一种防油纸用的苯丙乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地说，是涉及一种防油纸用的苯丙乳液及其制备方法。

背景技术

目前，随着禁塑令的升级，纸张的应用领域越来越广泛，很多纸张应用需要具有一定的防油性，如各种食品的包装纸、外包装纸板、离型纸、无碳复写纸及各种艺术用纸。研究和开发新型、高效的防油纸将成为防油纸领域发展的主流。

现在市场上使用的防油纸基本上都是将热熔PE塑料粒子均匀地喷淋在纸张表面上，从而形成淋膜纸，相比起普通的纸张，淋膜纸具有防水、防油等特点，如专利CN107738491A涉及的耐高温淋膜纸。但是当纸张经过淋膜后，制成的一次性纸碗、纸杯等使用后的废弃物，若想回收分离PE层后再制浆，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。

为了解决淋膜纸回收难问题，国内外已经开始研究通过功能涂层来解决纸张的防油问题，如中国专利CN103669105A公开了一种防油纸及其生产方法，其特点是在原纸上涂防油涂层，制备的防油纸防油指数虽然能达到7级，但是使用的防油涂料是通过加入塑化剂来提高纸张的防油性能。国家已经明文规定塑化剂不能用于加工食品，也不允许使用在食品包装上。因此针对目前防油涂层技术上的不成熟，若能开发一种安全、环保的功能防油涂层，将在一定程度上拓宽了防油纸的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防油纸用的苯丙乳液及其制备方法，本发明提供的防油纸用的苯丙乳液具有良好的耐油性及耐候性，涂在纸上做成的防油纸，既解决了淋膜纸回收难的问题，又具有超强的阻油效果。

本发明提供了一种防油纸用的苯丙乳液，由包括以下组分的原料制得：

苯乙烯20～28wt％；

丙烯酸酯类单体10～20wt％；

甲酰胺3～8wt％；

乳化剂0.3～0.6wt％；

引发剂0.1～0.3wt％；

消泡剂0.05～0.1wt％；

pH调节剂0.02～0.05wt％；

余量的水；

所述乳化剂为2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和/或烯丙基聚醚硫酸钠。

优选的，所述丙烯酸酯类单体选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸和丙烯酸甲酯中的一种或多种。

优选的，所述引发剂为叔丁基过氧化氢。

优选的，所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

优选的，所述pH调节剂为氨水。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的防油纸用的苯丙乳液的制备方法，包括以下步骤：

a)将苯乙烯、丙烯酸酯类单体和甲酰胺混合，得到混合单体；

将第一用量的水和乳化剂混合，得到乳化剂溶液；

将第二用量的水和引发剂混合，得到引发剂溶液；

b)将剩余的水、第三用量的混合单体、第四用量的乳化剂溶液和第五用量的引发剂溶液混合后，进行第一次反应；然后通过计量泵分别连续加入剩余的混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为5～8h；待加料完成后，进行第二次反应；最后加入pH调节剂和消泡剂混合均匀，静置待冷却后得到防油纸用的苯丙乳液。

优选的，步骤a)中所述第一用量的水占水总量的12～18wt％；所述第二用量的水占水总量的5～10wt％。

优选的，步骤b)中所述第三用量的混合单体占混合单体总量的2～10wt％；所述第四用量的乳化剂溶液占乳化剂溶液总量的5～7wt％；所述第五用量的引发剂溶液占引发剂溶液总量的1～3wt％。

优选的，步骤b)中所述第一次反应的真空度为-0.015MPa～-0.005MPa，温度为80℃～85℃，搅拌速度为80r/min～130r/min，时间为0.5h～1.5h。

优选的，步骤b)中所述第二次反应的真空度为-0.015MPa～-0.005MPa，温度为80℃～85℃，搅拌速度为80r/min～130r/min，时间为1h～2h。

