CN102388180B - 处理基底表面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及处理基底表面的方法，所述的方法包括将功能化学品施加到该基底表面上，来提高硅到所述基底的附着性。该方法进一步包含通过使用蒸气施涂束来将所述的功能化学品以至少5mg/m2的量施加到该基底的表面上，来在该基底上形成功能化学品层，该功能化学品包含双键，氢化硅烷，或者乙烯基硅烷反应性基团，或者低聚物烃或者聚合物烃或者聚硅氧烷化合物。
Description
本发明涉及处理基底表面的方法，用于提高有机硅到该基底的附着性，并由此防止有机硅被擦掉。该方法包含通过使用蒸气施涂束（steam application beam）将功能化学品施加到基底表面上，来在该基底上形成功能化学品层，用于提高硅到所述基底的附着性。本发明还涉及防粘衬垫（release liner），其包含用本发明方法处理的基底。
防粘涂层（Release coatings），例如有机硅涂层，已经被用于提高基底例如纸、膜或者塑料包覆的纸基底的防粘着性能。该有机硅涂料可以形成用于防粘衬垫的防粘层，或者该有机硅涂料可以是例如烘焙用纸（baking paper）的功能层。
在防粘衬垫的情况中，这里有机硅被施加到基底表面上，这两个层的界面中的附着性会保持的太弱，导致分层问题。所以，当生产有机硅涂覆的纸或者其他基底时，有机硅良好的附着性和低的擦掉性是期望的。另外，必须特别关注非硅化基底材料的品质，目的是使得有机硅涂料的量最小化。
典型的，已经尝试了通过将一些添加剂混入到有机硅中来提高有机硅的附着性。还应当开发功能化学品，其能够通过将有机硅锚定到基底表面上来防止有机硅的擦掉。这些功能化学品的结构包含与该基底相容的部分，和与有机硅涂料是反应性的或者至少相容的部分。该功能化学品可以包含至少一种端基或者侧基功能化的嵌段或者接枝共聚物，其具有能够与有机硅反应的基团。该功能化学品还可以是这样的共聚物，其包含在聚合后能够与有机硅反应的基团。所以，该功能化学品能够在有机硅和基底之间的界面处形成共价键，并且以此方式能够提高有机硅的附着性。
使用上述功能化学品的问题是它们涉及高成本并因此仅仅能够以低的添加比例用于商业使用。如果将这些功能化学品混入涂覆剂或者表面施胶剂中，并且用常规的涂覆装置施加到基底表面上，发现仅仅小比例的该功能化学品保留在基底表面上。这导致了该功能化学品高的消耗和有机硅的可能不均匀的附着。
所以，这里需要用非常少量的功能化学品处理基底表面的新方法，带来相当大的成本节约。另外，该新的施加方法应当在基底表面上产生均匀的化学品层，来实现期望的功能性。
本发明的目标是提出处理基底表面的新方法，在这种方式中仅仅需要低涂覆重量的功能化学品，因此防止了有机硅的擦掉。
为了实现这些目标，本发明的处理基底表面来提高有机硅到基底的附着性的方法主要特征在于该方法包括：通过使用蒸气施涂束来将所述的功能化学品以至少5mg/m2的量施加到该基底的表面上，来在该基底上形成功能化学品层，该功能化学品包含乙烯基（vinylic）；氢化硅烷（silane hydride）；或者乙烯基硅烷反应性基团或者双键，优选端基或者侧基；或者低聚物或者聚合物烃或者聚硅氧烷化合物。
本发明方法的基本理念是在基底的表面上产生薄的功能层，用于提高该基底表面的特性，其需要用有机硅连续处理该基底。正是在该基底和有机硅层之间的薄功能层提高了有机硅的附着性。
本发明的方法利用了高速蒸气来将水溶性、水可分散的或者水可乳化的功能化学品分配到该基底表面上。该方法是通过蒸气施涂束来进行的，其具有特别的喷嘴系统和用蒸气以含水形式施加功能化学品的能力。该蒸气涂覆机中的喷嘴系统经设计来产生蒸气与功能化学品的良好的混合效率。该喷嘴系统将功能化学品溶液供给到涂覆室中的蒸气流中，在这里形成了功能化学品的极细雾。该功能化学品溶液的小滴尺寸提供了以低的涂覆重量来在基底的表面上施加均匀层的可能性。
优选用于本发明方法中的蒸气涂覆机是，来自瑞士HU Jakob Papiertechnik AG的市售方案，其已经在专利公开文献WO2007/003059中提出。这种蒸气涂覆机主要用于施加蒸气，其中施加水来提高润湿效果。现在，已经发现这种具有特定喷嘴系统的蒸气施涂束还可以用于用功能化学品处理基底的表面，来形成正是处于该基底最上表面上的薄功能层。但是，本发明不限于使用这样的特定蒸气施涂束，而是还可以使用其他的提供相同种类分配方法的蒸气施涂束。
