CN109790398A - 具有改进的水和化学品耐性特征的受墨性底漆涂料 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的实施方案涉及底漆涂料、聚合物基材及其制备方法，它们提供加强的粘附和加强的耐化学品和耐水性。所述底漆涂料包含官能化苯乙烯‑丁二烯和油墨粘附促进剂。

Description

具有改进的水和化学品耐性特征的受墨性底漆涂料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月7日提交的标题为“具有改进的水和化学品耐性特征的受墨性底漆涂料(Ink Receptive Primer Coatings With Improved Water and ChemicalResistance Characteristics)”的美国临时申请号62/405,596的优先权，该文献的全部内容通过参考引入本文。
技术领域
本公开内容的实施方案总体上涉及受墨性底漆涂料，其为经涂覆的聚合物膜基材提供改进的水和化学品耐性性能。特别地，本公开内容的实施方案总体上涉及包含苯乙烯-丁二烯、油墨粘附促进剂的底漆涂料，和包括这些底漆涂料的经涂覆聚合物基材。
背景技术
聚合物膜例如双轴取向聚丙烯(BOPP)、双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)或聚酯膜已经广泛地用于各种应用，例如，打印标签、纸板箱、标签、收缩套管或用于食品、液体和化妆品的软包装材料。此类膜还通常借助于使用在电子照相体系中的液体或干燥调色剂或油墨的高速数字印刷机进行印刷。在此类体系中，调色剂图像形成在光敏性鼓上，然后电转印到中间转印毯或带上以便印刷到聚合物膜片或膜幅上。使用此类调色剂或油墨的打印机可从惠普公司(Hewlett-Packard Company)以商品名HP Indigo商购。然而，因为液体调色剂不总是充分转印和/或充分粘附于使用此种印刷机印刷的聚合物膜基材，所以典型地用底漆涂覆基材以加强液体调色剂与其的粘附。
已经开发了许多用在聚合物膜基材上的底漆，它们使所述膜表面变得更加接受调色剂和油墨。已经开发了基于乙烯-丙烯酸共聚物的当前在用的典型底漆。一种这样的底漆描述在共同受让的美国专利号7,470,736中。
然而，新型高速数字印刷机的开发已经在液体调色剂和/或油墨转印和与聚合物基材粘附方面对底漆的使用提出新的挑战。例如，最新开发的HP Indigo 6000系列数字印刷机以是先前Indigo印刷机大约两倍的速度提供数字印刷。另外，所述HP 20000数字印刷机能够印刷30英寸(76.2cm)宽的膜并且所述HP 30000数字印刷机能够以29.5英寸(75.0cm)宽度在各种基材类型上印刷。
由于用于此类印刷机的液体调色剂的规格要求，常规底漆不提供足够的调色剂与下层的聚合物基材的粘附。结果，涂有常规底漆的基材可能经历不合需要的调色剂向基材的转印和与基材的粘附。因此，仍需要提供良好的调色剂和/或油墨与聚合物基材的粘附的底漆。
此外，当常规底漆和/或经涂覆基材暴露于水或其它化学品中时，所述底漆和经涂覆基材的油墨粘附可能被影响。因此，仍需要耐水和/或化学品损害并从而仍维持所需油墨粘附的底漆。
发明内容
本发明实施方案涉及底漆涂料，特别是施涂于聚合物基材上的底漆涂料，其随后用液体油墨或调色剂印刷。本公开内容的实施方案通过提供包含苯乙烯-丁二烯和油墨粘附促进剂的底漆涂层达到所需耐性和油墨粘附。
根据本公开内容的一个实施方案，提供了底漆涂料，其包含水性分散体，所述水性分散体包含1-25wt％官能化苯乙烯-丁二烯，基于所述水性分散体中的总固体，和1-25wt％油墨粘附促进剂，基于所述水性分散体中的总固体。
在本公开内容的另一个实施方案中，提供了经涂覆聚合物基材，其包括：聚合物膜基材，布置在所述聚合物膜基材的至少一个表面上的底漆涂层，其中所述底漆涂层按干重计包含20-80wt％官能化苯乙烯-丁二烯，和20-80wt％油墨粘附促进剂；和非必要地还包括罩光清漆层(over print varnish layer)。
