CN114573758A - 一种可热封防水防油丙烯酸乳液 - Google Patents
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Abstract
本发明通过乳液聚合的方式制备了一种可热封防水防油丙烯酸乳液,该丙烯酸乳液具有核壳结构,其中核聚合物的主要成分为高Tg的有机硅改性聚丙烯酸酯,Tg在15~40℃;壳由低Tg的聚丙烯酸酯构成,Tg在‑10~10℃。本发明的可热封防水防油丙烯酸乳液采用两亲性有机硅嵌段共聚物作为乳化剂,且该丙烯酸乳液在反应过程中采用双氧水/硫酸亚铁作为引发剂。本发明的丙烯酸乳液,无氟、无塑、无APEO,具有优异的防油、防水功能,且热封效果好。可用于纸张、无纺布、薄膜等用途。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域,更具体地说,它涉及一种可热封防水防油丙烯酸乳液。
背景技术
聚乙烯塑料袋是日常生活中的易耗品,中国每年都要消耗大量的塑料袋。它在为消费者提供便利的同时,还由于过量使用及回收处理不到位等原因造成了严重的资源浪费和环境污染;特别是超薄塑料购物袋容易破损,大多被随意丢弃,成为“白色污染“的主要来源。越来越多的国家和地区已经限制塑料购物袋的生产、销售以及使用。纸张材料具有环保、再循环使用、节约成本等特点,随着国家对包装物环保性要求的日益提高,纸类包装材料今后必将成为首选包装材料。
但是纸张的主要成分是植物纤维,若要做成袋子需要提升纸张表面的热封性能。为了解决这个问题,目前普遍使用的结构是纸塑复合;如公开号为CN101871187A的中国专利涉及的一种纸塑复合膜,其方法是在纸张的另一面复合具有热封性能的聚乙烯薄膜,以聚乙烯膜的那一面做为袋子内层。但是当纸张经过复合聚乙烯薄膜后,若想回收分离聚乙烯层后再制成纸浆,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。为了杜决纸塑复合材料回收难问题,国内外已经开始研究利用功能涂层来提高纸张的热封性能。公开号为CN103774490A的中国专利涉及了一种聚乳酸涂塑纸的制备方法;其特点是以可降解的聚乳酸颗粒作为涂布颜料,加入水溶性树脂、水、分散剂、消泡剂及脱模剂,配制成涂料,涂布在纸张表面上,达到提高纸张的热封效果。但是聚乳酸是以有机乳酸为原料生产,本身成本非常昂贵,且聚乳酸的防油性能不佳,淋膜涂覆时浪费较大,很大程度上限制此类涂布纸的大量推广。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种可热封防水防油丙烯酸乳液,丙烯酸乳液,无氟、无塑、无APEO,具有优异的防油、防水功能,且热封效果好。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种可热封防水防油丙烯酸乳液,所述丙烯酸乳液是核壳结构,所述丙烯酸乳液的核由丙烯酸酯、有机硅单体、交联单体组成,所述丙烯酸酯为:有机硅单体:交联单体=100:(0.5-10):(0.5-5.0);所述丙烯酸乳液的壳由软单体、硬单体、功能单体组成,所述软单体:硬单体:功能单体=100:(50-200):(1-10);所述丙烯酸乳液在反应过程中采用两亲性有机硅二嵌段共聚物作为乳化剂;所述丙烯酸乳液在反应过程中采用双氧水/硫酸亚铁作为引发剂。
本发明进一步设置为,所述的丙烯酸乳液的核成分的Tg为15~40℃,壳成分的Tg为-10~10℃,其核与壳的重量比为(50-70):(30-50)。
本发明进一步设置为,所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、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、甲基丙烯酸辛酯等中的一种或几种组合。
本发明进一步设置为,所述有机硅单体为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基)甲基二甲氧基硅烷等中的一种或几种组合。
本发明进一步设置为:所述交联单体为N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N-丁氧基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、二丙烯酸乙二醇酯等中的一种或几种组合。
本发明进一步设置为:所述软单体为丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸正辛酯等中的一种或几种组合。
本发明进一步设置为:所述硬单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯等中的一种或几种组合。
本发明进一步设置为:所述功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺等中的一种或几种组合。
本发明进一步设置为:所述两亲性有机硅二嵌段共聚物为PEO-b-PDMS(氧化乙烯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物),所述两亲性有机硅二嵌段共聚物的重均分子量为2000-3000,所述两亲性有机硅二嵌段共聚物的表面张力为23-24mN/m(1%水溶液,20℃),所述两亲性有机硅二嵌段共聚物的HLB值为14-16,所述两亲性有机硅二嵌段共聚物总量占单体总重量的1.0-5.0%;所述引发剂为氧化还原体系,即双氧水/硫酸亚铁组合,其摩尔比为1.2:1,引发剂总重量占单体总重量的0.5-2.0%。
