用于紙涂料的水性聚合物組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水性聚合物組合物,其包含聚(環(huán)氧乙烷)含量高于50重量%的水溶性親水性聚合物和含有磺酸基的聚丙烯酸類增稠劑。本發(fā)明的水性聚合物組合物可作為抗絮凝劑、流變改性劑和保水劑用于紙涂料組合物。
【專利說明】用于紙涂料的水性聚合物組合物
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水性聚合物組合物,其包含聚(環(huán)氧乙烷)含量高于50重量%的水溶性親水性聚合物和含有磺酸基的聚丙烯酸類增稠劑。
[0002]本發(fā)明還涉及含有上述水性聚合物組合物作為抗絮凝劑、流變改性劑和保水劑的紙涂料組合物。
現(xiàn)有技術
[0003]在本領域中,含聚(環(huán)氧乙烷)鏈即-(CH2-CH2O)-重復單元的親水性聚合物是已知的,并且在專利文獻中多有描述。
[0004]EP 60430揭示了一種制備具有聚氧化烯側(cè)鏈的聚氨酯的方法,該方法的特征是用作原料醇的聚氧化烯具有至少兩個被不超過3個碳原子隔開的自由羥基,所述羥基與二異氰酸酯反應。所得聚氨酯可用于穩(wěn)定泡沫體、乳液和分散體,或者使泡沫體、乳液和分散體變得不穩(wěn)定。它們還可與顏料和填料一起使用。
[0005]WO 03/046038描述了一大類聚氨酯分散劑,以聚氨酯聚合物的總重量為基準計,該聚氨酯分散劑包含35-90重量%的聚(C2_4-氧化烯),其中不小于60重量%的聚(C2X4-氧化烯)是聚(環(huán)氧乙烷),至少5%的聚(C2_4-氧化烯)結(jié)合到側(cè)鏈中。
[0006]在紙涂料組合物中使用含有聚(環(huán)氧乙烷)的水溶性聚合物作為保水劑和光澤增強劑也是已知的。
[0007]例如,WO 2010/106022和WO 2010/106023描述了水溶性梳型聚氨酯,其包含具有氨基甲酸酯和脲鍵的主鏈(骨架),所述主鏈具有多個三官能支化點(支化點),從各支化點伸出聚環(huán)氧乙烷側(cè)鏈,所述梳型聚氨酯的特征是其含有分子量高于500、優(yōu)選為2,000-20, 000,且環(huán)氧乙烷含量為80-99.9重量%的聚環(huán)氧乙烷側(cè)鏈。據(jù)稱它們適合作為紙涂料添加劑,例如保水劑和光澤增強劑,用于紙涂料組合物中。
[0008]WO 01/96007、WO 2004/044022、WO 2004/041883 和 WO 2007/069037 描述了在紙
工業(yè)中使用聚丙烯酸陰離子共聚物,用于制備或涂布紙;聚丙烯酸類陰離子共聚物含有至少一種具有單羧酸官能度的陰離子烯鍵式不飽和單體和至少一種具有聚(C2_4_氧化烯)官能度的非離子烯鍵式不飽和單體。它們據(jù)說可作為分散劑,作為提高光亮度活化的試劑,作為保水劑,作為粘度和光澤增強劑用于紙涂料。
[0009]盡管上述聚合物在紙涂料組合物中起到數(shù)種不同的作用,但是它們并不能表現(xiàn)出充分的增稠能力,而紙涂料的制備通常需要加入流變改性劑(增稠劑)來及時地調(diào)節(jié)它們的粘度。典型的可用流變改性劑是羧甲基纖維素,羥丙基瓜爾膠,羥丙基甲基纖維素,黃原膠,ASA聚合物(“堿可溶脹性乳液” ("Alkali Swellable Emulsion")聚合物)或HASE聚合物(〃疏水改性的喊可溶脹性乳液(Hydrophobically modified Alkali SwellableEmulsion) 〃 聚合物)。
[0010]在本領域中,有利的是找到紙涂料添加劑和流變改性劑的穩(wěn)定配方,它們可以在單獨一種產(chǎn)品中結(jié)合制備紙涂料組合物所需的大部分功能。但是不幸的是,數(shù)種流變改性劑和上述親水性紙涂料聚合物之間的相互作用常常造成混合物的穩(wěn)定性和/或它們性能的下降。
[0011]依據(jù)US 2010/0184897,一種含親水性聚乙氧基化梳型(甲基)丙烯酸聚合物和普通丙烯酸類增稠劑的水性制劑被宣稱是穩(wěn)定的,并且能保持兩種組分的性質(zhì),前提是該梳型聚合物被部分中和,使得所述制劑的PH在5.5-6.8之間。該水性制劑可有利地作為添加劑用于紙涂料組合物。
