[发明专利]一种用CNF稳定的苯丙乳液及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种用CNF稳定的苯丙乳液及其制备方法与应用。该方法包括如下步骤：(1)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯混合均匀，然后加入纤维素纳米纤丝悬浮液，得到CNF‑单体混合液，再机械分散后超声乳化，得到CNF‑单体乳液；(2)将引发剂加入到CNF‑单体乳液中，得到含有引发剂的CNF‑单体乳液；然后取出部分乳液并加入pH调节剂，升温至75～80℃进行种子乳液聚合，滴加完剩余部分乳液后保温一段时间，得到用CNF稳定的苯丙乳液。本发明使用CNF替代传统界面活性剂，乳化单体并进行聚合，获得用CNF稳定的苯丙乳液，具有储存稳定性好、功能性强等优点，应用于纸张涂层能够提高纸张强度和阻隔性能。

技术领域

本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及一种用CNF稳定的苯丙乳液及其制备方法与应用。

背景技术

苯丙乳液是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液聚合制得的一种共聚物，具有附着力强，耐油、耐热、耐老化性能良好等特点，用苯乙烯单体替代部分甲基丙烯酸甲酯单体可大幅降低乳液产品的成本，具有良好的社会经济效益，广泛应用于建筑、纺织、造纸等领域。传统的苯丙乳液聚合过程需使用不环保的界面活性剂提供聚合场所。在涂层固化过程中，界面活性剂的挥发将导致涂层缺陷的出现，而留在涂层中的界面活性剂将对涂层附着力、耐候性等产生不利影响。

纤维素是地球上最丰富的自然资源之一，具有可再生、可化学改性和易于加工等优点。纤维素纳米纤丝(CNF)是将天然植物纤维通过机械、化学或生物法加工成的纳米尺寸(1～100nm)纤维素纤丝。CNF具有高长径比、高比表面积、轻质、高强度、可降解、可再生和生物相容性好等优点，是一种具有广泛应用前景的生物质纳米材料。20世纪初期，Ramsden和Pickering首先报道了利用固体颗粒代替界面活性剂来稳定乳液的方法，与传统界面活性剂稳定的乳液相比，这种固体颗粒稳定的乳液(Pickering乳液)具有用量少、低毒、界面稳定性强等优势。因此，开发一种由CNF乳化单体并提供聚合场所合成苯丙乳液的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用CNF稳定的苯丙乳液的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的用CNF稳定的苯丙乳液。

本发明的再一目的在于提供所述用CNF稳定的苯丙乳液的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种用CNF稳定的苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：

(1)将甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和苯乙烯(St)混合均匀，得到单体混合液；然后加入浓度为质量百分比0.6～1％的纤维素纳米纤丝(CNF)悬浮液，得到CNF-单体混合液；再将CNF-单体混合液进行机械分散、超声乳化，得到CNF-单体乳液；其中，纤维素纳米纤丝悬浮液的用量为CNF-单体混合液质量的80～90％；

(2)将引发剂加入到步骤(1)中得到的CNF-单体乳液中，混合均匀，得到含有引发剂的CNF-单体乳液；然后取出部分含有引发剂的CNF-单体乳液作为种子乳液，并加入pH调节剂，在搅拌条件下升温至75～80℃进行种子乳液聚合，最后滴加剩余部分含有引发剂的CNF-单体乳液，升温至80～85℃保温1～3h，得到用CNF稳定的苯丙乳液。

步骤(1)中所述的甲基丙烯酸甲酯(MMA)的用量为单体混合液质量的40～50％；优选为单体混合液质量的40％。

步骤(1)中所述的丙烯酸丁酯(BA)的用量为单体混合液质量的40～50％；优选为单体混合液质量的50％。

步骤(1)中所述的苯乙烯(St)的用量为单体混合液质量的10～20％；优选为单体混合液质量的10％。

步骤(1)中所述的纤维素纳米纤丝(CNF)的长度为1～10μm(优选为3μm)；直径为3～100nm(优选为10nm)。