一种羧基丁苯胶乳生产工艺及其设备

技术领域

本发明涉及胶乳生产技术领域，尤其是一种羧基丁苯胶乳生产工艺及其设备。

背景技术

随着社会经济的快速发展，我国人均用纸量越来越大，对纸张的质量要求也越来越高，表面涂布是提高纸张质量的一个重要途径。随着高档包装需求的增加，涂布纸将是今后发展的趋势。在涂布纸生产过程中，对涂料性能的要求很高，即要具有很好的流变性能，也要求尽可能的提高涂料的固含量，这样就能降低烘干的成本。要使涂料达到上述的要求，胶乳的性能是关键，胶乳要保证具有良好的粘结强度，提高涂布纸表面强度，涂布后要具有较好的流平性能，提高涂布纸表面的光泽度。

羧基丁苯胶乳是目前在涂布纸生产上应用范围最广的胶乳，然而，目前市面上在售的大部分造纸用羧基丁苯胶乳，因为制备方法的差异无法满足特殊的应用，制造得到的羧基丁苯胶乳也无法兼顾稳定性、粘结强度、湿胶表面强度以及抗起泡性能，涂布后纸张的光泽性和平滑性也有所不足。

发明内容

本发明为了解决上述存在的技术问题，提供一种羧基丁苯胶乳生产工艺及其设备。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种羧基丁苯胶乳生产工艺，包括以下步骤：

S1.用泵将丙烯腈打入丙烯腈计量罐中待用，将丁二烯打入丁二烯计量罐中待用；

S2.利用液位差将软水放进配皂釜中，开启搅拌，边搅拌边依次将乳化剂、螯合剂、混料单体、碳酸氢钠打入配皂釜中，升温至50℃后保温30min配成皂液，停止搅拌待用；

S3.将引发剂和软水加入至引发剂配制罐中搅拌至溶解，开启真空并将其吸入至引发剂补加罐中待用；

S4.利用液位差将软水加入至反应釜中，开启反应釜真空，将配置好的皂液、硫醇、丙烯腈抽进反应釜中，用氮气置换2次，继续抽真空至0.06MPa，将丁二烯和功能单体打入反应釜中；

S5.反应釜蒸汽升温至40℃时打入引发剂补加罐中的引发剂，待温度上升时通夹套冰水保持恒温；

S6.控制好温度，直至转化率大于98％时反应结束；

S7.用蒸汽将反应所得胶乳压进脱气釜中，开启脱气釜，搅拌并通过冷凝器抽真空，将福美钠、水性抗氧剂依次抽进脱气釜中，继续抽真空，并用蒸汽将温度提升至70℃，保持温度和翻滚状态，控制负压0.06MPa～0.08MPa；

S8.60min后，关闭蒸汽和真空阀门，降温至50℃以下后出料至调和釜；

S9.开启调和釜搅拌，用30min缓慢加入液碱调pH至8.5后，继续搅拌30min；

S10.用200目滤网通过震动筛过滤至周转罐中，并压入至成品罐中，即得到羧基丁苯胶乳。所述原料配比以该组合物的总重量为基准，所有原料以重量份计为：

所述乳化剂剂由阴离子乳化剂和非离子乳化剂以3∶1的质量比复合而成，阴离子乳化剂为C8～C18烷基苯磺酸钠、C8～C18烷基硫酸钠、C8～C18烷基二酚醚二磺酸钠中的一种或多种，优选为十二烷基硫酸钠，非离子乳化剂为环氧乙烷加成数为5～20的C8～C12烷基酚聚氧乙烯醚、环氧乙烷加成数为5～20的C8～C12脂肪醇聚氧乙烯醚、环氧丙烷加成数为2～10的C4～C8脂肪醇聚氧丙烯醚中的一种或多种，优选为NP-10。

所述螯合剂为金属离子螯合剂，包括乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和三聚磷酸钠的一种或多种。

所述混料单体包括按照质量百分比计的苯乙烯86.5～88.5％和甲基丙烯酸11.5％～14.0％。所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢的一种或多种，优选为过硫酸钾。

