CN114085327A - 一种聚丙烯酸脂乳液、涂料、啤酒标签用纸张及制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯酸脂乳液、涂料、啤酒标签用纸张及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯酸脂乳液、涂料、啤酒标签用纸张及制备方法，该聚丙烯酸脂乳液由核层烯烃单体、壳层烯烃单体、去离子水、乳化剂、引发剂等组成，并进一步由聚丙烯酸脂乳液、去离子水、助剂制得无铝纸涂料，再由无铝纸涂料制得啤酒标签用纸张，取代含铝的纸张用于啤酒标签纸，不仅具有良好的交联密度、耐碱和耐水性，而且硬度高、柔韧性和耐折绕性能较好。

Description

一种聚丙烯酸脂乳液、涂料、啤酒标签用纸张及制备方法
技术领域
本发明涉及涂膜技术领域，具体为一种聚丙烯酸脂乳液、涂料、啤酒标签用纸张及制备方法。
背景技术
国内外啤酒标签行业的材料，对耐水耐碱、洗瓶好脱标等要求较高。
目前多数采用铝箔与纸张的复合物或用PET转移铝纸，成本较高，而且其中的铝箔复合纸无法回收循环使用，造成资源的大量浪费。溶剂型涂料可以满足无铝纸张的涂布需求，但溶剂型涂料含有的有机溶剂残留在涂料中不能满足食品啤酒标签行业的材料的卫生要求。
采用水性涂料可以避免上述缺陷，成为现在研究的热点。现有水性涂料由聚合物乳液和各类助剂配制而成，其中起关键作用的是聚合物乳液。
现有聚合物乳液包括聚氨酯乳液、聚丙烯酸酯乳液和聚氨酯聚丙烯酸酯乳液，其中聚丙烯酸酯乳液具有较高的性价比，成为优先使用的乳液。
现有聚丙烯酸酯乳液存在的问题有：(1)涂膜交联密度低、涂膜耐水性特别是耐水浸泡性能差；(2)涂膜硬度和耐折绕性能不能兼顾，因为啤酒标签纸要冲切标签，需要涂膜具有较高的硬度和优异的柔韧性；(3)不能满足纸张的涂布要求。
因此，本申请提供一种聚丙烯酸脂乳液、涂料、啤酒标签用纸张及制备方法，通过对现有聚合物乳液交联改性并合理设计其乳胶粒子形态来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚丙烯酸脂乳液、涂料、啤酒标签用纸张及制备方法，旨在解决现有的聚合物乳液交联密度低、耐水性差，硬度和耐折绕性无法兼顾的问题。
本发明是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种聚丙烯酸脂乳液，包括以下组分：
由烯类硬单体、烯类软单体和多烯类单体按质量比为60-80∶15-25∶0.4-2.0组成的核层烯烃单体；
由烯类硬单体、烯类软单体和可交联活性单体按质量比20-35∶40-60∶10-20组成的壳层烯烃单体；
去离子水，所述去离子水的用量为单体总质量的90-120％；
乳化剂，所述乳化剂的用量为单体总质量的2.0-5.0％；
核层引发剂水溶液，所述核层引发剂水溶液用量为核层烯烃单体质量的0.1-0.5％，核层引发剂水溶液的质量浓度为20-50％；
壳层引发剂水溶液，所述壳层引发剂水溶液用量为壳层烯烃单体质量的0.1-0.5％，壳层引发剂水溶液的质量浓度为20-50％；
叔丁基过氧化氢，所述叔丁基过氧化氢用量为单体总质量的0.03-0.05％；
其中，所述单体指由核层烯烃单体和壳层烯烃单体组成的单体混合物，以单体混合物总质量计，核层烯烃单体质量占25-40％，壳层烯烃单体质量占60-75％。
可选地，所述烯类硬单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、叔十碳酸乙烯酯和丙烯腈单体中的一种或多种组合物。
可选地，所述烯类软单体选自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸异戊酯中的一种或多种组合物。
可选地，所述多烯类交联单体选自二乙烯基苯、双丙二甲基丙烯酸酯和三缩丙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种组合物。
可选地，所述可交联活性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐(MAL)中的一种与丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AM)、羟甲基丙烯酰胺(NAM)、甲基丙烯酸N，N二甲胺基乙酯(DMEA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)中的一种的混合物。
第二方面，本申请提供一种聚丙烯酸脂乳液制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A1：制备核层粒子，包括如下步骤：
