CN104927656A - 一种含超支化聚合物的电化铝分离层涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于特种印刷技术领域，涉及电化铝分离层涂料，尤其涉及含超支化聚合物的电化铝分离层涂料按质量份数组成：蒙旦蜡或其衍生物25~40，超支化聚合物1~20，溶剂50~80，助剂1~10。本发明还公开了其制备方法，先将溶剂投入反应釜中，控制釜内温度20~60℃；一次性加入HBP及助剂搅拌1~3h；待溶液澄清透明后，再将蒙旦蜡或其衍生物投入釜内，控制温度25~70℃搅拌2~6h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度10~40℃。通过检测润湿接触角来选择最佳分离层涂料各组分比例，尤其是超支化聚合物所占整个分离层涂料体系的质量份数。所制得含超支化聚合物的分离层涂料，表面张力降低，润湿性能提高，改善电化铝分离层涂覆效果。
Description
技术领域
本发明属于特种印刷技术领域，涉及电化铝分离层涂料，尤其涉及一种含超支化聚合物的电化铝分离层涂料及其制备方法。
背景技术
电化铝基膜主要由双向拉伸聚酯（PET）薄膜构成，是电化铝色层、铝层等烫金内容的承载介质。为了烫金时后者能更好地从基膜剥落，通常会在基膜与色层之间涂覆分离层。但是，与金属或无机材料表面主要以原子或晶格形式存在不同，高聚物基膜表面主要以链段形式存在，表面链段相互缠绕，因此其表面张力（γ）一般都较小；同时，目前分离层涂料只局限于蒙旦蜡及其改性产物，可供选择的余地不多，蒙旦蜡(Montan Wax，也叫褐煤蜡）本身表面张力较大，仅上述两点原因就足以导致分离层涂料很难均匀地平铺于基膜表面。为此，降低分离层涂料表面张力以提高涂覆的润湿性与均匀性成为当务之急。
超支化聚合物（HBP）具有独特的三维类球状结构，高度支化的链段含有大量极性与非极性官能团，因此能溶解于绝大部分极性或非极性溶剂，并且其溶液与熔体黏度、表面张力都很低，是改善电化铝分离层涂覆效果的有利突破口。
高聚物表面的润湿性实验及表面张力的计算,科学技术与工程,2009,9(13):3595~3606，报道了多种液体在固体表面的润湿试验，通过其形成的接触角（θ）来评判试验液体及固体的表面张力大小，结果表明接触角与表面张力存在一定的函数关系，即采用座滴法将不同液体润湿于同一基板材料表面，液体表面张力越大，则接触角越小。若θ＜90°，即液体较易润湿固体，其角度越小，表示润湿性越好；若θ＞90°，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。通过该实验结论，可以为HBP用于改善电化铝分离层涂料润湿性能提供检测方法。
目前降低表面张力的主要手段是将表面张力较低的物质与表面张力较高的物质共混，以降低后者体系表面能，从而提高其润湿性。
发明内容
本发明的目的是为了降低电化铝分离层涂料的表面张力，提高其涂覆于基膜表面时的润湿性能。
电化铝分离层涂料的选用一般是基膜特性决定，本发明通过检测润湿接触角来选择最佳分离层涂料各组分比例，尤其是超支化聚合物（HBP）所占整个分离层涂料体系的质量份数。
一种含超支化聚合物（HBP）的电化铝分离层涂料，按质量份数由以下组分组成：
蒙旦蜡或其衍生物 25~40份，
HBP 1~20份，
溶剂 50~80份，
助剂 1~10份。
本发明所公开的含HBP的电化铝分离层涂料，其中，
所述蒙旦蜡或其衍生物可以是OP蜡、E蜡、S蜡等，优选OP蜡；
所述HBP可以是超支化聚苯、超支化聚醚、超支化聚酯、超支化聚酰胺、超支化聚氨酯、超支化聚醚酮、超支化聚醚砜、超支化聚碳酸酯、超支化聚硅氧烷等，其来源可以是自制，比如Synthesis and characterization of A2+B3-type hyperbranched aromatic polyesters with phenolic end groups, Polymer, 2009,50(15):3431~3439报道的A2B3型预聚单体自聚，又比如超支化聚合物的合成、表征及其对水性聚氨酯膜性能的影响，材料导报，2013,27（11）：85~87报道的AB2型预聚单体自聚；也可以市场购买。考虑到本发明并不将超支化聚合物的制备方法作为保护内容，因此可以选用成熟的制备工艺获得多种超支化聚合物，优选以均苯三甲酸为主要初始原料制备的超支化聚酰胺，参照功能性端氨基超支化聚酰胺的制备及性能研究，硕士学位论文，2015，江苏镇江：江苏大学；
