丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳及丙烯酸胶乳

课题目录

1.胶黏剂概述

2.胶黏剂的合成

3.合成胶乳性能剖析及涂布纸性能的影响

4.丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳及丙烯酸系胶乳

5.胶黏剂发展趋势

胶黏剂及其在纸张涂料中的应用（四）

——丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳及丙烯酸胶乳

一、丁苯胶乳

在20世纪40年代，丁苯胶乳在国外就开始作为涂料胶粘剂用于加工纸的生产。纸加工用的丁苯胶乳约占了苯胶乳产量的60％。

丁苯胶乳是丁二烯和苯乙烯单体在添加不同化学品和助剂后经乳液共聚而制成的聚合物胶乳。丁苯胶乳具有很好的粘着性，由于其粒子比天然胶乳的粒子小，其机械稳定性优于天然胶乳，并能与天然胶乳以任何比例混合。

丁苯胶乳是最重要的合成胶乳，根据苯乙烯含量不同，可分为S/B胶乳（苯乙烯含量超过45%）和SBR胶乳（苯乙烯含量低于45%）。S/B胶乳主要用于纸张涂层（铜版纸生产）和地毯背衬，而SBR胶乳则主要用于制造泡沫（海绵）制品及合成纤维帘子线浸渍等领域。

1.丁苯胶乳的性能影响因素

胶乳的生产过程是一个乳液聚合过程，胶乳的乳液聚合体十分复杂，包含有很多种单体，调节剂，表面活性剂，引发剂共十余种。丁苯胶乳的性能除受聚合条件影响外，苯乙烯、丁二烯的比例对其也有很大影响。当苯乙烯含量增高时，胶乳的塑性增强，硬度增大，压光时需较高压力和温度，这样能压出较高光泽度和平滑度、成膜性能好的纸张，但涂料的粘着力和稳定性下降。近年来，许多可赋予涂层特殊性能的极性单体被引入聚合体系，主要包括可提高涂层附着性、耐光性及印刷光泽的不饱和羧酸酯类单体，与印刷光泽和油墨凝固性有关的腈基不饱和单体，提高粘接性和稳定性的酰氨基化台物、羟基化合物、环氧化台物及赋予附着性及凹版印刷性的氨基化合物等。

羧基具有很强的活性，随着胶乳羧基化程度的提高，涂料纸剪切粘度和保水性也随之提高，但在高剪切力作用下涂料显现出剪切稀化的特性，这将非常适合于高速刮刀涂布。在羧基丁苯胶乳合成中加入带腈类、酰胺类、酯类等单体或添加含羧基的单体以改进胶乳的性能。

玻璃化温度高，则胶乳成膜相对比较硬。聚合物的玻璃化温度对其柔韧性影响很大，用低玻璃化温度胶乳配制的涂料，可提高涂布纸的缓冲性，使纸具有良好的适印性能。

胶乳的交联度Gel受其pH值的影响，Gel值高，则涂布纸印刷光泽度与干拉毛强度高，但其抗起泡性(真空包装性)与湿拉毛强度变差。

使用特殊的乳化剂，有些专利报道使用分子量5 000～10000的乳化剂，可以明显提高胶乳粘合剂的耐水性，减少凝固物含量，提高涂布纸的平滑性能。

胶乳粒径比较细小，意味着胶乳本身需要更多的乳化剂来安定。粒径相对较大时，涂布纸纸面光泽度较高，真空包装性能好，粘接强度则较低。控制胶乳粒径大小和粒径分布，粒径大小和粒径分布也影响成品纸的综合性能。

2 .涂布纸丧面强度与抗起泡性的平衡性

聚合物的凝胶质量分数对涂布层的表面强度和抗起泡性影响很大。聚合物凝胶质量分数高时涂布纸表面强度高，但涂层抗起泡性下降。仅通过调节凝胶质量分数难以同时提高干表面强度和抗起泡性。广濑洋一等指出 I，在特定结构的反应性乳化剂存在下使丁二烯、苯乙烯及不饱和羧酸类单体共聚，得到的胶乳粒径只有60 nm，凝胶质量分数73％，所配制涂料的高剪切粘度为35nLPa ·s．涂

