CN107793513A - 一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳及其制备方法 - Google Patents

一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，由如下重量份的原料组成：硬质单体5～40份、软质单体10～25份、可交联单体0.2～2份、防水性氟碳功能单体0.5～5份、两亲型分子量调节剂1～5份、引发剂0.01～0.1份、去离子水40～200份；本发明对纸张涂层的可渗透性做了重点研究，使得水墨的流相层只在涂层中渗吸，避免了墨滴套色情况的发生，且水墨喷绘于纸张后颜色更加鲜艳、图案更加清晰，所用原料成本亦较低，更适合企业大规模量产。

Description

一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳及其制备方法。
(二)背景技术
近些年，印刷市场对于小批量、个性化定制的产品愈加青睐，数码喷绘工艺也日趋进入大众视野。纸张作为重要的承印物，其需求量极为巨大，然而不同于其他非渗透性如薄膜类的基材，如何控制水基型墨水在纸张中的渗透和扩散程度，确保墨滴干燥速度和图像分辨力是喷墨纸张涂层研究和改性的热点。尤其是经高速剪切喷射出的墨滴对纸张的渗透性极强，易造成纸张上图案不清晰、套色等现象，以至于大大影响喷绘效果及质感。
研究表明，油墨在涂层中的渗吸行为，其本质是流体在涂层多孔结构中的毛细渗吸。且需要注意的是，渗吸过程一般不会传输到原纸上，除非是一些质量较差的轻涂纸，由于涂层对原纸基覆盖的程度问题，会有部分油墨的流相层渗吸到原纸上。在正常情况下，油墨的流相层只在涂层中渗吸。因此，涂层本身的结构、性质对于油墨的渗吸行为影响显著。
也正是因为油墨在纸张上的承印效果与其在涂层内部的渗吸行为密不可分。故本发明针对性地设计胶乳涂层配方，选用常规原料进行胶乳涂层的制备，成本大幅度降低，在满足涂层基本牢度(耐磨、耐曲折等性能)的同时，喷绘打印效果亦能得到满足。
(三)发明内容
针对现有技术难点，本发明提出一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳及其制备方法，以提供优异的水墨喷绘性能，如水墨在木纹纸张上的干燥速率、水墨对纸张渗透速率等，从而确保喷绘打印至纸张上的图案清晰，颜色还原度高。
本发明的技术方案如下：
一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，由如下重量份的原料组成：
硬质单体5～40份、软质单体10～25份、可交联单体0.2～2份、防水性氟碳功能单体0.5～5份、两亲型分子量调节剂1～5份、引发剂0.01～0.1份、去离子水40～200份。
优选的，所述可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，由如下重量份的原料组成：
硬质单体5～25份、软质单体10～15份、可交联单体0.2～1份、防水性氟碳功能单体0.5～2份、两亲型分子量调节剂1～2份、引发剂0.01～0.05份、去离子水40～120份。
本发明中，所述硬质单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或两者的混合物，所述混合物中苯乙烯质量分数为60％～80％，甲基丙烯酸甲酯质量分数为20％～40％。
所述软质单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯或丙烯酸正丁酯中的一种。
所述可交联单体为二乙烯基苯、N-羟甲基丙烯酰胺、二丙烯酸乙二醇酯、羟乙基丙烯酰胺或N-丁氧基甲基丙烯酰胺中的一种。
所述防水性氟碳功能单体为甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或丙烯酸十三氟异辛酯中的一种。
所述两亲型分子量调节剂为一种三硫代碳酸酯化合物，化学结构如式(I)所示。其制备方法可参考申请号为201510073756.3的中国专利申请文件。
式(I)中，n为4或12，X为3～5的整数，Y为20～60的整数；
链节为式(II)或式(III)所示的结构：
链节为式(IV)或式(V)所示的结构：
所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
