CN104592456B - 一种包装用水性上光油及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包装用水性上光油及其制备方法和应用，包装用水性上光油由以下重量份的原料制备而成：12～60份乙烯基类单体，10～35份聚合物多元醇，6～24份多异氰酸酯化合物，0.25～1.5份扩链剂，1～6份亲水扩链剂，0～0.15份催化剂，0.5～3份含活性氢的乙烯基单体，1～10份的碱，45～300份水，0.12～2.5份引发剂溶于10～25份水中配置的引发剂水溶液。本发明制备过程简单，且整个制备过程没有使用任何有机溶剂，环保无污染，达到了真正意义上的环境友好性。本发明在包装用铝箔上光油中的应用中，涂层性能均能满足实际生产要求。
Description
技术领域
本发明属于精细化学品及其制备技术领域，特别涉及一种包装用水性上光油及其制备方法和应用。
背景技术
铝箔广泛应用于医药包装、饮料食品包装、烟酒包装、铝箔装饰材料、铝箔容器涂装、铝箔航空餐盒、电子产品等领域。铝箔上光油是将光油涂布在已经完成所有套色或单一颜色的铝箔表面上,能使印刷制品表面光泽好、美观、耐酸碱等，又能保护图文表面，还能增加该制品表面的硬度。除此以外，还应具有一定的柔韧性。目前大量使用的铝箔上光油主要是溶剂型产品。传统溶剂型上光油在合成以及应用过程中均大量使用有机溶剂，产品中挥发性有机物(VOC)含量高，对环境和人的身体健康都有危害，近年来随着环保法规的严格及人民环保意识的增强，对VOC的排放要严格制止，国家产业政策鼓励水溶性上光涂料产业向高技术产品方向发展，促使了水性上光油的发展。水性上光油是用水替代有机溶剂作为分散介质的一种新型的上光油，具有无污染，安全可靠，机械性能优良，相容性好易于改性等优点，是一种新型的对环境友好的材料，随着该类产品的研究与关注，水性上光油在施工、储存等方面与溶剂型产品显现出一定的差距，并且目前水性产品附着力、耐溶剂性、耐化学品性、耐热性等方面尚不能达到溶剂性上光油产品的性能，这些在一定程度上影响并制约水性上光油的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种无VOC、具有优越的涂层性能的包装用水性上光油及其制备方法和应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种包装用水性上光油，所述的包装用水性上光油由以下重量份的原料制备而成：
12～60份乙烯基类单体，10～35份聚合物多元醇，6～24份多异氰酸酯化合物，0.25～1.5份扩链剂，1～6份亲水扩链剂，0～0.15份催化剂，0.5～3份含活性氢的乙烯基单体，1～10份的碱，45～300份水，0.12～2.5份引发剂溶于10～25份水中配置的引发剂水溶液。
所述乙烯基单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯中的一种、两种或两种以上任意配比的混合物。
所述聚合物多元醇的分子量介于1000～2000之间，且为聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚己二酸己二醇酯和聚己二酸丁二醇酯中的一种或两种任意配比的混合物。
所述多异氰酸酯化合物为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种任意配比的混合物。
所述扩链剂为1,4-丁二醇、一缩二乙二醇的一种或两种任意配比的混合物；
所述亲水扩链剂为由羧酸和磺酸盐组成；
其中，所述的羧酸为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中一种或两种，
所述的磺酸盐为二羟基丙磺酸钠、2-氨基乙基氨基乙磺酸钠、2,4-二氨基苯磺酸钠中的一种或两种以上任意配比的混合物；
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡或辛酸亚锡中的一种。
所述含活性氢的乙烯基单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸中的一种或两种任意配比的混合物。
所述碱为氨水、三乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺或二乙醇胺中的一种；
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水或偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种。