布纸的干、湿表面强度均可达到0．45MN／m 以上，气泡发生温度超过200 。据北村典子等报道聚合过程中加入2—40份环己烯也可使涂布纸的干、湿表面强度及抗起泡性达到良好的平衡，且胶乳聚合稳定性优异，此外，用特殊方法除去乳化剂等小分子物质也可降低起泡性，提高耐水性及着墨性。

3. 涂料高剪切流动性

纸张涂布时常希望涂料既有优异的流动性又有较高的固体物质量分数。胶乳粒径是常用的调节手段。采用小粒径胶乳可降低涂料的高剪切粘度，提高流动性，从而提高涂料的固体物质量，分数大洼敏也等指出，选择分子中有特定亲水基团的乳化剂聚合，可得到高速流动性优异的小粒径胶乳，胶乳残渣发生率低，涂料稳定性好，涂布纸干、湿表面强度高。但胶乳粒径过小会造成胶乳自身粘度提高，涂料配制时其他助剂尤其是颜料的分散较为困难。采用小粒径／大粒径复合型胶乳可获得具有优异流动性的高固含量的涂布涂料。将粒径为60～8O nm的小粒径胶乳(乳胶粒呈软相特性)和粒径为180～300 nm的大粒径胶乳(乳胶粒为硬核软壳的非均相结构)按一定比例复合，可生产出固体物质量分数达65％以上的涂布涂料，不仅改善了涂料的流动性，还赋予了涂层优良的光泽度和耐水性。取得了流动性与固体物质量分数的最佳平衡。连续添加特定比例的含亲水性官能团的单体，可制得凝胶质量分数大于95％的胶乳．涂料配制时不必另外添加水溶性粘合剂，可提高涂料的固体物质量分数，涂层抗剥离性好，并具有优异的光泽度。

4. 添加剂

在聚合中添加了0.1％～5％的含1～2个不饱和键、沸点大于140℃、熔点小于40℃的化合物，所得胶乳的机械稳定性、膜的柔软性及抗阻塞性优良，涂料的高剪切粘度低，高速涂布的操作性优异，而且涂布纸的表面强度、白纸光泽、印刷光泽及抗起泡性优良。

二、羧基丁苯胶乳

羧基丁苯胶乳是苯乙烯、丁二烯外，还加入不饱和羧酸作为第三单体，以增加粘结力。羧酸通常为丙烯酸、甲基丙烯酸和衣康酸等，加入量不超过单体总量的5%。总的来说羧基丁苯胶乳是在普通丁苯胶乳基础上添加了不饱和羧酸参与乳液聚合反应的胶乳，力学性能上比普通的丁苯胶乳要好.

其优点在于能降低涂料粘度,适当降低涂布纸的挺度,有利于进一步加工和具有良好的印刷适性｡它是目前应用最广泛的涂布印刷纸用胶粘剂,一般与改性淀粉､干酪素等辅助胶粘剂配合使用,能得到流动性､施胶性满意和成纸性能优良的涂料｡

三、聚丙烯酸酯

丙烯酸酯胶乳和丁苯胶乳､聚酯酸乙烯在外观和胶乳性质上基本相似, 特点是能形成柔软而具有弹性的膜，有很强的耐热耐光和抗氧化降解的特性，它具有优良的粘结强度，具有很好的剪切稳定性､粘度低､膜耐折､柔韧等｡其印刷性几乎不受涂布量的影响,并在每一涂布下都显示优越的印刷性,即提高涂布纸的表面平滑度,也改善了涂布纸的可压缩性,可见使用丙烯酸酯胶乳可提高印刷质量､油墨吸收性,增加印刷光泽度｡