所述硫醇为烷基硫醇，包括乙二硫醇、乙硫醇、二烷基硫醇、叔十二碳硫醇的一种，优选为叔十二碳硫醇。

所述功能单体包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯的一种或多种。

一种羧基丁苯胶乳生产设备，包括丙烯腈计量罐、丁二烯计量罐、配皂釜、引发剂配制罐，所述丙烯腈计量罐与反应釜通过泵相连，所述丁二烯计量罐与反应釜通过泵相连，所述配皂釜与反应釜通过泵相连，所述引发剂配制罐与引发剂补加罐通过泵相连，所述反应釜下方连接有脱气釜，所述脱气釜通过阀门连接有冷凝器，所述脱气釜下方连接有调和釜，所述调和釜下方连接有过滤器，所述过滤器下方连接有周转罐，所述周转罐下方连接有成品罐。本发明解决了羧基丁苯胶乳无法兼顾稳定性、粘结强度、湿胶表面强度以及抗起泡性能的问题，通过将各种配料分别用泵直接依次打入聚合釜中，导入过程中同时进行搅拌，使配料混合更加均匀，进一步避免原料聚合反应不完全的现象，从而进一步保证产品性能的稳定性，通过引入大量水分子，使得羟基可以稳定存在而不会与羧基发生酯化反应，通过引入丙烯腈，使羧基、羟基、腈基等基团之间发生缩合反应，形成交联键从而形成交联聚合物，使线性乳液聚合物交联产生三维网状结构，改善了聚合体的表面强度、抗磨性、粘结强度、耐水洗性、耐碱性、抗污性等性能，而因丙烯腈的玻璃化温度较高，胶乳的玻璃化温度也变高，减小胶乳聚合物涂层与印刷油墨之间的相互作用力，因此加入了丙烯腈的羧基丁苯胶乳不仅可提高涂布纸的适印性，还能提高涂布纸的光泽度和平滑度，通过采用了乳液聚合技术，利用功能单体中不饱和双键和羟基，与丁二烯等其余原料的不饱和双键发生共聚以及为丁苯分子链引入羟基，使得羧基丁苯胶粒表面带有一定数量的非离子极性基团，该基团具有一定的自乳化效果，以及极性基团之间相互作用力较强，因此不仅提高了涂布纸的化学稳定性、抗变形能力、粘结性、抗拉强度、抗起泡性，还能有效减少乳化剂用量，降低成本，通过加入碱性物质，如碳酸氢钠、液碱，使体系pH值为8～10，从而稳定附聚过程，通过缩短反应时间，从而提高生产效率。

附图说明

图1为本发明一种羧基丁苯胶乳生产工艺的工艺流程图。

图2为本发明一种羧基丁苯胶乳生产设备的设备流程图。

1-丙烯腈计量罐；2-丁二烯计量罐；3-配皂釜；4-引发剂配制罐；5-引发剂补加罐；6-冷凝器；7-阀门；8-成品罐；9-周转罐；10-过滤器；11-调和釜；12-脱气釜；13-反应釜；14-泵。

具体实施方式

本发明提供一种羧基丁苯胶乳生产工艺及其设备，为加深本发明的理解，下面将结合实施案例对本发明作进一步详述。本发明可通过如下方式实施：

一种羧基丁苯胶乳生产工艺，包括以下步骤：

S1.以重量份计，用泵将7.8～12.3份丙烯腈打入丙烯腈计量罐中待用，将45.0～52.6份丁二烯打入丁二烯计量罐中待用；

S2.利用液位差将76.7～88.3份软水放进配皂釜中，开启搅拌，边搅拌边依次将14.2～17.3份乳化剂、0.2～0.5份螯合剂、56.1～61.4份混料单体、3.0～5.0份碳酸氢钠打入配皂釜中，升温至50℃后保温30min配成皂液，停止搅拌待用，通过将各种配料分别用泵直接依次打入聚合釜中，导入过程中同时进行搅拌，使配料混合更加均匀，进一步避免原料聚合反应不完全的现象，从而进一步保证产品性能的稳定性；