本发明提供了一种防油纸用的苯丙乳液，由包括以下组分的原料制得：苯乙烯20～28wt％；丙烯酸酯类单体10～20wt％；甲酰胺3～8wt％；乳化剂0.3～0.6wt％；引发剂0.1～0.3wt％；消泡剂0.05～0.1wt％；pH调节剂0.02～0.05wt％；余量的水；所述乳化剂为2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和/或烯丙基聚醚硫酸钠。与现有技术相比，本发明在苯丙乳液聚合过程中，通过添加苯乙烯单体和甲酰胺，在乳化剂作用下，苯乙烯链段和甲酰胺基交联反应，形成致密性的苯丙基团；并且在聚合过程中添加反应型乳化剂，不仅本身起到乳化作用，还可以参与苯丙乳液的聚合反应，以共价键的形式结合在苯环支链上；从而使特定含量组分制备得到的防油纸用的苯丙乳液整体实现较好的相互作用，产品具有良好的耐油性及耐候性，并且乳液烘干后的涂层形成超强的疏油效果，水滴或油滴可以在微动力作用下在涂层的表面滚落，更加稳定了防水、防油等优异的综合性能。

另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种防油纸用的苯丙乳液，由包括以下组分的原料制得：

苯乙烯20～28wt％；

丙烯酸酯类单体10～20wt％；

甲酰胺3～8wt％；

乳化剂0.3～0.6wt％；

引发剂0.1～0.3wt％；

消泡剂0.05～0.1wt％；

pH调节剂0.02～0.05wt％；

余量的水；

所述乳化剂为2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和/或烯丙基聚醚硫酸钠。

在本发明中，所述防油纸用的苯丙乳液由包括苯乙烯、丙烯酸酯类单体、甲酰胺、乳化剂、引发剂、消泡剂、pH调节剂和水的原料制得，优选由苯乙烯、丙烯酸酯类单体、甲酰胺、乳化剂、引发剂、消泡剂、pH调节剂和水制得。

在本发明中，所述防油纸用的苯丙乳液优选包括：

苯乙烯22～28wt％；

丙烯酸酯类单体10～20wt％；

甲酰胺3.2～8wt％；

乳化剂0.33～0.5wt％；

引发剂0.1～0.3wt％；

消泡剂0.05～0.1wt％；

pH调节剂0.02～0.05wt％；

余量的水。

本发明对所述苯乙烯和甲酰胺的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可；所述水优选采用本领域技术人员熟知的软水即可。

在本发明中，所述丙烯酸酯类单体优选选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸和丙烯酸甲酯中的一种或多种。本发明对所述丙烯酸酯类单体的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸和丙烯酸甲酯的市售商品即可。

在本发明中，所述乳化剂为2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和/或烯丙基聚醚硫酸钠，优选为2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠或烯丙基聚醚硫酸钠。本发明对所述乳化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和烯丙基聚醚硫酸钠的市售商品即可。

在本发明中，所述引发剂优选为叔丁基过氧化氢；所述消泡剂优选为有机硅类消泡剂；所述pH调节剂优选为氨水。本发明对所述引发剂、消泡剂和pH调节剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

本发明在苯丙乳液聚合过程中，通过添加苯乙烯单体和甲酰胺，在乳化剂作用下，苯乙烯链段和甲酰胺基交联反应，形成致密性的苯丙基团，使其具有良好的耐油性及耐候性；并且，在聚合过程中由于添加的是特定种类的反应型乳化剂，它比传统型乳化剂性能更优，不仅本身起到乳化作用，还可以参与苯丙乳液的聚合反应，以共价键的形式结合在苯环支链上，使乳液烘干后的涂层形成超强的疏油效果，水滴或油滴可以在微动力作用下在涂层的表面滚落，更加稳定了防水、防油等优异的综合性能。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的防油纸用的苯丙乳液的制备方法，包括以下步骤：

a)将苯乙烯、丙烯酸酯类单体和甲酰胺混合，得到混合单体；

将第一用量的水和乳化剂混合，得到乳化剂溶液；

将第二用量的水和引发剂混合，得到引发剂溶液；

b)将剩余的水、第三用量的混合单体、第四用量的乳化剂溶液和第五用量的引发剂溶液混合后，进行第一次反应；然后通过计量泵分别连续加入剩余的混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为5～8h；待加料完成后，进行第二次反应；最后加入pH调节剂和消泡剂混合均匀，静置待冷却后得到防油纸用的苯丙乳液。