步骤A101：向反应釜中加入去离子水、乳化剂、核层烯烃单体，按照750-1500转/分钟搅拌乳化；
步骤A102：搅拌一定时间后，加热升温至75-80℃，滴加核层引发剂水溶液，引发聚合反应1-2小时，制成核层粒子；
步骤A2：将混合好的壳层烯烃单体与壳层引发剂水溶液同时滴加到核层粒子的反应体系中，2-4小时内滴加完成，滴加完毕后，反应0.5-1小时；
步骤A3：向步骤A2中加入质量浓度为3-5％的叔丁基过氧化氢水溶液；反应0.5-2小时，冷却至40℃以下；
步骤A4：过滤出料，得到核壳结构交联型聚丙烯酸酯乳液。
第三方面，本申请提供一种新型啤酒标签用无铝纸涂料，包括以下组分，按质量百分比计，
第一方面任一所述的聚丙烯酸酯乳液 75-85％；
去离子水 0.5-20％；
助剂 4.5-15％；
其中，助剂包括以下组分，按涂料总质量百分比计；
Figure BDA0003428798950000041
第四方面，本申请提供一种新型啤酒标签用无铝纸涂料制备方法，包括如下步骤：
步骤B1：在分散缸中加入核壳结构交联型聚丙烯酸酯乳液；
步骤B2：在搅拌情况下20-50min内加入去离子水和助剂，添加完毕搅拌30-90分钟；
步骤B3：过滤出料，制得新型啤酒标签用无铝纸涂料。
第五方面，本申请提供一种新型啤酒标签用纸张，包括基层、涂料层、镭射层和面料层，所述基层为原纸，所述涂料层为第三方面所述的无铝纸涂料，所述镭射层包含由OPP膜转移的镭射信息，所述面料层由网辊涂布或上胶涂布制成。
第六方面，本申请提供一种新型啤酒标签用纸张制备方法，包括如下步骤：
步骤C1：利用湿式复合剥离一体机器将第三方面所述的无铝纸涂料涂布在未经过电晕处理的OPP膜上；
步骤C2：再和基层原纸复合烘干；
步骤C3：将OPP膜剥离掉，使镭射信息转移到涂料上；
步骤C4：利用网辊涂布或上胶辊涂布，并烘干，涂布用量6～8g/m2；烘干温度80℃～120℃；烘烤时间5～10秒钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、核层烯烃单体采用多官能度丙烯酸酯类单体参与共聚，生成交联和支化的丙烯酸酯聚合物，不仅提高聚合物的交联密度，而且促使聚合物乳液形成核壳结构，在成膜过程中有利于形成软段和硬段微区，提高涂膜硬度的同时增加涂膜的柔韧性和耐折绕性能。
2、壳层烯烃单体采用含环氧基、羧基、胺基、羟基的单体参与反应，在室温或加热条件下产生交联作用，进一步提高涂料层的交联密度和耐水性，可取代含铝的纸张用于啤酒标签纸，起到耐水耐碱、洗瓶好脱标等作用。通过涂覆涂料的方法可以大量节约铝箔资源，降低了企业成本，而且这种纸张可循环再生使用，节约资源，达到环保降耗要求；
3、本发明提供的聚合方法，可降低或消除聚丙烯酸酯乳液聚合反应的残留单体，使得乳液和水性涂料满足食品包装的环保要求。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一方面，本申请提供一种聚丙烯酸脂乳液，包括以下组分：
由烯类硬单体、烯类软单体和多烯类单体按质量比为60-80∶15-25∶0.4-2.0组成的核层烯烃单体；
由烯类硬单体、烯类软单体和可交联活性单体按质量比20-35∶40-60∶10-20组成的壳层烯烃单体；
去离子水，所述去离子水的用量为单体总质量的90-120％；
乳化剂，所述乳化剂的用量为单体总质量的2.0-5.0％；
在一个示例中，乳化剂为烯丙基聚乙氧基磺酸盐。
核层引发剂水溶液，所述核层引发剂水溶液用量为核层烯烃单体质量的0.1-0.5％，核层引发剂水溶液的质量浓度为20-50％；
壳层引发剂水溶液，所述壳层引发剂水溶液用量为壳层烯烃单体质量的0.1-0.5％，引发剂水溶液的质量浓度为20-50％；
在一个示例中，核层引发剂和壳层引发剂均为过硫酸钾或过硫酸铵。
叔丁基过氧化氢，所述叔丁基过氧化氢用量为单体总质量的0.03-0.05％；
其中，所述单体指由核层烯烃单体和壳层烯烃单体组成的单体混合物，以单体混合物总质量计，核层烯烃单体质量占25-40％，壳层烯烃单体质量占60-75％。
可选地，所述烯类硬单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、叔十碳酸乙烯酯和丙烯腈单体中的一种或多种组合物。
可选地，所述烯类软单体选自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸异戊酯中的一种或多种组合物。
可选地，所述多烯类交联单体选自二乙烯基苯、双丙二甲基丙烯酸酯和三缩丙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种组合物。
