℃，所述搅拌混合的时间为0.5h。
所述步骤A2中的引发剂为过硫酸铵，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述分散剂为磺化纤维素。
所述步骤A2中升温是指升温至60℃，所述搅拌的时间为0.5h。
所述步骤A3中有机硅氧烷由质量比为6:11的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷组成，所述加入有机硅氧烷搅拌的时间为0.5h，所述加入0.03重量份引发剂搅拌的时间为0.5h，所述冷却是指冷却至25℃，所述pH值为7。
柔软剂的制备方法包括以下步骤：
将三乙醇胺和硬脂酸按质量比为1:1.2混合并通入氮气，加热到80℃至物质融化，加入占总质量2%的甲苯磺酸催化剂，反应3h得到柔软剂。
所述步骤(1)中放置的时间为20min，所述纸张为牛皮纸，所述改性水性丙烯酸树脂涂布的厚度为30μm，所述步骤(2)中烘干的温度为30℃，所述柔软剂与改性水性聚丙烯树脂的质量比为1:1.5。
一种阻水纸袋的应用，所述阻水纸袋用于物料储存。
实施例2
一种阻水纸袋的制备方法，所述阻水纸袋的制备方法包括以下步骤：
(1)采用淋膜机将改性水性丙烯酸树脂涂布于纸张一侧的表面，放置晾干；
(2)然后在涂布了改性水性丙烯酸树脂的表面再喷涂一层柔软剂，烘干后将纸张制成内侧含有涂层的阻水纸袋。
改性水性丙烯酸树脂由以下重量份原料制成：复合乳化剂1.8份、甲基丙烯酸甲酯70份、纯水35份、引发剂2.4份、pH缓冲剂4份、有机硅氧烷7.5份、分散剂2.5份。
改性水性丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：
A1：将1.8重量份复合乳化剂加热，边搅拌边加入70重量份甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合得到预乳液并保温；
A2：35重量份纯水、1.2重量份引发剂、4重量份pH缓冲剂和2.5重量份分散剂进行升温，混合搅拌，加入步骤A1中一半质量的预乳液，搅拌反应得到混合乳液；
A3：在混合乳液中加入剩下一半的预乳液、0.8重量份引发剂和7.5重量份有机硅氧烷搅拌并保温，再加入0.4重量份引发剂搅拌，冷却加氨水调节pH值，得到改性水性丙烯酸树脂。
所述步骤A1中复合乳化剂由质量比为2:1的十二烷基磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯基醚组成，所述加热是指加热至75℃，所述搅拌混合的时间为0.5h。
所述步骤A2中的引发剂为过硫酸铵，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述分散剂为磺化纤维素。
所述步骤A2中升温是指升温至65℃，所述搅拌的时间为0.5h。
所述步骤A3中有机硅氧烷由质量比为6:11的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷组成，所述加入有机硅氧烷搅拌的时间为0.5h，所述加入0.4重量份引发剂搅拌的时间为0.5h，所述冷却是指冷却至28℃，所述pH值为8。
柔软剂的制备方法包括以下步骤：
将三乙醇胺和硬脂酸按质量比为1:1.2混合并通入氮气，加热到80℃至物质融化，加入占总质量2%的甲苯磺酸催化剂，反应3h得到柔软剂。
所述步骤(1)中放置的时间为25min，所述纸张为牛皮纸，所述改性水性丙烯酸树脂涂布的厚度为30μm，所述步骤(2)中烘干的温度为40℃，所述柔软剂与改性水性聚丙烯树脂的质量比为1:1.5。
一种阻水纸袋的应用，所述阻水纸袋用于物料储存。
实施例3
一种阻水纸袋的制备方法，所述阻水纸袋的制备方法包括以下步骤：
(1)采用淋膜机将改性水性丙烯酸树脂涂布于纸张一侧的表面，放置晾干；
(2)然后在涂布了改性水性丙烯酸树脂的表面再喷涂一层柔软剂，烘干后将纸张制成内侧含有涂层的阻水纸袋。
进一步地，所述步骤(1)中改性水性丙烯酸树脂由以下重量份原料制成：复合乳化剂2份、甲基丙烯酸甲酯80份、纯水50份、引发剂3份、pH缓冲剂5份、有机硅氧烷9份、分散剂3份。
改性水性丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：
