阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂及其制备方法

摘要

本发明公开了阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂及其制备方法，阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的分子结构为：

说明书

技术领域

本发明涉及瓦楞原纸表面施胶剂的制备领域，特别涉及阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的快速增长和人民生活水平的日益提高，包装业相应得到突飞猛进的发展，目前，我国已经初步形成了珠江三角洲、长江三角洲和华北地区三大主要包装纸生产基地和消费区域，瓦楞原纸是包装工业应用最广泛的包装材料，随着瓦楞纸箱包装使用范围的多样化，对于制造纸箱的瓦楞原纸的质量要求尤其是对于瓦楞原纸强度的要求愈来愈高，体现在以下几个方面：其一，瓦楞纸箱厂的瓦楞纸箱机的高速化，对箱板纸与瓦楞原纸的高速贴合提出了更高的要求；其二，瓦楞纸箱广泛包装和运输的鲜果、食品、蔬菜、鲜花及其它农产品，需经受海运进行销售，海面的相对湿度(RH％)高达90％以上，而瓦椤原纸与箱板纸的强度特性，对水分非常的敏感，即降低纸板强度；其三，现代化运输中采用集装箱技术，它要求货运及入库尽量利用空间，码垛堆积高度与负荷提高到最大，故需要瓦楞纸箱具有极大的承受能力，另一方面，充分利用废纸造纸对于节约纤维，保护环境具有重要的意义。随着二次纤维在制浆造纸纤维原料中比例的逐渐增大，国内造纸厂以废纸为原料生产瓦楞原纸的趋势也逐渐增大。由于国内废纸来源广，加上被重复利用，其杂质多，纤维短，因此以国内废纸为原料生产的瓦楞原纸外观粗糙，档次低，原纸环压强度和挺度差，产品销路不畅，市场竞争力差，越来越多的瓦楞原纸企业开始采用表面施胶的方式来达到赋予纸张抗水性和提高环压的目的，目前瓦楞原纸正在使用的表面施胶剂是氧化淀粉、烷基烯酮二聚体(AKD)和普通的苯丙乳液，氧化淀粉能提高瓦楞原纸的环压强度和挺度，但成膜后易吸潮从而影响抗水性和环压强度，烷基烯酮二聚体(AKD)类表面施胶剂有好的抗水性能，但其存在着和纤维的亲和力差，对环压和挺度的贡献不大，乳液在存放期内易水解影响施胶效果，且存在熟化期的问题，即纸张下机后要过一定时间才能达到最大施胶度，在熟化期内由于吸收水分使环压强度下降幅度很大，同时使抗水性也有所下降，普通的苯丙乳液是由苯乙烯与丙烯酸酯单体通过乳液聚合制备的，其制备过程多使用小分子乳化剂，既影响瓦楞原纸的耐水性能又存在环境污染。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂及其制备方法，所得的阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂能提高瓦楞原纸的环压强度和挺度，并且能提高瓦楞原纸的抗水性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的分子结构为：

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂

其中x、y₁、y₂、z₁、z₂、m均为大于零的整数。

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，以聚乙烯醇1788为分散剂，以过硫酸铵为引发剂，以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯醇和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为混合单体进行核壳乳液聚合反应制备阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂，其反应过程如下：

苯乙烯                 甲基丙烯酸甲酯

甲基丙烯酸甲酯          丙烯醇

丙烯醇                   甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂

其中x、y₁、y₂、z₁、z₂、m均为大于零的整数。

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步，将过硫酸铵和去离子水以质量比1∶20制成过硫酸铵水溶液，

第二步，将聚乙烯醇1788和去离子水按质量比1∶20加入反应器，在85-95℃时搅拌0.5-1.5小时，使聚乙烯醇1788溶解，

第三步，给溶解的聚乙烯醇1788中加入去离子水形成聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇1788和去离子水的质量比为1∶127，降温至60-70℃，

第四步，给聚乙烯醇水溶液中分别加入过硫酸铵水溶液和由苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯以质量比为15∶6制成的第一混合单体，聚乙烯醇水溶液、过硫酸铵水溶液与第一混合单体的质量比为148∶7∶21，加料时间为0.5-1小时，

第五步，将反应物升温至70-80℃，分别加入过硫酸铵水溶液和由甲基丙烯酸甲酯与丙烯醇以质量比为3∶5制成的第二混合单体，过硫酸铵水溶液与第二混合单体的质量比为7∶8，加料时间为0.5-1小时，

第六步，将反应物升温至80-90℃，分别加入过硫酸铵水溶液和由丙烯醇与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以质量比为6∶8制成的第三混合单体，过硫酸铵水溶液与第三混合单体的质量比为7∶14，加料时间为0.5-1小时，