通过使用蒸气施涂束而形成的功能化学品层包含了至少5mg/m2的该功能化学品。优选的涂覆重量是大约0.05g/m2，但是取决于该基底另外的处理和该处理的基底的最终用途，该涂覆重量也可以高于0.05g/m2。通过使用蒸气施涂束，可以形成这种低重量的功能层。
该基底可以是非涂覆的或者预涂覆的基底。该基底是由纸，膜(塑料)材料，或者膜(塑料)包覆的纸制成的。该纸基底可以是涂覆的，施胶的或者另外表面处理的。该纸基底还可以是压延的或者非压延的。该膜材料基底可以由热塑性聚合物材料，有利地聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，取向的聚丙烯(OPP)，低密度聚乙烯(LDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE)制成。
附着性的提高基于施加到基底上的功能化学品的结构。该功能化学品可以是功能聚合物或者低分子量化学品，其包含与基底相容的部分，和与有机硅涂料是反应性的或者至少相容的部分。该功能化学品能够在有机硅涂层和功能层表面之间产生共价结合。将本发明方法中所用的功能化学品在水中以溶液、分散体或者乳液的形式施加到基底表面上，并且该化学品是基于该有机硅涂层和基底材料的最终用途来选择的。
上述蒸气束技术能够将功能化学品施加到正是该基底的最上表面上，其需要与另外的层例如有机硅产生强的相互作用。本发明的方法使得在造纸过程中处理基底网（substrate web）例如防粘衬垫的基纸网（base paper web）成为可能，并因此该包含功能层的基纸可以供给给防粘纸的制造商，并且它们不需要使用任何添加剂来提高涂层的附着性。
本发明开发来特别用于在防粘衬垫情况中提高在有机硅层和基底的界面中的附着性。但是需要良好的有机硅附着性的其他应用也是可能的。另外，本发明的开发还在于特定的功能化学品，该化学品在使用常规涂覆方法时，由于经济原因而不能用于工业应用中。本发明的方法适于全部的水溶性或者水可分散的功能化学品，并且它不限于本说明书中所提出的化学品。
在下面，将参考附图来描述本发明，作为举例和说明，在其中：
图1表示了防粘衬垫的结构，其包含用本发明方法处理的基底，和
图2表示了该功能化学品的一些聚合物结构，其能够通过本发明的方法施加到基底表面上。
图1表示了防粘衬垫5的结构，其是由用本发明方法处理的基底1来制造的。防粘衬垫5包含基底1，在该基底表面上的功能层2，和在该功能层2上的涂层3。该基底指的是纸基底、膜(塑料)基底、或者膜(塑料)包覆的纸基底。该纸基底可以是涂覆的、施胶的或者另外表面处理的(图1未示出)。涂层3指的是有机硅涂层，功能层2包含功能化学品，其能够与有机硅反应或者其是与有机硅相容的。在许多情况中，有机硅涂层3的交联是基于在铂催化剂的存在下双键和氢化硅烷基团之间的氢化硅烷化反应。在该交联过程中，有机硅的反应性基团还可以稳定地与功能层反应。该有机硅涂料可以基于例如含溶剂的有机硅，无溶剂的有机硅，UV固化性有机硅，或者乳液有机硅。
本发明提供新的方法，用于在基底1的表面上形成功能化学品层2。当该功能化学品施加到基底上时，形成了基底材料4。该基底材料4，其包含基底1和功能层2，可以单独地由有机硅涂覆方法来制造。
功能化学品层是通过使用蒸气施涂束以这样的方式来形成的，即，将功能化学品溶液混入到蒸气中。该功能化学品的浓度，例如在聚合物溶液的情况中，低于15wt%。优选该浓度低于4wt%。该蒸气施涂束的运行条件是通常所用的。该蒸气施涂束的运行温度是大约90-120℃，和蒸气压力是大约1-1.5 bar。
该蒸气施涂束的喷嘴将该功能化学品溶液以连续方式施加到基底网上，并且可以形成均匀的薄功能层。
在本发明方法中分配到基底表面上的该功能化化学品可以是聚合物功能化学品，其包含至少一种端基或者侧基功能化的嵌段或者接枝共聚物，具有能够与有机硅反应的基团或者与有机硅相容的基团。
该功能化学品还可以是低分子量功能化学品，包含与有机硅是反应性的或者相容的部分和与基底表面是反应性的或者相容的部分。在这种情况中，该功能化学品在溶液中的浓度可以高于15wt%。