本发明首先将苯乙烯、丙烯酸酯类单体和甲酰胺混合，得到混合单体；将第一用量的水和乳化剂混合，得到乳化剂溶液；将第二用量的水和引发剂混合，得到引发剂溶液。

在本发明中，所述第一用量的水优选占水总量的12～18wt％；所述第二用量的水优选占水总量的5～10wt％。

之后，本发明将剩余的水、第三用量的混合单体、第四用量的乳化剂溶液和第五用量的引发剂溶液混合后，进行第一次反应；然后通过计量泵分别连续加入剩余的混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为5～8h；待加料完成后，进行第二次反应；最后加入pH调节剂和消泡剂混合均匀，静置待冷却后得到防油纸用的苯丙乳液。

在本发明中，所述第三用量的混合单体优选占混合单体总量的2～10wt％，更优选为2～5wt％；所述第四用量的乳化剂溶液优选占乳化剂溶液总量的4～5wt％；所述第五用量的引发剂溶液优选占引发剂溶液总量的1～5wt％，更优选为2～4wt％。

本发明对所述混合的装置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的反应釜即可，能够实现密封。

在本发明中，所述第一次反应的真空度优选为-0.015MPa～-0.005MPa，更优选为-0.01MPa；所述第一次反应的温度优选为80℃～85℃；所述第一次反应的搅拌速度优选为80r/min～130r/min；所述第一次反应的时间优选为0.5h～1.5h，更优选为1h。

在本发明中，所述第二次反应的真空度优选为-0.015MPa～-0.005MPa，更优选为-0.01MPa；所述第二次反应的温度优选为80℃～85℃；所述第二次反应的搅拌速度优选为80r/min～130r/min；上述真空度、温度和转速保持与第一次反应的相应参数一致即可；所述第二次反应的时间优选为1h～2h。

在本发明中，所述加入pH调节剂和消泡剂混合均匀的时间优选为0.5h～1h；通过本领域技术人员熟知的搅拌的技术方案即可。

在本发明中，所述静置待冷却后得到的防油纸用的苯丙乳液的固含量为45％～55％，玻璃化温度为55℃～65℃。

本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

本发明提供的防油纸用的苯丙乳液采用本领域技术人员熟知的涂布方式应用于原纸上，烘干后能够形成带有涂层的防油纸。在本发明中，所述原纸优选为100g/m

本发明提供了一种防油纸用的苯丙乳液，由包括以下组分的原料制得：苯乙烯20～28wt％；丙烯酸酯类单体10～20wt％；甲酰胺3～8wt％；乳化剂0.3～0.6wt％；引发剂0.1～0.3wt％；消泡剂0.05～0.1wt％；pH调节剂0.02～0.05wt％；余量的水；所述乳化剂为2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠和/或烯丙基聚醚硫酸钠。与现有技术相比，本发明在苯丙乳液聚合过程中，通过添加苯乙烯单体和甲酰胺，在乳化剂作用下，苯乙烯链段和甲酰胺基交联反应，形成致密性的苯丙基团；并且在聚合过程中添加反应型乳化剂，不仅本身起到乳化作用，还可以参与苯丙乳液的聚合反应，以共价键的形式结合在苯环支链上；从而使特定含量组分制备得到的防油纸用的苯丙乳液整体实现较好的相互作用，产品具有良好的耐油性及耐候性，并且乳液烘干后的涂层形成超强的疏油效果，水滴或油滴可以在微动力作用下在涂层的表面滚落，更加稳定了防水、防油等优异的综合性能。

