一种阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法
【专利摘要】一种阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，采用溶液聚合法，以甲基丙烯酸、功能性乙烯基单体、亲油性单体、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为共聚单体，以异丙醇作为溶剂和链转移剂进行丙烯酸单体的自由基聚合，经降温、三乙胺中和、水分散得透明阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯水乳液。本发明制得的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂不仅可以有效提高纸张表面强度和耐折度，而且还可提高纸张表面防水性能；另外由于γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的加入提高了纤维和无机填料间的粘结性能，改善了纸张印刷过程中掉灰掉毛的缺陷。同时，该产品制作工艺简单，原料成本低，施胶工艺简便，其在实际工业中易于应用和推广。
【专利说明】一种阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精细化学品制备领域，特别涉及一种阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]现代纸张制造和印刷技术的高速发展，特别是高速印刷技术的实现以来，对于纸张强度要求也越来越高，所以增加纸张物理强度，减少印刷过程中掉毛掉粉是现代造纸行业的基本要求。目前用于纸张物理性能增强的方法主要以浆内施胶剂和表面施胶剂为主，纸张表面施胶剂是一类在涂饰于纸板表面，提高纸张物理强度的化学助剂。我国使用的造纸表面施胶剂主要有淀粉及改性淀粉、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)及水性聚丙烯酸酯乳液(WPA)等。然而，现有的造纸表面施胶剂处理纸张后，纸张耐折和耐湿强度不是很好，且纸张印刷中掉粉现象没有得到充分的改善。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，该方法的单体种类选择和组成范围变化广、制备过程简单，得到的纸张增强剂不仅具有提高纸张耐折强度、湿强度的效果，而且具有增加纸张表面强度，降低印刷过程中纸张掉毛掉粉现象的作用。
[0004]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤:
[0005]I)按质量份数，分别称取1-4份的丙烯酸类化合物、5-10份的功能性乙烯基单体、20-40份的亲油性单体、1-3份的Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、10-20份的异丙醇、0.5-1份的油溶性引发剂、1.5-4份的三乙胺以及125-150份的去离子水；其中，所述的丙烯酸类化合物为丙烯酸或甲基丙烯酸；
[0006]2)向反应器加入丙烯酸类化合物、功能性乙烯基单体、亲油性单体、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅、异丙醇以及油溶性引发剂，然后在氮气保护下于70-90°C反应4-6小时，得到体系A ;
[0007]3)将体系A冷却至20_40°C，再加入三乙胺，中和反应20_40分钟，然后在搅拌下加入被加热至75-95°C的去离子水，接着继续搅拌使分散均匀，再在70-90°C保温2小时，得到体系B ;除去体系B中的异丙醇，使异丙醇的质量分数控制在0.5%以下，制得阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂。
[0008]所述的功能性乙烯基单体采用丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或甲基丙烯酸羟丙酯。
[0009]所述的亲油性单体采用丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体中的一种或两种任意比例的混合物。
[0010]所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯中的两种或两种以上任意比例的混合物；甲基丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯中的两种或两种以上任意比例的混合物。
[0011]所述的油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化二苯甲酰。
[0012]所述的步骤3)中温度为75_95°C的去离子水是在1000转/分钟的转速下加入的。
[0013]所述的步骤3)中继续搅拌时的搅拌速度大于温度为75_95°C的去离子水加入时的搅拌速度。
[0014]所述的步骤3)中体系B中的异丙醇是采用减压蒸馏的方式除去的。
[0015]本发明采用有机硅改性聚丙烯酸酯，制备得到了阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂(S1-WPA)，该纸张增强剂与现有技术相比具有以下有益效果:
[0016]I)本发明在制备阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的过程中加入了Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅，Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅的加入可以有效提高聚丙烯酸酯分子的交联度，增强纸张纤维结合力，同时，还可以提高纸张耐折和湿强度；另外，Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅的加入可提高有机纤维和无机填料的粘接性能，降低纸张印刷中掉粉的发生。[0017]2)经过本发明制得的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂对纸张进行施胶，施胶后水性聚丙烯酸酯乳液会在纸张表面形成一层高分子涂膜，能够效提高纸张表面强度。
