苯丙乳液及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種粘結(jié)劑，具體涉及一種主要被廣泛用于紙張涂料的粘結(jié)劑，尤其 涉及一種苯丙乳液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 苯丙乳液，是由苯乙烯和丙烯酸酯單體經(jīng)乳液共聚而得到的一種乳白色并帶有藍(lán) 光的液體，具有附著力好、膠膜透明、耐水、耐油、耐熱、耐老化性能良好等特點(diǎn)。由于其極高 的性價比，苯丙乳液已經(jīng)作為一類重要的中間化工產(chǎn)品，廣泛地被用于各個領(lǐng)域，包括用作 建筑涂料、金屬表面乳膠涂料、地面涂料、紙張粘合劑、膠粘劑等。隨著這些不同領(lǐng)域、各行 各業(yè)的發(fā)展，苯丙乳液已成為乳液聚合中研究較多的體系，也是當(dāng)今世界有重要工業(yè)應(yīng)用 價值的十大非交聯(lián)型乳液之一。
[0003] 尤其在造紙行業(yè)，苯丙乳液作為一種不可缺少的工業(yè)用品，大量地被用于紙漿添 加劑、紙張浸漬劑及紙張涂層劑等，以提高紙的抗張強(qiáng)度、環(huán)壓強(qiáng)度及抗水性等。其中，本領(lǐng) 域技術(shù)人員最為關(guān)注的是其在紙張涂料中的粘結(jié)性能，尤其隨著乳液應(yīng)用工藝技術(shù)的改進(jìn) 和發(fā)展，粘結(jié)性能不得不加以改進(jìn)，以適用于工藝技術(shù)的進(jìn)步。
[0004] 事實(shí)上，現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于乳液改進(jìn)的技術(shù)方案很多，其中：CN101280035A公開了 一種耐濕擦性苯丙乳液及其制備方法，采用的是核殼聚合的方法制備的苯丙乳液，所制備 得到的乳液應(yīng)用于紙張涂料中可以提高涂料的流動性和耐水性，但是在紙張上涂布后紙張 表面強(qiáng)度較差，除此以外，其工藝要求控制滴加速率，因此對于工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用會有所限 制，影響效率，不利于推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷，以適用目前造紙行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，本發(fā) 明提供了一種苯丙乳液及其制備方法，主要是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上對苯丙乳液進(jìn)行了改 進(jìn)，加入了一種高嶺土分散液，使其具有優(yōu)異的粘結(jié)性能，在紙張涂布的應(yīng)用中大大加強(qiáng)了 表面強(qiáng)度性能，而且所述制備方法也適用于大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的第一方面主題是一種苯丙乳液，其特征在于，各組分及其重量配比包 括：
[0007] 苯丙乳液基料 100份；
[0008] 高嶺土分散液 5-10份。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述苯丙乳液基料的組分及其 重量配比包括：
[0010] 羧酸單體 1-5份； (甲基）丙烯酸酯單體 20-400份； (甲基）苯乙烯單體 1〇〇份； 分子量調(diào)節(jié)劑 0.2-2份； 乳化劑 0.5-5份； 引發(fā)劑 0.5-5份； 堿性物質(zhì) 1-5份； 水 82-785 份。
[0011] 其中，所述羧酸單體，選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸中的任意 一種或幾種。
[0012] 其中，所述（甲基）丙烯酸酯單體，選自丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸 正丁酯、丙烯酸異丁酯、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、丙烯酸、甲基丙烯酸C s~C 16烷基酯中的任意一種或 幾種，其中，優(yōu)選自丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯中的任意一種或 幾種。
[0013] 其中，所述分子量調(diào)節(jié)劑，選自正十二硫醇、叔十二硫醇、正丁硫醇中任意一種或 幾種。
[0014] 其中，所述乳化劑，選自烯丙基聚氧乙烯醚硫酸銨、烯丙基聚氧乙烯醚、乙烯基聚 氧乙烯醚中的任意一種或幾種。