图2表示了该功能化学品的一些有利的聚合物结构，其能够作为功能层用于在有机硅涂层和基底之间提供更好的附着性。该防粘衬垫包含基底1，功能层2和涂层3。涂层与基底的附着性可以通过使用功能化聚合物来提高，该聚合物包含与基底相容的部分14和与有机硅涂层3是反应性的或者相容性的部分15-19二者。该反应性部分优选包含乙烯基15，氢化硅烷17，或者乙烯基硅烷18端基或者侧基，其能够在氢化硅烷化反应中与有机硅涂层反应。该涂层相容性部分优选是低聚物或者聚合物烃16或者聚硅氧烷19，其能够通过混合和物理结合来提高硅层的附着性。
如果该基底包含与所述部分相同或者类似的基团，则该部分14典型地能够与基底相容。例如包含亲水基团的部分14典型地与亲水性基底相容。通常，具有例如O-或者N-原子的部分是亲水的。类似的，含有疏水基团的部分14典型地与疏水性基底相容。通常具有例如烃的部分是疏水性的。
该功能化学品包含聚合物主链。该聚合物主链优选是水溶性或者水可分散的。它可以例如选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚环氧乙烷，聚乙烯基胺，淀粉，淀粉酯，淀粉醚，羧甲基纤维素，羧甲基纤维素醚，羧甲基纤维素酯，壳聚糖，黄原胶或者聚丙烯酰胺。该聚合物主链优选是聚乙烯醇或者淀粉。
该功能化学品优选包含能够与有机硅涂层反应的双键。有利地，至少一些双键位于该聚合物主链的侧链的端部。
用于防粘衬垫典型的基底是纸例如玻璃纸。玻璃纸指的是这样的纸，其是由化学浆制成的，并且它的克重典型地是50-150g/m2。玻璃纸典型地需要良好的透明度；对于60g/m2纸来说，用可见光来测量(ISO2469：1994)，其典型地是至少45。在玻璃纸的制造中，将纸浆精细研磨来获得致密的、基本无孔的纸。因为将玻璃纸作为基纸用于防粘纸，因此需要无孔表面用于良好的可硅化能力。该无孔表面可以用压延处理和表面处理来实现。该纸可以首先压延然后表面处理，或者首先表面处理然后压延。压延机可以是多辊隙压延机（multi-nip calender）或者超级压延机。在压延机中，至少一个辊隙是在硬面辊和软配合表面（soft counter surface）之间形成的。
在将该功能化学品施加到基纸上后，该纸可以硅化。该氢化硅烷化反应发生于反应性功能化学品层和该功能层上面的含硅的防粘剂的反应性基团之间。因此，在纸和涂层之间形成了坚固的结合。
下面的实施例描述了在纸表面上形成功能层以及如何通过在基纸和有机硅涂层之间使用该功能化学品层来消除有机硅的擦掉。
实施例1
蒸气涂覆机(HU Jakob Papiertechnik AG，瑞士)是以生产规模，通过在超级压延机上施加蒸气和功能化学品溶液(PVOH-C5-s-5%)来测试的。PVOH-C5-s-5%的聚合物主链是水解度为98%的聚乙烯醇。名义上，该聚合物5%的羟基基团接枝有侧链，该侧链包含5个碳和位于该侧链的端部的双键。该蒸气涂覆机安装于超级压延机的展开台和第一辊隙之间。
该超级压延机的速度在测试过程中是恒定的(大约610m/min)，并且蒸气压力也尽可能的保持恒定(大约1 bar)。蒸气温度是大约90℃。该功能化学品溶液的量(L/h)在测试过程中增加来提高涂覆重量。该溶液的浓度是大约3wt%。
在超级压延机之后，将样品在实验室涂覆器中用有机硅涂覆。有机硅(Rhodia3)是用刮刀施加的，并且在涂覆后立即固化。接着，将样品存储于湿度室(T=50℃，RH75%)中，并且以与时间相关的形式来测试该有机硅的擦掉性。使用丙烯酸胶带（tape），因为它通常更早的增加了有机硅层擦掉的风险。
结果
在玻璃纸上施加三种不同的功能化学品量。测试点数和该功能化学品溶液的消耗量表示在表1中。还计算了功能化学品的理论最大量。实际上，该量小于计算值，因为并非全部的溶液粘附到该纸表面上。
表1. 在玻璃纸上施加三种不同的功能化学品量：测试点数，该功能化学品溶液的消耗量，和功能化学品的理论最大量。
| 测试点 | 溶液消耗量(L/h) | 最大涂覆重量(g/m2) |
| 参照A | 0 | 0 |
| KP5 | 20 | 0.02 |
| KP6 | 30 | 0.03 |
| KP7 | 50 | 0.05 |
擦掉结果在表2中以与时间相关的形式来表示。在参照A样品中，2周后观察到擦掉。参考样品A和具有较低涂覆重量的样品之间的差异不明显。在含有理论上0.05g/m2的功能聚合物的样品中，在测试期间没有观察到擦掉。
表2. 参照样品和含有功能聚合物的样品的与时间相关的擦掉结果(1=良好的品质，无擦掉；2=检测到擦掉；和3=明显的擦掉)。将全部样品存储在湿度室中(a指的是无胶带的区域，b指的是处于丙烯酸胶带下的区域)。
实施例2
