CN111945461A - 一种替代覆膜的水性涂料、制备方法及包装箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种替代覆膜的水性涂料、制备方法及包装箱，该水性涂料由油相单体混合物、水相混合物、乳化剂、引发剂溶液、纳米碳酸钙、蜡乳液、去离子水、防霉抗菌剂和缓冲剂制备而成；其中，所述油相单体混合物由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丙酯混合制得，所述水相混合物由丙烯酸溶于定量去离子水中制得，且水相混合物的PH＝5。将该水性涂料涂布在包装箱的表面，即可形成具有保护、耐刮耐磨、防水性能的一层防水涂膜，而且完全可以替代传统技术中所用的塑料薄膜，降低了生产成本，促进了纸的循环回收再利用，适用于各种啤酒、果蔬、礼盒等包装箱，适用范围广。

Description

一种替代覆膜的水性涂料、制备方法及包装箱
技术领域
本发明属于包装箱防水技术领域，具体涉及一种替代覆膜的水性涂料、制备方法及包装箱。
背景技术
包装箱在各行各业中广泛使用，可保护产品杂运输过程中不受损坏，在一些易碎、需防潮的产品中，如果蔬、食品等。但申请人发现：目前市面上的包装箱都是采用纸质材料做成，不具有防水功能，为此还需要在包装箱上覆盖一层塑料薄膜，以避免水分进入箱体，防止产品受潮后霉变；但采用此种方式，不仅成本较高，覆膜工序复杂；而且采用这种方式对环境污染越来越严重，因为在对环境保护重视的情况下，纸包装和纸箱包装将会大量使用，使用覆膜技术的纸张，用后的纸张无法进行再生，无法利用的废纸只能作为垃圾处理，而且覆膜中的有毒物质会对环境造成二次污染。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可涂布在包装箱的表面形成的一层具有保护、耐刮耐磨、防水性能的涂膜，且生产成本低，可使包装箱循环回收再利用，适用范围广的替代覆膜的水性涂料，以及该替代覆膜的水性涂料的制备方法和应用了该替代覆膜的水性涂料的包装箱。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种替代覆膜的水性涂料，由油相单体混合物、水相混合物、乳化剂、引发剂溶液、纳米碳酸钙、蜡乳液、去离子水、防霉抗菌剂和缓冲剂制备而成；其中，所述油相单体混合物由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丙酯混合制得，所述水相混合物由丙烯酸溶于定量去离子水中制得，且水相混合物的PH＝5。
进一步地，该水性涂料由以下组分和重量份数制成：苯丙乳液20-60份、纳米碳酸钙0.1-0.6份、蜡乳液2-6份、引发剂溶液1.5-2.5份、乳化剂1-5份、防霉抗菌剂0.5-1份、缓冲剂0.5-0.8份、去离子水20-40份；其中，所述苯丙乳液由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯组成的混合物，所述苯乙烯20-40份，所述甲基丙烯酸甲酯10-15份，所述丙烯酸丁酯10-30份，所述丙烯酸羟丙酯15-25份，所述丙烯酸20-50份。
进一步地，所述纳米碳酸钙是经过表面活性剂改性的改性纳米碳酸钙，其粒径为45-65nm。
进一步地，所述蜡乳液是蜂蜡、棕榈蜡、石蜡中的一种或者多种。
进一步地，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子型乳化剂，优选为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种。
进一步地，所述防霉抗菌剂是噻唑类衍生物或异噻唑酮衍生物。
进一步地，所述引发剂溶液为过硫酸铵溶液，所述缓冲剂是氨水。
一种替代覆膜的水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