一种包装用水性上光油的制备方法，包括以下步骤：
1)预聚反应：将乙烯基类单体、聚合物多元醇、多异氰酸酯化合物、扩链剂、亲水扩链剂和催化剂加入反应器中，在70～90℃条件下充分反应，得到聚氨酯预聚体；
2)封端反应：在聚氨酯预聚体中加入含活性氢的乙烯基单体进行封端反应，反应时间为0.5～2小时；
3)乳化：将反应体系冷却至室温，再加入1～10份的碱进行中和反应，在搅拌条件下加入水，搅拌分散直到出现泛蓝光乳液；
4)自由基聚合：再将乳液体系升温至60～90℃，将引发剂水溶液在1～4小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温至反应完全，即制得包装用水性上光油。
所述的预聚反应步骤中，反应时间为1～4小时；
所述的乳化步骤中，加碱中和反应时间为20～40分钟；加水搅拌分散时间为20～40分钟；
所述的自由基聚合步骤中，保温反应2～4小时。
一种包装用水性上光油在包装用铝箔上光油中的应用。
与现有技术相比，本发明一种包装用水性上光油具有以下优点：
本发明的关键在于采用乙烯基单体为共聚单体，通过原位乳液聚合法得到不含挥发性有机化合物(VOC)的包装用水性聚氨酯上光油乳液。得到的水性上光油在包装用铝箔上的附着力、耐溶剂性、耐化学品性、耐热性等性能可以和溶剂型上光油媲美。
(1)提高了产品的综合性能：聚氨酯和聚丙烯酸酯两者在性能上具有很大的互补性，本发明通过聚氨酯和聚丙烯酸酯在微观状态下复合改性，充分发挥各自优点，制备得到聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，提高了其作为水性上光油在包装用铝箔上的附着力、耐溶剂性、耐化学品性、耐热性等综合性能。
(2)无挥发性有机化合物(VOC)，安全环保：本发明的关键技术在于采用乙烯基单体作为分散相，解决了反应体系的溶解性和黏度问题，通过原位乳液聚合法在水溶性引发剂作用下引发乙烯基单体聚合，得到不含VOC的包装用水性上光油乳液。
本发明制备过程简单，且整个制备过程没有使用任何有机溶剂，环保无污染，达到了真正意义上的环境友好性。
本发明在包装用铝箔上光油中的应用中，涂层性能(附着力、耐碱性、耐盐雾性、耐溶剂性、耐热性、耐油性等)均能满足实际生产要求。
具体实施方式
本发明一种包装用水性上光油的制备方法如下：
1)预聚反应：分别将12～60份乙烯基类单体、10～35份聚合物多元醇、6～24份多异氰酸酯化合物、0.25～1.5份扩链剂、1～6份亲水扩链剂和0～0.15份催化剂加入干燥的反应器中，在70～90℃条件下反应1～4小时，得到聚氨酯预聚体；
2)封端反应：在聚氨酯预聚体中加入0.5～3份含活性氢的乙烯基单体进行封端反应，反应时间为0.5～2小时；
3)乳化：将反应体系冷却至室温，再加入1～10份的碱进行中和，中和反应20～40分钟，再在高速搅拌下加入45～300份水，搅拌分散20～40分钟，得泛蓝光乳液；
4)自由基聚合：再将乳液体系升温至60～90℃，将引发剂水溶液(0.12～2.5份引发剂溶于10～25份水中)在1～4小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温反应2～4小时，即制得包装用水性上光油。
下面将通过具体实施例对本发明做详细说明。
实施例1：
(1)预聚反应：分别将50份甲基丙烯酸乙酯、30份聚碳酸酯二醇、20份二苯基甲烷二异氰酸酯、1.1份1,4-丁二醇、3.5份二羟甲基丁酸和2.5份2,4-二氨基苯磺酸钠、0.05份二月桂酸二丁基锡加入干燥的反应器中，在70℃条件下反应2小时，得到聚氨酯预聚体；
(2)封端反应：在聚氨酯预聚体中加入2.6份甲基丙烯酸羟乙酯进行封端反应，反应时间为2小时；
(3)乳化：将反应体系冷却至室温，再加入4份的氨水进行中和，中和反应25分钟，再在高速搅拌下加入290份水，搅拌分散28分钟，得泛蓝光乳液；
(4)自由基聚合：再将乳液体系升温至80℃，将引发剂水溶液(1.2份双氧水溶于18份水中)在2.5小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温反应3小时，即制得包装用水性上光油。
实施例2：
(1)预聚反应：分别将37份α-甲基苯乙烯和15份丙烯酸丁酯、13份聚己二酸己二醇酯、15份六亚甲基二异氰酸酯、1.3份一缩二乙二醇、3.2份二羟甲基丙酸和2份2-氨基乙基氨基乙磺酸钠、0.1份二醋酸二丁基锡加入干燥的反应器中，在85℃条件下反应2小时，得到聚氨酯预聚体；
