一種陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法
2023-10-09 09:17:09 1
一種陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法
【專利摘要】一種陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，採用溶液聚合法，以甲基丙烯酸、功能性乙烯基單體、親油性單體、γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷為共聚單體，以異丙醇作為溶劑和鏈轉移劑進行丙烯酸單體的自由基聚合，經降溫、三乙胺中和、水分散得透明陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯水乳液。本發明製得的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑不僅可以有效提高紙張表面強度和耐折度，而且還可提高紙張表面防水性能；另外由於γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷的加入提高了纖維和無機填料間的粘結性能，改善了紙張印刷過程中掉灰掉毛的缺陷。同時，該產品製作工藝簡單，原料成本低，施膠工藝簡便，其在實際工業中易於應用和推廣。
【專利說明】一種陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於精細化學品製備領域，特別涉及一種陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法。
【背景技術】
[0002]現代紙張製造和印刷技術的高速發展，特別是高速印刷技術的實現以來，對於紙張強度要求也越來越高，所以增加紙張物理強度，減少印刷過程中掉毛掉粉是現代造紙行業的基本要求。目前用於紙張物理性能增強的方法主要以漿內施膠劑和表面施膠劑為主，紙張表面施膠劑是一類在塗飾於紙板表面，提高紙張物理強度的化學助劑。我國使用的造紙表面施膠劑主要有澱粉及改性澱粉、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素(CMC)及水性聚丙烯酸酯乳液(WPA)等。然而，現有的造紙表面施膠劑處理紙張後，紙張耐折和耐溼強度不是很好，且紙張印刷中掉粉現象沒有得到充分的改善。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，該方法的單體種類選擇和組成範圍變化廣、製備過程簡單，得到的紙張增強劑不僅具有提高紙張耐折強度、溼強度的效果，而且具有增加紙張表面強度，降低印刷過程中紙張掉毛掉粉現象的作用。
[0004]為了達到上述目的，本發明採用的技術方案包括以下步驟:
[0005]I)按質量份數，分別稱取1-4份的丙烯酸類化合物、5-10份的功能性乙烯基單體、20-40份的親油性單體、1-3份的Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、10-20份的異丙醇、0.5-1份的油溶性引發劑、1.5-4份的三乙胺以及125-150份的去離子水；其中，所述的丙烯酸類化合物為丙烯酸或甲基丙烯酸；
[0006]2)向反應器加入丙烯酸類化合物、功能性乙烯基單體、親油性單體、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽、異丙醇以及油溶性引發劑，然後在氮氣保護下於70-90°C反應4-6小時，得到體系A ;
[0007]3)將體系A冷卻至20_40°C，再加入三乙胺，中和反應20_40分鐘，然後在攪拌下加入被加熱至75-95°C的去離子水，接著繼續攪拌使分散均勻，再在70-90°C保溫2小時，得到體系B ;除去體系B中的異丙醇，使異丙醇的質量分數控制在0.5%以下，製得陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑。
[0008]所述的功能性乙烯基單體採用丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯或甲基丙烯酸羥丙酯。
[0009]所述的親油性單體採用丙烯酸酯單體、甲基丙烯酸酯單體中的一種或兩種任意比例的混合物。
[0010]所述的丙烯酸酯單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯中的兩種或兩種以上任意比例的混合物；甲基丙烯酸單體為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯中的兩種或兩種以上任意比例的混合物。
[0011]所述的油溶性引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈或過氧化二苯甲醯。
[0012]所述的步驟3)中溫度為75_95°C的去離子水是在1000轉/分鐘的轉速下加入的。
[0013]所述的步驟3)中繼續攪拌時的攪拌速度大於溫度為75_95°C的去離子水加入時的攪拌速度。
[0014]所述的步驟3)中體系B中的異丙醇是採用減壓蒸餾的方式除去的。
[0015]本發明採用有機矽改性聚丙烯酸酯，製備得到了陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑(S1-WPA)，該紙張增強劑與現有技術相比具有以下有益效果:
[0016]I)本發明在製備陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的過程中加入了Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽，Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽的加入可以有效提高聚丙烯酸酯分子的交聯度，增強紙張纖維結合力，同時，還可以提高紙張耐折和溼強度；另外，Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽的加入可提高有機纖維和無機填料的粘接性能，降低紙張印刷中掉粉的發生。[0017]2)經過本發明製得的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑對紙張進行施膠，施膠後水性聚丙烯酸酯乳液會在紙張表面形成一層高分子塗膜，能夠效提高紙張表面強度。