[0018]3)本发明制得的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的粒径为纳米级，因此，施胶性能优良，易吸附到纸张纤维内，提高纸张施胶度，增强纸张强度。
[0019]4)本发明采用自由基聚合、通过有机硅烷改性制备阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂，此方法的单体种类选择和组成范围变化广、制备过程简单等特点；在实际工业中易于应用和推广。
[0020]另外，本发明在步骤3)中加入的75_95°C的去离子水，在这个温度范围下的去离子水能够提高高分子链段的运移速度，有利于聚合物在水中分散，得到透明水性聚丙烯酸酯乳液。
【具体实施方式】
[0021]实施例1:
[0022]I)按质量份数，分别称取1份的丙烯酸、5份的甲基丙烯酸羟乙酯、15份的丙烯酸丁酯、5份的甲基丙烯酸甲酯、1份的Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、10份的异丙醇、0.5份的偶氮二异丁腈、1.5份的三乙胺以及125份的去离子水；
[0023]2)向装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口干燥烧瓶中加入丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇以及偶氮二异丁腈，然后通入氮气将温度升至70°C，在氮气保护下于70°C反应4小时，得到体系A ；
[0024]3)将体系A冷却至25°C，再加入三乙胺，中和反应30分钟，然后在1000转/分钟的转速下搅拌加入被加热至80°C的去离子水,接着提高搅拌速度,高速搅拌分散0.5小时使均匀，再在70°C保温2小时，得到体系B ;减压蒸馏除去体系B中的异丙醇，使异丙醇的质量分数在0.5%以下，制得外观黄色泛蓝光乳液，即为阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂。[0025]实施例2:
[0026]I)按质量份数，分别称取2份的丙烯酸、7份的丙烯酸羟丙酯、15份的丙烯酸丙酯、10份的甲基丙烯酸丁酯、1份的Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、12份的异丙醇、0.7份的偶氮二异庚腈、2.2份的三乙胺以及130份的去离子水；
[0027]2)向装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口干燥烧瓶中加入丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇以及偶氮二异庚腈，然后通入氮气后将温度升至75°C，在氮气保护下于75°C反应5小时，得到体系A ；
[0028]3)将体系A冷却至30°C，再加入三乙胺，中和反应30分钟，然后在1000转/分钟的转速下搅拌加入被加热至80°C的去离子水,接着提高搅拌速度,高速搅拌分散0.5小时使均匀，再在75°C保温2小时，得到体系B ;减压蒸馏除去体系B中的异丙醇，使异丙醇的质量分数在0.5%以下，制得外观黄色泛蓝光乳液，即为阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂。
[0029]实施例3:
[0030]I)按质量份数，分别称取3份的丙烯酸、10份的甲基丙烯酸羟丙酯、20份的丙烯酸丁酯、10份的甲基丙烯酸丙酯、2份的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、15份的异丙醇、0.7份的过氧化二苯甲酰、2.5份的三乙胺以及135份的去离子水；
[0031]2)向装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口干燥烧瓶中加入丙烯酸、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丙酯、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇以及过氧化二苯甲酰，然后通入氮气后将温度升至85°C，在氮气保护下于85°C反应5小时，得到体系A ; [0032]3)将体系A冷却至35°C，再加入三乙胺，中和反应30分钟，然后在1000转/分钟的转速下搅拌加入被加热至80°C的去离子水,接着提高搅拌速度,高速搅拌分散0.5小时使均匀，再在85°C保温2小时，得到体系B ;减压蒸馏除去体系B中的异丙醇，使异丙醇的质量分数在0.5%以下，制得外观黄色泛蓝光乳液，即为阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂。
[0033]实施例4:
[0034]I)按质量份数，分别称取4份的丙烯酸、10份的丙烯酸羟乙酯、25份的丙烯酸乙酯、15份的甲基丙烯酸甲酯、3份的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、20份的异丙醇、1份的偶氮二异丁腈、4份的三乙胺以及150份的去离子水；
[0035]2)向装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口干燥烧瓶中加入丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙醇和偶氮二异丁腈，然后通入氮气后将温度升至90°C，在氮气保护下于90°C反应6小时，得到体系A ；