(2)封端反应：在聚氨酯预聚体中加入2.1份甲基丙烯酸羟丙酯进行封端反应，反应时间为1.2小时；
(3)乳化：将反应体系冷却至室温，再加入7.5份的三乙胺进行中和，中和反应30分钟，再在高速搅拌下加入160份水，搅拌分散25分钟，得泛蓝光乳液；
(4)自由基聚合：再将乳液体系升温至75℃，将引发剂水溶液(1.8份过硫酸铵溶于20份水中)在3小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温反应2.5小时，即制得包装用水性上光油。
实施例3：
(1)预聚反应：分别将12份丙烯酸甲酯、10份聚己内酯二醇、6份异佛尔酮二异氰酸酯、0.25份1,4-丁二醇、2.8份二羟甲基丙酸和1.1份二羟基丙磺酸钠、0.05份辛酸亚锡加入干燥的反应器中，在70℃条件下反应2小时，得到聚氨酯预聚体；
(2)封端反应：在聚氨酯预聚体中加入0.5份丙烯酸羟乙酯进行封端反应，反应时间为1小时；
(3)乳化：将反应体系冷却至室温，再加入1.1份的三乙胺进行中和，中和反应20分钟，再在高速搅拌下加入45份水，搅拌分散20分钟，得泛蓝光乳液；
(4)自由基聚合：再将乳液体系升温至60℃，将引发剂水溶液(0.12份过硫酸钾溶于10份水中)在1小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温反应4小时，即制得包装用水性上光油。
实施例4：
(1)预聚反应：分别将50份甲基丙烯酸乙酯和10份丙烯酸丁酯、35份聚四氢呋喃二醇、24份甲苯二异氰酸酯、1.5份一缩二乙二醇、4份二羟甲基丁酸和1.5份2-氨基乙基氨基乙磺酸钠、0.15份二月桂酸二丁基锡加入干燥的反应器中，在90℃条件下反应2.5小时，得到聚氨酯预聚体；
(2)封端反应：在聚氨酯预聚体中加入3份羟甲基丙烯酰胺进行封端反应，反应时间为2小时；
(3)乳化：将反应体系冷却至室温，再加入10份的三乙醇胺进行中和，中和反应40分钟，再在高速搅拌下加入300份水，搅拌分散40分钟，得泛蓝光乳液；
(4)自由基聚合：再将乳液体系升温至60℃，将引发剂水溶液(2.5份偶氮二异丁基脒盐酸盐溶于25份水中)在4小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温反应4小时，即制得包装用水性上光油。
实施例4中的甲基丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯还可以为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯中的一种、两种或两种以上任意配比的混合物。
实施例4中的聚四氢呋喃二醇还可以为分子量介于1000～2000之间的聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚己二酸己二醇酯、聚己二酸丁二醇酯中的一种或两种任意配比的混合物。
实施例4中的甲苯二异氰酸酯还可以为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的两种任意配比的混合物。
实施例4中的二羟甲基丁酸还可以为二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸与二羟基丙磺酸钠、2-氨基乙基氨基乙磺酸钠、2,4-二氨基苯磺酸钠中的一种或两种以上任意配比的混合物。
实施例4中的羟甲基丙烯酰胺还可以为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸中的一种或两种任意配比的混合物。
实施例4中的三乙醇胺还可以为氢氧化钠、氢氧化钾或二乙醇胺。
将按照以上具体实施例中的配方制备的水性上光油进行应用测试，在包装用铝箔上光油中的涂装实验：
1)水性上光油的涂装工艺：
(1)工艺流程：开卷→脱脂→水洗→干燥→辊涂水性上光油→烘烤固化涂膜→收卷。
(2)使用方法：根据工艺情况加纯水或去离子水稀释以获最佳外观，直接使用。
(3)涂层厚度：1±0.1g/㎡(干膜)
(4)固化温度：125-130℃
2)涂层性能测试及实验结果见表1：
表1
由上表可以看出，本发明制备的水性上光油的涂层性能(附着力、耐碱性、耐盐雾性、耐溶剂性、耐热性、耐油性等)均能满足实际生产要求，性能稳定，综合测试结果良好，是一种无VOC、具有优越的涂层性能的水性上光油。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种包装用水性上光油，其特征在于：由以下重量份的原料制备而成：