[0018]3)本發明製得的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的粒徑為納米級，因此，施膠性能優良，易吸附到紙張纖維內，提高紙張施膠度，增強紙張強度。
[0019]4)本發明採用自由基聚合、通過有機矽烷改性製備陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑，此方法的單體種類選擇和組成範圍變化廣、製備過程簡單等特點；在實際工業中易於應用和推廣。
[0020]另外，本發明在步驟3)中加入的75_95°C的去離子水，在這個溫度範圍下的去離子水能夠提高高分子鏈段的運移速度，有利於聚合物在水中分散，得到透明水性聚丙烯酸酯乳液。
【具體實施方式】
[0021]實施例1:
[0022]I)按質量份數，分別稱取1份的丙烯酸、5份的甲基丙烯酸羥乙酯、15份的丙烯酸丁酯、5份的甲基丙烯酸甲酯、1份的Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、10份的異丙醇、0.5份的偶氮二異丁腈、1.5份的三乙胺以及125份的去離子水；
[0023]2)向裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的四口乾燥燒瓶中加入丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、異丙醇以及偶氮二異丁腈，然後通入氮氣將溫度升至70°C，在氮氣保護下於70°C反應4小時，得到體系A ；
[0024]3)將體系A冷卻至25°C，再加入三乙胺，中和反應30分鐘，然後在1000轉/分鐘的轉速下攪拌加入被加熱至80°C的去離子水,接著提高攪拌速度,高速攪拌分散0.5小時使均勻，再在70°C保溫2小時，得到體系B ;減壓蒸餾除去體系B中的異丙醇，使異丙醇的質量分數在0.5%以下，製得外觀黃色泛藍光乳液，即為陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑。[0025]實施例2:
[0026]I)按質量份數，分別稱取2份的丙烯酸、7份的丙烯酸羥丙酯、15份的丙烯酸丙酯、10份的甲基丙烯酸丁酯、1份的Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、12份的異丙醇、0.7份的偶氮二異庚腈、2.2份的三乙胺以及130份的去離子水；
[0027]2)向裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的四口乾燥燒瓶中加入丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、異丙醇以及偶氮二異庚腈，然後通入氮氣後將溫度升至75°C，在氮氣保護下於75°C反應5小時，得到體系A ；
[0028]3)將體系A冷卻至30°C，再加入三乙胺，中和反應30分鐘，然後在1000轉/分鐘的轉速下攪拌加入被加熱至80°C的去離子水,接著提高攪拌速度,高速攪拌分散0.5小時使均勻，再在75°C保溫2小時，得到體系B ;減壓蒸餾除去體系B中的異丙醇，使異丙醇的質量分數在0.5%以下，製得外觀黃色泛藍光乳液，即為陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑。
[0029]實施例3:
[0030]I)按質量份數，分別稱取3份的丙烯酸、10份的甲基丙烯酸羥丙酯、20份的丙烯酸丁酯、10份的甲基丙烯酸丙酯、2份的Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、15份的異丙醇、0.7份的過氧化二苯甲醯、2.5份的三乙胺以及135份的去離子水；
[0031]2)向裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的四口乾燥燒瓶中加入丙烯酸、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丙酯、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、異丙醇以及過氧化二苯甲醯，然後通入氮氣後將溫度升至85°C，在氮氣保護下於85°C反應5小時，得到體系A ; [0032]3)將體系A冷卻至35°C，再加入三乙胺，中和反應30分鐘，然後在1000轉/分鐘的轉速下攪拌加入被加熱至80°C的去離子水,接著提高攪拌速度,高速攪拌分散0.5小時使均勻，再在85°C保溫2小時，得到體系B ;減壓蒸餾除去體系B中的異丙醇，使異丙醇的質量分數在0.5%以下，製得外觀黃色泛藍光乳液，即為陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑。
[0033]實施例4:
[0034]I)按質量份數，分別稱取4份的丙烯酸、10份的丙烯酸羥乙酯、25份的丙烯酸乙酯、15份的甲基丙烯酸甲酯、3份的Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、20份的異丙醇、1份的偶氮二異丁腈、4份的三乙胺以及150份的去離子水；
[0035]2)向裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的四口乾燥燒瓶中加入丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、異丙醇和偶氮二異丁腈，然後通入氮氣後將溫度升至90°C，在氮氣保護下於90°C反應6小時，得到體系A ；