S3.将6.4～8.7份引发剂和18.2～23.4份软水加入至引发剂配制罐中搅拌至溶解，开启真空并将其吸入至引发剂补加罐中待用，抽真空是为了去除釜内残余的空气以及方便投料；

S4.利用液位差将64.2～73.7份软水加入至反应釜中，开启反应釜真空，将配置好的皂液、2.2～4.8份硫醇、7.8～12.3份丙烯腈抽进反应釜中，用氮气置换2次，继续抽真空至0.06MPa，将45.0～52.6份丁二烯和6.5～9.8份功能单体打入反应釜中，通过引入大量水分子，使得羟基可以稳定存在而不会与羧基发生酯化反应，通过引入丙烯腈，使羧基、羟基、腈基等基团之间发生缩合反应，形成交联键从而形成交联聚合物，使线性乳液聚合物交联产生三维网状结构，改善了聚合体的表面强度、抗磨性、粘结强度、耐水洗性、耐碱性、抗污性等性能，而因丙烯腈的玻璃化温度较高，胶乳的玻璃化温度也变高，减小胶乳聚合物涂层与印刷油墨之间的相互作用力；

S5.反应釜蒸汽升温至40℃时打入引发剂补加罐中的引发剂，待温度上升时通夹套冰水保持恒温；

S6.控制好温度，直至转化率大于98％时反应结束；

S7.用蒸汽将反应所得胶乳压进脱气釜中，开启脱气釜，搅拌并通过冷凝器抽真空，将2.4～3.6份福美钠、1.5～2.8份水性抗氧剂依次抽进脱气釜中，继续抽真空，并用蒸汽将温度提升至70℃，保持温度和翻滚状态，控制负压0.06MPa～0.08MPa，脱气过程是为了脱除反应体系中未完全反应的残余单体，如丁二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸，从而降低胶乳中游离单体的浓度和气味；

S8.60min后，关闭蒸汽和真空阀门，降温至50℃以下后出料至调和釜；

S9.开启调和釜搅拌，用30min缓慢加入液碱调pH至8.5后，继续搅拌30min；

S10.用200目滤网通过震动筛过滤至周转罐中，并压入至成品罐中，即得到羧基丁苯胶乳。所述乳化剂剂由阴离子乳化剂和非离子乳化剂以3∶1的质量比复合而成，即10.7～13.0份阴离子乳化剂和3.6～4.3份非离子乳化剂，阴离子乳化剂为C8～C18烷基苯磺酸钠、C8～C18烷基硫酸钠、C8～C18烷基二酚醚二磺酸钠中的一种或多种，优选为十二烷基硫酸钠，非离子乳化剂为环氧乙烷加成数为5～20的C8～C12烷基酚聚氧乙烯醚、环氧乙烷加成数为5～20的C8～C12脂肪醇聚氧乙烯醚、环氧丙烷加成数为2～10的C4～C8脂肪醇聚氧丙烯醚中的一种或多种，优选为NP-10。

所述螯合剂为金属离子螯合剂，包括乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和三聚磷酸钠的一种或多种。

所述混料单体包括按照质量百分比计的苯乙烯86.5～88.5％和甲基丙烯酸11.5％～14.0％。所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢的一种或多种，优选为过硫酸钾。

所述硫醇为烷基硫醇，包括乙二硫醇、乙硫醇、二烷基硫醇、叔十二碳硫醇的一种，优选为叔十二碳硫醇。

所述功能单体包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯的一种或多种，利用功能单体中不饱和双键和羟基，与丁二烯等其余原料的不饱和双键发生共聚以及为丁苯分子链引入羟基，使得羧基丁苯胶粒表面带有一定数量的非离子极性基团，该基团具有一定的自乳化效果，以及极性基团之间相互作用力较强。

一种羧基丁苯胶乳生产设备，包括丙烯腈计量罐、丁二烯计量罐、配皂釜、引发剂配制罐，所述丙烯腈计量罐与反应釜通过泵相连，所述丁二烯计量罐与反应釜通过泵相连，所述配皂釜与反应釜通过泵相连，所述引发剂配制罐与引发剂补加罐通过泵相连，所述反应釜下方连接有脱气釜，所述脱气釜通过阀门连接有冷凝器，所述脱气釜下方连接有调和釜，所述调和釜下方连接有过滤器，所述过滤器下方连接有周转罐，所述周转罐下方连接有成品罐。

