一种水性硝化棉分散体的制备方法技术

本发明专利技术是一种水性硝化棉分散体的制备方法，包括如下步骤：将粘度为1/32s-70s、含氮量10.7%-12.2%、分子量为16000-600000的硝化棉，在适量的丙酮和/或四氢呋喃中溶解，制得固体含量20%-30%的树脂液；在回流温度下，2-4小时内投入催化剂和至少二元的有机酸酐进行酯化反应，投料结束后继续保温2-4小时，得到酯化溶液；所述的催化剂占树脂液和有机酸酐总质量0.5%-1.5%的；将所述的酯化溶液在0.06MPa-0.09MPa真空度下脱去溶剂，再在常压下加入适量的水和成盐剂进行中和反应，然后搅拌均匀，使中和度达到60%-100%，同时加入占中和溶液质量的0.01%-0.05%的稳定助剂，制得固体含量为45%-60%的水性硝化棉分散体。本发明专利技术在制备水性硝化棉分散体的过程时，不仅所使用的材料安全、价格低，而且降低了对反应设备和工艺的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种水性硝化棉分散体的制备方法
本专利技术涉及一种水性分散体的制备方法，特别是一种水性硝化棉分散体的制备方法。
技术介绍
硝化棉是一种纤维素被部分硝化的产品，2013年我国产量达到10万吨，纤维素来源为精制棉和木浆，含氮量>12.4％为火棉，用于制造炸药，<12.4％为胶棉，用于制造电影胶片、胶黏剂、涂料和油墨。硝化棉具有光泽度高、耐热性强、漆膜坚硬、溶剂释放性优、成本适中等特点，广泛用于油漆、烟包纸张印刷、电子电路封装等领域，但是由于只能做成溶剂型产品，因此，有机挥发物(VOC)含量很高，最高可达700克/升，对资源消耗和环境的危害都很大，而且溶剂型硝化棉原料易燃易爆，储存时必须加入30％的水、乙醇或异丙醇，大大制约了硝化棉工业的发展。目前，油墨、涂料水性化是当今发展潮流。常用的有水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散体，性能如下：可见，水性丙烯酸乳液固含量较高、成本最低，但是具有热粘冷脆、耐摩擦性差等缺点；水性聚氨酯分散体低温柔韧性好、耐摩擦性佳，但是固体含量低、溶剂释放性差、成本最高。水性硝化棉分散体固体含量最高、耐热耐水性佳、良好的溶剂释放性及合适的成本，可在高速印刷机、对耐热性要求高的场合广泛应用，发展前景很大。目前，国内外对硝化棉的水性化进行了尝试性研究，马素德等人在《涂料用自乳化型硝化棉乳液的制备与研究》(《涂料工业》2011年5月41卷第五期)一文中，采用异氰酸酯加成，引入亲水基团实现自乳化的方法，对硝化棉的水性化进行了研究，取得了较为显著的效果。但是，采用异氰酸酯的方法，由于不仅异氰酸酯有剧毒，价格高，而且对反应设备、工艺的要求都很高，这大大限制了其工业化应用的前景。市场亟需成本合理、产品质量容易控制的水性硝化棉制品。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种水性硝化棉分散体的制备方法，该方法在制备水性硝化棉分散体的过程时，不仅所使用的材料安全、价格低，而且降低了对反应设备和工艺的要求。本专利技术要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的。本专利技术是一种水性硝化棉分散体的制备方法，其特点在于，包括如下步骤：(1)将粘度为1/32s-70s、含量10.7％-12.2％、分子量为16000-600000的硝化棉，在适量的丙酮和/或四氢呋喃中溶解，制得固体含量20％-30％的树脂液；(2)将所述的树脂液注入带回流冷却装置的反应釜中，在回流温度下，2-4小时内在所述的反应釜中均匀地投入催化剂和至少二元的有机酸酐，进行酯化反应，投料结束后继续保温2-4小时，直到酸值稳定不变，得到酯化溶液；其中，所述的有机酸酐的投料量为能与硝化棉中羟基完全反应的理论摩尔量的40％-80％，酸值范围为603mgKOH/g-1122mgKOH/g；所述的催化剂占树脂液和有机酸酐总质量0.5％-1.5％的，其中所述的催化剂为四甲基溴化铵、三乙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种的混合物；(3)将所述的酯化溶液在0.06-0.09MPa真空度下脱去溶剂，再加入适量的水和成盐剂进行中和反应，然后搅拌均匀，使中和度达到60％-100％，同时加入中和溶液质量0.01％-0.05％的稳定助剂，制得固体含量为45％-60％的水性硝化棉分散体，其中，所述的成盐剂是氨水、N，N-二甲基乙醇胺的一种或两种的混合物，所述的稳定助剂为2,6-二叔丁基-4甲酚、谷胱甘肽中的一种或两种的混合物。