所述溶剂可以是无水乙醇、乙酸甲酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环已烷、乙酸乙酯、丁酮、苯、正庚烷、甲醇、甲苯、异丙醇、乙酸正丁酯、甲基溶纤剂、环已酮、三氯乙烯、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙酸戊酯、正丁醇、正丙醇、乙酸异丁酯、二丙酮醇、4-甲基-2-戊酮、异佛尔酮，优选无水乙醇；
所述助剂可以是流平剂、增滑剂、润湿剂、热稳定剂中的一种或多种组合，其中流平剂为聚丙烯酸或羧甲基纤维素，增滑剂为聚乙烯蜡或聚丙烯蜡，润湿剂为司盘或吐温，热稳定剂为甘油酯，优选流平剂为羧甲基纤维素。
本发明的另外一个目的，公开了上述含HBP的电化铝分离层涂料的配制方法，是按照下述步骤进行：
先将适量溶剂投入反应釜中，控制釜内温度20~60℃；一次性加入HBP及助剂，100~600 r/min条件下搅拌1~3 h；待溶液澄清透明后，再将蒙旦蜡或其衍生物投入釜内，控制温度25~70℃，并于200~800 r/min条件下搅拌2~6 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度10~40℃。
其中，所述蒙旦蜡或其衍生物可以是OP蜡、E蜡、S蜡等，优选OP蜡，其质量份数占分离层涂料体系的30份；
所述HBP可以是超支化聚苯、超支化聚醚、超支化聚酯、超支化聚酰胺、超支化聚氨酯、超支化聚醚酮、超支化聚醚砜、超支化聚碳酸酯、超支化聚硅氧烷等，其来源可以是自制，也可以市场购买，优选超支化聚酰胺，其质量份数占分离层涂料体系的10份；
所述溶剂可以是无水乙醇、乙酸甲酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环已烷、乙酸乙酯、丁酮、、苯、正庚烷、甲醇、甲苯、异丙醇、乙酸正丁酯、、甲基溶纤剂、环已酮、三氯乙烯、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙酸戊酯、正丁醇、正丙醇、乙酸异丁酯、二丙酮醇、4-甲基-2-戊酮、异佛尔酮等，优选无水乙醇，其质量份数占分离层涂料体系的70份；
所述助剂可以是流平剂、增滑剂、润湿剂、热稳定剂中的一种或多种组合，其中流平剂为聚丙烯酸或羧甲基纤维素，增滑剂为聚乙烯蜡或聚丙烯蜡，润湿剂为司盘或吐温，热稳定剂为甘油酯，优选流平剂羧甲基纤维素，其质量份数占分离层涂料体系的3份。
按照本发明所阐述的配制方法可以得到一系列不同物料、配比的电化铝分离层涂料，将这一系列涂料通过特定的涂布机均匀地涂覆于基膜表面，经涂布机加工后即得到电化铝分离层。
本发明使用的部分化学试剂纯度、生产厂家如下：
无水乙醇（化工品，江苏索普集团有限公司）、乙酸甲酯（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、丙酮（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、正己烷（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、环已烷（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、甲醇（化工品，江苏索普集团有限公司）、甲苯（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、异丙醇（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、乙酸正丁酯（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、环已酮（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）、异佛尔酮乙酸乙酯（化工品，江苏索普集团有限公司）；正丁醇（化工品，江苏索普集团有限公司）；聚丙烯酸（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；羧甲基纤维素（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；聚乙烯蜡（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