CN110157250B - 水性低温热裱涂料及其制备方法 - Google Patents

水性低温热裱涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性低温热裱涂料及其制备方法，按重量份数计，包括以下组分：水10～50份，有机醇溶剂1～10份，有机硅光扩散剂0.05～5份，聚氨酯‑丙烯酸酯共聚乳液10～40份，乙烯‑醋酸乙烯共聚物10～50份，成膜助剂0.1～5份，防粘剂1～10份，增白剂0～5份，消泡剂0～5份，润湿剂0～5份。本发明使用直接涂布法将涂料涂覆到基材表面，烘干、收卷即可，产品适用于低温热裱机，对水性、油性墨水喷绘的画面粘贴牢固性好，不产生后期起皱问题，涂层耐黄变性能佳。本发明的涂料可以应用到不同介质上，如PET、CPP、OPP等。涂层常温不粘连，涂布产品收卷免去离型纸，表面省去硅油层。涂层热熔效果佳，特别适合不耐热材料的低温热裱覆使用。

Description

水性低温热裱涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于印刷装饰技术领域，具体涉及一种水性低温热裱涂料及其制备方法。
背景技术
在印刷装饰行业经常会喷绘聚丙烯(PP)广告纸、相纸、车身贴等产品，在喷绘后通常会在表面贴合一层冷裱膜，起到防水、耐刮、延长使用时间的作用。市面上比较常见的冷裱膜主要使用背胶复合技术，将油性或者水性压敏胶层涂布在含硅油的纸或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)面，胶水烘干后与主材贴合，主材成分主要为PVC(聚氯乙烯)、CPP、OPP(双向拉伸聚丙烯薄膜)。另外一种为无声免底纸冷裱膜，主材为CPP或者OPP成分，表面涂布一层低温固化硅油，底面涂覆压敏胶层，干燥后直接收卷，节省离型纸或者离型PET材料。喷绘材料贴覆的冷裱膜使画面得到良好的保护，产品整体耐候性提高，使得喷画成品不仅适用于户内，也适用于户外使用。同时，也有生产商将原来应用在过塑相纸或者证卡类的卡膜PET制作成卷材产品，对卷材彩喷纸进行热裱覆对画面进行保护。
可是，冷裱膜使用的油性压敏胶层含有松香类增粘树脂，长期户外使用的增粘树脂会发生老化而导致画面发黄，而使用的水性压敏胶因含有乳化剂，在贴合水性墨水喷绘的画面时，特别是重墨地方容易出现粘贴不牢起皱问题。同时，冷裱膜的裱覆效果对设备和人员的操作经验依赖性比较高，在复合胶辊两端压力调节不平衡和人员操作对膜拉力不协调的情况下，导致裱覆出现冷裱膜与材料折皱变形，放置24h后会出现冷裱膜层蚯蚓状拱起，影响产品使用以致报废返工。另外，卷材的卡膜PET材料热塑层主要使用挤出淋膜技术，将热塑性胶粒熔融后淋到PET上，熔解温度高达300～400℃，成品使用时热裱温度最低要求为140℃，只能适应彩喷纸类喷绘材料的裱覆，对市面上广泛使用的以PP纸、PVC为主材的广告喷绘材料不具有适应性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种水性低温热裱涂料。
进一步地，本发明的另一目的在于提供一种水性低温热裱涂料的制备方法。
进一步地，本发明的又一目的在于提供一种水性低温热裱涂料的用途。
进一步地，本发明使用直接涂布法涂覆到基材表面，烘干、收卷即可，产品适用于低温热裱机，对水性、油性墨水喷绘的画面粘贴牢固性好，不产生后期起皱问题，涂层耐黄变性能佳。本发明的涂层可以应用到不同介质上，如PET、CPP、OPP等。涂层常温不粘连，涂布产品收卷免去离型纸，表面省去硅油层。涂层热熔效果佳，特别适合不耐热材料的低温热裱覆使用。
本发明采用以下技术方案：
一种水性低温热裱涂料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002065733080000021
可选地，按重量份数计，所述水性低温热裱涂料包括以下组分：
Figure BDA0002065733080000022
可选地，按总重量份数100份计，所述水性低温热裱涂料包括以下组分：
Figure BDA0002065733080000031
本文中使用的术语“CPP”是指通过流延挤塑工艺生产的聚丙烯(PP)薄膜，仅在纵向(MD)方向存在取向，通过在冷铸辊上快速冷却，在薄膜上形成优异的清晰度和光洁度。
本文中使用的术语“OPP”是指双向拉伸聚丙烯薄膜，以聚丙烯为主要原材料，用平膜法经过双向拉伸而制得的薄膜，具有拉伸强度高、刚性强、透明度好、光泽度好、低静电性能、优异的涂层附着力、阻隔性能等。
在各种实施例中，所述有机硅光扩散剂的平均粒径为0.5～5μm，可选地，例如0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、1.8、2、2.5、2.8、3、3.2、3.5、3.8、4、4.5、4.8或5μm。