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的步骤(3)中的中和度为80％-90％，加入的稳定助剂的量为中和溶液质量的0.02％-0.04％，制得固体含量为50％-55％的水性硝化棉分散体。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的步骤(3)中的中和度为80％，加入的稳定助剂的量为0.02％，制得固体含量为50％的水性硝化棉分散体。硝化棉的羟值与含氮量有关，含氮量高，羟值低。普通硝化棉分子式可表示为：[C6H7O(NO3)a(OH)3-a]n,含氮量10.7％-12.2％,a值为1.7-2.1，n值为50-1900，对应的理论羟值范围是327mgKOH/g-212mgKOH/g。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：步骤(2)中所述的有机酸酐为二元或多元有机酸酐，酸值范围为603mgKOH/g-1122mgKOH/g。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的二元或多元有机酸酐为丁二酸酐、环己烷二酸酐、甲基纳迪克酸酐、聚癸二酸酐、柠檬酸酐、1,2,4-环己烷三羧酸酐、1,2,4,5-环己烷四羧酸酐中的一种或多种的混合物，酸值范围为603mgKOH/g-1122mgKOH/g。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：在所述的步骤(1)中，硝化棉的粘度为20s-60s、含氮量11％-12％、分子量为100000-500000。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的硝化棉的粘度为40s、含氮量11.5％、分子量为300000。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：在所述的步骤(2)中，有机酸酐投料量为能与硝化棉中羟基完全反应理论摩尔量的50％-70％。本专利技术一种水性硝化棉分散体的制备方法技术方案中，进一步优选的技术方案特征是：所述的有机酸酐投料量为能与硝化棉中羟基完全反应理论摩尔量的60％。与现有技术相比，本专利技术具有如下的技术效果：1)硝化棉在丙酮和/或四氢呋喃中溶解，因为丙酮的沸点为56℃，四氢呋喃的沸点为66℃，属于含氧不含活泼氢的低沸点溶剂，既能良好地溶解硝化棉及有机二元/多元酸酐，又不影响酸酐与羟基的酯化反应，而且沸点低，容易通过抽真空的手段从体系中抽出并循环使用，溶剂残留小于1ppm；2)硝化棉通过酸酐酯化改性，成盐形成稳定的水性分散体，不但消除了普通硝化棉易燃易爆的特性，侧链由酸酐引入的含有较长的饱和碳链或环状碳链，使硝化棉的韧性得到改善，硝化棉主链的完整保证了硝化棉自身的耐热性、耐水性和耐磨性特性的保持；3)45％-60％的较高的固体含量，使得本专利技术制备的水性硝化棉分散体可以制备成本合理、干燥速度快的高固体分的水性油墨、涂料，可以用于高速印刷机、电子电路封装。具体实施方式以下进一步描述本专利技术的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本专利技术，而不构成其权利的限制。