核殼型苯丙乳液研制及其在水性上光油中的應(yīng)用

尹德勝 周永江

（廣東省石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東佛山528225）

1 核殼型樹脂乳液的應(yīng)用

水性成膜樹脂是水性光油中最主要的成分，它影響和支配著上光油涂層的光澤、附著力、耐磨性、抗水性、柔韌性及干燥性能，起到對紙和油墨的保護(hù)作用。隨著苯丙樹脂乳液合成技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，水性上光油產(chǎn)品的性能也日趨完美[1-2]。本文就以核殼型苯丙乳液的研制和在環(huán)保型水性上光油中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 材料與方法

2.1 核殼型樹脂乳液合成

2.1.1 主要儀器設(shè)備和藥品

儀器：標(biāo)準(zhǔn)磨口三頸瓶、球形冷凝管、Y型管、溫度計(jì)、恒壓滴液漏斗、燒杯、電動(dòng)攪拌器、恒溫水浴鍋。

藥品：甲基丙烯酸（MAA）；甲基丙烯酸甲酯（MMA）；苯乙烯（St）工業(yè)級(jí)；丙烯酸(OA)；莊臣678樹脂工業(yè)級(jí)；過硫酸銨工業(yè)級(jí)；乳化劑（含量25%）自制；氨水。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)原理部分

乳液聚合機(jī)理

在乳化劑及機(jī)械攪拌的作用下，單體在水中分散成乳液狀態(tài)進(jìn)行的聚合方法，稱做乳液聚合。乳液聚合的組份較復(fù)雜，其反應(yīng)歷程也與單體在水中的溶解度、引發(fā)劑的種類和用量、乳化劑的種類和用量、反應(yīng)介質(zhì)的pH值等諸多因素有關(guān)。在一般情況下，聚合的鏈引發(fā)反應(yīng)主要發(fā)生在膠束中，其次在水中，極少在單體微珠中，而鏈增長反應(yīng)和終止反應(yīng)則主要發(fā)生在膠束中。因此，體系中的膠束數(shù)等于最終形成的乳膠顆粒數(shù)[3]。

核殼乳液聚合機(jī)理

由性質(zhì)不同的兩種或多種單體分子在一定條件下按階段聚合使顆粒內(nèi)部的內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別富集不同的成分，通過核和殼的不同組合，得到一系列不同形態(tài)的乳膠粒子從而可賦予核殼各不相同的功能。這種方法就是核殼乳液聚合法[4]。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)安裝乳液合成裝置。

(2)稱取計(jì)算量的乳化劑和水（組分①），溶解后加入到三頸瓶中。

(3)在150 ml燒杯中稱取核組分單體（組分②），加入到100 ml恒壓滴液漏斗中。

(4)配制 10%濃度的過硫酸銨溶液（組分③）。

(5)在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計(jì)和滴液漏斗及組分①并升溫至 80℃的三頸瓶中加入1/10的組分②，攪拌2 min后加入1 g組分③，保溫反應(yīng)15 min。

(6)滴加剩余的組分②，在1 h左右加完，保溫0.5 h。

(7)在150 ml燒杯中稱取殼組分單體（組分④），加入到100 ml恒壓滴液漏斗中。

(8)配制1%濃度的過硫酸銨溶液（組分⑤），取5 g加入到50 ml恒壓滴液漏斗中。

(9)保溫結(jié)束后同時(shí)滴加組分④和組分⑤，組分⑤在2 min左右加完，組分④約0.5 h加完。加完后保溫3 h。

(10)加入堿溶樹脂（組分⑥）。

(11)加入氨水（組分⑦）溶解，直到堿溶樹脂完全溶解即可。

(12)降溫至50℃以下，加氨水中和至pH＝8～9，出料。

2.2 水性上光油調(diào)配

2.2.1 主要儀器設(shè)備和藥品

儀器：電子秤、測光澤儀、線棒、展色輪、耐磨儀。

藥品：微乳蠟、二乙二醇甲醚（成膜助劑）、堿溶樹脂（溶液）、苯丙乳液。

2.2.2 調(diào)制水性上光油的方法

按照水性上光油的各種性能指標(biāo)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)比例參數(shù)，調(diào)配好后在印好油墨的紙板上涂膜，干燥后測光澤和耐磨性能。經(jīng)多次篩選，找出最好的水性上光油配方。