[0012]US 2010/0184897的方案存在以下缺點:它需要中和步驟,但是如同本領域技術人員熟知的,乳液聚合物的中和是嚴峻的挑戰(zhàn),尤其是在工業(yè)規(guī)模上,必需非常仔細地進行,這是因為中和有可能導致聚合物在乳液中凝結(jié),形成膠凝顆粒,或者導致乳液只能短期穩(wěn)定。而且,該方法非常耗時。
[0013]目前,我們發(fā)現(xiàn)一種水性聚合物組合物,其包含聚(環(huán)氧乙烷)含量高于50重量%的親水性水溶性聚合物和特定的聚丙烯酸類增稠劑,該聚丙烯酸類增稠劑通過含有具有磺酸基的不飽和單體的單體混合物聚合而得到,所述水性聚合物組合物在很寬的PH范圍內(nèi)是穩(wěn)定的,不需要進行任何PH校正。本發(fā)明的聚合物組合物在電解質(zhì)存在下表現(xiàn)出高穩(wěn)定性,具有良好的增稠和保水性,并且同時作為光澤增強劑用于紙涂料組合物;使用上述水性聚合物組合物制備的紙涂料具有良好的穩(wěn)定性,并且使被涂布的紙具有良好的可印刷性和極佳的光澤。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]因此,本發(fā)明的目的是提供一種水性聚合物組合物,其包含:
[0015]A)聚(環(huán)氧乙烷)含量高于50重量%的水溶性親水性聚合物;
[0016]B)通過以下組分a)_e)聚合得到的聚丙烯酸類增稠劑:
[0017]a) 0.1-20重量%、優(yōu)選1_10重量%的含磺酸基或其鹽的單烯鍵式不飽和單體;
[0018]b) 20-70重量%,優(yōu)選40-70重量%的(甲基)丙烯酸酯;
[0019]c) 20-50重量%、優(yōu)選30-40重量%的含一個或多個羧酸基的單烯鍵式不飽和單體;
[0020]d)0-3重量%,優(yōu)選0-1重量%的多烯鍵式不飽和單體;
[0021]e)0-15重量%的非離子型丙烯酸類締合性單體;
[0022]其中,水溶性親水性聚合物A)與聚丙烯酸類增稠劑B)的重量比為60/40至90/10,聚合物A)和B)的總重量占組合物本身的10-40重量%,優(yōu)選10-25重量%。
[0023]本發(fā)明的另一個目的是提供紙涂料組合物,其包含:a)30_80重量%的無機顏料;
b)每100重量份顏料0.05-5.0重量份的上述水性聚合物組合物;c)至少15重量%的水。
[0024]詳細描述
[0025]在本發(fā)明的水性聚合物組合物中,聚合物A)與B)的重量比優(yōu)選為80/20至90/10。
[0026]所述水溶性親水性聚合物的聚(環(huán)氧乙烷)含量優(yōu)選高于80重量%。
[0027]該水溶性親水性聚合物可以是本領域技術人員熟知的本領域中常用的任何水溶性親水性聚合物,例如在上述文獻中有所描述的那些。它可以具有聚氨酯或聚丙烯酸類或聚醚主鏈。[0028]在一個優(yōu)選的實施方式中,本發(fā)明的親水性聚合物具有聚氨酯主鏈,并且是非離子型梳型聚氨酯,其包含具有氨基甲酸酯和脲鍵的主鏈,所述主鏈具有支化點,從各支化點伸出聚(環(huán)氧乙烷)側(cè)鏈,所述梳型聚氨酯的特征是其聚(環(huán)氧乙烷)側(cè)鏈的分子量高于500,且聚(環(huán)氧乙烷)含量為80-99.9重量%。這些聚氨酯在WO 2010/106022和WO2010/106023中進行了詳細描述。
[0029]在另一個實施方式中,所述親水性聚合物具有聚氨酯主鏈,并且是水溶性梳型非離子型聚氨酯,其包含具有氨基甲酸酯和脲鍵的主鏈,所述主鏈具有支化點,從各支化點伸出各分子量高于500的線型聚(氧化烯)側(cè)鏈,所述梳型聚氨酯的特征是其聚(環(huán)氧乙烷)含量高于60重量%,聚(環(huán)氧丙烷)含量為5-30重量%。關于這些梳型聚氨酯特征和制備的更詳細描述可以參見意大利專利申請IT2010VA000068。
[0030]在另一個實施方式中,水溶性親水性聚合物具有聚醚主鏈,并且是聚(環(huán)氧乙烷)含量高于60重量%的聚醚,其通過以下組分a)-c)反應制得:a) I當量多元醇,其是I當量含聚氧乙烯鏈-(CH2CH2O)n-(其中,η是15-500的數(shù)值)的單官能醇與I當量通式⑴的