a1.将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯按配方比例混合，得油相单体混合物，将丙烯酸溶于定量去离子水中，调PH＝5，得水相混合物；
a2.在反应器内加入乳化剂，一定量的去离子水，搅拌均匀，然后加入定量的油相单体混合物和水相混合物，搅拌均匀，并加热升温，接着加入引发剂溶液、改性纳米碳酸钙和蜡乳液，并进行控温反应；
a3.采用半连续法滴加剩余的油相单体混合物和水相混合物，并在油相单体混合物滴加完后升温、保温，直至反应彻底完成，得到乳液；
a4.将防霉抗菌剂加入反应所得的乳液内，然后加入缓冲剂调节PH值。
进一步地，步骤a2中加热升温至50℃，所述控温反应的反应温度控制在80℃-85℃，反应时间为2小时；步骤a3中在滴加剩余的油相单体混合物和水相混合物时通过调节滴加速度控制回流量，且控制油相单体混合物在1.5-2.5小时内滴加完，并且在油相单体混合物滴加完后在30分钟内升温至97℃，保温30-40分钟；步骤a4中冷却至20℃-25℃，加入缓冲剂调节PH值为7-8。
一种包装箱，其外表面和/或内表面具有由权利要求1至7中任一所述的水性涂料涂布、交联固化后形成的防水涂膜。
本发明主要具有以下有益效果：
通过将本发明所述的替代覆膜的水性涂料涂布在包装箱的外表面和/或内表面，即可在包装箱的外表面和/或内表面形成的一层防水涂膜，该防水涂膜具有保护、耐刮、防水性能，同时蜡乳液作为涂料中的增滑剂，属于脂肪烃类增滑剂的一种，增滑剂固化后浮在防水涂膜的表面，降低防水涂膜的表面张力，使防水涂膜有较低的表面阻力，从而涂布箱的表面摩擦系数减少，耐磨性进一步增强；而且可以完全替代传统技术中所用的塑料薄膜，降低了生产成本，促进了纸的循环回收再利用，适用于各种啤酒、果蔬、礼盒等包装箱，适用范围广。
附图说明
图1是本发明所述的一种替代覆膜的水性涂料实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述的一种替代覆膜的水性涂料，由油相单体混合物、水相混合物、乳化剂、引发剂溶液、纳米碳酸钙、蜡乳液、去离子水、防霉抗菌剂和缓冲剂制备而成；其中，所述油相单体混合物由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丙酯混合制得，所述水相混合物由丙烯酸溶于定量去离子水中制得，且水相混合物的PH＝5。
具体地，本发明所述的替代覆膜的水性涂料由以下组分和重量份数制成：苯丙乳液20-60份、纳米碳酸钙0.1-0.6份、蜡乳液2-6份、引发剂溶液1.5-2.5份、乳化剂1-5份、防霉抗菌剂0.5-1份、缓冲剂0.5-0.8份、去离子水20-40份。其中，所述苯丙乳液由油相单体混合物、水相混合物混合制备而成，即：苯丙乳液由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯组成的混合物，所述苯乙烯20-40份，所述甲基丙烯酸甲酯10-15份，所述丙烯酸丁酯10-30份，所述丙烯酸羟丙酯15-25份，所述丙烯酸20-50份；所述纳米碳酸钙是经过表面活性剂改性的改性纳米碳酸钙，其粒径为45-65nm；所述蜡乳液是蜂蜡、棕榈蜡、石蜡中的一种或者多种；所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子型乳化剂，优选为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-8)中的一种或多种；所述防霉抗菌剂是噻唑类衍生物或异噻唑酮衍生物；所述引发剂溶液为过硫酸铵溶液，所述缓冲剂是氨水。
如图1所示，本发明所述的替代覆膜的水性涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S100.将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯按配方比例混合，得油相单体混合物，将丙烯酸溶于定量去离子水中，调PH＝5，得水相混合物。