A1：将2重量份复合乳化剂加热，边搅拌边加入80重量份甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合得到预乳液并保温；
A2：50重量份纯水、1.5重量份引发剂、5重量份pH缓冲剂和3重量份分散剂进行升温，混合搅拌，加入步骤A1中一半质量的预乳液，搅拌反应得到混合乳液；
A3：在混合乳液中加入剩下一半的预乳液、1重量份引发剂和9重量份有机硅氧烷搅拌并保温，再加入0.5重量份引发剂搅拌，冷却加氨水调节pH值，得到改性水性丙烯酸树脂。
所述步骤A1中复合乳化剂由质量比为2:1的十二烷基磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯基醚组成，所述加热是指加热至80℃，所述搅拌混合的时间为0.5h。
所述步骤A2中的引发剂为过硫酸铵，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述分散剂为磺化纤维素。
所述步骤A2中升温是指升温至70℃，所述搅拌的时间为0.5h。
所述步骤A3中有机硅氧烷由质量比为6:11的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷组成，所述加入有机硅氧烷搅拌的时间为0.5h，所述加入0.5重量份引发剂搅拌的时间为0.5h，所述冷却是指冷却至30℃，所述pH值为7。
柔软剂的制备方法包括以下步骤：
将三乙醇胺和硬脂酸按质量比为1:1.2混合并通入氮气，加热到80℃至物质融化，加入占总质量2%的甲苯磺酸催化剂，反应3h得到柔软剂。
所述步骤(1)中放置的时间为30min，所述纸张为牛皮纸，所述改性水性丙烯酸树脂涂布的厚度为30μm，所述步骤(2)中烘干的温度为45℃，所述柔软剂与改性水性聚丙烯树脂的质量比为1:1.5。
一种阻水纸袋的应用，所述阻水纸袋用于物料储存。
对比例1
在实施例2的基础上，去掉有机硅氧烷中的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，用等质量的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷替代，其他条件与实施例2一致。
对比例2
在实施例2的基础上，去掉有机硅氧烷中的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，用等质量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷替代，其他条件与实施例2一致。
对比例3
在实施例2的基础上，去掉制备改性水性丙烯酸过程中的分散剂，其他条件与实施例2一致。
对比例4
在实施例2的基础上，去掉阻水纸袋制备过程中的喷涂柔软剂工艺，其他条件与实施例2一致。
1.涂膜吸水率及接触角的测试
涂膜吸水率测试：分别将实施例1~3和对比例1~3所制备的相同规格的阻水纸袋作为试样，根据HG/T3344-2012重量法测量乳胶膜的吸水率。先将各个试样称重量并记录为M，然后在阻水纸袋内放等质量的纯水（室温），24h后将纯水倒出，用纸轻轻擦干表面水分并称重量记为N。按照如下公式计算涂膜吸水率：
；
式中：Q—涂膜的吸水率(%)；
M—吸水前的质量(g)；
N—吸水后的质量(g)。
涂膜接触角测试：分别将实施例1~3和对比例1~3所制备的阻水纸袋作为试样，用JY-82 接触角仪将水滴滴至涂膜表面，并利用软件处理的方式来计算出接触角。
涂膜吸水率及接触角的测试结果如表1所示：
；
从表1的数据中可以看出，实施例1~3的涂膜吸水率小于对比例1~3，实施例1~3和对比例1~3中的涂膜接触角都大于90°即都为疏水表面，其中实施例1~3的涂膜接触角都大于对比例1~3。使用有机硅氧烷γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷两者复配协同进行改性甲基丙烯酸树脂。并且分散剂的加入阻止了物质团聚的发生从而提高甲基丙烯酸树脂的单体转化率，增强了改性水性丙烯酸树脂的疏水性，并降低其吸水性能从而达到阻水的效果。
3.涂膜硬度及附着力的测定