本发明进一步设置为:所述可热封防水防油丙烯酸乳液的合成工艺为:
一、配制核预乳液:向预乳化容器中依次加入去离子水1、乳化剂1、丙烯酸单体、有机硅单体、交联单体及硫酸亚铁1,在一定的转速下乳化30分钟,得到核预乳液;
二、配制壳预乳液:向预乳化容器中依次加入去离子水2、乳化剂2、软单体、硬单体、功能单体及硫酸亚铁2,在一定的转速下乳化30分钟,得到壳预乳液;
三、加热搅拌:将一定量的水加入反应容器中,开启搅拌,加热至65℃;
四、滴加核预乳液、双氧水:然后开始同时滴加核预乳液、双氧水1,滴加过程温度保持在65-75℃,滴加时间控制在120±5分钟,核预乳液、双氧水1滴加完毕30分钟后,再开始同时滴加壳单体乳液、双氧水2,滴加过程温度保持在65-75℃,滴加时间控制在90±5分钟,全部滴加完毕后,65-75℃保温1小时,降温低至45℃,然后加入加液碱(30%NaOH水溶液)调pH至7-8,得到固含量为30-55%的可热封防水防油丙烯酸乳液。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、高Tg且交联的核组分保证涂层干燥后不发粘;
2、核中含有有机硅,赋予涂层优异的防水防油效果;
3、壳成分为低Tg聚丙烯酸酯,保证良好的热封性能;
4、采用两亲性的有机硅二嵌段共聚物PEO-b-PDMS为乳化剂,由于乳化剂本身是大分子,且乳化剂结构中含有有机硅成分,大幅提高了丙烯酸乳液成膜后的耐水性和耐油性;
5、采用双氧水/硫酸亚铁引发体系,保证乳液粒径超细,乳液粒径在20-70nm之间,使得涂层具有良好的成膜性,进一步促进丙烯酸乳液成膜后的防水防油的效果。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面具体实施例对本发明作进一步详细的描述,需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例,对本发明进行详细描述。
实施例1~实施例5、对比例的相关配方及参数列于表1,如下:
表1
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 | |
固含量 | 30wt% | 40wt% | 45wt% | 50wt% | 55wt% | 50wt% |
核Tg/℃ | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 35 |
壳Tg/℃ | 10 | 5 | 0 | -5 | -10 | -5 |
核/壳重量比 | 50:50 | 55:45 | 60:40 | 65:35 | 70:30 | 65:35 |
丙烯酸单体/g | 145 | 203 | 237 | 268 | 303 | 268 |
有机硅单体/g | 1.5 | 7 | 13.5 | 26 | 38 | 26 |
交联单体/g | 1.5 | 4.5 | 8.1 | 13 | 18.5 | 13 |
去离子水1/g | 250 | 220 | 210 | 195 | 175 | 195 |
乳化剂1/g | 1.5 | 4.5 | 8.1 | 13 | 18 | - |
OP-10(1) | - | - | - | - | - | 13 |
硫酸亚铁1/g | 0.42 | 1.2 | 2.4 | 3.16 | 4.2 | 3.16 |
双氧水1/g | 0.33 | 0.93 | 1.9 | 2.52 | 3.4 | 2.52 |
软单体/g | 98 | 100 | 82 | 84 | 92 | 84 |
硬单体/g | 48 | 68 | 82 | 68 | 46 | 68 |
功能单体/g | 2 | 5 | 9 | 13 | 15.5 | 13 |
去离子水2/g | 250 | 180 | 140 | 105 | 75 | 105 |
乳化剂2/g | 1.5 | 3.3 | 5.4 | 7 | 8.2 | - |
OP-10(2) | - | - | - | - | - | 7 |
硫酸亚铁2/g | 0.42 | 0.93 | 1.5 | 1.7 | 1.83 | 1.7 |
双氧水2/g | 0.33 | 0.74 | 1.2 | 1.3 | 1.47 | 1.3 |
实施例1~实施例5、对比例的合成工艺为:
(1)配制核预乳液:向烧杯中依次加入去离子水1、乳化剂1(对比例用OP-10做乳化剂)、丙烯酸单体、有机硅单体、交联单体及硫酸亚铁1,在700rpm转速下乳化30分钟,得到核预乳液;
(2)配制壳预乳液:向烧杯中依次加入去离子水2、乳化剂2(对比例用OP-10做乳化剂)、软单体、硬单体、功能单体及硫酸亚铁2,在700rpm转速下乳化30分钟,得到壳预乳液;
(3)将200g水加入四口烧瓶中,开启搅拌,转速200rpm,加热至65℃;
(4)滴加核预乳液、双氧水1:开始同时滴加核预乳液、双氧水1,滴加过程温度保持在65-75℃,滴加时间为120分钟;
(5)滴加壳预乳液、双氧水2:核预乳液、双氧水1滴加完毕30分钟后,再开始同时滴加壳单体乳液、双氧水2,滴加过程温度保持在65-75℃,滴加时间为90分钟;
(6)全部滴加完毕后,65-75℃保温1小时,降温低至45℃,然后加入加液碱(30%NaOH水溶液)调pH至7-8,得到固含量为30-55%的可热封防水防油丙烯酸乳液。