实施例1，一种水性硝化棉分散体的制备方法，包括如下步骤：(1)将粘度为1/32s、含氮量10.7％、分子量为16000的硝化棉，在适量的丙酮和/或四氢呋喃中溶解，制得固体含量20％的树脂液；(2)将所述的树脂液注入带回流冷却装置的反应釜中，在回流温度下，2-4小时内在所述的反应釜中均匀地投入二元/多元有机酸酐和催化剂，进行酯化反应，投料结束后继续保温2-4小时，直到酸值稳定不变，得到酯化溶液；其中，所述的有机酸酐投料量为能与硝化棉中羟基完全反应理论摩尔量的40％，酸值范围为603mgKOH/g；所述的催化剂占树脂液和有机酸酐总质量0.5％的，所述的催化剂为四甲基溴化铵、三乙基溴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性硝化棉分散体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：   （1）将含氮量10.7%‑12.2%、分子量为16000‑600000的硝化棉，在适量的丙酮和/或四氢呋喃中溶解，制得固体含量20%‑30%的树脂液；将所述的树脂液注入带回流冷却装置的反应釜中，在回流温度下，2‑4小时内在所述的反应釜中均匀地投入催化剂和至少二元的有机酸酐进行酯化反应，投料结束后继续保温2‑4小时，直到酸值稳定不变，得到酯化溶液；其中，所述的有机酸酐投料量为能与硝化棉中羟基完全反应理论摩尔量的40%‑80%，酸值范围为603mgKOH/g‑1122mgKOH/g；所述的催化剂占树脂液和有机酸酐总质量0.5%‑1.5%的，所述的催化剂为四甲基溴化铵、三乙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种的混合物；将所述的酯化溶液在0.06MPa‑0.09MPa真空度下脱去溶剂，再在常压下加入适量的水和成盐剂进行中和反应，然后搅拌均匀，使中和度达到60%‑100%，同时加入占中和溶液质量的0.01%‑0.05%的稳定助剂，制得固体含量为45%‑60%的水性硝化棉分散体；其中，所述的成盐剂是氨水、N，N‑二甲基乙醇胺的一种或两种的混合物，所述的稳定助剂为2,6‑二叔丁基‑4甲酚、谷胱甘肽中的一种或两种的混合物。...

【技术特征摘要】
1.一种水性硝化棉分散体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含氮量10.7％-12.2％、分子量为16000-600000的硝化棉，在适量的丙酮和/或四氢呋喃中溶解，制得固体含量20％-30％的树脂液；(2)将所述的树脂液注入带回流冷却装置的反应釜中，在回流温度下，2-4小时内在所述的反应釜中均匀地投入催化剂和至少二元的有机酸酐进行酯化反应，投料结束后继续保温2-4小时，直到酸值稳定不变，得到酯化溶液；其中，所述的有机酸酐投料量为能与硝化棉中羟基完全反应理论摩尔量的40％-80％，酸值范围为603mgKOH/g-1122mgKOH/g；所述的催化剂占树脂液和有机酸酐总质量的0.5％-1.5％，所述的催化剂为四甲基溴化铵、三乙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种的混合物；(3)将所述的酯化溶液在0.06MPa-0.09MPa真空度下脱去溶剂，再在常压下加入适量的水和成盐剂进行中和反应，然后搅拌均匀，使中和度达到60％-100％，同时加入占中和溶液质量的0.01％-0.05％的稳定助剂，制得固体含量为45％-60％的水性硝化棉分散体；其中，所述的成盐剂是氨水、N，N-二甲基乙醇胺的一种或两种的混合物，所述的稳定助剂为2,6-二叔丁基-4甲酚、谷胱甘肽中的一种或两种的混合物。2.根据权利要求1所述的水性硝化棉分散体的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的硝化棉的粘度为1/32s-70s。3.根据权利要求1所述的水性硝化棉分散体的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贤永，朱丽纯，
申请(专利权)人：江苏泰格油墨有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32