步骤S200.在反应器内加入乳化剂，一定量的去离子水，搅拌均匀，然后加入定量的油相单体混合物和水相混合物，搅拌均匀，并加热升温，接着加入引发剂溶液、改性纳米碳酸钙和蜡乳液，并进行控温反应(具体为：加热升温至50℃，所述控温反应的反应温度控制在80℃-85℃，反应时间为2小时)。
步骤S300.采用半连续法滴加剩余的油相单体混合物和水相混合物，并在油相单体混合物滴加完后升温、保温，直至反应彻底完成，得到乳液；其中，在滴加剩余的油相单体混合物和水相混合物时，可以通过调节滴加速度控制回流量，且控制油相单体混合物在1.5-2.5小时内滴加完，并且在油相单体混合物滴加完后在30分钟内升温至97℃，保温30-40分钟。
步骤S400.将防霉抗菌剂加入反应所得的乳液内，然后加入缓冲剂调节PH值(PH值调节至7-8)，制得本发明所述的替代覆膜的水性涂料。
将本发明所述的替代覆膜的水性涂料涂布在包装箱的外表面和/或内表面，待该水性涂料交联固化后，在包装箱的外表面和/或内表面形成的一层防水涂膜，该防水涂膜在涂料交联固化过程发生化学反应(改性后的纳米碳酸钙的水接触角变大，提高其亲油性，且表面具有聚合活性的碳碳双键，与苯丙乳液发生原位乳液聚合反应)，将低分子量的成膜聚合物交联成不溶的三维结构，使防水涂膜具有保护、耐刮、防水性能，同时蜡乳液作为涂料中的增滑剂，属于脂肪烃类增滑剂的一种，增滑剂固化后浮在防水涂膜的表面，降低防水涂膜的表面张力，使防水涂膜有较低的表面阻力，从而涂布箱的表面摩擦系数减少，耐磨性进一步增强；而且替代了传统技术中所用的塑料薄膜，降低了生产成本，促进了纸的循环回收再利用，适用于各种啤酒、果蔬、礼盒等包装箱。
下面通过具体实施例进一步对本发明所述替代覆膜的水性涂料、制备方法和应用做进一步说明。
实施例1：
步骤1.将苯乙烯30份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸丁酯20份、丙烯酸羟丙酯20份按配方比例混合，得油相单体混合物，将丙烯酸35份溶于60份去离子水中，调PH＝5，得水相混合物。
步骤2.在反应器内加入十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的混合体系3份，质量比为1:2，20份去离子水，搅拌均匀，加入定量的油相和水相，搅匀，升温至50℃，加入引发剂溶液过硫酸铵2.5份、改性纳米碳酸钙0.4份，控制反应温度在80-85℃，反应2小时。
步骤3.采用半连续法滴加剩余油相和水相，通过调节滴加速度控制回流量，单体在1.5-2.5小时内加完；单体加完后在30分钟内升温至97℃，保温30-40分钟，使反应彻底完成，获得改性苯丙乳液。
步骤4.将反应所得乳液加入反应器添加蜂蜡乳液4份、防霉抗菌剂0.5份，以800rpm,时间1h,混合均匀，再以氨水调节PH＝7-8，制得水性涂料。
实施例2：
步骤1.将苯乙烯40份、甲基丙烯酸甲酯7份、丙烯酸丁酯18份、丙烯酸羟丙酯15份按配方比例混合，得油相单体混合物，将丙烯酸40份溶于65份去离子水中，调PH＝5，得水相混合物。
步骤2.在反应器内加入十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的混合体系3份，质量比为1:2，20份去离子水，搅拌均匀，加入定量的油相和水相，搅匀，升温至50℃，加入引发剂溶液过硫酸铵2份、改性纳米碳酸钙0.3份，控制反应温度在80-85℃，反应2小时
步骤3.采用半连续法滴加剩余油相和水相，通过调节滴加速度控制回流量，单体在1.5-2.5小时内加完。单体加完后在30分钟内升温至97℃，保温30-40分钟，使反应彻底完成，获得改性苯丙乳液。
步骤4.将反应所得乳液加入反应器添加蜂蜡乳液3.5份、防霉抗菌剂0.5份，以100rpm,时间1h,混合均匀，再以氨水调节PH＝7-8，制得水性涂料。
将实例1和2制备的水性涂料涂布在白卡纸上，测试其耐水时间，耐磨性和抗粘性，与未涂布水性涂料的白卡纸(对比例)进行对比。
测试方法：
耐水性：将1ml水滴于涂布纸表面，计算被水浸透时间；
耐磨性：Sutherland 2000摩擦仪，4磅压力，200来回；