；聚丙烯蜡（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；司盘（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；吐温（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；甘油酯（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；OP蜡（化工品，德国科莱恩蒙）；E蜡（化工品，德国科莱恩蒙）；S蜡（化工品，德国科莱恩蒙）。
实验方法
利用涂布机（SDC1500E，广东省中山市松德包装机械有限公司）将分离层涂料均匀涂覆于电化铝离型层上，经传送带进入烘道干燥，设定涂布速率为100m/min，烘道温度采用梯度温阶（80℃、120℃、145℃、145℃、145℃、140℃），最终可得到电化铝分离层。
为方便说明超支化聚合物降表面张力效果，本发明通过空白对照试验，采用座滴法（JC2000A型接触角测量仪，北京哈科试验仪器厂），测量相同PET 基膜表面的分离层涂料接触角，接触角测量示意图如图1所示。
此外，对分离层涂料干燥后粉体进行透射电镜分析（TECNAI-12型透射电子显微镜，荷兰Philips公司），获得涂料粉体方式为称取适量涂料液于表面皿上，透射电镜（TEM）图如图2所示。
有益效果
本发明创造性地将低表面张力物质HBP引入电化铝分离层涂料中，采用物理共混方式得到了一系列不同物料及比例的分离层涂料。所制得含超支化聚合物的分离层涂料，表面张力降低，润湿性能提高，有效改善电化铝分离层涂覆效果。本发明的有益效果将为降低分离层涂料表面张力，提高其润湿性能提供新的思路。
附图说明
图1接触角测量示意图，其中（Ⅰ）超支化聚酰胺（10%）、（Ⅱ）超支化聚醚砜（5%）、（Ⅲ）不含超支化聚合物的空白对照组；
图2分离层涂料的透射电镜（TEM）图，其中（a）为超支化聚酰胺（10%），（b）为不含超支化聚合物的空白对照组。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范畴。
空白试验
先将70kg无水乙醇投入反应釜中，控制釜内温度20℃；加入1kg聚丙烯酸，100 r/min条件下搅拌1 h；带溶液澄清透明后，再将25kg OP蜡投入釜内，控制温度25℃，并于200 r/min条件下搅拌2 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度10℃。
实施例1
先将50kg正己烷投入反应釜中，控制釜内温度25℃；一次性加入1kg超支化聚苯及1kg聚丙烯酸，150 r/min条件下搅拌1 h；带溶液澄清透明后，再将30kg OP蜡投入釜内，控制温度30℃，并于250 r/min条件下搅拌2.5 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度12℃。
实施例2
先将55kg环已烷投入反应釜中，控制釜内温度30℃；一次性加2kg超支化聚醚及2kg羧甲基纤维素，200 r/min条件下搅拌2 h；带溶液澄清透明后，再将30kg E蜡投入釜内，控制温度35℃，并于300 r/min条件下搅拌3 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度13℃。
实施例3
先将60kg甲苯投入反应釜中，控制釜内温度35℃；一次性加入4kg超支化聚酯及3kg聚乙烯蜡，300 r/min条件下搅拌3 h；带溶液澄清透明后，再将35kg S蜡投入釜内，控制温度40℃，并于350 r/min条件下搅拌3.5 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度15℃。
实施例4
先将65kg乙酸异丁酯投入反应釜中，控制釜内温度40℃；一次性加入6kg超支化聚酰胺及4kg聚丙烯蜡，350 r/min条件下搅拌2 h；带溶液澄清透明后，再将40kg OP蜡投入釜内，控制温度45℃，并于400 r/min条件下搅拌4 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度19℃。
实施例5