所述去离子水电导率≤0.8μs/cm。
一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳的制备方法，包括以下步骤：
按照原料配方，将去离子水与两亲型分子量调节剂混合，搅拌至溶液体系均一，再加入软质单体和防水性氟碳功能单体进行乳化搅拌20min，得到预乳化液；在惰性气体(如氮气)保护下，将所得预乳化液升温至70～75℃，加入引发剂反应1.5～2.5h，完成第一阶段聚合反应；之后，滴加硬质单体与可交联单体的混合液，滴完后升温至80～90℃继续反应4～7h，完成第二阶段聚合反应；最后降至室温(20～30℃)出料，即得所述涂层胶乳。
推荐所述引发剂配制成浓度为1～3wt％水溶液的形式进行投加，用于配制引发剂水溶液的溶剂为去离子水，其用量计入配方中去离子水的份数中。
制得的涂层胶乳可通过本领域的常规技术手段涂覆于纸张基材表面。
本发明的有益效果在于：对纸张涂层的可渗透性做了重点研究，使得水墨的流相层只在涂层中渗吸，避免了墨滴套色情况的发生，且水墨喷绘于纸张后颜色更加鲜艳、图案更加清晰。所用原料成本亦较低，更适合企业大规模量产。
(四)附图说明
图1：本发明实施例1中第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量流出曲线；
图2：本发明实施例1中胶乳乳液体系乳胶粒TEM图片；
图3：本发明实施例2中第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量流出曲线；
图4：本发明实施例2中胶乳乳液体系乳胶粒TEM图片；
图5：本发明实施例3中第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量流出曲线；
图6：本发明实施例3中胶乳乳液体系乳胶粒TEM图片；
图7：本发明实施例4中第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量流出曲线；
图8：本发明实施例4中胶乳乳液体系乳胶粒TEM图片；
图9：本发明实施例1、2、3、4及对比例中水墨液滴接触角随时间变化曲线。
(五)具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步阐述，但本发明的内容不限于此。本发明的保护范围由权利要求限定，本领域技术人员在本发明公开的实施方式的基础上所做的任何省略、替换或修改都将落入本发明的保护范围。
本发明涂布设备选用Sumet cu5/200多功能涂布机。具体参数及工艺如下：辊压力为270N，计量棒压力为30N，纸张涂布速率为17m/mim。涂覆完成后，在80℃热源下干燥50s，然后自然晾干。
本发明所述的油墨于纸张涂层上的渗吸性采用动态接触角进行模拟测定。具体方法如下：利用KRUSS动态接触角测定仪对水墨液滴在涂层纸上的动态铺展过程进行拍照，水墨液滴喷射在涂层表面时仪器会自动拍摄一系列图像，通过计算得出润湿接触角与时间的变化曲线，从而表征水墨于涂层表面的渗吸性。
实施例1
将330g去离子水与2.781g两亲型分子量调节剂混合，搅拌至溶液体系均一，再加入36g丙烯酸正丁酯和4g甲基丙烯酸三氟乙酯进行磁力搅拌乳化20分钟，得预乳化液。将其移入装有回流冷凝管、氮气入口、搅拌桨以及取样口的四口烧瓶中，通氮气30分钟以除去体系氧气，同时将温度升至70℃，而后加入溶有0.038g过硫酸铵的水溶液3g，此时引发第一段聚合。待反应进行1.5h后，滴加引入58g苯乙烯和2g二乙烯基苯的混合试剂，并升高反应温度至85℃，第二段聚合反应持续7h，之后降温出料，即得所需涂层胶乳乳液。
所述两亲型分子量调节剂如式(I)结构所示，其中n为4，A为式(II)所示，B为式(V)所示，X＝3，Y＝30。
第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量曲线如图1所示。聚合物胶乳乳液中的乳胶粒经四氧化锇过夜染色，以透射电镜(TEM)表征，TEM照片如图2所示。水墨液滴接触角随时间变化曲线如图9所示。该涂层胶乳经上机涂覆于木纹纸原纸基材发现，该涂层能够满足耐磨、耐曲折等基本牢度要求：圆盘摩擦100次涂层不脱落，弯折20次无折痕。同时将该纸张进行喷绘，纸张上颜色鲜明、图案清晰，水墨无渗透现象、墨滴无套色情况发生。
