CN104530892B - 一种复合金卡纸用环保型水性清漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其其技术方案的要点是包括以下重量组分的物质组成：苯乙烯‑丙烯酸乳液20～35％，自交联低温固化丙烯酸乳液35～50％，水性蜡乳液5～10％，水10～25％，乙醇10～25％，水性抗磨剂0.1～0.5％，水性消泡剂0.3～0.8％，水性分散剂0.5～1％，水性润湿剂0.5～1％。本发明提供一种避免絮凝、沉淀现像，与染料相容性好，展色性好，提高生产效率的复合金卡纸用环保型水性清漆。

Description

一种复合金卡纸用环保型水性清漆及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种复合金卡纸用环保型水性清漆及其制备方法。

【背景技术】

在香烟包装、酒盒包装、食品包装、药品包装、化妆品包装等包装卡纸印刷领域中，使用的卡纸通常通过把铝箔、镀铝膜贴合在各种卡纸表面制成复合卡纸；为了提高复合卡纸的质量及应用领域，提高复合卡纸的印刷适应性及保护铝原子不被氧化变色，一般会在铝箔、镀铝膜表面涂布一层清漆。

复合卡纸主要分复合银卡纸和复合金卡纸；

由于铝箔、镀铝膜表面镀了一层铝原子，本身即为银色，铝箔、镀铝膜表面所涂布的清漆为无色透明的即可；所制作的卡纸即为复合银卡；

而通过使用黄色、红色、橙色或其他颜色的染料或颜料与清漆混合调配到所需颜色后，再涂布到铝箔、镀铝膜表面，所制作的卡纸即为色彩丰富的复合金卡纸；

目前复合卡纸所使用的清漆主要有三种：

1)溶剂型清漆，该清漆在生产制备过程中是使用了大量的有机溶剂如丁酮，环己酮、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、二甲苯、甲苯等溶解固体树脂粉而得，并且在清漆的生产过程中和使用涂布过程中，有机溶剂的挥发，对环境、人体均造成了很大的伤害；而且使用溶剂型清漆制作的卡纸，在高速UV胶印机上容易出现印刷不良，油墨附着牢度偏差的情况；随着环保要求的不断提高，印刷工艺的不断进步，印刷质量要求越来越高，溶剂型清漆应用范围会越来越小；

2)醇溶性清漆，该清漆在生产制备过程中，通过使用醇醚类溶剂溶解水性树脂而成；而水性树脂的选择性较小，清漆的适用范围窄；除了醇醚的挥发，对环境及人体还是有较大的伤害外，醇溶性清漆的印刷适应性较差，目前仅有极小部分不需要后续工艺的复合卡纸上使用；

3)水性清漆，该清漆在生产制备过程中主要的稀释剂为水及乙醇，产品VOC含量低，对环境友好，符合国家及地方的环保要求；而且性能优良，透明性好，光泽度高；产品质量稳定，特别适用于高速UV胶印机印刷；为近年来最流行、用量最大的印刷包装卡纸表面涂布用清漆；

溶剂型清漆生产金卡时，是直接用丁酮、二甲苯等溶解溶剂型色粉后，再加入到清漆中调色；醇溶性清漆生产金卡需把醇溶性色粉用乙醇、正丁醇等溶解后，再加入到清漆中调色；此两种方法制作的金卡，表面平整，流平性好，光泽度好；但生产过程中无法达到环保要求已逐渐被市场所淘汰。

水性清漆可使用的水性染料色墨有很多。普通水溶性染料与水的相容性好，但着色力，耐候性都比较差，容易褪色，不适用水性复合金卡的生产；常规的水性清漆相容性差，易导致水性清漆破乳而产生絮凝、沉淀现象，在涂布施工时易出现堵塞涂布版辊，展色不好导致涂色不均匀、出现漏涂、表面流平性差、不平整、光泽度不好等不良情况；严重影响了生产效率及复合金卡纸质量；

为解决常规的水性清漆与水性染料生产复合金卡时的相容性问题，避免出现絮凝、沉淀现象；需研制一种与水性染料相容性好，展色性强的水性清漆才能适应现今及今后包装复合金卡纸的发展需求。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有复合金卡纸用水性清漆的缺陷，提供一种避免絮凝、沉淀现像，与染料相容性好，展色性好，提高生产效率的复合金卡纸用环保型水性清漆。