所述实施方案的附加特征和优点将在随后的详细描述中给出，并部分地将对阅读了所述描述的本领域技术人员显而易见或通过实践所述实施方案(包括随后的详细描述和权利要求)而被认可。
详细描述
本公开内容的实施方案涉及可以施涂于聚合物基材上的底漆涂料以提供加强的油墨和/或调色剂粘附(特别是对于HP Indigo印刷中的应用)，以及耐水和/或其它化学品性。
实施方案的以下描述性质上是说明性的，并且无论如何也不打算限制其应用或用途。除非另有说明，说明书和权利要求中的任何范围的公开内容应理解为包括所述范围本身以及其中包含的值，以及端点。
本公开内容的一个实施方案尤其包括含官能化苯乙烯-丁二烯和油墨粘附促进剂的底漆涂料。如下面更多细节中描述的那样，所述底漆涂料可以作为含官能化苯乙烯-丁二烯和油墨粘附促进剂和水(例如，去离子水)的水性分散体施加。
官能化苯乙烯-丁二烯
官能化苯乙烯-丁二烯提高底漆涂料的耐化学品和水性并与所述底漆涂料的油墨粘附促进剂相容。本文所使用的“官能化”是指与苯乙烯-丁二烯分子接枝或共价键接的水可分散性结构部分。不希望受到理论束缚，这些官能化基团可以为底漆涂料提供各种利益。例如，这些官能团可以提供与油墨粘附促进剂更大的相容性。此外，这些官能团可以与油墨分子的布朗斯台德酸(acid)官能团相互作用以加强油墨粘附。
适合的官能团可以包括羧基化酸例如，具有羧酸基(—COOH)、丙烯酸基(—CH2═CH—COOH)、甲基丙烯酸基(—CH2═C(CH3)—COOH)和磺酸，例如具有磺酸基(—SO3H)。此外，其它基团也可以包括氨基，从而制备氨基官能化苯乙烯-丁二烯。官能化苯乙烯-丁二烯的适合的商业实例包括5499，由Mallard Creek Polymers供应的羧基化苯乙烯-丁二烯水性分散体，和D517，可以从BASF获得的苯乙烯-丁二烯水性分散体。
对于所述官能化苯乙烯-丁二烯，考虑各种量。在本公开内容的一些实施方案中，当在水溶液中时，底漆涂料可以包含1-25％官能化苯乙烯-丁二烯，1-20％官能化苯乙烯-丁二烯，或在其它实施方案中，1-15wt％官能化苯乙烯-丁二烯，或1-10wt％官能化苯乙烯-丁二烯，或1-8wt％官能化苯乙烯-丁二烯，或1-3wt％官能化苯乙烯-丁二烯，基于所述水性底漆涂料中的总固体。
水性底漆涂料中的固体的量可以根据特定的实施方案改变。在一个特定的实例中，水性底漆涂料可以为大约4-大约8wt％固体，基于所述水性底漆涂料的总重量，但是也考虑可以使用更浓和更稀的涂料。
相似地，在已经将底漆涂料施涂在聚合物膜基材上并干燥后，对于官能化苯乙烯-丁二烯，考虑各种量。在一个或多个实施方案中，底漆涂层包含20-80wt％官能化苯乙烯-丁二烯，或30-70wt％官能化苯乙烯-丁二烯，或40-60wt％官能化苯乙烯-丁二烯，基于所述底漆涂层的干重。
油墨粘附促进剂
如上所述，底漆还包含油墨粘附促进剂，其帮助达到调色剂和/或油墨图像对聚合物基材的良好粘附；然而，在没有官能化苯乙烯-丁二烯的情况下，不能达到所需耐化学品和水性。因此，油墨粘附促进剂和官能化苯乙烯-丁二烯的组合协同地达到耐化学品和水性并同时维持必要的油墨粘附。
认为各种油墨粘附促进剂是适合的。例如，所述油墨粘附促进剂包含聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氨酯或聚丙烯酰胺中的一种或多种。在一个特定实施方案中，所述油墨粘附促进剂包含聚乙烯亚胺。在一些实施方案中，可以包括能够使氨基官能化聚合物交联以便增加耐水性的其它组分。例如，水性分散体可以包括醛和/或环氧类。
聚乙烯亚胺的一个适合的商业实施方案是得自BASF的Lupasol P。聚乙烯亚胺的其它适合的商业实施方案包括可以从BASF获得的Polymin P、可以从Nippon Shokubai获得的Epomin，可以从Nippon Soda Co.获得的TITA Bond T100和可以从DIC Graphics获得的D1Dry AC-108。在又一个实施方案中，适合的油墨粘附促进剂可以是由Michelman供应的050。