[0015] 其中，所述引發(fā)劑，選自過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨中的任意一種或幾種。
[0016] 其中，所述堿性物質(zhì)，優(yōu)選自堿金屬的氫氧化物，更優(yōu)選為氫氧化鈉，最優(yōu)選為重 量含量為10% -40%的氫氧化鈉水溶液。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述苯丙乳液基料的制備方法 包括：
[0018] 步驟1 :將所述羧酸單體、（甲基）丙烯酸酯單體、（甲基）苯乙烯單體、分子量調(diào) 節(jié)劑、乳化劑、引發(fā)劑和水混合；
[0019] 步驟2 :升溫至30-150°C，升壓至0? 5-2. OMPa，反應(yīng)至少2小時；
[0020] 步驟3 :反應(yīng)結(jié)束后，加入堿性物質(zhì)；
[0021] 步驟4 :過濾，得到所述苯丙乳液基料。
[0022] 其中，所述制備方法的基本反應(yīng)包括自由基乳液共聚。
[0023] 其中，所述步驟2中：
[0024] 所述升溫優(yōu)選至40-90 °C ;
[0025] 所述升壓優(yōu)選至0? 6-1. OMPa ;
[0026] 所述反應(yīng)時間優(yōu)選為3-10小時。
[0027] 其中，所述步驟3中：所述堿性物質(zhì)的加入量為使反應(yīng)液的pH = 7-10。
[0028] 其中，所述步驟4中，得到的所述苯丙乳液基料的重量固含量為40% -60%，pH = 6-9 〇
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述高嶺土分散液的各組分及 其重量配比包括：
[0030] 高嶺土 100 份；
[0031] 聚丙烯酸鈉水溶液 0.2-1份；
[0032] 水 66-152 份。
[0033] 其中，所述聚丙稀酸鈉水溶液的重量固含量為40-60 %，pH = 7_9,分子量為 3000-4000g/mol〇
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述高嶺土分散液的制備方法 包括：將所述聚丙烯酸鈉水溶液、高嶺土和水放入研磨罐中，并加入研磨介質(zhì)進(jìn)行研磨分 散，得到高嶺土分散液。
[0035] 其中，所述研磨介質(zhì)優(yōu)選為氧化鋯珠，其中，所述研磨介質(zhì)與所述高嶺土的重量配 比為1 :1。
[0036] 其中，所述研磨分散：
[0037] 所述研磨分散時間為4-6小時；
[0038] 所述研磨分散轉(zhuǎn)速為600-800轉(zhuǎn)/分鐘。
[0039] 本發(fā)明的第二方面的主題是一種第一方面所述苯丙乳液的制備方法，其特征在 于，所述制備方法包括：將所述苯丙乳液基料、高嶺土分散液和水混合，獲得苯丙乳液。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述水優(yōu)選為去離子水。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，獲得的所述苯丙乳液的重量固 含量為 40% -60%，pH = 6-9。
[0042] 本發(fā)明的第三方面的主題是第二方面所述制備方法得到的苯丙乳液在造紙涂料 中的應(yīng)用。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述應(yīng)用優(yōu)選為用于造紙涂料 的配方中，其中，所述配方組分及其重量配比優(yōu)選為：
[0044] 苯丙乳液 309. 4份；
[0045] 增稠劑 154. 5份；
[0046] 漆漿 711. 2 份。
[0047] 其中，所述漆漿組分及其重量配比優(yōu)選為：
[0048] 水 200,0 份;： 防腐劑 1.0份;： 焦磷酸四鈉 1.4份;： 卵磷脂 4.8份;： 消泡劑 4.0份: 金紅石Ti02 225.0汾； 高嶺土 125.0份； 硅酸鎂 125.0份； 增稠劑 25.0份。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述應(yīng)用的具體方法優(yōu)選為：
[0050] 步驟1 :將所述漆漿組分按照重量配比加入到加速分散機(jī)中，攪拌均勻后在高速 分散20-30min，至細(xì)度合格，得到漆漿。
[0051] 步驟2 :將：所述配方組分按照重量配比在低速下加入到步驟1中所述漆漿中，攪 拌均勻后，出料，過濾，得到紙張涂料。
[0052] 步驟3 :將步驟2中所述紙張涂料用10#涂布棒在300g/m2灰底白板紙上進(jìn)行涂 布，涂布量為20g/m 2。