先将70kg 4-甲基-2-戊酮投入反应釜中，控制釜内温度45℃；一次性加入8kg超支化聚氨酯及5kg司盘，400 r/min条件下搅拌1.5 h；带溶液澄清透明后，再将25kg E蜡投入釜内，控制温度50℃，并于450 r/min条件下搅拌4.5 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度20℃。
实施例6
先将75kg正丁醇投入反应釜中，控制釜内温度50℃；一次性加入8kg超支化聚醚酮及6kg吐温，450 r/min条件下搅拌2.5 h；带溶液澄清透明后，再将30kg S蜡投入釜内，控制温度55℃，并于550 r/min条件下搅拌5 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度22℃。
实施例7
先将80kg无水乙醇投入反应釜中，控制釜内温度55℃；一次性加入10kg超支化聚醚砜及7kg甘油酯，500 r/min条件下搅拌1 h；带溶液澄清透明后，再将35kg E蜡投入釜内，控制温度60℃，并于500 r/min条件下搅拌5.5 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度24℃。
实施例8
先将50kg二氧六环投入反应釜中，控制釜内温度60℃；一次性加入12kg超支化聚醚砜及8kg聚丙烯酸， 600 r/min条件下搅拌1.5 h；带溶液澄清透明后，再将40kg OP蜡投入釜内，控制温度65℃，并于600 r/min条件下搅拌2 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度36℃。
实施例9
先将55kg异丙醇投入反应釜中，控制釜内温度20℃；一次性加入14kg超支化聚碳酸酯及9kg羧甲基纤维素，100 r/min条件下搅拌2.5 h；带溶液澄清透明后，再将23kg S蜡投入釜内，控制温度70℃，并于650 r/min条件下搅拌3.5 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度26℃。
实施例10
先将60kg甲基溶纤剂投入反应釜中，控制釜内温度25℃；一次性加入16kg超支化聚硅氧烷及10kg聚乙烯蜡，150 r/min条件下搅拌3 h；带溶液澄清透明后，再将28kg OP蜡投入釜内，控制温度25℃，并于700 r/min条件下搅拌2.4 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度28℃。
实施例11
先将65kg二甲基甲酰胺投入反应釜中，控制釜内温度30℃；一次性加入18kg超支化聚苯及11kg聚丙烯蜡，200 r/min条件下搅拌1.5 h；带溶液澄清透明后，再将31kg S蜡投入釜内，控制温度53℃，并于750 r/min条件下搅拌3.9 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度30℃。
实施例12
先将70kg乙酸戊酯投入反应釜中，控制釜内温度35℃；一次性加入20kg超支化聚醚及12kg司盘，300 r/min条件下搅拌2 h；带溶液澄清透明后，再将36kg OP蜡投入釜内，控制温度25~70℃，并于800 r/min条件下搅拌4.6 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度40℃。
实施例13
先将75kg甲醇投入反应釜中，控制釜内温度40℃；一次性加入6kg超支化聚氨酯及13kg吐温，400 r/min条件下搅拌2.5 h；带溶液澄清透明后，再将37kg OP蜡投入釜内，控制温度37℃，并于500 r/min条件下搅拌6 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度40℃。
本发明配制了一系列含有不同种类、含量的超支化聚合物-分离层涂料混合液，为方面说明超支化聚合物降表面张力效果，以（Ⅰ）超支化聚酰胺（10%）、（Ⅱ）超支化聚醚砜（5%）及（Ⅲ）不含超支化聚合物的空白对照组，这三组做对比。从图1可以看出，（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）组固-液接触角分别为49.1°、66.5°和137.3°，接触角越小，表明液体表面张力越小，液体越容易润湿固体表面。因此不难得出：用超支化聚酰胺（10%）共混后的分离层涂料表面张力最小、润湿效果最佳。