[0036]3)将体系A冷却至40°C，再加入三乙胺，中和反应30分钟，然后在1000转/分钟的转速下搅拌加入被加热至80°C的去离子水,接着提高搅拌速度,高速搅拌分散0.5小时使均匀，再在90°C保温2小时，得到体系B ;减压蒸馏除去体系B中的异丙醇，使异丙醇的质量分数在0.5%以下，制得外观黄色泛 蓝光乳液，即为阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂。
[0037]实施例5:[0038]I)按质量份数，分别称取2.5份的丙烯酸、8份的丙烯酸羟丙酯、25份的丙烯酸丁酯、10份的甲基丙烯酸乙酯、2份的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、20份的异丙醇、1份的偶氮二异庚腈、3份的三乙胺以及140份的去离子水；
[0039]2)向装有回流冷凝管、导气管、温度计的四口干燥烧瓶中加入丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅、异丙醇以及偶氮二异庚腈，然后通入氮气后将温度升至80°C，在氮气保护下于80°C反应6小时，得到体系A ；
[0040]3)将体系A冷却至35°C，再加入三乙胺，中和反应30分钟，然后在1000转/分钟的转速下搅拌加入被加热至80°C的去离子水,接着提高搅拌速度,高速搅拌分散0.5小时使均匀，再在75°C保温2小时，得到体系B ;减压蒸馏除去体系B中的异丙醇，使异丙醇的质量分数在0.5%以下，制得外观黄色泛蓝光乳液，即为阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂。
[0041]上述实施例1-5所制得的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的纸张增强结果如表1所示:
[0042]表1本发明制得的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂纸张增强效果
[0043]
【权利要求】
1.一种阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: O按质量份数，分别称取1-4份的丙烯酸类化合物、5-10份的功能性乙烯基单体、20-40份的亲油性单体、1-3份的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、10-20份的异丙醇、0.5-1份的油溶性引发剂、1.5-4份的三乙胺以及125-150份的去离子水；其中，所述的丙烯酸类化合物为丙烯酸或甲基丙烯酸； 2)向反应器加入丙烯酸类化合物、功能性乙烯基单体、亲油性单体、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅、异丙醇以及油溶性引发剂，然后在氮气保护下于70-90°C反应4-6小时，得到体系A ; 3)将体系A冷却至20-40°C，再加入三乙胺，中和反应20-40分钟，然后在搅拌下加入被加热至75-95°C的去离子水，接着继续搅拌使分散均匀，再在70-90°C保温2小时，得到体系B ;除去体系B中的异丙醇，使异丙醇的质量分数控制在0.5%以下，制得阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂。
2.根据权利要求1所述的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于:所述的功能性乙烯基单体采用丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或甲基丙烯酸羟丙酯。
3.根据权利要求1所述的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于:所述的亲油性单体采用丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体中的一种或两种任意比例的混合物。
4.根据权利要求3所述的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于:所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、 丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯中的两种或两种以上任意比例的混合物；甲基丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯中的两种或两种以上任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于:所述的油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化二苯甲酰。
6.根据权利要求1所述的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于:所述的步骤3)中温度为75-95°C的去离子水是在1000转/分钟的转速下加入的。
7.根据权利要求1或6所述的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于:所述的步骤3)中继续搅拌时的搅拌速度大于温度为75-95°C的去离子水加入时的搅拌速度。
8.根据权利要求1所述的阴离子有机硅改性聚丙烯酸酯纸张增强剂的制备方法，其特征在于:所述的步骤3)中体系B中的异丙醇是采用减压蒸馏的方式除去的。
【文档编号】C08F220/28GK103554345SQ201310471311
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】沈一丁, 朱科, 费贵强, 李晴龙 申请人:陕西科技大学