12~60份乙烯基类单体，10~35份聚合物多元醇，6~24份多异氰酸酯化合物，0.25~1.5份扩链剂，1~6份亲水扩链剂，0~0.15份催化剂，0.5~3份含活性氢的乙烯基单体，1~10份的碱，45~300份水，0.12~2.5份引发剂溶于10~25份水中配置的引发剂水溶液；
具体的制备方法包括以下步骤：
1）预聚反应：将乙烯基类单体、聚合物多元醇、多异氰酸酯化合物、扩链剂、亲水扩链剂和催化剂加入反应器中，在70~90℃条件下充分反应，得到聚氨酯预聚体；
2）封端反应：在聚氨酯预聚体中加入含活性氢的乙烯基单体进行封端反应，反应时间为0.5~2小时；
3）乳化：将反应体系冷却至室温，再加入1~10份的碱进行中和反应，在搅拌条件下加入水，搅拌分散直到出现泛蓝光乳液；
4）自由基聚合：再将乳液体系升温至60~90℃，将引发剂水溶液在1~4小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温至反应完全，即制得包装用水性上光油；
所述乙烯基单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯中的一种、两种或两种以上任意配比的混合物；
所述含活性氢的乙烯基单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸中的一种或两种任意配比的混合物；
所述扩链剂为1,4-丁二醇、一缩二乙二醇的一种或两种任意配比的混合物；
所述亲水扩链剂为由羧酸和磺酸盐组成；
其中，所述的羧酸为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中一种或两种，
所述的磺酸盐为二羟基丙磺酸钠、2-氨基乙基氨基乙磺酸钠、2,4-二氨基苯磺酸钠中的一种或两种以上任意配比的混合物。
2.根据权利要求1所述的包装用水性上光油，其特征在于：所述聚合物多元醇的分子量介于1000~2000之间，且为聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚己二酸己二醇酯和聚己二酸丁二醇酯中的一种或两种任意配比的混合物。
3.根据权利要求1所述的包装用水性上光油，其特征在于：所述多异氰酸酯化合物为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种任意配比的混合物。
4.根据权利要求1所述的包装用水性上光油，其特征在于：
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡或辛酸亚锡中的一种。
5.根据权利要求1所述的包装用水性上光油，其特征在于：
所述碱为氨水、三乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺或二乙醇胺中的一种；
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水或偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种。
6.权利要求1至5任意一项所述的包装用水性上光油的制备方法，其特征在于：所述的的制备方法为：
1）预聚反应：将乙烯基类单体、聚合物多元醇、多异氰酸酯化合物、扩链剂、亲水扩链剂和催化剂加入反应器中，在70~90℃条件下充分反应，得到聚氨酯预聚体；
2）封端反应：在聚氨酯预聚体中加入含活性氢的乙烯基单体进行封端反应，反应时间为0.5~2小时；
3）乳化：将反应体系冷却至室温，再加入1~10份的碱进行中和反应，在搅拌条件下加入水，搅拌分散直到出现泛蓝光乳液；
4）自由基聚合：再将乳液体系升温至60~90℃，将引发剂水溶液在1~4小时内均匀滴入到反应器中，滴加完毕后，继续保温至反应完全，即制得包装用水性上光油。
7.权利要求6所述的包装用水性上光油的制备方法，其特征在于：
所述的预聚反应步骤中，反应时间为1~4小时；
所述的乳化步骤中，加碱中和反应时间为20~40分钟；加水搅拌分散时间为20~40分钟；
所述的自由基聚合步骤中，保温反应2~4小时。
8.权利要求1至5任意一项所述的包装用水性上光油在包装用铝箔上光油中的应用。
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