第七步，加料完毕后将反应物于90-95℃保温反应1-2小时，

第八步，将反应物降温至20-30℃，用100-200目网过滤，出料，得到阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂。

由于阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂在聚合时先以硬性单体聚合形成硬核，再以软性单体聚合形成软壳，而纸张纤维富含羟基，软壳上的极性基团与纤维羟基形成氢键，软壳上极性基团之间也可形成氢键，这样的结构形成互穿网络，当受到拉力时，纤维可通过氢键作用将拉力转移到乳胶粒上，当受到压力时，位于纤维网络中的硬核将承受压力，因此阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂能够提高瓦楞原纸的环压强度和挺度，并且能提高瓦楞原纸的抗水性能。

具体实施方式

下面将以具体实施例对本发明的方法作进一步详细的描述。

实施例一

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步，将1克过硫酸铵和20克去离子水以质量比1∶20制成过硫酸铵水溶液，

第二步，将1克聚乙烯醇1788和20克去离子水按质量比1∶20加入反应器，在85℃时搅拌0.5小时，使聚乙烯醇1788溶解，

第三步，给溶解的聚乙烯醇1788中加入127克去离子水形成聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇1788和去离子水的质量比为1∶127，降温至60℃，

第四步，给聚乙烯醇水溶液中分别加入7克过硫酸铵水溶液和由15克苯乙烯与6克甲基丙烯酸甲酯以质量比为15∶6制成的第一混合单体，聚乙烯醇溶液、过硫酸铵水溶液与第一混合单体的质量比为148∶7∶21，加料时间为0.5小时，

第五步，将反应物升温至70℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由3克甲基丙烯酸甲酯与5克丙烯醇以质量比为3∶5制成的第二混合单体，过硫酸铵水溶液与第二混合单体的质量比为7∶8，加料时间为0.5小时，

第六步，将反应物升温至80℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由6克丙烯醇与8克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以质量比为6∶8制成的第三混合单体，过硫酸铵水溶液与第三混合单体的质量比为7∶14，加料时间为0.5小时，

第七步，加料完毕后将反应物于90℃保温反应1小时，

第八步，将反应物降温至20℃，用100目网过滤，出料，得到阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂。

实施例二

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步，将1克过硫酸铵和20克去离子水以质量比1∶20制成过硫酸铵水溶液，

第二步，将1克聚乙烯醇1788和20克去离子水按质量比1∶20加入反应器，在87℃时搅拌0.7小时，使聚乙烯醇1788溶解，

第三步，给溶解的聚乙烯醇1788中加入127克去离子水形成聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇1788和去离子水的质量比为1∶127，降温至62℃，

第四步，给聚乙烯醇水溶液中分别加入7克过硫酸铵水溶液和由15克苯乙烯与6克甲基丙烯酸甲酯以质量比为15∶6制成的第一混合单体，聚乙烯醇溶液、过硫酸铵水溶液与第一混合单体的质量比为148∶7∶21，加料时间为0.6小时，

第五步，将反应物升温至72℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由3克甲基丙烯酸甲酯与5克丙烯醇以质量比为3∶5制成的第二混合单体，过硫酸铵水溶液与第二混合单体的质量比为7∶8，加料时间为0.6小时，

第六步，将反应物升温至82℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由6克丙烯醇与8克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以质量比为6∶8制成的第三混合单体，过硫酸铵水溶液与第三混合单体的质量比为7∶14，加料时间为0.6小时，

第七步，加料完毕后将反应物于91℃保温反应1.2小时，

第八步，将反应物降温至22℃，用120目网过滤，出料，得到阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂。

实施例三

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步，将1克过硫酸铵和20克去离子水以质量比1∶20制成过硫酸铵水溶液，

第二步，将1克聚乙烯醇1788和20克去离子水按质量比1∶20加入反应器，在89℃时搅拌0.9小时，使聚乙烯醇1788溶解，

第三步，给溶解的聚乙烯醇1788中加入127克去离子水形成聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇1788和去离子水的质量比为1∶127，降温至64℃，

第四步，给聚乙烯醇水溶液中分别加入7克过硫酸铵水溶液和由15克苯乙烯与6克甲基丙烯酸甲酯以质量比为15∶6制成的第一混合单体，聚乙烯醇溶液、过硫酸铵水溶液与第一混合单体的质量比为148∶7∶21，加料时间为0.7小时，

第五步，将反应物升温至74℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由3克甲基丙烯酸甲酯与5克丙烯醇以质量比为3∶5制成的第二混合单体，过硫酸铵水溶液与第二混合单体的质量比为7∶8，加料时间为0.7小时，