可选地，所述可交联活性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐(MAL)中的一种与丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AM)、羟甲基丙烯酰胺(NAM)、甲基丙烯酸N，N二甲胺基乙酯(DMEA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)中的一种的混合物。
第二方面，基于同样的发明构思，本申请提供一种聚丙烯酸脂乳液制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A1：制备核层粒子，包括如下步骤：
步骤A101：向反应釜中加入去离子水、乳化剂、核层烯烃单体，按照750-1500转/分钟搅拌乳化；
步骤A102：搅拌一定时间后，加热升温至75-80℃，滴加核层引发剂水溶液，引发聚合反应1-2小时，制成核层粒子；
步骤A2：将混合好的壳层烯烃单体与壳层引发剂水溶液同时滴加到核层粒子的反应体系中，2-4小时内滴加完成，滴加完毕后，反应0.5-1小时；
步骤A3：向步骤A2中加入质量浓度为3-5％的叔丁基过氧化氢水溶液；反应0.5-2小时，冷却至40℃以下；
步骤A4：过滤出料，得到核壳结构交联型聚丙烯酸酯乳液。
第三方面，基于同样的发明构思，本申请提供一种新型啤酒标签用无铝纸涂料，包括以下组分，按质量百分比计，
第一方面任一所述的聚丙烯酸酯乳液 75-85％；
去离子水 0.5-20％；
助剂 4.5-15％；
其中，助剂包括以下组分，按涂料总质量百分比计；
Figure BDA0003428798950000091
在一个示例中，成膜剂优选为二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚醋酸酯或二丙二醇丁醚醋酸酯。
润湿剂优选为有机硅聚合物德固萨公司的TEGO245或BYK公司的BYK346。
消泡剂优选为有机硅类聚合物，如德固萨公司的TEGO825、TEGO815或TEGO805。
pH值调节剂优选为AMP95、N，N-二甲基乙醇胺、三乙胺或氨水。
第四方面，基于同样的发明构思，本申请提供一种新型啤酒标签用无铝纸涂料制备方法，包括如下步骤：
步骤B1：在分散缸中加入核壳结构交联型聚丙烯酸酯乳液；
步骤B2：在搅拌情况下20-50min内加入去离子水和助剂，添加完毕搅拌30-90分钟；搅拌乳化优选在转速为1000-1500转/分钟的条件下进行；
步骤B3：过滤出料，制得新型啤酒标签用无铝纸涂料。
第五方面，基于同样的发明构思，本申请提供一种新型啤酒标签用纸张，包括基层、涂料层、镭射层和面料层，所述基层为原纸，所述涂料层为第三方面所述的无铝纸涂料，所述镭射层包含由OPP膜转移的镭射信息，所述面料层由网辊涂布或上胶涂布制成。
第六方面，基于同样的发明构思，本申请提供一种新型啤酒标签用纸张制备方法，包括如下步骤：
步骤C1：利用湿式复合剥离一体机器将第三方面所述的无铝纸涂料涂布在未经过电晕处理的OPP膜上；
步骤C2：再和基层原纸复合烘干；
步骤C3：将OPP膜剥离掉，使镭射信息转移到涂料上；
步骤C4：利用网辊涂布或上胶辊涂布，并烘干，涂布用量6～8g/m2；烘干温度80℃～120℃；烘烤时间5～10秒钟。
在该步骤中，若纸张表面较疏松粗糙，建议通过网辊目数及深度来调整加大涂布量，使纸张平整光泽度高，同时涂布量调大了要适当升高烘干温度保证干燥。
以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯酸脂乳液，其特征在于，包括以下组分：
由烯类硬单体、烯类软单体和多烯类单体按质量比为60-80∶15-25∶0.4-2.0组成的核层烯烃单体；
由烯类硬单体、烯类软单体和可交联活性单体按质量比20-35∶40-60∶10-20组成的壳层烯烃单体；
去离子水，所述去离子水的用量为单体总质量的90-120％；
乳化剂，所述乳化剂的用量为单体总质量的2.0-5.0％；
核层引发剂水溶液，所述核层引发剂水溶液用量为核层烯烃单体质量的0.1-0.5％，核层引发剂水溶液的质量浓度为20-50％；
壳层引发剂水溶液，所述壳层引发剂水溶液用量为壳层烯烃单体质量的0.1-0.5％，壳层引发剂水溶液的质量浓度为20-50％；
叔丁基过氧化氢，所述叔丁基过氧化氢用量为单体总质量的0.03-0.05％；