本发明的另一目的是提供一种上述水性清漆的制备方法。

水性金卡适用的高性能水性染料一般是通过乳化的方法把油性的染料色粉水性化而得，染料本身偏油性(即染料本身更偏向于溶剂型)，与普通水性乳液的相容性有限；而本发明采用特殊的乳化方法制得的乳液，其特殊的结构使得乳液对很多有机溶剂有较好的亲和力，更加易与偏油性的水性染料相融合；并且本发明采用的自交联低温固化丙烯酸乳液，除了保有丙烯酸酯聚合物的特性，其主链上不含除酯基外的基团，具有良好的柔韧性、重涂性、印刷适应性外；还与水性染料在相容性方面有良好的表现，使得本发明的复合金卡纸用环保型水性清漆所生产出来的复合金卡具有着色力强，颜色均匀展色性好，耐候性好，颜色鲜艳，不褪色的特点。

本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其特征在于包括以下重量组分：

本发明中的苯乙烯-丙烯酸乳液的玻璃化温度为90～105℃，粒径为80nm～150nm，固含量43～45％。

本发明中的苯乙烯-丙烯酸乳液是以苯乙烯和丙烯酸丁酯为共聚物，丙烯酸为功能单体，十二烷基酸钠和OP-10为复合乳化剂，采用乳液聚合的方式制得。

本发明中的自交联低温固化丙烯酸乳液的玻璃化温度为-5～10℃，粒径为80nm～120nm，固含量45～48％。

本发明中的自交联低温固化丙烯酸乳液，是以丙烯酸酯类溶剂为单体，十二烷基酸钠和OP-10为复合乳化剂，采用乳液聚合法合成制得。

本发明中的水性蜡乳液的滴点为128℃，固含量34～36％。

本发明中的水性蜡乳液是以聚乙烯蜡为主要原料，在水性体系下加热乳化制得。

本发明中的水为去离子水或纯净水，所述乙醇为食用乙醇。

一种上述复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配置A组分：将苯乙烯-丙烯酸乳液、自交联低温固化丙烯酸乳液、水性蜡乳液按照配方比例加入到分散缸中，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

2)配置B组分：将去离子水、乙醇、水性抗磨剂、水性消泡剂、水性分散剂、水性润湿剂按照比例加入到搅拌缸中，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

3)混合：将搅拌均匀的B组分泵送到分散缸中，与A组分混合，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

4)过滤净化包装：通过过滤设备除去杂质，得复合金卡纸用环保型水性清漆。

本发明复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法中，优选A组分以450转/分钟转速搅拌，B组分以450转/分钟转速搅拌，最后A组分与B组分混合以450转/分钟转速搅拌。

本发明的水性乳液聚合机理如下：

当乳化剂溶于水时,若其浓度超过临界胶束浓度时，则乳化剂分子聚焦在一起形成乳化剂胶束。在乳化剂溶液中加入难溶于水的单体并进行搅拌时，单体大部分分散成液滴，部分单体则增溶于乳化剂胶束中。当水溶性的引发剂加入后，引发剂在水中生成自由基并扩散到胶束中去，并在那里引发聚合反应。乳液聚合机理分为三个阶段：

第一阶段:乳胶粒生成期

从诱导期结束到胶束耗尽这一期间为聚合第一阶段。在此阶段中,由于水相中引发剂分解出的自由基不断的扩散到胶束中,并在那里引发聚合反应,生成单体、聚合物粒子，既乳胶粒，随着反应的不断进行,新乳胶粒不断产生，使聚合反应进行一个加速期。另一方面，随着放映的进行，乳胶粒的体积渐渐的增大，其表面积也随之增加，这样越来越多的乳化剂分子从水相被吸附到乳剂粒表面上，因而破坏了乳化剂与胶束间的平衡。胶束中的乳化剂分子不断补充入水相，直到转化率达到一定程度后，水相中的乳化剂浓度下降到临界胶束浓度以下，胶束即告消失。此时，不再有新的乳胶粒生成，聚合体系中的乳胶粒不再变化，至此反应转入第二阶段。

第二阶段：反应恒速期

从胶束消失到单体液滴消失这一期间为第二阶段。此阶段由于胶束的消失，体系中不再有新的乳胶粒生成，总的乳胶粒数目保持不变。且随着聚合反应的进行，单体液滴中的单体不断扩散入乳胶粒中，使粒子中的单体浓度不变，所以此阶段聚合速率保持不变，直至单体液滴消失，聚合速率下降，反应转入第三阶段。

第三阶段：降速期

从单体液滴消失至聚合反应结束为第三阶段。此阶段由于单体液滴的消失，不再有单体经水相扩散进入乳胶粒，故乳胶粒中进行的聚合反应只能靠消耗粒子中贮存的单体来维持，使聚合速率不断下降，直至乳胶粒中的单体耗尽，聚合反应也就停止。

