CN108624254A - 一种具有高表面能的哑面抗划伤膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高表面能的哑面抗划伤膜，所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤薄膜或者哑面抗划伤功能预涂膜；所述哑面抗划伤薄膜包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基材；所述哑面抗划伤功能预涂膜包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基预涂膜。本发明还公开了哑面抗划伤膜的制备方法，本发明的制备方法将两次固化工艺以及电晕或等离子体处理等表面处理工艺相结合，赋予哑面抗划伤膜较高的表面能和低的光泽度，不仅大大延长了哑面抗划伤膜的储存和使用寿命，而且改善了哑面抗划伤膜表面的印刷适性、涂布适性，满足后续加工工序的要求，在膜产品中具有较强的市场竞争优势。

Description

一种具有高表面能的哑面抗划伤膜及其制备方法
技术领域
本发明属于包装技术领域。更具体地，涉及一种具有高表面能的哑面抗划伤膜及其制备方法。
背景技术
目前市场上包装所用的哑面薄膜覆在包装材料上能给人一种朴实的厚重感，色彩丰富却不张扬，深受消费者喜爱。但是使用常规哑面薄膜包覆的包装材料在运输和正常使用过程中常常因为与机械接触，在外力作用下产生划伤或划痕，影响包装材料的外观。由此具有较高的抗划伤性的哑面薄膜便应运而生。
包装行业内也有相关的抗划伤膜产品，为了降低其表面光泽度和提升耐磨、耐划伤性能，通常采用添加无机填料的方法。企业为了改善填料与树脂之间的相容性及涂布适性，往往加入其他溶剂进行调整，其结果会导致涂布工艺较难控制和VOC(挥发性有机化合物)排放超标等环保问题。同时，一般市场用的抗划伤膜产品，由于其表面能低，在市场后期应用领域会出现诸多问题，如UV附着力低、烫金不牢等缺陷。
专利CN201410141550.5提供的哑面抗划伤膜是通过基材外侧涂布抗划伤涂料，基材内侧复合中间层和热熔胶层而得，其中抗划伤涂层为聚氨酯分散体中添加哑面助剂的涂料涂布于基材外侧后通过热固化而成。产品不仅具有高雅、稳重的观感，而且外表面呈现优异的印后加工性能。但该技术采取热固化工艺制得的涂层需要较长固化时间，延长了产品的生产周期，人们迫切需要一种高效的新工艺提高生产效率，缩短产品周期。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种具有高表面能的哑面抗划伤膜。所述哑面抗划伤膜不仅具有低的表面光泽度和较好的抗划伤性能，而且具有高表面能，改善了哑面抗划伤膜表面的印刷适性、涂布适性，满足了后续加工工序的要求。
本发明的第二个目的在于提供了一种具有高表面能的哑面抗划伤膜的制备方法，其生产工艺具有简单有效、适用广泛的特点。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜，所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤薄膜或者哑面抗划伤功能预涂膜；
所述哑面抗划伤薄膜包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基材；
所述哑面抗划伤功能预涂膜包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基预涂膜。
优选地，所述哑面抗划伤功能涂层的涂料为UV清漆或者UV固化哑面抗划伤功能涂料；所述哑面抗划伤功能涂层的厚度为2-10μm。
优选地，所述UV清漆为丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物或乙烯基化合物。
优选地，所述UV固化哑面抗划伤功能涂料为丙烯酸酯固化体系涂料、甲基丙烯酸酯固化体系涂料、环氧固化体系涂料、乙烯基化合物体系涂料中的一种或几种的混合；优选地，所述UV固化哑面抗划伤功能涂料中不挥发组分含量为45％-100％。
优选地，所述UV固化哑面抗划伤功能涂料中不含光引发剂；不添加无机填料改性。
优选地，所述哑面抗划伤功能涂层的光泽度为2.5-20。
优选地，所述的薄膜基预涂膜由薄膜基材、底涂层和热熔胶层组成。
优选地，所述薄膜基材为双向拉伸聚丙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或尼龙薄膜；所述薄膜基材的厚度为10-100μm。
优选地，所述底涂层的涂料为聚乙烯亚胺水溶液、聚氨酯水溶液或丙烯酸水溶液；所述底涂层的厚度为0.01-0.1um。