二縮水甘油醚的反應產(chǎn)物:
[0031]
【權利要求】
1.一種水性聚合物組合物,該組合物包含: A)聚(環(huán)氧乙烷)含量高于50重量%的水溶性親水性聚合物; B)通過以下組分a)_e)聚合得到的聚丙烯酸類增稠劑: a)0.1-20重量%的含磺酸基或其鹽的單烯鍵式不飽和單體; b)20-70重量%的(甲基)丙烯酸酯; c)20-50重量%的含有一個或多個羧基的單烯鍵式不飽和單體; d)0-3重量%的多烯鍵式不飽和單體; e)0-15重量%的非離子型丙烯酸類締合性單體, 其中,水溶性親水性聚合物A)與聚丙烯酸類增稠劑B)的重量比為60/40至90/10,聚合物A)和B)的總重量占組合物本身的10-40重量%。
2.如權利要求1所述的水性 聚合物組合物,其特征在于,所述聚丙烯酸類增稠劑B)通過以下組分a)-e)聚合得到: a)1-10重量%的含磺酸基或其鹽的單烯鍵式不飽和單體; b)40-70重量%的(甲基)丙烯酸酯; c)30-45重量%的含有一個或多個羧基的單烯鍵式不飽和單體; d)0-l重量%的多烯鍵式不飽和單體; e)0-15重量%的非離子型丙烯酸類締合性單體。
3.如權利要求1所述的水性聚合物組合物,其特征在于,水溶性親水性聚合物A)與聚丙烯酸類增稠劑B)的重量比為80/20至90/10。
4.如權利要求1所述的水性聚合物組合物,其特征在于,所述水溶性親水性聚合物A)的聚(環(huán)氧乙烷)含量高于80重量%。
5.如權利要求1所述的水性聚合物組合物,其特征在于,所述水溶性親水性聚合物A)具有聚丙烯酸類主鏈或聚氨酯主鏈或聚醚主鏈。
6.如權利要求5所述的水性聚合物組合物,其特征在于,所述水溶性親水性聚合物A)具有聚氨酯主鏈,并且是非離子型梳型聚氨酯,其包含具有氨基甲酸酯和脲鍵的主鏈,所述主鏈具有支化點,從各支化點伸出聚(環(huán)氧乙烷)側(cè)鏈,所述梳型聚氨酯的特征是所述聚(環(huán)氧乙燒)側(cè)鏈的分子量聞于500,且聚(環(huán)氧乙燒)含量為80-99.9重量%。
7.如權利要求5所述的水性聚合物組合物,其特征在于,所述水溶性親水性聚合物A)具有聚氨酯主鏈,并且是水溶性梳型非離子型聚氨酯,其包含具有氨基甲酸酯和脲鍵的主鏈,所述主鏈具有支化點,從各支化點伸出各分子量高于500的線型聚(氧化烯)側(cè)鏈,所述梳型聚氨酯的特征是其聚(環(huán)氧乙烷)含量高于60重量%,聚(環(huán)氧丙烷)含量為5-30重量%。
8.如權利要求5所述的水性聚合物組合物,其特征在于,所述水溶性親水性聚合物A)具有聚醚主鏈,并且是通過以下組分a)-c)反應得到的聚(環(huán)氧乙烷)含量高于60重量%的聚醚:a) I當量多元醇,其是I當量含聚(環(huán)氧乙烷)鏈-(CH2CH2O)n-的單官能醇與I當量通式(I)的二縮水甘油醚的反應產(chǎn)物,其中η是15-500的數(shù)值:
9.如權利要求8所述的水性聚合物組合物,其特征在于,所述聚醚通過使I當量多元醇a)與0.4-0.9當量通式(I)的二縮水甘油醚b)反應得到,通式(I)中,R1是其中R2和R3為甲基的基團⑴,單官能醇c)為O當量。
10.如權利要求5所述的水性聚合物組合物,其特征在于,所述水溶性親水性聚合物是丙烯酸類陰離子共聚物。
11.一種紙涂料組合物,其包含a)30-80重量%的無機顏料;b)每100重量份顏料0.05-5.0重量份的權利要求1所述的水性聚合物組合物;c)至少15重量%的水。
12.如權利要求10所述的紙涂料組合物,其特征在于,無機顏料選自高嶺土,碳酸鈣,滑石,二氧化鈦,硫酸鋇,石膏和它們的混合物,所述組合物在25°C和IOOrpm條件下的布魯克菲爾德?粘度小于3,200mPa*s。
13.如權利要求10或11所述的紙涂料組合物,其特征在于,所述組合物還包含0.01-3重量%的分散劑和1-15重量%的粘結(jié)劑。
【文檔編號】C09D171/02GK103930487SQ201280055164
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月7日 優(yōu)先權日:2011年11月11日
【發(fā)明者】F·費德里克, V·貝蒂, T·博西, C·帕里斯, R·巴戈, G·弗羅瑞迪, G·利巴錫 申請人:藍寶迪有限公司