其中，所述单体指由核层烯烃单体和壳层烯烃单体组成的单体混合物，以单体混合物总质量计，核层烯烃单体质量占25-40％，壳层烯烃单体质量占60-75％。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸脂乳液，其特征在于，所述烯类硬单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、叔十碳酸乙烯酯和丙烯腈单体中的一种或多种组合物。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸脂乳液，其特征在于，所述烯类软单体选自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸异戊酯中的一种或多种组合物。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸脂乳液，其特征在于，所述多烯类交联单体选自二乙烯基苯、双丙二甲基丙烯酸酯和三缩丙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种组合物。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸脂乳液，其特征在于，所述可交联活性单体选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐(MAL)中的一种与丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AM)、羟甲基丙烯酰胺(NAM)、甲基丙烯酸N，N二甲胺基乙酯(DMEA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)中的一种的混合物。
6.一种聚丙烯酸脂乳液制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤A1：制备核层粒子，包括如下步骤：
步骤A101：向反应釜中加入去离子水、乳化剂、核层烯烃单体，按照750-1500转/分钟搅拌乳化；
步骤A102：搅拌一定时间后，加热升温至75-80℃，滴加核层引发剂水溶液，引发聚合反应1-2小时，制成核层粒子；
步骤A2：将混合好的壳层烯烃单体与壳层引发剂水溶液同时滴加到核层粒子的反应体系中，2-4小时内滴加完成，滴加完毕后，反应0.5-1小时；
步骤A3：向步骤A2中加入质量浓度为3-5％的叔丁基过氧化氢水溶液；反应0.5-2小时，冷却至40℃以下；
步骤A4：过滤出料，得到核壳结构交联型聚丙烯酸酯乳液。
7.一种新型啤酒标签用无铝纸涂料，其特征在于，包括以下组分，按质量百分比计，
权利要求1-5任一所述的聚丙烯酸酯乳液 75-85％；
去离子水 0.5-20％；
助剂 4.5-15％；
其中，助剂包括以下组分，按涂料总质量百分比计；
Figure FDA0003428798940000031
8.一种新型啤酒标签用无铝纸涂料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤B1：在分散缸中加入核壳结构交联型聚丙烯酸酯乳液；
步骤B2：在搅拌情况下20-50min内加入去离子水和助剂，添加完毕搅拌30-90分钟；
步骤B3：过滤出料，制得新型啤酒标签用无铝纸涂料。
9.一种新型啤酒标签用纸张，其特征在于，包括基层、涂料层、镭射层和面料层，所述基层为原纸，所述涂料层为权利要求7所述的无铝纸涂料，所述镭射层包含由OPP膜转移的镭射信息，所述面料层由网辊涂布或上胶涂布制成。
10.一种新型啤酒标签用纸张的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤C1：利用湿式复合剥离一体机器将权利要求7所述的无铝纸涂料涂布在未经过电晕处理的OPP膜上；
步骤C2：再和基层原纸复合烘干；
步骤C3：将OPP膜剥离掉，使镭射信息转移到涂料上；
步骤C4：利用网辊涂布或上胶辊涂布，并烘干，涂布用量6～8g/m2；烘干温度80℃～120℃；烘烤时间5～10秒钟。
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CN102619135A (zh) * 2012-03-28 2012-08-01 广州荣域实业有限公司 一种新型香烟包装用无铝内衬纸涂料及其制备方法
CN103601837A (zh) * 2013-11-15 2014-02-26 杭州浙大海维特化工科技有限公司 一种聚丙烯酸酯乳液及制备方法
WO2017020513A1 (zh) * 2015-07-31 2017-02-09 华南理工大学 一种羟基聚丙烯酸酯乳液及其制备方法与应用

Patent Citations (3)

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