在各种实施例中，所述有机硅光扩散剂的平均粒径为光折射率为1.3～1.5，可选地，例如1.30、1.32、1.35、1.38、1.40、1.43、1.45、1.48或1.50。
优选地，所述有机硅光扩散剂为球状，可以与乳胶粒子接触面积最大化，透光效果佳，光扩散效果匀称柔和，避免普通光扩散剂表面形状不规则、不光滑而对光线产生吸收和消光，影响热裱后的通透性。
在各种实施例中，所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液的粒径为0.05～0.2μm，可选地，例如0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.12、0.15、0.18或0.2μm，优选0.12μm。
在各种实施例中，所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液的玻璃化温度为40～55℃，可选地，例如40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃或55℃，优选45℃。
在各种实施例中，所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液的粘度为200～300mPa·s，可选地，例如200、210、220、230、240、250、260、270、280、290或300mPa·s。
进一步地，所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液中丙烯酸酯单体的含量为50～70％，可选地，例如50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或70％，优选60％。
在各种实施例中，所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液的最低成膜温度为5℃。
进一步地，所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液的固含量为40％～60％，例如50％。
在各种实施例中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的粒径为0.2-2.0μm，可选地，例如0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、1.8、1.9或2.0μm。
在各种实施例中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘度为100～5000mPa·s，例如，1500～3000mPa·s，可选地，例如1600、1800、2000、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900或3000mPa·s。
在各种实施例中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的玻璃化温度≤5℃，例如≤4℃，≤3℃，或≤2℃。
在各种实施例中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯的含量为10～20％，优选14～18％，例如15％、16％、17％。
进一步地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯(VAC)的含量≤0.5％。
进一步地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的固含量为50％～60％，例如55％。
进一步地，所述有机醇溶剂包括乙二醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇中的一种或多种，例如，所述有机醇溶剂为异丁醇，可选地，所述有机醇溶剂为异丁醇和异丙醇的混合物。
进一步地，所述成膜助剂包括二丙二醇甲醚。
进一步地，所述增白剂包括1,2-双(5-甲基-2-苯并噁唑基)-乙烯。优选地，所述增白剂为耐热型DT增白剂，可以对画面起到增艳提色的效果。
可选地，所述增白剂的固含量为30％～40％，例如35％。
在各种实施例中，所述防粘剂的平均粒径(D50)为2～5μm，可选地，例如2、2.5、2.8、3、3.2、3.5、3.8、4、4.5、4.8或5μm。
在各种实施例中，所述防粘剂的吸油值为50±10g/100g。
在各种实施例中，所述防粘剂的耐热温度为250℃。
可选地，所述防粘剂为抗刮手感蜡，是白色流动粉末。
在各种实施例中，所述消泡剂为有机改性聚硅氧烷消泡剂，比重为1.0～1.5(优选1.3)，pH值为9～11(优选10)；