另外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用原料均为市售。

实施例1

(1)将28kg的苯乙烯、5kg的甲基丙烯酸甲酯、5kg的丙烯酸甲酯、4.3kg的甲酰胺单体加入到A料罐中，搅拌均匀，配成混合单体，待用；

将8kg的软水和0.5kg 2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠乳化剂加入到B料罐中，搅拌均匀，配成乳化剂溶液，待用；

将4.2kg的软水和0.1kg的叔丁基过氧化氢引发剂加入到C料罐中，搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。

(2)在反应釜中加入剩余的40.8kg软水，2kg的混合单体，0.4kg的乳化剂溶液，0.13kg的引发剂溶液，密封后抽真空到-0.01MPa，开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定130r/min，待温度达到80℃后，保温1小时；然后通过计量泵连续加入配制好的剩余混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为5小时；待加料完成后，继续保温80℃1小时；然后加入0.03kg的氨水pH调节剂和0.07kg的有机硅消泡剂，充分搅拌0.8小时后，静置待冷却后即制得防油纸用的苯丙乳液。

经测试，本发明实施例1提供的防油纸用的苯丙乳液的固含量为45％，玻璃化温度为58℃。

将本发明实施例1提供的防油纸用的苯丙乳液，涂布在100g/m

表1应用本发明实施例1提供的防油纸用的苯丙乳液的防油纸各项性能数据

实施例2

(1)将22kg的苯乙烯、15kg的甲基丙烯酸甲酯、5kg的甲基丙烯酸、3.2kg的甲酰胺单体加入到A料罐中，搅拌均匀，配成混合单体，待用；

将9kg的软水和0.5kg烯丙基聚醚硫酸钠乳化剂加入到B料罐中，搅拌均匀，配成乳化剂溶液，待用；

将4.0kg的软水和0.2kg的叔丁基过氧化氢引发剂加入到C料罐中，搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。

(2)在反应釜中加入剩余的42kg软水，1.3kg的混合单体，0.45kg的乳化剂溶液，0.1kg的引发剂溶液，密封后抽真空到-0.01MPa，开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定120r/min，待温度达到85℃后，保温1小时；然后通过计量泵连续加入配制好的剩余混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为6小时；待加料完成后，继续保温85℃0.8小时；然后加入0.04kg的氨水pH调节剂和0.06kg的有机硅消泡剂，充分搅拌1小时后，静置待冷却后即制得防油纸用的苯丙乳液。

经测试，本发明实施例2提供的防油纸用的苯丙乳液的固含量为47％，玻璃化温度为56℃。

将本发明实施例2提供的防油纸用的苯丙乳液，涂布在120g/m

表2应用本发明实施例2提供的防油纸用的苯丙乳液的防油纸各项性能数据

实施例3

(1)将27kg的苯乙烯、5.3kg的甲基丙烯酸甲酯、14kg的丙烯酸甲酯、8.0kg的甲酰胺单体加入到A料罐中，搅拌均匀，配成混合单体，待用；

将6.5kg的软水和0.33kg 2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠乳化剂加入到B料罐中，搅拌均匀，配成乳化剂溶液，待用；

将3.5kg的软水和0.3kg的叔丁基过氧化氢引发剂加入到C料罐中，搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。

(2)在反应釜中加入剩余的35kg软水，1.9kg的混合单体，0.3kg的乳化剂溶液，0.1kg的引发剂溶液，密封后抽真空到-0.01MPa，开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定110r/min，待温度达到82℃后，保温1小时；然后通过计量泵连续加入配制好的剩余混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为7小时；待加料完成后，继续保温82℃1.5小时；然后加入0.02kg的氨水pH调节剂和0.05kg的有机硅消泡剂，充分搅拌0.7小时后，静置待冷却后即制得防油纸用的苯丙乳液。

