[发明专利]次级聚合物分散体和乳液聚合物的初级分散体的混合物在纸张涂料中的用途

说明书

本发明涉及某些聚合物的次级水分散体和可以在纸张涂料中用作基料的乳液聚合物的初级水分散体的混合物在纸张涂料中的用途。

纸张涂料基料通常利用基于合适单体如苯乙烯、丁二烯、丙烯酸酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯和可以使用乳液聚合技术聚合的其他单体的乳液聚合物。这些基料作为所谓的初级分散体，即直接以聚合物水分散体形式生产，但生产起来通常不便且昂贵。

存在这样全系列的聚合物，它们由于其聚合物性能而原则上同样可以用作纸张涂料的基料，但它们不能通过乳液聚合生产。实例包括聚酯、聚碳酸亚丙酯、聚乙烯和通常在有机溶剂中或在没有任何溶剂存在下聚合且以大多数呈高粘度的树脂或在有机溶剂中的溶液得到的其他物质。它们还包括一些天然树脂以及化学改性的天然树脂，例如改性松香。将这些树脂转化成含水分散体形式要求次级分散技术，这通常涉及在高剪切下加入乳化剂和水以得到次级分散体。然而，该生产方式几乎不能生产小于约200nm的聚合物颗粒，这些颗粒特别适合纸张涂布。次级分散体对纸张涂料而言通常太粗。

此外，通常需要显著量的乳化剂来稳定该次级分散体，这不利地影响纸张涂料的性能。因此，迄今为止次级分散体作为纸张涂料的基料实际上没有工业意义。粗且富含乳化剂的次级分散体比更细且贫含乳化剂的乳液聚合物具有显著更弱的颜料结合能力。

本发明所解决的问题是扩展可以用于纸张涂料的聚合物，更特别的是廉价便于生产的聚合物的范围，并为具有非常高结合力的纸张涂料组合物提供替代基料。

发现某些不通过乳液聚合生产的聚合物的次级分散体与某些乳液聚合物的初级分散体的混合物并不具有次级分散体的预期更低的结合力的通常预期缺点且因此可以用作纸张涂料的基料。如下文中的实施例所述，在宽混合范围内可见协同增效效果。

本发明提供了如下组分的混合物在纸张涂料中的用途：

(a)至少一种选自聚碳酸亚烷基酯、聚酯和聚乙烯的聚合物的次级水分散体，和

(b)至少一种玻璃化转变温度低于50℃的乳液聚合物的初级水分散体。本发明还提供了一种纸张涂料组合物，包含：

(a)至少一种选自聚碳酸亚烷基酯、聚酯和聚乙烯的聚合物的次级水分散体，

(b)至少一种玻璃化转变温度低于50℃，优选-10℃至+30℃的乳液聚合物的初级水分散体，和

(c)无机颜料。

本发明还提供了用本发明纸张涂料组合物涂布的纸张或卡片。

聚合物颗粒的平均直径可以通过流体动力学色谱法(HDC)测量。在HDC中，胶态样品从根据流体动力学半径分级的尺寸排阻分离柱洗脱。洗脱液包含盐、非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。洗脱时间用PS校准胶乳校准。测量范围从15nm扩展到1200nm—更大组分被滤出且不被检测。可以以3％的精度测量直径和重量分数。将各级分使用UV吸收在254nm下加权(weight)。

玻璃化转变温度可以作为差示扫描量热法中点温度(ASTM D3418-08)测定。

乳液聚合物与次级分散体聚合物的重量比优选为1:2-2:1。

次级分散体聚合物的玻璃化转变温度优选为-50℃至+50℃，而聚合物的任何部分结晶性可能导致特殊效果(熔点)。初级和次级分散体的合适组合(例如初级分散体的低玻璃化转变温度和次级分散体的高玻璃化转变温度)在这里扩展了可能聚合物的范围。

次级分散体聚合物的平均粒度优选小于1μm，更优选小于400nm，但不小于50nm。

有用的次级分散体例如包括基于聚碳酸亚烷基酯，优选基于聚碳酸亚丙酯的次级分散体。不像其中聚合物链包含由碳原子构成的骨架的聚合物水分散体，聚碳酸亚烷基酯的水分散体不能经由乳液聚合得到。相反，这类聚合物通常经由脂族二醇和光气的缩聚或经由在合适催化剂存在下在非水介质中脂族环氧乙烷类在CO₂上的加聚而制备并且在除去溶剂之后通常作为固体得到。为了得到水分散体，必须将它们分散在水中。已知几种方法来将聚碳酸亚烷基酯分散在水中。一种类型的方法是施加高剪切力，同时将熔融聚合物在包含表面活性物质的含水分散介质中乳化，然后冷却。这类方法描述于US4320041，DE4115531，EP1302402，EP1514891和WO97/49762中。在其他类型的方法中，将溶于有机溶剂，优选水溶混性有机溶剂中的聚合物与含水分散介质混合，然后除去有机溶剂。这类方法描述于US3238173，US3726824和WO2007/074042中。生产聚碳酸亚烷基酯的次级分散体的其他方法描述于WO2006/136555，PCT/EP2011/054471和EP申请11162705.5中。