所述润湿剂为非离子型润湿剂，亲水疏水平衡值(HLB)为2～6(例如3、4、5)，该润湿剂的静态表面张力为23～26dyn/cm(达因/厘米)(优选25.8)，动态表面张力为26～28dyn/cm(达因/厘米)(优选26.4)。
优选地，本发明不含抗氧化剂，例如四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯等等。
本发明的涂料(涂层)为水性涂料(涂层)，适合多种基材涂布。涂层为水性功能配方，不仅适应耐温PET材料的涂布，也适应低温材料CPP、OPP等不同厚度的基材。
水性低温热裱涂料的制备方法，包括以下步骤：
(A)配制光扩散剂预分散液：将水、有机醇溶剂、有机硅光扩散剂进行混合，研磨后得到光扩散剂预分散液；
(B)配制水性低温热裱涂料：将聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物、光扩散剂预分散液加入制胶釜中，制胶釜温度控制在20℃～30℃，进行搅拌；然后将制胶釜温度调节至10℃～20℃，加入成膜助剂、防粘剂、增白剂、消泡剂、润湿剂，搅拌后得到所述水性低温热裱涂料。
进一步地，水性低温热裱涂料的制备方法，包括以下步骤：
(A)配制光扩散剂预分散液：根据配比，将水、有机醇溶剂、有机硅光扩散剂进行混合，搅拌速度300～800r/min(例如500r/min)，真空(-60Kpa)反吹3～8min(例如5min)，加完后搅拌转速调至1200～2000r/min(1500r/min)，分散15～30min(例如20min)，接着研磨(可使用盘式卧式砂磨机，850r/min，研磨1h)后得到光扩散剂预分散液；
(B)配制水性低温热裱涂料：将聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物、光扩散剂预分散液加入制胶釜中，制胶釜温度控制在20℃～30℃(可将制胶釜夹层中通入冷却水，水温恒定20℃～30℃，或20～25℃)，进行搅拌(搅拌机转速约600r/min，混合搅拌约10min)，将研磨好的光扩散剂分散液经过400目过滤，真空抽入制胶釜，加完后转速调至约800r/min，搅拌约30min；然后将制胶釜温度调节至10℃～20℃(例如将冷却水温调至15～20℃)，加入成膜助剂、防粘剂、增白剂、消泡剂、润湿剂，搅拌20～40min(例如30min)，保温20～40min(例如30min)后，经300目过滤袋过滤到储胶锅，得到所述水性低温热裱涂料。
一种水性低温热裱涂料的用途，将所述水性低温热裱涂料涂布于或施用于基材上，整个涂布过程或施用过程中的温度不超过140℃，具体地，不超过135℃、130℃、125℃、120℃、115℃、110℃、105℃、100℃、95℃、90℃、85℃、80℃、75℃、70℃、65℃、60℃、55℃、50℃。
进一步地，所述基材可以是PET、CPP和/或OPP。
具体地，本发明涂料的热裱温度可以设定到80℃(或者75℃、70℃、65℃或60℃、55℃、50℃)，适应低温热裱，相比市面的热塑膜过塑温度要求低。
具体地，本发明的裱膜操作简便，裱膜效果佳。通过加热软化低温热裱涂层，使涂层能够紧密地粘贴到图画上，涂层耐水耐溶剂，固化牢固，不会出现裱覆后起皱拱起问题。
具体地，PET涂布：PET待涂布面经由1～3V(例如2V)高压电晕预处理，进入刮刀转移涂布面辊，将低温热裱涂料(涂层)转移涂布到PET电晕面，涂布量40～50g/m2，涂布速度120～170m/min，烘箱最高温度设置为不超过135℃，后段3～5m(例如4m)烘箱温度为冷风10～15℃，收卷大光棍通冷却水，水温为10～20℃(例如15℃)，低温热裱涂料的干胶厚度为15～20μm。
具体地，CPP、OPP涂布：CPP、OPP光滑面经过1～2V(例如1.5V)高压电晕预处理，使用坡流挤压涂布设备，将低温热裱涂料(涂层)涂覆到电晕面，涂布量35～45g/m2，涂布速度100～150m/min，烘箱最高温度设置为不超过100℃，后段3～5m(例如4m)烘箱温度为冷风10～15℃，收卷大光棍通冷却水，水温10～20℃(例如15℃)，低温热裱涂料的干胶厚度为15～18μm。
如本文所使用的，“和/或”包括任何和一个或多个关联列出项的所有组合的术语。这里使用的术语仅用于描述具体实施例的，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”，“一种”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。进一步理解，“包括”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征，整数，步骤，操作，元素和/或组成，但不排除存在或附加一个或多个其它特征，整数，步骤，操作，元件，组成和/或它们的组合。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属的技术领域中普通技术人员普遍理解的相同的含义。进一步理解，术语，诸如在常用词典中定义，解释与它们在相关领域的环境下的含义一致，并且不是理想化或过于正式的意义，除非这里明确地如此定义。