第六步，将反应物升温至84℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由6克丙烯醇与8克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以质量比为6∶8制成的第三混合单体，过硫酸铵水溶液与第三混合单体的质量比为7∶14，加料时间为0.7小时，

第七步，加料完毕后将反应物于92℃保温反应1.4小时，

第八步，将反应物降温至24℃，用140目网过滤，出料，得到阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂。

实施例四

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步，将1克过硫酸铵和20克去离子水以质量比1∶20制成过硫酸铵水溶液，

第二步，将1克聚乙烯醇1788和20克去离子水按质量比1∶20加入反应器，在91℃时搅拌1.1小时，使聚乙烯醇1788溶解，

第三步，给溶解的聚乙烯醇1788中加入127克去离子水形成聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇1788和去离子水的质量比为1∶127，降温至66℃，

第四步，给聚乙烯醇水溶液中分别加入7克过硫酸铵水溶液和由15克苯乙烯与6克甲基丙烯酸甲酯以质量比为15∶6制成的第一混合单体，聚乙烯醇溶液、过硫酸铵水溶液与第一混合单体的质量比为148∶7∶21，加料时间为0.8小时，

第五步，将反应物升温至76℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由3克甲基丙烯酸甲酯与5克丙烯醇以质量比为3∶5制成的第二混合单体，过硫酸铵水溶液与第二混合单体的质量比为7∶8，加料时间为0.8小时，

第六步，将反应物升温至86℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由6克丙烯醇与8克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以质量比为6∶8制成的第三混合单体，过硫酸铵水溶液与第三混合单体的质量比为7∶14，加料时间为0.8小时，

第七步，加料完毕后将反应物于93℃保温反应1.6小时，

第八步，将反应物降温至26℃，用160目网过滤，出料，得到阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂。

实施例五

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步，将1克过硫酸铵和20克去离子水以质量比1∶20制成过硫酸铵水溶液，

第二步，将1克聚乙烯醇1788和20克去离子水按质量比1∶20加入反应器，在93℃时搅拌1.3小时，使聚乙烯醇1788溶解，

第三步，给溶解的聚乙烯醇1788中加入127克去离子水形成聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇1788和去离子水的质量比为1∶127，降温至68℃，

第四步，给聚乙烯醇水溶液中分别加入7克过硫酸铵水溶液和由15克苯乙烯与6克甲基丙烯酸甲酯以质量比为15∶6制成的第一混合单体，聚乙烯醇溶液、过硫酸铵水溶液与第一混合单体的质量比为148∶7∶21，加料时间为0.9小时，

第五步，将反应物升温至78℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由3克甲基丙烯酸甲酯与5克丙烯醇以质量比为3∶5制成的第二混合单体，过硫酸铵水溶液与第二混合单体的质量比为7∶8，加料时间为0.9小时，

第六步，将反应物升温至88℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由6克丙烯醇与8克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以质量比为6∶8制成的第三混合单体，过硫酸铵水溶液与第三混合单体的质量比为7∶14，加料时间为0.9小时，

第七步，加料完毕后将反应物于94℃保温反应1.8小时，

第八步，将反应物降温至28℃，用180目网过滤，出料，得到阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂。

实施例六

阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步，将1克过硫酸铵和20克去离子水以质量比1∶20制成过硫酸铵水溶液，

第二步，将1克聚乙烯醇1788和20克去离子水按质量比1∶20加入反应器，在95℃时搅拌1.5小时，使聚乙烯醇1788溶解，

第三步，给溶解的聚乙烯醇1788中加入127克去离子水形成聚乙烯醇水溶液，聚乙烯醇1788和去离子水的质量比为1∶127，降温至70℃，

第四步，给聚乙烯醇水溶液中分别加入7克过硫酸铵水溶液和由15克苯乙烯与6克甲基丙烯酸甲酯以质量比为15∶6制成的第一混合单体，聚乙烯醇溶液、过硫酸铵水溶液与第一混合单体的质量比为148∶7∶21，加料时间为1小时，

第五步，将反应物升温至80℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由3克甲基丙烯酸甲酯与5克丙烯醇以质量比为3∶5制成的第二混合单体，过硫酸铵水溶液与第二混合单体的质量比为7∶8，加料时间为1小时，

第六步，将反应物升温至90℃，分别加入7克过硫酸铵水溶液和由6克丙烯醇与8克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以质量比为6∶8制成的第三混合单体，过硫酸铵水溶液与第三混合单体的质量比为7∶14，加料时间为1小时，

第七步，加料完毕后将反应物于95℃保温反应2小时，

第八步，将反应物降温至30℃，用200目网过滤，出料，得到阳离子核壳共聚苯丙表面施胶剂。