效果评价
样品制备:用刮棒将实施例1~实施例5、对比例制备的丙烯酸乳液,涂布在230g/2m的淋膜原纸上,放入130℃烘箱,烘5分钟,涂布量控制在10-12g/2m(绝干)。
市售对比样:选取市售的聚乳酸淋膜纸(245g/2m,聚乳酸淋涂量为15g/2m)。
热封性能评价方法:按标准QB/T 2358-1998测试。
耐油性能评价方法:按标准GB/T 5406-2002测试。
耐水性能评价方法:将涂布纸折成10*10*5cm的纸容器,向纸容器中加入50g水,放置24小时观察是否漏水。
上述数据标明:本发明的一种可热封防水防油丙烯酸乳液的热封强度、耐油性能及耐水性能优良,热封强度和耐油性明显能优于对比例及市售对比样。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可热封防水防油丙烯酸乳液,所述丙烯酸乳液是核壳结构,其特征在于:所述丙烯酸乳液的核由丙烯酸酯、有机硅单体、交联单体组成,其重量比例为丙烯酸酯:有机硅单体:交联单体=100:(0.5-10):(0.5-5.0);所述丙烯酸乳液的壳由软单体、硬单体、功能单体组成,其重量比例为软单体:硬单体:功能单体=100:(50-200):(1-10);所述丙烯酸乳液在反应过程中采用两亲性有机硅二嵌段共聚物作为乳化剂;所述丙烯酸乳液在反应过程中采用双氧水/硫酸亚铁作为引发剂。
2.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述丙烯酸乳液的核成分的Tg为15~40℃,壳成分的Tg为-10~10℃,其核与壳的重量比为(50-70):(30-50)。
3.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述丙烯酸酯为:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、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、甲基丙烯酸辛酯等中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述有机硅单体为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧烷基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基)甲基二甲氧基硅烷等中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述交联单体为:N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N-丁氧基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、二丙烯酸乙二醇酯等中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述软单体为丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸正辛酯等中的一种或几种组合。
7.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述硬单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯等中的一种或几种组合。
8.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺等中的一种或几种组合。
9.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述两亲性有机硅二嵌段共聚物为PEO-b-PDMS,所述两亲性有机硅二嵌段共聚物的重均分子量为2000-3000,所述两亲性有机硅二嵌段共聚物的表面张力为23-24mN/m,所述两亲性有机硅二嵌段共聚物的HLB值为14-16,所述两亲性有机硅二嵌段共聚物总量占单体总重量的1.0-5.0%;所述引发剂为氧化还原体系,即双氧水/硫酸亚铁组合,其摩尔比为1.2:1,引发剂总重量占单体总重量的0.5-2.0%。
10.根据权利要求1所述的一种可热封防水防油丙烯酸乳液,其特征在于:所述可热封防水防油丙烯酸乳液的合成工艺为:
一、配制核预乳液:向预乳化容器中依次加入去离子水1、乳化剂1、丙烯酸单体、有机硅单体、交联单体及硫酸亚铁1,在一定的转速下乳化30分钟,得到核预乳液;
二、配制壳预乳液:向预乳化容器中依次加入去离子水2、乳化剂2、软单体、硬单体、功能单体及硫酸亚铁2,在一定的转速下乳化30分钟,得到壳预乳液;
三、加热搅拌:将一定量的水加入反应容器中,开启搅拌,加热至65℃;
四、滴加核预乳液、双氧水:然后开始同时滴加核预乳液、双氧水1,滴加过程温度保持在65-75℃,滴加时间控制在120±5分钟,核预乳液、双氧水1滴加完毕30分钟后,再开始同时滴加壳单体乳液、双氧水2,滴加过程温度保持在65-75℃,滴加时间控制在90±5分钟,全部滴加完毕后,65-75℃保温1小时,降温低至45℃,然后加入加液碱(30%NaOH水溶液)调pH至7-8,得到固含量为30-55%的可热封防水防油丙烯酸乳液。
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