优选地，所述热熔胶层的涂料为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和低密度聚乙烯中的一种或多种；所述热熔胶层的厚度为10-100um。
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜的制备方法，当所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤薄膜时，包括如下步骤：
1)将哑面抗划伤功能涂层的涂料涂布于薄膜基材外侧，干燥后在惰性气体保护下，利用真空紫外光源或LED-UV辐照所述涂料表面进行第一次固化；
2)在惰性气体保护下，采用UV汞灯、LED-UV或EB辐照固化后的涂层进行第二次固化；
3)对第二次固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理，得具有高表面能的哑面抗划伤薄膜；
当所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤功能预涂膜时，包括如下步骤：方法一：
1)将哑面抗划伤功能涂层的涂料涂布于薄膜基材外侧，干燥后在惰性气体保护下，利用真空紫外光源或LED-UV辐照所述涂料表面进行第一次固化；
2)在惰性气体保护下，采用UV汞灯、LED-UV或EB辐照固化后的涂层进行第二次固化；
3)对第二次固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理；
4)将底涂层的涂料用辊涂方式涂布于薄膜基材的内侧，经烘箱干燥后形成底涂层；
5)利用挤出复合工艺将热熔胶层的涂料覆于底涂层上，得到具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜；
或，方法二：
1)将底涂层的涂料用辊涂方式涂布于薄膜基材的内侧，经烘箱干燥后形成底涂层；
2)利用挤出复合工艺将热熔胶层的涂料覆于底涂层上，得到薄膜基预涂膜；
3)将哑面抗划伤功能涂层的涂料涂布于薄膜基预涂膜的外侧，干燥后在惰性气体保护下，利用真空紫外光源或LED-UV辐照所述涂料表面进行第一次固化；
4)在惰性气体保护下，采用UV汞灯、LED-UV或EB辐照固化后的涂层进行第二次固化；
5)对第二次固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理，得具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜。
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜的制备方法，当所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤功能预涂膜时，包括如下步骤：
1)将UV清漆以柔版涂布于双向拉伸制成的20.01-250.03um的BOPP薄膜上，涂布重量控制在3-5g/m2；
2)经过涂覆的BOPP薄膜以50m/min的速度通过氙气激发态辐射体的辐射室，该辐射室用氮气吹扫；然后通过UV固化装置，在氮气氛围下固化；
3)对固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理。
优选地，所述惰性气体为氮气或稀有气体，所述辐照是在用惰性气体吹扫过的密闭室中进行；所述辐照的时间为0.01-200s；所述密闭室的氧气浓度≤1000ppm。
优选地，所述电晕、等离子体或火焰处理的功率为1-10KW。
本发明中真空紫外光源、UV汞灯或LED-UV均为光子源，EB辐射体为电子源。优选地，由于光子源或电子源可以激发氧分子的电子产生原子氧，该原子氧与分子氧结合会形成臭氧，因此为了避免产生的臭氧对哑面抗划伤膜造成氧化；所述密闭室的氧气浓度≤1000ppm；所述辐照的时间为 0.01-200s。
优选地，所述电晕、等离子体或火焰处理的功率为1-10KW。所述电晕处理、等离子体或火焰处理的功率过低，哑面抗划伤膜达不到高表面能的效果；功率过高，哑面抗划伤膜的表层易被破坏，同时产生较多臭氧，污染环境。
优选地，所述涂布的重量为2-10g/m2。
本发明第一次固化过程中，采用真空紫外光源或LED-UV辐射体进行辐照，哑面抗划伤层的涂料发生部分交联反应，涂层表面产生亲水基团；第二次深层固化，是采用UV汞灯、LED-UV或EB对涂层进行完全固化。经过上述两步固化，涂层表面达因值达到38dyne以上，且能保持较长时间。然后对涂层表面实施电晕、等离子体或火焰处理，经处理后的涂层的表面达因值可进一步提升至46dyne以上且具有持久性，得到具有高的表面能的哑光抗划伤膜，从而满足更广泛的印刷适应性和涂布需求。
本发明的有益效果如下：
1、本发明哑面抗划伤膜不仅具有超低光泽度，给人以舒适的视觉享受；而且具有较好的抗划伤性能，降低了运输过程对包装外观磨损的风险。