该测试是如实施例1来进行的，但是在这个试验中，刚刚在润湿单元之前将蒸气涂覆机也安装到造纸机上。
结果
在玻璃纸上施加三种不同的功能化学品量。测试点数和该功能化学品溶液的消耗量表示在表3中。还计算了功能化学品的理论最大量。实际上，该量小于计算值，因为并非全部的溶液粘附到纸表面上。
表3. 在玻璃纸上施加三种不同的功能化学品量：测试点值，该功能化学品溶液的消耗量，和涂料的理论最大量。
| 测试点 | 溶液消耗量(L/h) | 最大涂覆重量(g/m2) |
| 参照样品B | 0 | 0 |
| KP1 | 20 | 0.024 |
| KP2 | 40 | 0.048 |
| KP3 | 50 | 0.060 |
擦掉结果在表4中以与时间相关的形式来表示。在参照B样品中，2周后观察到擦掉。参照样品B和具有较低涂覆重量的样品之间的差异不明显。在含有理论上0.06g/m2的功能聚合物的样品中，相对于参照样品来说锚定能明显提高。
表4. 参照样品和含有功能聚合物的样品与时间相关的擦掉结果(1=良好的品质，无擦掉；2=检测到擦掉；和3=明显的擦掉)。将全部样品存储在湿度室中(a指的是无胶带的区域，b指的是处于丙烯酸胶带下的区域)。
实施例1和实施例2中的涂覆重量之间的差异源于蒸气施涂束的不同的位置。
总之，本发明的用于通过使用蒸气涂覆机来形成功能化学品层的方法能够实现非常低的涂覆重量(大约0.05-0.06g/m2)的施加，并且当该功能化学品正是施加到玻璃纸的最上表面上时，能够防止有机硅擦掉。
Claims (14)
1.处理基底表面的方法，所述的方法包括将功能化学品施加到该基底表面上，以提高硅对所述基底的附着，其特征在于该方法包括:
通过使用蒸气施涂束来将所述的功能化学品以至少5mg/m2的量施加到该基底的表面上，以在该基底上形成功能化学品层，该功能化学品包含双键以及与基底相容的部分，
其中该功能化学品包含功能聚合物，且该功能化学品包含具有一个或多个侧链的主链，其中至少一些双键位于所述主链的所述侧链的端部。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于将该功能化学品以0.05g/m2的量施加到该基底的表面上。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将该功能化学品在水中以溶液、分散体或者乳液的形式施加到该基底的表面上。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将该功能化学品施加到未涂覆的基底上。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将该功能化学品施加到预涂覆的基底上。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将该功能化学品施加到压延的基底上。
7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该基底是由纸制成的。
8.据权利要求7的方法，其特征在于该基底是由玻璃纸制成的。
9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该基底是由膜材料制成的。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于该基底是由热塑性聚合物材料制成的。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于该基底是由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，取向的聚丙烯(OPP)，低密度聚乙烯(LDPE)，或者高密度聚乙烯(HDPE)制成的。
12.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该方法进一步包含将有机硅涂料施加到所述的基底上。
13.防粘衬垫，其包括基底和在该基底表面上的有机硅层，其特征在于将该基底用权利要求1-12中任一项的方法进行处理。
14.根据权利要求13的防粘衬垫，其特征在于在用权利要求1-12中任一项的方法处理之前或者之后，将该基底进行压延。
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