一种UV固化纸张表面施胶剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种UV固化纸张表面施胶剂及其制备与应用，属于纸张表面施胶剂技术领域。以丙烯酰吗啉、有机功能化树枝状纳米二氧化硅和聚酯丙烯酸酯预聚物为主要组分，采用极性丙烯酰吗啉替代传统的苯乙烯及丙烯酸，可以与纸张中的纤维氢键结合，具有抗高温，抗盐碱、抗剪切、固化速率快等优良的特性。纳米二氧化硅的加入赋予表面施胶剂优异的抗水性能、机械性能、耐热性能，提高了紫外线吸收性。UV固化后聚酯丙烯酸酯预聚物自由基聚合交联形成高分子网状结构，纤维间粘结力增强，增加了涂膜的致密性，可提高纸张表面的光滑度和湿强度。采用UV固化无需使用乳化剂，可避免乳化剂残留而引起的纸张物理机械和化学性能下降，及遇水吸水溶胀等问题。溶胀等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种UV固化纸张表面施胶剂及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及一种UV固化纸张表面施胶剂及其制备与应用方法，具体涉及一种含丙烯酰吗啉的UV固化纸张表面施胶剂及其制备与应用方法，属于纸张表面施胶剂


技术介绍

[0002]表面施胶是一种对纸张表面处理以提高其应用性能的重要方式，随着造纸生产工艺技术水平的不断提高以及造纸装备的升级换代，表面施胶剂的应用越来越广泛。表面施胶具有施胶成本低，可减轻浆内施胶剂所引起的纸张强度下降，纸机脏污和网下白水负荷等优点，能显著改善纸张表面性能，如表面强度、抗水性等。表面施胶剂成为改变纸张性能和生产附加值高的纸种的有效方法，也是解决纸产品质量行之有效的方法，越来越多地受到造纸工作者的关注和应用。例如，中国专利CN108690159A公开了一种聚合物表面施胶剂，以苯乙烯单体、丙烯酸酯单体作为主单体，分散于乳化剂中，在引发剂的作用下聚合而成，该专利技术制备的表面施胶剂可提高纸张表面强度，但是其组分复杂，在表面施胶时容易起泡，在聚合过程中以有机溶剂作为反应介质，污染环境，成本较高。中国专利CN106283869A中公开了一种有机/无机复合表面施胶剂，硅溶胶是由单质硅粉和水在氢氧化钠的催化下反应制得，且低聚壳聚糖与硅溶胶的质量2:3
‑
1:9。该有机/无机复合表面施胶剂通过制备纳米二氧化硅溶胶与低聚壳聚糖复合，提高表面施胶剂的耐水性和表面强度，但是该体系中的硅溶胶易发生缩合而形成凝胶，并且纸张抄造烘干工艺过程中，会发生收缩、破裂，影响纸的性能指标。
[0003]现有技术中表面施胶剂多采用乳液聚合工艺制得，聚合物类表面施胶剂能够较好的满足高性能纸种的特殊需求，然而，聚合产物中残留的乳化剂会影响胶膜的耐水性、耐化学腐蚀，胶膜中易出现针孔，物理机械性能和化学性能下降，另外胶膜中的乳化剂分子易于向表面迁移，在膜表面形成非化学键合的乳化剂层，遇水会吸水溶胀，成分复杂，成本较高。而采用纳米二氧化硅等无机纳米材料与有机聚合物复合使用时，可有效提高纸张的表面强度、抗水性及纸张的印刷性能，降低成本。但是由于纳米粒子具有比表面能大、极性较强等特点，在制备和处理过程中容易发生团聚，促进沉降，使得纳米二氧化硅在有机分子中的分散稳定性较差，不能达到良好的复合效果，影响使用性能。
[0004]为克服现有技术的纸张表面施胶剂因乳化剂残留而引起纸张物理机械性能、化学性能下降及吸水溶胀的缺陷，一种能够提高纳米二氧化硅与有机聚合物复合使用时的分散性，提高产品性能的纸张表面施胶剂及其制备与应用方法亟待开发。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种UV固化纸张表面施胶剂及其制备方法和应用，使用有机功能化树枝状纳米二氧化硅作为无机复合材料，采用UV固化工艺，避免聚合产物中因乳化剂的使用残留对表面施胶剂性能的影响，具有提高纸张表面的平滑度、纸张印刷适应性，提高纸张表面强度、耐破度、耐折度、湿强度等优点。
[0006]实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种UV固化纸张表面施胶剂，由以下重量份数的组分制备而成：
[0007][0008]其中所述的有机功能化树枝状纳米二氧化硅为树枝状多孔纳米二氧化硅，粒径为100～200nm，其制备方法如下：
[0009]a.制备树枝状纳米二氧化硅：
[0010]在反应器A中加入30.2～45.5g正硅酸乙酯和60～80ml无水乙醇，恒温至30～40℃，充分搅拌形成溶液。在反应器B中加入70.5～80.8g去离子水，0.2～1.3g十二烷基苄基三甲基溴化铵，0.5～2.6g尿素，充分搅拌后与反应器A中溶液混合，形成反应母液。母液在均相反应器中进行水热合成，升温至120～125℃，反应4～5h，搅拌速度为60r/min，得到稳定的白色乳液。
[0011]将得到的白色乳液离心分离，并用丙酮和去离子水各洗涤3次，在70℃温度下烘干，得到白色粉末。再将白色粉末置于马弗炉中，升温至500℃，煅烧6～7h，去除模板剂十二烷基苄基三甲基溴化铵，得到树枝状纳米二氧化硅。
[0012]b.树枝状纳米二氧化硅有机功能化：
[0013]将10.5～20.5g树枝状纳米二氧化硅分散在有机溶剂中，超声分散20min，得到分散均匀的悬浮液。将悬浮液加入到三口烧瓶中，在70～80℃条件下，缓慢滴入70.2～80.5g N,N