实施例2
将283g去离子水与3.077g两亲型分子量调节剂混合，搅拌至溶液体系均一，再加入45g丙烯酸乙酯和5g甲基丙烯酸六氟丁酯进行磁力搅拌乳化20分钟，得预乳化液。将其移入装有回流冷凝管、氮气入口、搅拌桨以及取样口的四口烧瓶中，通氮气30分钟以除去体系氧气，同时将温度升至75℃，而后加入溶有0.054g过硫酸钾的水溶液3g，此时引发第一段聚合。待反应进行2h后，滴加引入47g甲基丙烯酸甲酯和3g N-羟甲基丙烯酰胺的混合试剂，并升高反应温度至80℃，第二段聚合反应持续6h，之后降温出料，即得所需涂层胶乳乳液。
所述两亲型分子量调节剂如式(I)结构所示，其中n为4，A为式(III)所示，B为式(IV)所示，X＝5，Y＝20。
第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量曲线如图3所示。聚合物胶乳乳液中的乳胶粒经四氧化锇过夜染色，以透射电镜(TEM)表征，TEM照片如图4所示。水墨液滴接触角随时间变化曲线如图9所示。该涂层胶乳经上机涂覆于木纹纸原纸基材发现，该涂层能够满足耐磨、耐曲折等基本牢度要求：圆盘摩擦100次涂层不脱落，弯折20次无折痕。同时将该纸张进行喷绘，纸张上颜色鲜明、图案清晰，水墨无渗透现象、墨滴无套色情况发生。
实施例3
将247g去离子水与4.325g两亲型分子量调节剂混合，搅拌至溶液体系均一，再加入54g丙烯酸正丙酯和6g甲基丙烯酸十二氟庚酯进行磁力搅拌乳化20分钟，得预乳化液。将其移入装有回流冷凝管、氮气入口、搅拌桨以及取样口的四口烧瓶中，通氮气30分钟以除去体系氧气，同时将温度升至75℃，而后加入溶有0.067g过硫酸钾的水溶液3g，此时引发第一段聚合。待反应进行2h后，滴加引入31.2g苯乙烯、7.8g甲基丙烯酸甲酯和1g二丙烯酸乙二醇酯的混合试剂，并升高反应温度至90℃，第二段聚合反应持续5h，之后降温出料，即得所需涂层胶乳乳液。
所述两亲型分子量调节剂如式(I)结构所示，其中n为12，A为式(II)所示，B为式(IV)所示，X＝4，Y＝30。
第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量曲线如图5所示。聚合物胶乳乳液中的乳胶粒经四氧化锇过夜染色，以透射电镜(TEM)表征，TEM照片如图6所示。水墨液滴接触角随时间变化曲线如图9所示。该涂层胶乳经上机涂覆于木纹纸原纸基材发现，该涂层能够满足耐磨、耐曲折等基本牢度要求：圆盘摩擦100次涂层不脱落，弯折20次无折痕。同时将该纸张进行喷绘，纸张上颜色鲜明、图案清晰，水墨无渗透现象、墨滴无套色情况发生。
实施例4
将219g去离子水与4.965g两亲型分子量调节剂混合，搅拌至溶液体系均一，再加入66g丙烯酸正丁酯和4g丙烯酸六氟丁酯进行磁力搅拌乳化20分钟，得预乳化液。将其移入装有回流冷凝管、氮气入口、搅拌桨以及取样口的四口烧瓶中，通氮气30分钟以除去体系氧气，同时将温度升至70℃，而后加入溶有0.090g过硫酸钾的水溶液3g，此时引发第一段聚合。待反应进行2.5h后，滴加引入16.8g苯乙烯、11.2g甲基丙烯酸甲酯和2g羟乙基丙烯酰胺的混合试剂，并升高反应温度至85℃，第二段聚合反应持续4h，之后降温出料，即得所需涂层胶乳乳液。
所述两亲型分子量调节剂如式(I)结构所示，其中n为12，A为式(III)所示，B为式(V)所示，X＝3，Y＝60。
第一段聚合反应及第二段聚合反应结束时体系分子量曲线如图7所示。聚合物胶乳乳液中的乳胶粒经四氧化锇过夜染色，以透射电镜(TEM)表征，TEM照片如图8所示。水墨液滴接触角随时间变化曲线如图9所示。该涂层胶乳经上机涂覆于木纹纸原纸基材发现，该涂层能够满足耐磨、耐曲折等基本牢度要求：圆盘摩擦100次涂层不脱落，弯折20次无折痕。同时将该纸张进行喷绘，纸张上颜色鲜明、图案清晰，水墨无渗透现象、墨滴无套色情况发生。
对比例
该对比例与上述四个实施实例分别进行对比。本发明所涉及的木纹纸胶乳涂层的关键即为经高速剪切喷出的水墨墨滴对涂层的渗透性。若渗透速率过快则易造成墨滴套色、图案不清晰等现象。该对比例与上述四个实施例相比，将不加入防水性氟碳功能单体，具体实施步骤如下：