实施例1

该实施例耗材较少，成本较低。

一种羧基丁苯胶乳生产工艺，包括以下步骤：

S1.以重量份计，用泵将7.8份丙烯腈打入丙烯腈计量罐中待用，将48.0份丁二烯打入丁二烯计量罐中待用；

S2.利用液位差将76.7份软水放进配皂釜中，开启搅拌，边搅拌边依次将由11.7份十二烷基硫酸钠和3.9份NP-10复合而成的乳化剂、0.3份乙二胺四乙酸四钠、52.2份苯乙烯、7.6份甲基丙烯酸、4.2份碳酸氢钠打入配皂釜中，升温至50℃后保温30min配成皂液，停止搅拌待用；

S3.将7.4份过硫酸钾和18.2份软水加入至引发剂配制罐中搅拌至溶解，开启真空并将其吸入至引发剂补加罐中待用；

S4.利用液位差将64.2份软水加入至反应釜中，开启反应釜真空，将配置好的皂液、2.8份叔十二碳硫醇、7.8份丙烯腈抽进反应釜中，用氮气置换2次，继续抽真空至0.06MPa，将48.0份丁二烯和6.5份甲基丙烯酸羟乙酯打入反应釜中；

S5.反应釜蒸汽升温至40℃时打入引发剂补加罐中的引发剂，待温度上升时通夹套冰水保持恒温；

S6.控制好温度，直至转化率大于98％时反应结束；

S7.用蒸汽将反应所得胶乳压进脱气釜中，开启脱气釜，搅拌并通过冷凝器抽真空，将2.9份福美钠、2.1份水性抗氧剂依次抽进脱气釜中，继续抽真空，并用蒸汽将温度提升至70℃，保持温度和翻滚状态，控制负压0.06MPa～0.08MPa；

S8.60min后，关闭蒸汽和真空阀门，降温至50℃以下后出料至调和釜；

S9.开启调和釜搅拌，用30min缓慢加入液碱调pH至8.5后，继续搅拌30min；

S10.用200目滤网通过震动筛过滤至周转罐中，并压入至成品罐中，即得到羧基丁苯胶乳。

实施例2

该实施例在实施例1的基础上增加了丙烯腈的配比，旨在改善羧基丁苯胶乳的表面强度和粘结强度。

一种羧基丁苯胶乳生产工艺，包括以下步骤：

S1.以重量份计，用泵将11.6份丙烯腈打入丙烯腈计量罐中待用，将48.0份丁二烯打入丁二烯计量罐中待用；

S2.利用液位差将76.7份软水放进配皂釜中，开启搅拌，边搅拌边依次将由11.7份十二烷基硫酸钠和3.9份NP-10复合而成的乳化剂、0.3份乙二胺四乙酸四钠、52.2份苯乙烯、7.6份甲基丙烯酸、4.2份碳酸氢钠打入配皂釜中，升温至50℃后保温30min配成皂液，停止搅拌待用；

S3.将7.4份过硫酸钾和18.2份软水加入至引发剂配制罐中搅拌至溶解，开启真空并将其吸入至引发剂补加罐中待用；

S4.利用液位差将64.2份软水加入至反应釜中，开启反应釜真空，将配置好的皂液、2.8份叔十二碳硫醇、11.6份丙烯腈抽进反应釜中，用氮气置换2次，继续抽真空至0.06MPa，将48.0份丁二烯和6.5份甲基丙烯酸羟乙酯打入反应釜中；

S5.反应釜蒸汽升温至40℃时打入引发剂补加罐中的引发剂，待温度上升时通夹套冰水保持恒温；

S6.控制好温度，直至转化率大于98％时反应结束；

S7.用蒸汽将反应所得胶乳压进脱气釜中，开启脱气釜，搅拌并通过冷凝器抽真空，将2.9份福美钠、2.1份水性抗氧剂依次抽进脱气釜中，继续抽真空，并用蒸汽将温度提升至70℃，保持温度和翻滚状态，控制负压0.06MPa～0.08MPa；