‑
二甲基丙酰胺、70.2～80.5g甲苯
‑
2,4
‑
二异氰酸酯和5.5～10.6g二月桂酸二丁基烯，反应2～3h后，降温至45～55℃，再加入2.5～5g对苯二酚，并逐滴加入70～80g丙烯酸羟乙酯和70～80gN,N
‑
二甲基丙酰胺的混合物。反应2～3h后，将产物在真空箱中进行干燥，干燥温度为30～40℃，充分研磨后得到有机功能化并且表面带有活性双键的二氧化硅，既所述的有机功能化树枝状纳米二氧化硅。
[0014]优选的，步骤b中所述的有机溶剂为N,N
‑
二甲基丙酰胺。
[0015]其中所述的聚酯丙烯酸酯预聚物为丙烯酸封端的己二酸、二甘醇、马来酸酐三元共聚物，由以下重量份数的组分制备而成：
[0016][0017]优选的，其中所述的催化剂为对甲苯磺酸。
[0018]优选的，其中所述的阻聚剂为对苯二酚。
[0019]所述的聚酯丙烯酸酯预聚物通过以下步骤制得：
[0020]将60～70份甲苯、30～40份己二酸、80～90份二甘醇、30～40份马来酸酐加入到四口烧瓶中，再加入0.2～0.4份催化剂对甲苯磺酸，在氮气保护下开始加热，搅拌速度为120r/min，边加热边搅拌，使各组分充分溶解，升温至125～135℃，回流2～3h，分水，其反应方程如下：
[0021]待反应温度降至100～105℃时，加入25～30份丙烯酸和0.01～0.02份阻聚剂对苯二酚，保持搅拌速度为120r/min，继续升温，升温至135～145℃时回流，回流2～3h后分水，直至无水馏出，冷却出料。产物经水洗除去催化剂对甲苯磺酸，再通过减压蒸馏除去甲苯和未反应的丙烯酸，得到所述的聚酯丙烯酸酯预聚物，其反应方程如下：
[0022][0023]其中，4≤n≤8。
[0024]经表征，该聚酯丙烯酸酯预聚物25℃粘度为10000～13000mPa
·
s。
[0025]一种UV固化纸张表面施胶剂，其制备步骤如下：
[0026](1)制备有机功能化树枝状纳米二氧化硅。
[0027](2)制备聚酯丙烯酸酯预聚物。
[0028](3)制备UV固化纸张表面施胶剂：
[0029]室温条件下，先加入20～40份活性稀释剂、20～30份丙烯酰吗啉、50～80份聚酯丙烯酸酯预聚物，开动搅拌，转速控制在100～200r/min，升温至75～85℃，搅拌20min，加入10
～15份有机功能化树枝状纳米二氧化硅，继续搅拌30～40min，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UV固化纸张表面施胶剂，其特征在于由下述重量份数的组分制备而成：其中所述的有机功能化树枝状纳米二氧化硅为树枝状多孔纳米二氧化硅，粒径为100～200nm；其中所述的聚酯丙烯酸酯预聚物为丙烯酸封端的己二酸、二甘醇、马来酸酐三元共聚物，其结构式如下：其中，4≤n≤8。2.如权利要求1所述的一种UV固化纸张表面施胶剂，其特征在于：所述的活性稀释剂为三丙二醇二丙烯酸酯和乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的组合物，三丙二醇二丙烯酸酯与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的质量比为1:1～3。3.如权利要求1所述的一种UV固化纸张表面施胶剂，其特征在于：所述的光引发剂为2
‑
苯基苄
‑2‑
二甲基胺
‑1‑
(4
‑
吗啉苄苯基)丁酮、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦和2
‑
甲基
‑1‑
(4
‑
甲硫基苯基)
‑2‑
吗啉基
‑1‑
丙酮中任意比例的一种或几种。4.一种制备如权利要求1所述的有机功能化树枝状纳米二氧化硅的方法，其特征在于包括以下步骤：a.制备树枝状纳米二氧化硅：在反应器A中加入30.2～45.5g正硅酸乙酯和60～80ml无水乙醇，恒温至30～40℃，充分搅拌形成溶液；在反应器B中加入70.5～80.8g去离子水，0.2～1.3g模板剂十二烷基苄基三甲基溴化铵，0.5～2.6g尿素，充分搅拌后与反应器A中溶液混合，形成反应母液；母液在均相反应器中进行水热合成，升温至120～125℃，反应4～5h，搅拌速度为60r/min，得到稳定的白色乳液；将得到的白色乳液离心分离，并用丙酮和去离子水各洗涤3次，在70℃温度下烘干，得到白色粉末；再将白色粉末置于马弗炉中，升温至500℃，煅烧6～7h，去除模板剂十二烷基苄基三甲基溴化铵，得到树枝状纳米二氧化硅；b.树枝状纳米二氧化硅有机功能化：将10.5～20.5g步骤a制备的树枝状纳米二氧化硅分散在N,N
‑
二甲基丙酰胺中，超声分散20min，得到分散均匀的悬浮液；将悬浮液加入到三口烧瓶中，在70～80℃条件下，缓慢滴入70.2～80.5g N,N
‑
二甲基丙酰胺、70.2～80.5g甲苯
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：姚慧玲，李田田，王明陆，郑万强，邢训坤，唐明成，王红乐，崔世栋，
申请(专利权)人：山东瑞博龙化工科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：