在此描述的示例性发明可以适当地缺少任何一种或多种要素限制，这里没有特别公开。因此，“包含”，“包括”，“含有”等的术语应被宽泛和非限制性地理解。另外，本文所使用的术语表达被用作描述，没有限制，并且在使用这些不包括任何等价特性的术语表达是无意的，只是描述它们的一部分特性，但是根据权利，在本发明的范围内各种修改是可能。因此，虽然本发明已通过优选实施例和任选特征被具体公开，在此公开的修改以体现的本发明的变化可能会被本领域的技术人员记录，并且这样的修改和变化会被认为在本发明的范围之内。
相比于现有技术，本发明的有益效果：
本发明提供了一种水性低温热裱涂料(涂层)及其制备方法，该涂料(涂层)适合涂布的基材很广泛，可以直接涂布于电晕处理的PET、OPP、CPP等基材，本发明的产品适应于广告喷绘、相纸、图文、卡片等画面的裱覆，对于不耐温材料例如OPP广告纸、淋膜PE相纸具有低温热裱适应性，涂层裱覆牢度高，热裱清晰度好，耐水耐溶剂，本发明的产品使用技术门槛低，热裱产品不容易出现起皱起拱问题。本发明的聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液的璃化温度可以为45℃，常温干膜滑爽柔韧不粘连，同时，配合低粘度乙烯-醋酸乙烯共聚物使用具有优异的冷、热粘贴性，拼合使用的两款主体乳液使涂料(涂层)不仅对画面附着力好，而且具有良好的透光性。涂料中的有机醇溶剂(例如异丙醇)降低了涂料沸点，提高生产干燥速度。成膜助剂有助于提高聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液和乙烯-醋酸乙烯共聚物的混溶性，提高成膜光亮度。光扩散剂可以选用球状结构，热裱后的涂层光扩散性佳雾度少，且添加的光扩散剂提高了涂层的耐黄变和耐热老化。防粘剂(抗刮手感蜡)耐温达到250℃，具有优异的耐刮伤和耐磨防粘性能，使本发明的产品收卷平顺不打折，收卷不会出现粘连和解卷不会发出刺耳的声音。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，现结合以下具体实施例作进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
表1：实施例1-4的配方和每平方湿胶量(g/m2)。
Figure BDA0002065733080000071
Figure BDA0002065733080000081
每平方湿胶量是指每平方米涂布的到基材上的胶水中含有的原料量。
球状有机硅光扩散剂由上海井宏化工科技有限公司提供，型号为JIAYID750。聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液由科莱恩化工(中国)有限公司提供，型号为ADC616。乙烯-醋酸乙烯共聚物由广西广维化工有限公司提供，型号为GW-707。抗刮手感蜡由北京天恒健科技发展有限公司提供，型号为THK-F4。1,2-双(5-甲基-2-苯并噁唑基)-乙烯由南通岸西化工有限公司提供。消泡剂由德国迪高公司提供，型号为TEGO AIREX 902W。润湿剂由AP空气化学公司提供，型号为Dynol 604。
实施例1-4的水性低温热裱涂料的制备方法，包括以下步骤：
(A)配制光扩散剂预分散液：根据配比，将去离子水、异丙醇在分散锅中进行混合，搅拌速度500r/min，缓慢加入球状有机硅光扩散剂，真空(-60Kpa)反吹5min，加完后搅拌转速调至1500r/min，分散20min，接着注入盘式卧式砂磨机，850r/min，研磨1h后得到光扩散剂预分散液；
(B)配制水性低温热裱涂料：将聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物、光扩散剂预分散液加入制胶釜中，将制胶釜夹层中通入冷却水，水温恒定20～25℃，进行搅拌，搅拌机转速约600r/min，混合搅拌约10min，将研磨好的光扩散剂分散液经过400目过滤，真空抽入制胶釜，加完后转速调至约800r/min，搅拌约30min；然后将制胶釜夹层的冷却水温调至15～20℃，加入成膜助剂、防粘剂、增白剂DT、消泡剂、润湿剂，搅拌30min，保温30min后，经300目过滤袋过滤到储胶锅，得到所述水性低温热裱涂料。
将制备好的涂料按照前述方法进行PET涂布和CPP、OPP涂布。
PET透明热裱膜基础结构为“38μm透明PET+20μm干厚低温热裱涂层”，材料热裱温度范围较广，裱膜高透硬挺，热裱操作简便，热裱后材料不起皱不变形。
CPP细哑热裱膜基础结构为“40μm细哑CPP+18μm干厚低温热裱涂层”，材料适合低温热裱，裱膜细哑透明，热裱操作简便，热裱后材料不容易起皱变形。