[0053] 眾所周知，在苯丙乳液中加入高嶺土?xí)O大程度地降低乳液的粘結(jié)性能，影響其 在實(shí)際應(yīng)用中的效果。但是，本發(fā)明人卻發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明所述的情況下，加入苯丙乳液重量含 量為5-10-%的高嶺土分散液，不僅不會降低苯丙乳液的粘結(jié)性，相反還能有所提高。這可 能是由于高嶺土中具有大量的鋁離子，能夠與苯丙乳液基料中的羧基等活性基團(tuán)發(fā)生螯合 作用從而增強(qiáng)其粘結(jié)性。而當(dāng)所述苯丙乳液配制成造紙涂料進(jìn)行紙張涂布后，其中的鋁離 子也可以與紙張表面的羥基等活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)從而增強(qiáng)紙張的表面強(qiáng)度。
[0054] 本發(fā)明所述苯丙乳液是一種能滿足造紙涂料用高性能、環(huán)保的產(chǎn)品。該產(chǎn)品在造 紙涂料中使用，能明顯提高涂料涂層的粘結(jié)性，提高紙張的表面強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 本發(fā)明一方面提供了一種苯丙乳液，其特征在于，各組分及其重量配比包括：
[0056] 苯丙乳液基料 100份；
[0057] 高嶺土分散液 5-10份。
[0058] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述苯丙乳液基料的組分及其 重量配比包括：
[0059] 羧酸單體 1-5份； (甲基）丙烯酸酯單體 20-400份； (甲基）苯乙烯單體 100份: 分子量調(diào)節(jié)劑 0.2-2份； 乳化劑 0.5-5份； 引發(fā)劑 0.5-5份；
[0060] 堿性物質(zhì) 1-5份 水 82-785 份
[0061] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述苯丙乳液基料的制備方法 包括：
[0062] 步驟1 :將所述羧酸單體、（甲基）丙烯酸酯單體、（甲基）苯乙烯單體、分子量調(diào) 節(jié)劑、乳化劑、引發(fā)劑和水混合；
[0063] 步驟2 :升溫至30-150°C，升壓至0? 5-2. OMPa，反應(yīng)至少2小時；
[0064] 步驟3 :反應(yīng)結(jié)束后，加入堿性物質(zhì)；
[0065] 步驟4 :過濾，得到所述苯丙乳液基料。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述高嶺土分散液的各組分及 其重量配比包括：
[0067] 高嶺土 100 份；
[0068] 聚丙烯酸鈉水溶液 0? 2-1份；
[0069] 水 66-152 份。
[0070] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述高嶺土分散液的制備方法 包括：將所述聚丙烯酸鈉水溶液、高嶺土和水放入研磨罐中，并加入研磨介質(zhì)進(jìn)行研磨分 散，得到高嶺土分散液。
[0071] 本發(fā)明第二方面提供了一種第一方面所述苯丙乳液的制備方法，其特征在于，所 述制備方法包括：將所述苯丙乳液基料、高嶺土分散液和水混合，獲得苯丙乳液。
[0072] 本發(fā)明第三方面提供了第二方面所述制備方法得到的苯丙乳液在造紙涂料中的 應(yīng)用。
[0073] 實(shí)施例1
[0074] 1、苯丙乳液基料的制備
[0075] 在1000ml加壓反應(yīng)釜中加入烯丙基聚氧乙烯醚硫酸銨1克、過硫酸鉀1克和蒸餾 水156. 3克，完全溶解成水溶液。再加入丙烯酸2克、丙烯酸正丁酯40克、苯乙烯200克和 正十二硫醇〇. 4克。在0. 6MPa條件下進(jìn)行攪拌加熱，加熱溫度40°C，時間10小時，進(jìn)行聚 合反應(yīng)。冷卻至25°C，用重量含量為20%的氫氧化鈉水溶液10克進(jìn)行中和。經(jīng)100目篩 網(wǎng)過濾，得到重量固含量為59. 6%，pH = 6. 1(使用PHS-3C精密pH計測得）的苯丙乳液基 料。
[0076] 2、高嶺土分散液的制備
[0077] 將氧化鋯珠（日本T0S0H氧化鋯珠，上海茂倉貿(mào)易有限公司）200g、聚丙烯酸鈉水 溶液（分子量 ：3000g/mol，pH = 7. 0,重量固含量：40% )0. 4g和去離子水133. 2g加入到 1L研磨罐中，將研磨罐裝好，開動研磨機(jī)，轉(zhuǎn)磨轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分鐘，再向研磨罐中加入高嶺 土 200g，研磨分散4小時。采用200目不銹鋼篩網(wǎng)過濾，得到重量固含量為60. 2%的高嶺 土分散液。
[0078] 3、苯丙乳液的制備
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