制备并选用如式(I)结构所示的两亲型分子量调节剂，其中n为4，A为式(II)所示，B为式(V)所示，X＝3，Y＝30。将330g去离子水与2.781g两亲型分子量调节剂混合，搅拌至溶液体系均一，再加入36g丙烯酸正丁酯和4g甲基丙烯酸三氟乙酯进行磁力搅拌乳化20分钟，得预乳化液。将其移入装有回流冷凝管、氮气入口、搅拌桨以及取样口的四口烧瓶中，通氮气30分钟以除去体系氧气，同时将温度升至70℃，而后加入溶有0.038g过硫酸铵的水溶液3g，此时引发第一段聚合。待反应进行1.5h后，滴加引入58g苯乙烯和2g二乙烯基苯的混合试剂，并升高反应温度至85℃，第二段聚合反应持续7h，之后降温出料，即得所需涂层胶乳乳液。
水墨液滴接触角随时间变化曲线如图9所示。将该涂层胶乳上机涂覆于木纹纸原纸表面，并进行喷绘，结果发现墨滴有轻微渗透，局部颜色较重(上墨量大)部位有套色现象。

Claims (10)

1.一种可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，由如下重量份的原料组成：
硬质单体5～40份、软质单体10～25份、可交联单体0.2～2份、防水性氟碳功能单体0.5～5份、两亲型分子量调节剂1～5份、引发剂0.01～0.1份、去离子水40～200份。
2.如权利要求1所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，由如下重量份的原料组成：
硬质单体5～25份、软质单体10～15份、可交联单体0.2～1份、防水性氟碳功能单体0.5～2份、两亲型分子量调节剂1～2份、引发剂0.01～0.05份、去离子水40～120份。
3.如权利要求1或2所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，所述硬质单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或两者的混合物，所述混合物中苯乙烯质量分数为60％～80％，甲基丙烯酸甲酯质量分数为20％～40％。
4.如权利要求1或2所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，所述软质单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯或丙烯酸正丁酯中的一种。
5.如权利要求1或2所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，所述可交联单体为二乙烯基苯、N-羟甲基丙烯酰胺、二丙烯酸乙二醇酯、羟乙基丙烯酰胺或N-丁氧基甲基丙烯酰胺中的一种。
6.如权利要求1或2所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，所述防水性氟碳功能单体为甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或丙烯酸十三氟异辛酯中的一种。
7.如权利要求1或2所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，所述两亲型分子量调节剂为式(I)所示的三硫代碳酸酯化合物：
式(I)中，n为4或12，X为3～5的整数，Y为20～60的整数；
链节为式(II)或式(III)所示的结构：
链节为式(IV)或式(V)所示的结构：
8.如权利要求1或2所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
9.如权利要求1或2所述的可用于数码喷绘的木纹纸涂层胶乳的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
按照原料配方，将去离子水与两亲型分子量调节剂混合，搅拌至溶液体系均一，再加入软质单体和防水性氟碳功能单体进行乳化搅拌20min，得到预乳化液；在惰性气体保护下，将所得预乳化液升温至70～75℃，加入引发剂反应1.5～2.5h，完成第一阶段聚合反应；之后，滴加硬质单体与可交联单体的混合液，滴完后升温至80～90℃继续反应4～7h，完成第二阶段聚合反应；最后降至室温出料，即得所述涂层胶乳。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂配制成浓度为1～3wt％水溶液的形式进行投加。
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