3 結(jié)果與討論

3.1 核殼型樹脂乳液合成配方比較

如表 1所示，含固量的值增大可以提高樹脂的性能，但是外觀質(zhì)量會(huì)變差，取值范圍40-42%可制備性能較好的樹脂乳液。

增大乳化劑的用量可以改善乳液的狀態(tài)，但是樹脂成膜后膜的強(qiáng)度和耐水性會(huì)下降，乳化劑的用量占單體的1-2%比較好。

St的親水性比較差，可以提供樹脂的耐水性，降低稠度，用量占單體總量的10-20%適宜。

MAA是親水基團(tuán)，提供聚合物分子鏈的極性。提高酸值可以增加樹脂的透明度，但是會(huì)增加乳液的稠度，降低耐水性。較合適的酸值為40左右。

MMA是乳液的主體，提供樹脂的硬度和光澤。OA提供樹脂的柔韌性或者是成膜性。

核/殼的比值影響樹脂的成膜性能和膜的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)表明，核/殼的比值取3-4比較好。

表1 核殼型樹脂乳液合成配方比較

6 殼組分 2 1.2 5.9 7.8核組分 4.8 2.1 24.2 2.5 41 14 6.7 2/142 半透明 27(40%)硬核 46 12 33.6

堿溶樹脂的作用是改善樹脂乳液的流動(dòng)性能，其較佳的用量為20-25%。經(jīng)過對樹脂綜合性能的測試，序號(hào) 2和序號(hào) 4配方中所合成的樹脂性能較好，適合調(diào)配水性上光油。其詳細(xì)配方如下：

序號(hào)2（硬樹脂）

①水98.4g 乳化劑6.4g

②St8.5g MAA2.9g MMA33.9g OA2.7g

③引發(fā)劑（10%）2g

④St1.2g MAA0.8g MMA4.7g OA5.2g

⑤補(bǔ)引發(fā)劑（1%）5g

⑥堿溶樹脂20g

⑦氨水（25%）8.2g

序號(hào)4（軟樹脂）

①水90.9g 乳化劑10.1g

②St4.1g MAA3.5g MMA20.7g OA22g③引發(fā)劑（10%）2g

④St3g MAA1.1g MMA11.8g OA0.9g

⑤補(bǔ)引發(fā)劑（1%）5g

⑥堿溶樹脂16.8g

⑦氨水（25%）8g

3.2 水性上光油的調(diào)配

如表2所示，軟樹脂在上光油中提供成膜性，其用量占樹脂總量的1/3時(shí)涂膜性能較好。過多或過少都會(huì)影響涂膜的性能。

硬樹脂在上光油中提供硬度和光澤，配方中增加硬樹脂的用量可以提高光澤，但過多會(huì)影響耐磨性。

表2 水性上光油的調(diào)配配方

堿溶樹脂提供流平性和延長干燥時(shí)間，如果加入過多會(huì)影響光澤和耐磨性，用量占樹脂總量的1/3時(shí)涂膜性能較好。

蠟乳液起耐磨作用，耐磨性不夠時(shí)可加適量的蠟乳液，不可加太多，太多也會(huì)降低其光澤度。

成膜助劑可起到降低成膜溫度的作用，加入10%可以明顯提高涂膜的性能。水性上光油的粘度對于涂膜性能有明顯的影響，實(shí)驗(yàn)表明，粘度過高則光澤和耐磨性都會(huì)下降。配方5的水性上光油的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了較好的水平。

4 結(jié)論

（1）采用特殊工藝和配方制備的核殼結(jié)構(gòu)的樹脂乳液具備優(yōu)良的性能，其乳膠粒的粒徑非常小，乳液呈透明狀態(tài)。

（2）使用該乳液制備的水性上光油具備高光澤，高耐磨性能，能夠滿足各種印刷品不同加工的需求。

（3）本研究項(xiàng)目制備的乳液和水性上光油產(chǎn)品具有優(yōu)異的性能，如果用于工業(yè)生產(chǎn)，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]金振華. 環(huán)保水性上光油的研制與應(yīng)用[J]. 包裝工程, 2003, (1).

[2]高運(yùn)福, 辛秀蘭, 肖陽. 環(huán)保水性上光油的研制及研究進(jìn)展[J]. 包裝工程, 2005, (5).

[3]鄧寶祥, 于瑞香. 環(huán)保型水性上光油[J]. 中國包裝,2005, (1).

[4]唐薰, 李善見, 陳洪等. UV固化紙印品水性上光油的研制[J]. 涂料工業(yè), 2003, (6).