经测试，本发明实施例3提供的防油纸用的苯丙乳液的固含量为55％，玻璃化温度为65℃。

将本发明实施例3提供的防油纸用的苯丙乳液，涂布在250g/m

表3应用本发明实施例3提供的防油纸用的苯丙乳液的防油纸各项性能数据

实施例4

(1)将26kg的苯乙烯、6kg的甲基丙烯酸甲酯、3kg的丙烯酸甲酯、8kg甲基丙烯酸、5.3kg的甲酰胺单体加入到A料罐中，搅拌均匀，配成混合单体，待用；

将7.6kg的软水和0.5kg 2-烯丙基醚-3-羟基丙烷-1-磺酸钠乳化剂加入到B料罐中，搅拌均匀，配成乳化剂溶液，待用；

将5kg的软水和0.2kg的叔丁基过氧化氢引发剂加入到C料罐中，搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。

(2)在反应釜中加入剩余的38.4kg软水，1.7kg的混合单体，0.35kg的乳化剂溶液，0.2kg的引发剂溶液，密封后抽真空到-0.01MPa，开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定80r/min，待温度达到81℃后，保温1小时；然后通过计量泵连续加入配制好的剩余混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为8小时；待加料完成后，继续保温81℃1小时；然后加入0.03kg的氨水pH调节剂和0.07kg的有机硅消泡剂，充分搅拌1小时后，静置待冷却后即制得防油纸用的苯丙乳液。

经测试，本发明实施例4提供的防油纸用的苯丙乳液的固含量为49％，玻璃化温度为62℃。

将本发明实施例4提供的防油纸用的苯丙乳液，涂布在180g/m

表4应用本发明实施例4提供的防油纸用的苯丙乳液的防油纸各项性能数据

实施例5

(1)将27kg的苯乙烯、10kg的甲基丙烯酸甲酯、9kg的丙烯酸甲酯、7.1kg的甲酰胺单体加入到A料罐中，搅拌均匀，配成混合单体，待用；

将6.9kg的软水和0.45kg烯丙基聚醚硫酸钠乳化剂加入到B料罐中，搅拌均匀，配成乳化剂溶液，待用；

将3.6kg的软水和0.3kg的叔丁基过氧化氢引发剂加入到C料罐中，搅拌均匀，配成引发剂溶液，待用。

(2)在反应釜中加入剩余的35.5kg软水，1.8kg的混合单体，0.35kg的乳化剂溶液，0.1kg的引发剂溶液，密封后抽真空到-0.01MPa，开启搅拌和加热装置，搅拌速度设定90r/min，待温度达到84℃后，保温1小时；然后通过计量泵连续加入配制好的剩余混合单体、乳化剂溶液、引发剂溶液，滴加时间控制为5小时；待加料完成后，继续保温84℃2小时；然后加入0.05kg的氨水pH调节剂和0.1kg的有机硅消泡剂，充分搅拌1.5小时后，静置待冷却后即制得防油纸用的苯丙乳液。

经测试，本发明实施例5提供的防油纸用的苯丙乳液的固含量为54％，玻璃化温度为56℃。

将本发明实施例5提供的防油纸用的苯丙乳液，涂布在130g/m

表5应用本发明实施例5提供的防油纸用的苯丙乳液的防油纸各项性能数据

对比例

采用现有苯丙乳液，具体为专利CN111171642A开发的产品，结构为250g/m

表6应用对比例提供的苯丙乳液的防油纸各项性能数据

通过与现有的苯丙乳液进行对比可知，使用本发明的苯丙乳液制做的防油纸防油等级更高(9～11级)，而且涂层表面张力较小(22～28mN/m)，油滴在涂层表面上形成超强的疏油效果；本发明提供的防油纸用的苯丙乳液涂在纸上做成的防油纸，既解决了淋膜纸回收难的问题，又具有超强的阻油效果；为了获得干燥后在室温下硬度较高的涂层，与现有技术相比，本发明通过合理的单体配比，将苯丙乳液的玻璃化转变温度设计为50～60℃，从而进一步提高涂层的防油性能。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。