2、本发明的制备方法将两次固化工艺和电晕/等离子体处理等表面处理工艺相结合，赋予哑面抗划伤膜较高的表面能和低的光泽度，不仅大大延长了哑面抗划伤膜的储存/使用寿命；而且改善了哑面抗划伤膜表面的印刷适性、涂布适性，满足后续加工工序的要求；在膜产品中具有较强的市场竞争优势。
3、使用本发明的制备方法生产哑面抗划伤膜的速度(50-200mpm)远高于目前常规生产方法的生产速度(50-60mpm)，大大提高了生产效率。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜为哑面抗划伤薄膜，包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基材；
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将甲基丙烯酸酯固化体系涂料涂布于15μm厚的双向拉伸聚丙烯膜外侧，涂层厚度控制在2um，然后在80℃下干燥5s，在氮气保护下将涂布后的双向拉伸聚丙烯膜以80m/min的速度通过氧气浓度≤1000ppm的固化装置进行固化，将固化后的涂层在功率为2-5KW的条件下进行电晕处理，得到厚度为17um的具有高表面能的哑面抗划伤薄膜。
其中，甲基丙烯酸酯固化体系涂料中不挥发组分含量100％，平均官能度为3，包含95重量份数的NeoRad U-6288(DSM公司产品)、5重量份数的 Acematt 3300(Degussa公司产品)。固化装置内设有用于第一次固化的真空紫外光源(波长126nm)以及用于第二次固化的LED-UV；采用真空紫外光源辐照哑面抗划伤功能涂料表面10s进行第一次固化，采用LED-UV辐照哑面抗划伤功能涂料表面30s进行第二次固化；真空紫外光源或LED-UV的光子源与哑面抗划伤功能涂层的涂料表面的距离为2cm。
本实施例制得的具有高表面能的哑面抗划伤膜，表面达因值46dyn/cm，光泽度为8(采用60°光泽度仪测量)，采用Erichsen公司Scratch hardness tester 413测得的哑面抗划伤膜的抗划伤性能为0.4N。
实施例2
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜为哑面抗划伤功能预涂膜时，包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基预涂膜；薄膜基预涂膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、底涂层和热熔胶层组成。
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜的制备方法，包括如下步骤：
首先将聚乙烯亚胺水溶液涂布于100um的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜 (PET)的内侧，经烘箱干燥后形成0.01um的底涂层。利用挤出复合工艺将乙烯-醋酸乙烯共聚物涂覆于底涂层上，形成100um的热熔胶层，得到厚度为 200umPET预涂膜。将丙烯酸酯-环氧化合物混合体系涂料涂布于PET预涂膜外侧，涂布厚度为10um，并且于79℃下干燥6s，然后在惰性气体保护下，以150m/min的速度通过氧气浓度≤1000ppm的固化装置进行固化，将固化后的涂层在功率为5-8KW的条件下进行等离子体处理，得到厚度为210um的具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜。
进一步，丙烯酸酯-环氧化合物混合体系为KDNM-7059-SZ(张家港康得新光电材料有限公司)，丙烯酸酯-环氧化合物混合体系涂料中不挥发组分含量为45％，平均官能度为6，其中涂料体系中无引发剂，无填料。进一步，固化装置内设有用于第一次固化的真空紫外光源(172nm)以及用于第二次固化的UV汞灯；采用真空紫外光源辐照哑面抗划伤功能涂料表面10s进行第一次固化，采用UV汞灯辐照哑面抗划伤功能涂料表面30s进行第二次固化。真空紫外光源或UV汞灯的光子源与哑面抗划伤功能涂层的涂料表面的距离为 4cm。
本实施例制得的具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜，表面达因值48 dyn/cm，光泽度为10(采用60°光泽度仪测量)，用Erichsen公司Scratch hardness tester 413测得抗划伤性能为0.5N。
实施例3
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜为哑面抗划伤功能预涂膜时，包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基预涂膜；薄膜基预涂膜由尼龙膜、底涂层和热熔胶层组成。。
