核殼型苯丙乳液研制及其在水性上光油中的應用

尹德勝 周永江

（廣東省石油化工職業技術學校，廣東佛山528225）

1 核殼型樹脂乳液的應用

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作用。隨著苯丙樹脂乳液合成技術的不斷發展和完善，水性上光油產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保型水性上光油中的應用進行探討。

2 材料與方法

2.1 核殼型樹脂乳液合成

2.1.1 主要儀器設備和藥品

儀器：標準磨口三頸瓶、球形冷凝管、Y型管、溫度計、恒壓滴液漏斗、燒杯、電動攪拌器、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）工業級；丙烯酸(OA)；莊臣678樹脂工業級；過硫酸銨工業級；乳化劑（含量25%）自制；氨水。

2.1.2 實驗原理部分

乳液聚合機理

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

核殼乳液聚合機理

由性質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部的內側和外側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 實驗方法

(1)安裝乳液合成裝置。

(2)稱取計算量的乳化劑和水（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)保溫結束后同時滴加組分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 水性上光油調配

2.2.1 主要儀器設備和藥品

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 調制水性上光油的方法

按照水性上光油的各種性能指標要求進行設計比例參數，調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。經多次篩選，找出最好的水性上光油配方。

3 結果與討論

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，但是外觀質量會變差，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，但是樹脂成膜后膜的強度和耐水性會下降，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，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量。實驗表明，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性能，其較佳的用量為20-25%。經過對樹脂綜合性能的測試，序號 2和序號 4配方中所合成的樹脂性能較好，適合調配水性上光油。其詳細配方如下：

序號2（硬樹脂）

①水98.4g 乳化劑6.4g

②St8.5g MAA2.9g MMA33.9g OA2.7g

③引發劑（10%）2g

④St1.2g MAA0.8g MMA4.7g OA5.2g

⑤補引發劑（1%）5g

⑥堿溶樹脂20g

⑦氨水（25%）8.2g

序號4（軟樹脂）

①水90.9g 乳化劑10.1g

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

④St3g MAA1.1g MMA11.8g OA0.9g

⑤補引發劑（1%）5g

⑥堿溶樹脂16.8g

⑦氨水（25%）8g

3.2 水性上光油的調配

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時涂膜性能較好。過多或過少都會影響涂膜的性能。

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，但過多會影響耐磨性。

表2 水性上光油的調配配方

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

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

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，實驗表明，粘度過高則光澤和耐磨性都會下降。配方5的水性上光油的各項性能指標達到了較好的水平。

4 結論

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

（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）本研究項目制備的乳液和水性上光油產品具有優異的性能，如果用于工業生產，能夠產生很好的經濟效益和社會效益。

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

[2]高運福, 辛秀蘭, 肖陽. 環保水性上光油的研制及研究進展[J]. 包裝工程, 2005, (5).

[3]鄧寶祥, 于瑞香. 環保型水性上光油[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, 2003, (6).