以下用实例具体说明本发明的自交联低温固化丙烯酸乳液的制备：

1)将蒸馏水、乳化剂加入乳化缸中，开始缓慢搅拌；

2)在常温下缓慢将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-乙基已酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酸胺加入乳化缸中，在加入过程中要一直搅拌，得到乳白色预聚物乳液待进行下一步反应；

3)常温下逐步将水、乳化剂及碳酸钠加入反应罐中，开始缓慢搅拌及升温；

4)升温至80摄氏度后开始抽加部分引发剂进入反应罐中反应十分钟；

5)十分钟后开始滴加第2步所得的预聚物乳液，在4小时内完成滴加；

6)预聚物乳液滴加0.5小时后，再滴加引发剂；

7)滴加完后保温0.5小时，使反应进一步完成；

8)保温过后，降温至70摄氏度滴加还原剂与氧化剂进行后处理(滴加0.5小时)；

9)完成滴加后保温0.5小时；

10)降温至50摄氏度后滴加氨水和防腐剂到反应罐中，搅拌10min后即可。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

1)、本发明的复合金卡纸用环保型水性清漆，使用的稀释剂为水和食用乙醇，无毒害，无污染，低VOC排放，对人体及环境均无不良影响，符合国家及行业的环保标准要求；

2)、本发明的复合金卡纸用环保型水性清漆，与水性染料色墨的相容性好，静止24H以上无絮凝、沉淀现象产生，涂布施工时不会堵塞涂布版辊；使用本发明水性清漆所制作出来的卡纸展色好，色差小，减少漏涂、表面流平差、光泽度不好等不良，透明性好；

3)、本发明的复合金卡纸用环保型水性清漆在各种基材，包括PET镀铝膜、OPP镀铝膜、PET转移铝纸、OPP转移铝纸、PET薄膜等均有优良的附着牢度，适应各类复合卡纸的不同应用要求。

【具体实施方式】

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1:

一种复合金卡纸用环保型水性清漆，以重量百分比计，其配方组成为：

该种复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法如下：

1)配置A组分：苯乙烯-丙烯酸乳液、自交联低温固化丙烯酸乳液、水性蜡乳液按照配方比例加入到分散缸中，开动搅拌器，以400转/分钟转速搅拌10分钟；

2)配置B组分：将去离子水、乙醇、水性抗磨剂、水性消泡剂、水性分散剂、水性润湿剂按照比例加入到搅拌缸中，开动搅拌器，以400转/分钟转速搅拌12分钟；

3)混合：将搅拌均匀的B组分泵送到分散缸中，与A组分混合以400转/分钟转速搅拌15分钟；

4)过滤净化包装：通过过滤设备除去杂质，按照标准重量包装。实施例2:

一种复合金卡纸用环保型水性清漆，以重量百分比计，其配方组成为：

该种复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法如下：

1)配置A组分：将苯乙烯-丙烯酸乳液、自交联低温固化丙烯酸乳液、水性蜡乳液按照配方比例加入到分散缸中，开动搅拌器，以350转/分钟转速搅拌15分钟；

2)配置B组分：将去离子水、乙醇、水性抗磨剂、水性消泡剂、水性分散剂、水性润湿剂按照比例加入到搅拌缸中，开动搅拌器，以350转/分钟转速搅拌15分钟；

3)混合：将搅拌均匀的B组分泵送到分散缸中，与A组分混合以350转/分钟转速搅拌20分钟；

4)过滤净化包装：通过过滤设备除去杂质，按照标准重量包装。

实施例3:

一种复合金卡纸用环保型水性清漆，以重量百分比计，其配方组成为：

该种复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法如下：

1)配置A组分：苯乙烯-丙烯酸乳液、自交联低温固化丙烯酸乳液、水性蜡乳液按照配方比例加入到分散缸中，开动搅拌器，以450转/分钟转速搅拌18分钟；

2)配置B组分：将去离子水、乙醇、水性抗磨剂、水性消泡剂、水性分散剂、水性润湿剂按照比例加入到搅拌缸中，开动搅拌器，以450转/分钟转速搅拌20分钟；

3)混合：将搅拌均匀的B组分泵送到分散缸中，与A组分混合以450转/分钟转速搅拌15分钟；

4)过滤净化包装：通过过滤设备除去杂质，按照标准重量包装。

实施例4:

一种复合金卡纸用环保型水性清漆，以重量百分比计，其配方组成为：

该种复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法如下：

1)配置A组分：将苯乙烯-丙烯酸乳液、自交联低温固化丙烯酸乳液、水性蜡乳液按照配方比例加入到分散缸中，开动搅拌器，以500转/分钟转速搅拌15分钟；

2)配置B组分：将去离子水、乙醇、水性抗磨剂、水性消泡剂、水性分散剂、水性润湿剂按照比例加入到搅拌缸中，开动搅拌器，以500转/分钟转速搅拌18分钟；

3)混合：将搅拌均匀的B组分泵送到分散缸中，与A组分混合以500转/分钟转速搅拌15分钟；

4)过滤净化包装：通过过滤设备除去杂质，按照标准重量包装。实施例5～9:

复合金卡纸用环保型水性清漆，配方重量组成如下：

实施例5-9的制备方法为：

1)配置A组分：将苯乙烯-丙烯酸乳液、自交联低温固化丙烯酸乳液、水性蜡乳液按照配方比例加入到分散缸中，开动搅拌器，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

2)配置B组分：将去离子水、乙醇、水性抗磨剂、水性消泡剂、水性分散剂、水性润湿剂按照比例加入到搅拌缸中，开动搅拌器，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

3)混合：将搅拌均匀的B组分泵送到分散缸中，与A组分混合以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

4)过滤净化包装：通过过滤设备除去杂质，得复合金卡纸用环保型水性清漆。

实施例1-9理化性能检测结果如表1所示：

表1：

实施例1-9的相容性和展色性检测结果所下表2所示：

表2：

1、测试沉淀方法：将实施例1-9中的环保型水性清漆分别与水性染料色墨混合，静置24H后，目测观察其有无絮凝、沉淀现象为合格；

2、色差分析方法：将实施例1-9中的环保型水性清漆，与水性染料色墨混合，涂布于卡纸表面，待干燥后，用色差仪测试色差，△a在±0.3以内，同时△b在±0.2以内为合格。

通过以上测试所得的结果可知：

1、本发明的复合金卡纸用环保型水性清漆与水性染料相容性好，静置无絮凝、沉淀现象,避免涂布施工时的堵版现象，且产品为低VOC排放，对人体和环境无不良影响，符合国家及行业的环保标准要求；

2、本发明的复合金卡纸用环保型水性清漆所制作的复合金卡着色均匀，色差小，展色性好，保证了整批纸张的色差一致性，且成本低廉，产品稳定性好。

Claims (8)

1.一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其特征在于由以下重量组分的物质组成：

所述苯乙烯-丙烯酸乳液的玻璃化温度为90～105℃，粒径为80nm～150nm，固含量43～45％，所述自交联低温固化丙烯酸乳液的玻璃化温度为-5～10℃，粒径为80nm～120nm，固含量45～48％。

2.根据权利要求1所述的一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其特征在于所述苯乙烯-丙烯酸乳液是以苯乙烯和丙烯酸丁酯为共聚物，丙烯酸为功能单体，十二烷基酸钠和OP-10为复合乳化剂，采用乳液聚合的方式制得。

3.根据权利要求1所述的一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其特征在于所述自交联低温固化丙烯酸乳液，是以丙烯酸酯类为单体，十二烷基酸钠和OP-10为复合乳化剂，采用乳液聚合法合成制得。

4.根据权利要求1所述的一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其特征在于所述水性蜡乳液的滴点为128℃，固含量34～36％。

5.根据权利要求4所述的一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其特征在于所述水性蜡乳液是以聚乙烯蜡为主要原料，在水性体系下加热乳化制得。

6.根据权利要求1所述的一种复合金卡纸用环保型水性清漆，其特征在于所述水为去离子水或纯净水，所述乙醇为食用乙醇。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配置A组分：将苯乙烯-丙烯酸乳液、自交联低温固化丙烯酸乳液、水性蜡乳液按照配方比例加入到分散缸中，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

2)配置B组分：将去离子水、乙醇、水性抗磨剂、水性消泡剂、水性分散剂、水性润湿剂按照比例加入到搅拌缸中，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

3)混合：将搅拌均匀的B组分泵送到分散缸中，与A组分混合，以350～550转/分钟转速搅拌10-20分钟；

4)过滤净化包装：通过过滤设备除去杂质，得复合卡纸用环保型水性清漆。

8.根据权利要求7所述的一种复合金卡纸用环保型水性清漆的制备方法，其特征在于所述A组分以450转/分钟转速分散搅拌，所述B组分以450转/分钟转速搅拌，最后所述A组分与B组分混合以450转/分钟转速搅拌。