为有力说明超支化聚合物降表面张力效果，本发明还对上述超支化聚酰胺（10%）及不含超支化聚合物的空白对照组进行透射电镜（TEM）分析，其TEM分别为图2中的（a）和（b）。从附图2可以看出，（a）中颗粒形状近似于均匀大小的球形，而（b）中粒子则出现不同程度的交联现象，很难寻找到较完整的球形颗粒，这是因为超支化聚酰胺（10%）引入分离层涂料后，降低了涂料体系内部各分子表面能，使得原本团聚的粒子相互间作用力降低，表面张力减小，因此在（a）中很难看见团聚颗粒。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种含超支化聚合物的电化铝分离层涂料，按质量份数由以下组分组成：
蒙旦蜡或其衍生物 25~40份，
超支化聚合物 1~20份，
溶剂 50~80份，
助剂 1~10份。
2.根据权利要求1所述的含超支化聚合物的电化铝分离层涂料，其特征在于：
所述蒙旦蜡或其衍生物为OP蜡、E蜡、S蜡；
所述超支化聚合物为超支化聚苯、超支化聚醚、超支化聚酯、超支化聚酰胺、超支化聚氨酯、超支化聚醚酮、超支化聚醚砜、超支化聚碳酸酯、超支化聚硅氧烷；
所述溶剂为无水乙醇、乙酸甲酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环已烷、乙酸乙酯、丁酮、苯、正庚烷、甲醇、甲苯、异丙醇、乙酸正丁酯、甲基溶纤剂、环已酮、三氯乙烯、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙酸戊酯、正丁醇、正丙醇、乙酸异丁酯、二丙酮醇、4-甲基-2-戊酮或异佛尔酮；
所述助剂为流平剂、增滑剂、润湿剂、热稳定剂中的一种或多种组合，其中流平剂为聚丙烯酸或羧甲基纤维素，增滑剂为聚乙烯蜡或聚丙烯蜡，润湿剂为司盘或吐温，热稳定剂为甘油酯。
3.根据权利要求1所述的含超支化聚合物的电化铝分离层涂料，其特征在于：
所述蒙旦蜡或其衍生物为OP蜡；
所述超支化聚合物为超支化聚酰胺；
所述溶剂为无水乙醇；
所述助剂为流平剂，羧甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的含超支化聚合物的电化铝分离层涂料，其特征在于：所述超支化聚合物为以均苯三甲酸为初始原料制备的超支化聚酰胺。
5.制备上述权利要求1-4任一所述含超支化聚合物的电化铝分离层涂料的方法，其特征在于：先将适量溶剂投入反应釜中，釜内温度20~60℃；一次性加入超支化聚合物及助剂搅拌1~3 h；待溶液澄清透明后，再将蒙旦蜡或其衍生物投入釜内，温度25~70℃下搅拌2~6 h，得到白色乳化液；最后将混合均匀的白色乳化液通过釜体装置流入储槽内备用，储槽内部温度10~40℃。
6.根据权利要求5所述含超支化聚合物的电化铝分离层涂料的制备方法，其特征在于：
所述蒙旦蜡或其衍生物为OP蜡、E蜡、S蜡；
所述超支化聚合物为超支化聚苯、超支化聚醚、超支化聚酯、超支化聚酰胺、超支化聚氨酯、超支化聚醚酮、超支化聚醚砜、超支化聚碳酸酯、超支化聚硅氧烷；
所述溶剂为无水乙醇、乙酸甲酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环已烷、乙酸乙酯、丁酮、苯、正庚烷、甲醇、甲苯、异丙醇、乙酸正丁酯、、甲基溶纤剂、环已酮、三氯乙烯、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙酸戊酯、正丁醇、正丙醇、乙酸异丁酯、二丙酮醇、4-甲基-2-戊酮、异佛尔酮；
所述助剂为流平剂、增滑剂、润湿剂、热稳定剂中的一种或多种组合，其中流平剂为聚丙烯酸或羧甲基纤维素，增滑剂为聚乙烯蜡或聚丙烯蜡，润湿剂为司盘或吐温，热稳定剂为甘油酯。
7. 根据权利要求6所述含超支化聚合物的电化铝分离层涂料的制备方法，其特征在于：
所述蒙旦蜡或其衍生物为OP蜡；
所述超支化聚合物为超支化聚酰胺；
所述溶剂为无水乙醇；
所述助剂为流平剂羧甲基纤维素。
8.根据权利要求6所述含超支化聚合物的电化铝分离层涂料的制备方法，其特征在于：
所述蒙旦蜡或其衍生物为OP蜡，其质量份数占分离层涂料体系的30份；
所述超支化聚合物为超支化聚酰胺，其质量份数占分离层涂料体系的10份；
所述溶剂为无水乙醇，其质量份数占分离层涂料体系的70份；
所述助剂为流平剂羧甲基纤维素，其质量份数占分离层涂料体系的3份。
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