S8.60min后，关闭蒸汽和真空阀门，降温至50℃以下后出料至调和釜；

S9.开启调和釜搅拌，用30min缓慢加入液碱调pH至8.5后，继续搅拌30min；

S10.用200目滤网通过震动筛过滤至周转罐中，并压入至成品罐中，即得到羧基丁苯胶乳。

实施例3

该实施例在实施例2的基础上增加了功能单体的配比，旨在改善羧基丁苯胶乳的化学稳定性和抗起泡性。

一种羧基丁苯胶乳生产工艺，包括以下步骤：

S1.以重量份计，用泵将11.6份丙烯腈打入丙烯腈计量罐中待用，将48.0份丁二烯打入丁二烯计量罐中待用；

S2.利用液位差将76.7份软水放进配皂釜中，开启搅拌，边搅拌边依次将由11.7份十二烷基硫酸钠和3.9份NP-10复合而成的乳化剂、0.3份乙二胺四乙酸四钠、52.2份苯乙烯、7.6份甲基丙烯酸、4.2份碳酸氢钠打入配皂釜中，升温至50℃后保温30min配成皂液，停止搅拌待用；

S3.将7.4份过硫酸钾和18.2份软水加入至引发剂配制罐中搅拌至溶解，开启真空并将其吸入至引发剂补加罐中待用；

S4.利用液位差将64.2份软水加入至反应釜中，开启反应釜真空，将配置好的皂液、2.8份叔十二碳硫醇、11.6份丙烯腈抽进反应釜中，用氮气置换2次，继续抽真空至0.06MPa，将48.0份丁二烯和9.3份甲基丙烯酸羟乙酯打入反应釜中；

S5.反应釜蒸汽升温至40℃时打入引发剂补加罐中的引发剂，待温度上升时通夹套冰水保持恒温；

S6.控制好温度，直至转化率大于98％时反应结束；

S7.用蒸汽将反应所得胶乳压进脱气釜中，开启脱气釜，搅拌并通过冷凝器抽真空，将2.9份福美钠、2.1份水性抗氧剂依次抽进脱气釜中，继续抽真空，并用蒸汽将温度提升至70℃，保持温度和翻滚状态，控制负压0.06MPa～0.08MPa；

S8.60min后，关闭蒸汽和真空阀门，降温至50℃以下后出料至调和釜；

S9.开启调和釜搅拌，用30min缓慢加入液碱调pH至8.5后，继续搅拌30min；

S10.用200目滤网通过震动筛过滤至周转罐中，并压入至成品罐中，即得到羧基丁苯胶乳。

实施例4

该实施例在实施例3的基础上增加了软水的配比，旨在稳定羟基而降低发生酯化反应的几率。一种羧基丁苯胶乳生产工艺，包括以下步骤：

S1.以重量份计，用泵将11.6份丙烯腈打入丙烯腈计量罐中待用，将48.0份丁二烯打入丁二烯计量罐中待用；

S2.利用液位差将85.3份软水放进配皂釜中，开启搅拌，边搅拌边依次将由11.7份十二烷基硫酸钠和3.9份NP-10复合而成的乳化剂、0.3份乙二胺四乙酸四钠、52.2份苯乙烯、7.6份甲基丙烯酸、4.2份碳酸氢钠打入配皂釜中，升温至50℃后保温30min配成皂液，停止搅拌待用；

S3.将7.4份过硫酸钾和21.5份软水加入至引发剂配制罐中搅拌至溶解，开启真空并将其吸入至引发剂补加罐中待用；

S4.利用液位差将71.8份软水加入至反应釜中，开启反应釜真空，将配置好的皂液、2.8份叔十二碳硫醇、11.6份丙烯腈抽进反应釜中，用氮气置换2次，继续抽真空至0.06MPa，将48.0份丁二烯和9.3份甲基丙烯酸羟乙酯打入反应釜中；

