核壳型苯丙乳液研制及其在水性上光油中的应用

尹德胜 周永江

（广东省石油化工职业技术学校，广东佛山528225）

1 核壳型树脂乳液的应用

水性成膜树脂是水性光油中最主要的成分，它影响和支配着上光油涂层的光泽、附着力、耐磨性、抗水性、柔韧性及干燥性能，起到对纸和油墨的保护作用。随着苯丙树脂乳液合成技术的不断发展和完善，水性上光油产品的性能也日趋完美[1-2]。本文就以核壳型苯丙乳液的研制和在环保型水性上光油中的应用进行探讨。

2 材料与方法

2.1 核壳型树脂乳液合成

2.1.1 主要仪器设备和药品

仪器：标准磨口三颈瓶、球形冷凝管、Y型管、温度计、恒压滴液漏斗、烧杯、电动搅拌器、恒温水浴锅。

药品：甲基丙烯酸（MAA）；甲基丙烯酸甲酯（MMA）；苯乙烯（St）工业级；丙烯酸(OA)；庄臣678树脂工业级；过硫酸铵工业级；乳化剂（含量25%）自制；氨水。

2.1.2 实验原理部分

乳液聚合机理

在乳化剂及机械搅拌的作用下，单体在水中分散成乳液状态进行的聚合方法，称做乳液聚合。乳液聚合的组份较复杂，其反应历程也与单体在水中的溶解度、引发剂的种类和用量、乳化剂的种类和用量、反应介质的pH值等诸多因素有关。在一般情况下，聚合的链引发反应主要发生在胶束中，其次在水中，极少在单体微珠中，而链增长反应和终止反应则主要发生在胶束中。因此，体系中的胶束数等于最终形成的乳胶颗粒数[3]。

核壳乳液聚合机理

由性质不同的两种或多种单体分子在一定条件下按阶段聚合使颗粒内部的内侧和外侧分别富集不同的成分，通过核和壳的不同组合，得到一系列不同形态的乳胶粒子从而可赋予核壳各不相同的功能。这种方法就是核壳乳液聚合法[4]。

2.1.3 实验方法

(1)安装乳液合成装置。

(2)称取计算量的乳化剂和水（组分①），溶解后加入到三颈瓶中。

(3)在150 ml烧杯中称取核组分单体（组分②），加入到100 ml恒压滴液漏斗中。

(4)配制 10%浓度的过硫酸铵溶液（组分③）。

(5)在装有搅拌器、冷凝器、温度计和滴液漏斗及组分①并升温至 80℃的三颈瓶中加入1/10的组分②，搅拌2 min后加入1 g组分③，保温反应15 min。

(6)滴加剩余的组分②，在1 h左右加完，保温0.5 h。

(7)在150 ml烧杯中称取壳组分单体（组分④），加入到100 ml恒压滴液漏斗中。

(8)配制1%浓度的过硫酸铵溶液（组分⑤），取5 g加入到50 ml恒压滴液漏斗中。

(9)保温结束后同时滴加组分④和组分⑤，组分⑤在2 min左右加完，组分④约0.5 h加完。加完后保温3 h。

(10)加入碱溶树脂（组分⑥）。

(11)加入氨水（组分⑦）溶解，直到碱溶树脂完全溶解即可。

(12)降温至50℃以下，加氨水中和至pH＝8～9，出料。

2.2 水性上光油调配

2.2.1 主要仪器设备和药品

仪器：电子秤、测光泽仪、线棒、展色轮、耐磨仪。

药品：微乳蜡、二乙二醇甲醚（成膜助剂）、碱溶树脂（溶液）、苯丙乳液。

2.2.2 调制水性上光油的方法

按照水性上光油的各种性能指标要求进行设计比例参数，调配好后在印好油墨的纸板上涂膜，干燥后测光泽和耐磨性能。经多次筛选，找出最好的水性上光油配方。

3 结果与讨论

3.1 核壳型树脂乳液合成配方比较

如表 1所示，含固量的值增大可以提高树脂的性能，但是外观质量会变差，取值范围40-42%可制备性能较好的树脂乳液。

增大乳化剂的用量可以改善乳液的状态，但是树脂成膜后膜的强度和耐水性会下降，乳化剂的用量占单体的1-2%比较好。

St的亲水性比较差，可以提供树脂的耐水性，降低稠度，用量占单体总量的10-20%适宜。

MAA是亲水基团，提供聚合物分子链的极性。提高酸值可以增加树脂的透明度，但是会增加乳液的稠度，降低耐水性。较合适的酸值为40左右。

MMA是乳液的主体，提供树脂的硬度和光泽。OA提供树脂的柔韧性或者是成膜性。

核/壳的比值影响树脂的成膜性能和膜的质量。实验表明，核/壳的比值取3-4比较好。

表1 核壳型树脂乳液合成配方比较

6 壳组分 2 1.2 5.9 7.8核组分 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

碱溶树脂的作用是改善树脂乳液的流动性能，其较佳的用量为20-25%。经过对树脂综合性能的测试，序号 2和序号 4配方中所合成的树脂性能较好，适合调配水性上光油。其详细配方如下：

序号2（硬树脂）

①水98.4g 乳化剂6.4g

②St8.5g MAA2.9g MMA33.9g OA2.7g

③引发剂（10%）2g

④St1.2g MAA0.8g MMA4.7g OA5.2g

⑤补引发剂（1%）5g

⑥碱溶树脂20g

⑦氨水（25%）8.2g

序号4（软树脂）

①水90.9g 乳化剂10.1g

②St4.1g MAA3.5g MMA20.7g OA22g③引发剂（10%）2g

④St3g MAA1.1g MMA11.8g OA0.9g

⑤补引发剂（1%）5g

⑥碱溶树脂16.8g

⑦氨水（25%）8g

3.2 水性上光油的调配

如表2所示，软树脂在上光油中提供成膜性，其用量占树脂总量的1/3时涂膜性能较好。过多或过少都会影响涂膜的性能。

硬树脂在上光油中提供硬度和光泽，配方中增加硬树脂的用量可以提高光泽，但过多会影响耐磨性。

表2 水性上光油的调配配方

碱溶树脂提供流平性和延长干燥时间，如果加入过多会影响光泽和耐磨性，用量占树脂总量的1/3时涂膜性能较好。

蜡乳液起耐磨作用，耐磨性不够时可加适量的蜡乳液，不可加太多，太多也会降低其光泽度。

成膜助剂可起到降低成膜温度的作用，加入10%可以明显提高涂膜的性能。水性上光油的粘度对于涂膜性能有明显的影响，实验表明，粘度过高则光泽和耐磨性都会下降。配方5的水性上光油的各项性能指标达到了较好的水平。

4 结论

（1）采用特殊工艺和配方制备的核壳结构的树脂乳液具备优良的性能，其乳胶粒的粒径非常小，乳液呈透明状态。

（2）使用该乳液制备的水性上光油具备高光泽，高耐磨性能，能够满足各种印刷品不同加工的需求。

（3）本研究项目制备的乳液和水性上光油产品具有优异的性能，如果用于工业生产，能够产生很好的经济效益和社会效益。

[1]金振华. 环保水性上光油的研制与应用[J]. 包装工程, 2003, (1).

[2]高运福, 辛秀兰, 肖阳. 环保水性上光油的研制及研究进展[J]. 包装工程, 2005, (5).

[3]邓宝祥, 于瑞香. 环保型水性上光油[J]. 中国包装,2005, (1).

[4]唐薰, 李善见, 陈洪等. UV固化纸印品水性上光油的研制[J]. 涂料工业, 2003, (6).