耐折度：肖伯尔(Schopper)式，将试样往复折叠近180度；
测测结果见表1。
表1
耐水时间/min 耐磨性 耐折度
实例1 8 不磨损 55
实例2 7 不磨损 50
对比例 2 轻微磨损 30
从表1可以得知：通过将本发明所述的水性涂料涂布于纸质包装箱表面，可形成耐刮擦、耐折的防水层，使纸质包装箱具有防水功能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种替代覆膜的水性涂料，其特征在于，由油相单体混合物、水相混合物、乳化剂、引发剂溶液、纳米碳酸钙、蜡乳液、去离子水、防霉抗菌剂和缓冲剂制备而成；其中，所述油相单体混合物由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丙酯混合制得，所述水相混合物由丙烯酸溶于定量去离子水中制得，且水相混合物的PH＝5。
2.根据权利要求1所述的水性涂料，其特征在于，由以下组分和重量份数制成：苯丙乳液20-60份、纳米碳酸钙0.1-0.6份、蜡乳液2-6份、引发剂溶液1.5-2.5份、乳化剂1-5份、防霉抗菌剂0.5-1份、缓冲剂0.5-0.8份、去离子水20-40份；其中，所述苯丙乳液由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯组成的混合物，所述苯乙烯20-40份，所述甲基丙烯酸甲酯10-15份，所述丙烯酸丁酯10-30份，所述丙烯酸羟丙酯15-25份，所述丙烯酸20-50份。
3.根据权利要求1或2所述的水性涂料，其特征在于，所述纳米碳酸钙是经过表面活性剂改性的改性纳米碳酸钙，其粒径为45-65nm。
4.根据权利要求1或2所述的水性涂料，其特征在于，所述蜡乳液是蜂蜡、棕榈蜡、石蜡中的一种或者多种。
5.根据权利要求1或2所述的水性涂料，其特征在于，所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子型乳化剂，优选为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的水性涂料，其特征在于，所述防霉抗菌剂是噻唑类衍生物或异噻唑酮衍生物。
7.根据权利要求1或2所述的水性涂料，其特征在于，所述引发剂溶液为过硫酸铵溶液，所述缓冲剂是氨水。
8.一种权利要求2所述的替代覆膜的水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a1.将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯按配方比例混合，得油相单体混合物，将丙烯酸溶于定量去离子水中，调PH＝5，得水相混合物；
a2.在反应器内加入乳化剂，一定量的去离子水，搅拌均匀，然后加入定量的油相单体混合物和水相混合物，搅拌均匀，并加热升温，接着加入引发剂溶液、改性纳米碳酸钙和蜡乳液，并进行控温反应；
a3.采用半连续法滴加剩余的油相单体混合物和水相混合物，并在油相单体混合物滴加完后升温、保温，直至反应彻底完成，得到乳液；
a4.将防霉抗菌剂加入反应所得的乳液内，冷却至室温，然后加入缓冲剂调节PH值。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤a2中加热升温至50℃，所述控温反应的反应温度控制在80℃-85℃，反应时间为2小时；步骤a3中在滴加剩余的油相单体混合物和水相混合物时通过调节滴加速度控制回流量，且控制油相单体混合物在1.5-2.5小时内滴加完，并且在油相单体混合物滴加完后在30分钟内升温至97℃，保温30-40分钟；步骤a4中冷却至20℃-25℃，加入缓冲剂调节PH值为7-8。
10.一种包装箱，其特征在于，其外表面和/或内表面具有由权利要求1至7中任一所述的水性涂料涂布、交联固化后形成的防水涂膜。
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