[0036]3)將體系A冷卻至40°C，再加入三乙胺，中和反應30分鐘，然後在1000轉/分鐘的轉速下攪拌加入被加熱至80°C的去離子水,接著提高攪拌速度,高速攪拌分散0.5小時使均勻，再在90°C保溫2小時，得到體系B ;減壓蒸餾除去體系B中的異丙醇，使異丙醇的質量分數在0.5%以下，製得外觀黃色泛 藍光乳液，即為陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑。
[0037]實施例5:[0038]I)按質量份數，分別稱取2.5份的丙烯酸、8份的丙烯酸羥丙酯、25份的丙烯酸丁酯、10份的甲基丙烯酸乙酯、2份的Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、20份的異丙醇、1份的偶氮二異庚腈、3份的三乙胺以及140份的去離子水；
[0039]2)向裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的四口乾燥燒瓶中加入丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、Y -甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽、異丙醇以及偶氮二異庚腈，然後通入氮氣後將溫度升至80°C，在氮氣保護下於80°C反應6小時，得到體系A ；
[0040]3)將體系A冷卻至35°C，再加入三乙胺，中和反應30分鐘，然後在1000轉/分鐘的轉速下攪拌加入被加熱至80°C的去離子水,接著提高攪拌速度,高速攪拌分散0.5小時使均勻，再在75°C保溫2小時，得到體系B ;減壓蒸餾除去體系B中的異丙醇，使異丙醇的質量分數在0.5%以下，製得外觀黃色泛藍光乳液，即為陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑。
[0041]上述實施例1-5所製得的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的紙張增強結果如表1所示:
[0042]表1本發明製得的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑紙張增強效果
[0043]
【權利要求】
1.一種陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: O按質量份數，分別稱取1-4份的丙烯酸類化合物、5-10份的功能性乙烯基單體、20-40份的親油性單體、1-3份的Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、10-20份的異丙醇、0.5-1份的油溶性引發劑、1.5-4份的三乙胺以及125-150份的去離子水；其中，所述的丙烯酸類化合物為丙烯酸或甲基丙烯酸； 2)向反應器加入丙烯酸類化合物、功能性乙烯基單體、親油性單體、Y-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽、異丙醇以及油溶性引發劑，然後在氮氣保護下於70-90°C反應4-6小時，得到體系A ; 3)將體系A冷卻至20-40°C，再加入三乙胺，中和反應20-40分鐘，然後在攪拌下加入被加熱至75-95°C的去離子水，接著繼續攪拌使分散均勻，再在70-90°C保溫2小時，得到體系B ;除去體系B中的異丙醇，使異丙醇的質量分數控制在0.5%以下，製得陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑。
2.根據權利要求1所述的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於:所述的功能性乙烯基單體採用丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯或甲基丙烯酸羥丙酯。
3.根據權利要求1所述的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於:所述的親油性單體採用丙烯酸酯單體、甲基丙烯酸酯單體中的一種或兩種任意比例的混合物。
4.根據權利要求3所述的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於:所述的丙烯酸酯單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、 丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯中的兩種或兩種以上任意比例的混合物；甲基丙烯酸單體為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯中的兩種或兩種以上任意比例的混合物。
5.根據權利要求1所述的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於:所述的油溶性引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈或過氧化二苯甲醯。
6.根據權利要求1所述的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於:所述的步驟3)中溫度為75-95°C的去離子水是在1000轉/分鐘的轉速下加入的。
7.根據權利要求1或6所述的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於:所述的步驟3)中繼續攪拌時的攪拌速度大於溫度為75-95°C的去離子水加入時的攪拌速度。
8.根據權利要求1所述的陰離子有機矽改性聚丙烯酸酯紙張增強劑的製備方法，其特徵在於:所述的步驟3)中體系B中的異丙醇是採用減壓蒸餾的方式除去的。
【文檔編號】C08F220/28GK103554345SQ201310471311
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】沈一丁, 朱科, 費貴強, 李晴龍 申請人:陝西科技大學