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜的制备方法，包括如下步骤：
首先将甲基丙烯酸酯-乙烯基化合物的混合体系涂布于12μm厚的尼龙膜外侧，涂层厚度5um，在80℃下干燥5s，在氮气保护下将涂布后的尼龙膜以200m/min的速度通过氧气浓度≤500ppm的固化装置进行固化，将经固化后的涂层在功率为5-10KW的条件下进行火焰处理，得到17um厚的具有高表面能的哑面抗划伤膜。然后将聚氨酯水溶液涂布于尼龙膜的内侧，经烘箱干燥后形成底涂层。利用挤出复合工艺将乙烯-丙烯酸甲酯共聚物涂覆于底涂层上，得到厚度为27um具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜。
其中，丙烯酸酯-乙烯基化合物混合体系为KDNM-7078-HC(张家港康得新光电材料有限公司产品)，丙烯酸酯-乙烯基化合物混合体系涂料中不挥发组分含量为80％，平均官能度4，其中涂料体系中包含光引发剂和填料。进一步，固化装置内设有用于第一次固化的LED-UV(280nm)以及用于第二次固化的EB。具体地，将涂布后的尼龙膜以200m/min的速度通过固化装置。采用LED-UV辐照哑面抗划伤功能涂料表面10s进行第一次固化，采用EB辐照哑面抗划伤功能涂料表面30s进行第二次固化。EB或LED-UV的光子源与哑面抗划伤功能涂层的涂料表面的距离为2cm。
本实施例制得的具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜，表面达因值50 dyn/cm，光泽度为18(采用60°光泽度仪测量)，用Erichsen公司Scratch hardness tester 413测得抗划伤性能为0.3N。
实施例4
一种具有高表面能的哑面抗划伤膜的制备方法，当所述哑面抗划伤薄膜为哑面抗划伤功能预涂膜时，包括如下步骤：
1)将丙烯酸酯化合物以柔版涂布于双向拉伸制成的20.01um的BOPP薄膜上，涂布重量控制在3.2g/m2；
2)经过涂覆的BOPP薄膜以50m/min的速度通过氙气激发态辐射体的辐射室，能量范围为6.8-7.6ev的172nm辐射体辐照，该辐射室用氮气吹扫；然后通过UV固化装置，在氮气氛围下固化；
3)对固化后的涂层进行电晕处理。
4)将聚乙烯亚胺水溶液用辊涂方式涂布于BOPP薄膜的内侧，经烘箱干燥后形成底涂层；
5)利用挤出复合工艺将乙烯-醋酸乙烯共聚物的涂料覆于底涂层上，得到具有高表面能的哑面抗划伤膜；
本实施例制得的具有高表面能的哑面抗划伤膜，表面达因值48dyn/cm，与常规固化的哑面抗划伤膜相比，光泽度为7.8(60°光泽度仪)，用Erichsen 公司Scratch hardnesstester 413测得抗划伤性能由0.1N提高至0.15N。
表1实施例1至4的具有高表面能的哑面抗划伤膜的性能
由表1可以得出，与市售常规固化哑面抗划伤膜产品相比，本发明所述哑面抗划伤膜的光泽度可调范围较大，抗划伤性能提高；而且涂层经过二次固化后再进行电晕、等离子体或火焰处理，得到哑面抗划伤膜的表面达因值明显提高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (14)

1.一种具有高表面能的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤薄膜或者哑面抗划伤功能预涂膜；
所述哑面抗划伤薄膜包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基材；
所述哑面抗划伤功能预涂膜包括哑面抗划伤功能涂层和薄膜基预涂膜。
2.根据权利要求1所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述哑面抗划伤功能涂层的涂料为UV清漆或者UV固化哑面抗划伤功能涂料；所述哑面抗划伤功能涂层的厚度为2-10μm。
3.根据权利要求2所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述UV清漆为丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物或乙烯基化合物。
4.根据权利要求2所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述UV固化哑面抗划伤功能涂料为丙烯酸酯固化体系涂料、甲基丙烯酸酯固化体系涂料、环氧固化体系涂料、乙烯基化合物体系涂料中的一种或几种的混合；优选地，所述UV固化哑面抗划伤功能涂料中不挥发组分含量为45％-100％。