涂膜硬度测试：将实施例1~3和对比例4所制备的阻水纸袋作为试样，根据GB/T6739-2006对涂膜硬度进行测试，手持铅笔使铅笔与涂膜成45度角，然后在涂膜上推至少7mm距离。观察漆膜是否有划痕。如果没有则提高笔的硬度重复实验，直到出现至少3 mm长的划痕，并记录涂膜硬度。如果出现划痕且长度大于3 mm，则降低铅笔的硬度重复试验，直到超过3 mm的划痕不再出现时记录涂膜硬度。
涂抹附着力测试：将实施例1~3和对比例4所制备的阻水纸袋作为试样，根据GB/T9286-1998对涂膜附着力进行测试。用刀将涂膜表面切割成纵横垂直的网状结构。将胶带的中心点放在网格上方，用手指把胶粘带在网格区上方的部位压平，拿住胶粘带悬空的一端，平稳地撕离胶粘带。观察涂膜的脱落情况，并按GB/T9286-1998对试验结果进行分级判定。涂膜硬度及附着力的测定结果见表3：
；
注：涂膜硬度等级越高硬度越大，涂抹附着力等级越高附着力则越低。
从表3中的看出，对比例4的硬度等级和附着力等级都高于实施例1~3。使用柔软剂进行最后的喷涂可降低改性水性丙烯酸树脂成膜后的硬度，增强了涂膜的韧性从而提高涂层与纸张的附着力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种阻水纸袋的制备方法，其特征在于，所述阻水纸袋的制备方法包括以下步骤：
(1)采用淋膜机将改性水性丙烯酸树脂涂布于纸张一侧的表面，放置晾干；(2)然后在涂布了改性水性丙烯酸树脂的表面再喷涂一层柔软剂，烘干后将纸张制成内侧含有涂层的阻水纸袋，所述步骤(1)中改性水性丙烯酸树脂由以下重量份原料制成：复合乳化剂1.5~2份、甲基丙烯酸甲酯50~80份、纯水20~50份、引发剂0.15~3份、pH缓冲剂3~5份、有机硅氧烷6~9份、分散剂2~3份；
所述改性水性丙烯酸树脂的制备方法包括以下步骤：
A1：将复合乳化剂加热，边搅拌边加入甲基丙烯酸甲酯，搅拌混合得到预乳液并保温；
A2：纯水、1/2质量的引发剂、pH缓冲剂和分散剂进行升温，混合搅拌，加入步骤A1中一半质量的预乳液，搅拌反应得到混合乳液；
A3：在混合乳液中加入剩下一半的预乳液、1/3质量的引发剂和有机硅氧烷搅拌并保温，再加入1/6质量的引发剂搅拌，冷却加氨水调节pH值，得到改性水性丙烯酸树脂；
所述步骤A3中有机硅氧烷由质量比为6:11的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷组成，所述加入有机硅氧烷搅拌的时间为0.5h，所述加入1/6重量的引发剂搅拌的时间为0.5h，所述冷却是指冷却至25~30℃，所述pH值为7-8。
2.根据权利要求1所述的一种阻水纸袋的制备方法，其特征在于，所述步骤A1中复合乳化剂由质量比为2:1的十二烷基磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯基醚组成，所述加热是指加热至70~80℃，所述搅拌混合的时间为0.5h。
3.根据权利要求1所述的一种阻水纸袋的制备方法，其特征在于，所述步骤A2中的引发剂为过硫酸铵，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述分散剂为磺化纤维素。
4.根据权利要求1所述的一种阻水纸袋的制备方法，其特征在于，所述步骤A2中升温是指升温至60~70℃，所述搅拌的时间为0.5h。
5.根据权利要求1所述的一种阻水纸袋的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中柔软剂的制备方法包括以下步骤：
将三乙醇胺和硬脂酸按质量比为1:1.2混合并通入氮气，加热到80℃至物质融化，加入占总质量2%的甲苯磺酸催化剂，反应3h得到柔软剂。
6.根据权利要求1所述的一种阻水纸袋的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中放置的时间为20~30min，所述纸张为牛皮纸、白卡纸和黑卡纸的其中一种，所述步骤(2)中烘干的温度为30~45℃。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的阻水纸袋。
8.一种如权利要求7所述的阻水纸袋的应用，其特征在于，所述阻水纸袋用于物料储存和包装件领域。
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