OPP光亮热裱膜基础结构为“40μm双光OPP+15μm干厚低温热裱涂层”，材料适合低温热裱，裱膜高光透亮，热裱操作简便，热裱后材料不起皱不变形。
表2：测试结果
Figure BDA0002065733080000091
Figure BDA0002065733080000101
测试结果中的“OK”表示合格或符合要求。“表观”仅仅是一种选择的效果，裱膜的表观效果可以是透明、哑面、光亮等等。
△E：在CIE Lab颜色空间中，L代表黑白，a代表红绿，b代表黄蓝，通常使用△Eab(或△E)总色差表示标样和测试样的色差，它与△L、△a、△b关系为：△E＝(△L)2+(△a)2+(△b)2，△E在0-1之间，色差肉眼是分辨不出来的；△E在1-2之间，肉眼可以轻微的察觉到；△E在2-3之间，可以稍微清晰的辨别出物质间的色差；△E在3.5-5之间，色差就非常明显。
UV老化测试过程：通过紫外灯光管进行光照，模拟阳光中的紫外线辐射。当物体暴露在阳光下时，他们受到紫外线辐射伤害最多，相当于太阳光光谱总量的5％，这些辐射所起的光化反应可导致物体的损坏。烘箱型号为：GW-UV光照老化试验箱(广州工文试验设备有限公司)，紫外灯光源：UV-A，光源波长：315μ～400μ，光照500h约1年，光照125h模拟3个月，光照250h模拟6个月。该试验箱所用的紫外线光管是低瓦数的，它所发射的能量几乎是阳光紫外线区的全部，从而完全能够达到试验要求。
表2的测试结果表明本发明的水性低温热裱涂料(涂层)可以在60℃下热裱，且裱膜后正、反收卷不起拱，UV老化测试无变黄。
本发明的水性低温热裱涂料(涂层)的产品可以省去离型纸，相比市售光面冷裱膜节省材料。本发明的水性低温热裱涂料(涂层)的热裱温度范围广，涂布在PET基材上适裱温度范围最大。本发明的低温热裱产品对水性重墨画面裱覆牢固度好。本发明的热裱画面相比市售冷裱膜防起皱防拱起效果佳。经过老化测试黄变性，本发明的水性低温热裱涂料(涂层)的耐黄变性明显更优。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。

Claims (4)

1.水性低温热裱涂料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
Figure FDA0003044098190000011
所述有机醇溶剂包括乙二醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇中的一种或多种；所述成膜助剂包括二丙二醇甲醚；
所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液的粒径为0.05～0.2μm，玻璃化温度为40～55℃，粘度为200～300mPa·s，所述聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液中丙烯酸酯单体的含量为50～70％；
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的粒径为0.2-2.0μm，粘度为100～5000mPa·s，玻璃化温度≤5℃，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯的含量为10～20％；
所述有机硅光扩散剂的平均粒径为0.5～5μm，光折射率为1.3～1.5；
所述防粘剂的平均粒径为2～5μm，吸油值为50±10g/100g；
所述消泡剂为有机改性聚硅氧烷消泡剂，比重为1.0～1.5，pH值为9～11；所述润湿剂为非离子型润湿剂，亲水疏水平衡值为2～6，静态表面张力为23～26，动态表面张力为26～28。
2.根据权利要求1所述的水性低温热裱涂料，其特征在于，所述增白剂包括1,2-双(5-甲基-2-苯并噁唑基)-乙烯。
3.权利要求1-2中任一项所述的水性低温热裱涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A)配制光扩散剂预分散液：将水、有机醇溶剂、有机硅光扩散剂进行混合，研磨后得到光扩散剂预分散液；
(B)配制水性低温热裱涂料：将聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物、光扩散剂预分散液加入制胶釜中，制胶釜温度控制在20℃～30℃，进行搅拌；然后将制胶釜温度调节至10℃～20℃，加入成膜助剂、防粘剂、增白剂、消泡剂、润湿剂，搅拌后得到所述水性低温热裱涂料。
4.权利要求1-2中任一项所述的水性低温热裱涂料的用途，其特征在于，将所述水性低温热裱涂料施用于基材上，整个施用过程中的温度不超过140℃。
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