5.根据权利要求4所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述UV固化哑面抗划伤功能涂料中不含光引发剂；不添加无机填料改性。
6.根据权利要求1所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述哑面抗划伤功能涂层的光泽度为2.5-20。
7.根据权利要求1所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述的薄膜基预涂膜由薄膜基材、底涂层和热熔胶层组成。
8.根据权利要求1或7所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述薄膜基材为双向拉伸聚丙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或尼龙薄膜；所述薄膜基材的厚度为10-100μm。
9.根据权利要求7所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述底涂层的涂料为聚乙烯亚胺水溶液、聚氨酯水溶液或丙烯酸水溶液；所述底涂层的厚度为0.01-0.1um。
10.根据权利要求7所述的哑面抗划伤膜，其特征在于，所述热熔胶层的涂料为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和低密度聚乙烯中的一种或多种；所述热熔胶层的厚度为10-100um。
11.一种如权利要求1-10任一所述的哑面抗划伤膜的制备方法，其特征在于，当所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤薄膜时，包括如下步骤：
1)将哑面抗划伤功能涂层的涂料涂布于薄膜基材外侧，干燥后在惰性气体保护下，利用真空紫外光源或LED-UV辐照所述涂料表面进行第一次固化；
2)在惰性气体保护下，采用UV汞灯、LED-UV或EB辐照固化后的涂层进行第二次固化；
3)对第二次固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理，得具有高表面能的哑面抗划伤薄膜；
当所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤功能预涂膜时，包括如下步骤：方法一：
1)将哑面抗划伤功能涂层的涂料涂布于薄膜基材外侧，干燥后在惰性气体保护下，利用真空紫外光源或LED-UV辐照所述涂料表面进行第一次固化；
2)在惰性气体保护下，采用UV汞灯、LED-UV或EB辐照固化后的涂层进行第二次固化；
3)对第二次固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理；
4)将底涂层的涂料用辊涂方式涂布于薄膜基材的内侧，经烘箱干燥后形成底涂层；
5)利用挤出复合工艺将热熔胶层的涂料覆于底涂层上，得到具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜；
或，方法二：
1)将底涂层的涂料用辊涂方式涂布于薄膜基材的内侧，经烘箱干燥后形成底涂层；
2)利用挤出复合工艺将热熔胶层的涂料覆于底涂层上，得到薄膜基预涂膜；
3)将哑面抗划伤功能涂层的涂料涂布于薄膜基预涂膜的外侧，干燥后在惰性气体保护下，利用真空紫外光源或LED-UV辐照所述涂料表面进行第一次固化；
4)在惰性气体保护下，采用UV汞灯、LED-UV或EB辐照固化后的涂层进行第二次固化；
5)对第二次固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理，得具有高表面能的哑面抗划伤功能预涂膜。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，当所述哑面抗划伤膜为哑面抗划伤功能预涂膜时，包括如下步骤：
1)将UV清漆以柔版涂布于双向拉伸制成的20.01-250.03um的BOPP薄膜上，涂布重量控制在3-5g/m2；
2)经过涂覆的BOPP薄膜以50m/min的速度通过氙气激发态辐射体的辐射室，该辐射室用氮气吹扫；然后通过UV固化装置，在氮气氛围下固化；
3)对固化后的涂层进行电晕、等离子体或火焰处理。
13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或稀有气体，所述辐照是在用惰性气体吹扫过的密闭室中进行；所述辐照的时间为0.01-200s；所述密闭室的氧气浓度≤1000ppm。
14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述电晕、等离子体或火焰处理的功率为1-10KW。
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