S5.反应釜蒸汽升温至40℃时打入引发剂补加罐中的引发剂，待温度上升时通夹套冰水保持恒温；

S6.控制好温度，直至转化率大于98％时反应结束；

S7.用蒸汽将反应所得胶乳压进脱气釜中，开启脱气釜，搅拌并通过冷凝器抽真空，将2.9份福美钠、2.1份水性抗氧剂依次抽进脱气釜中，继续抽真空，并用蒸汽将温度提升至70℃，保持温度和翻滚状态，控制负压0.06MPa～0.08MPa；

S8.60min后，关闭蒸汽和真空阀门，降温至50℃以下后出料至调和釜；

S9.开启调和釜搅拌，用30min缓慢加入液碱调pH至8.5后，继续搅拌30min；

S10.用200目滤网通过震动筛过滤至周转罐中，并压入至成品罐中，即得到羧基丁苯胶乳。

实施例5

该实施例在实施例4的基础上简化了工艺步骤，节省了时间。

一种羧基丁苯胶乳生产工艺，包括以下步骤：

S1.以重量份计，用泵将11.6份丙烯腈打入丙烯腈计量罐中待用，将48.0份丁二烯打入丁二烯计量罐中待用；

S2.利用液位差将85.3份软水放进配皂釜中，将由11.7份十二烷基硫酸钠和3.9份NP-10复合而成的乳化剂、0.3份乙二胺四乙酸四钠、52.2份苯乙烯、7.6份甲基丙烯酸、4.2份碳酸氢钠全部一起打入配皂釜中，开启搅拌，升温至50℃后保温30min配成皂液，停止搅拌待用；

S3.将7.4份过硫酸钾和21.5份软水加入至引发剂配制罐中搅拌至溶解，开启真空并将其吸入至引发剂补加罐中待用；

S4.利用液位差将71.8份软水加入至反应釜中，开启反应釜真空，将配置好的皂液、2.8份叔十二碳硫醇、11.6份丙烯腈抽进反应釜中，用氮气置换2次，继续抽真空至0.06MPa，将48.0份丁二烯和9.3份甲基丙烯酸羟乙酯打入反应釜中；

S5.反应釜蒸汽升温至40℃时打入引发剂补加罐中的引发剂，待温度上升时通夹套冰水保持恒温；

S6.控制好温度，直至转化率大于98％时反应结束；

S7.用蒸汽将反应所得胶乳压进脱气釜中，开启脱气釜，搅拌并通过冷凝器抽真空，将2.9份福美钠、2.1份水性抗氧剂一起抽进脱气釜中，继续抽真空，并用蒸汽将温度提升至70℃，保持温度和翻滚状态，控制负压0.06MPa～0.08MPa；

S8.60min后，关闭蒸汽和真空阀门，降温至50℃以下后出料至调和釜；

S9.开启调和釜搅拌，用30min缓慢加入液碱调pH至8.5后，继续搅拌30min；

S10.用200目滤网通过震动筛过滤至周转罐中，并压入至成品罐中，即得到羧基丁苯胶乳。针对上述实施例1-5得到的产品进行表面强度、粘度、化学稳定性、抗起泡性、平滑度、光泽度的检测，所有检测方法均是按国家标准提供的方法，具体结果如下：

表1试验结果

由表1所述检测结果可见，实施例2在实施例1的基础上增加了丙烯腈的配比，随之表面强度、平滑度和印刷光泽度的提高幅度较大，粘度也降低了不少，可知丙烯腈能够有效改善涂布纸的表面强度、粘结强度、平滑度和光泽度，实施例3在实施例2的基础上增加了功能单体的配比，随之化学稳定性和抗起泡性的检测值都降低较多，可见功能单体能够有效改善羧基丁苯胶乳的化学稳定性和抗起泡性，实施例4在实施例3的基础上增加了软水的配比，各项性能都改善了不少，可见软水添加量大能够提高反应转化率，同时阻止酯化反应的发生，实施例5在实施例4的基础上改变步骤，由依次加入原料改为全部同时加入，随之各项性能都有所下降，可见依次加入原料能够使混合更均匀、反应更完全，因此本发明得到的羧基丁苯胶乳具有优良的性能，能够赋予纸张优异的性能。

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。