在其它实施方案中，油墨粘附促进剂可以呈改性形式。例如，油墨粘附促进剂可以包含交联的油墨粘附促进剂，例如交联的聚乙烯亚胺。在本公开内容的一些实施方案中，交联剂可以包含醛、二醛、有机盐、无机盐或它们的组合。在其它实施方案中，交联剂可以包含脲甲醛、乙二醛、戊二醛、氧化锆、氧化锌、乳酸钛，或使油墨粘附促进剂互连和交联的任何其它交联剂。
对于所述油墨粘附促进剂，考虑各种量。在本公开内容的一些实施方案中，当在水溶液中时，底漆涂料可以包含1-25％油墨粘附促进剂，2-20％油墨粘附促进剂，或在其它实施方案中，3-15wt％油墨粘附促进剂，或3-12wt％油墨粘附促进剂，或3-10wt％油墨粘附促进剂，或3-8wt％油墨粘附促进剂，基于所述水性底漆涂料中的总固体。
相似地，在已经将底漆涂料施涂在聚合物膜基材上并干燥后，对于油墨粘附促进剂，考虑各种量。在一个或多个实施方案中，底漆涂层包含20-80wt％油墨粘附促进剂，或30-70wt％油墨粘附促进剂，或40-60wt％油墨粘附促进剂，基于所述底漆涂层的干重。
在附加的实施方案中，不论在水性分散体中或在干燥底漆涂层后，官能化苯乙烯-丁二烯与油墨粘附促进剂的重量比可以为1:3-3:1，或1:2-2:1，或4:3-3:4。在一个实施方案中，官能化苯乙烯-丁二烯与油墨粘附促进剂的重量比可以是2:3。在一个或多个实施方案中，水性底漆制剂可以总计包括5-20wt％固体，或5-15wt％固体，或10-20wt％固体，或10-15wt％固体。
在一些实施方案中，底漆涂料，不论呈水性分散体或干燥形式，可以仅包含官能化苯乙烯-丁二烯和油墨粘附促进剂。换言之，所述底漆涂料可以“由官能化苯乙烯-丁二烯和油墨粘附促进剂组成”或“基本上由官能化苯乙烯-丁二烯和油墨粘附促进剂组成”。然而，在其它实施方案中考虑包括其它组分例如湿润剂、表面活性剂、消泡添加剂、催化剂、溶剂或其它加工助剂。当底漆耐水时，所述底漆涂料，不论呈水性分散体或干燥形式可以基本上不含亲水性材料，例如，亲水性胶体例如明胶。
经涂覆基材
如上所述，使用底漆涂料通过施涂在聚合物膜基材的至少一个表面上涂覆聚合物膜基材。如上面实施方案中说明的那样，干燥底漆涂层可以包含20-80wt％官能化苯乙烯-丁二烯，和20-80wt％油墨粘附促进剂。
聚合物膜基材的实施方案可以包含聚酯、聚烯烃或它们的组合。例如，并不作为限制，聚合物膜基材可以选自聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)、取向聚丙烯(OPP)、双轴取向聚丙烯(BOPP)、双轴取向聚酰胺(BOPA)或它们的组合。
本文所使用的聚合物膜基材可以涵盖包装，标签，例如压敏标签，胶水施加标签等。在一个特定实施方案中，膜基材是标签。标签的变化尺寸是被考虑的。例如，标签可以具有1.2-2.0密耳的厚度，其中2密耳是大约50μm。
在其它实施方案中，经涂覆聚合物膜基材可以进一步包含布置在底漆涂层和印刷在其上的调色剂和/或油墨上方的罩光清漆(OPV)层。OPV层可以保护经印刷膜此外还可以增强经印刷膜的外观。不希望受到理论束缚，OPV层可以增强经印刷膜的耐化学品性。OPV层可以包含UV可固化低聚物。在一个实施方案中，罩光清漆层可以包含丙烯酸酯。各种商业OPV涂层认为是适合的。例如，OPV层可以是由ACTEGA Coatings&Sealants供应的UV OPV RDS000617。备选商业OPV涂料可以包括得自Michelman,Inc的OPV涂料。
如整个说明书所述那样，底漆涂层涉及改进经涂覆聚合物基材的油墨或调色剂粘附。在一个或多个实施方案中，调色剂和/或油墨可以印刷或施涂在底漆组合物上。非必要地，OPV层可以施加在底漆和印刷的调色剂和/或油墨上。
对于制造经涂覆的聚合物膜基材考虑各种方法。在一个实施方案中，所述方法包括将底漆涂料施涂到聚合物基材的至少一个表面上，所述底漆涂料包含官能化苯乙烯-丁二烯、和油墨粘附促进剂的水溶液。在一些实施方案中，可以将所述底漆涂料施涂于基材的一侧或两侧上。可以通过凹版涂覆、杆涂覆(rod coating)或苯胺印刷在环境温度将所述涂料施涂到聚合物基材上。在施涂底漆之前，可以处理基材的表面以确保所述底漆将湿透所述膜的表面。特别地，可以使用常规技术例如火焰、等离子体或电晕放电处理处理所述膜。
在施涂底漆涂料后，然后干燥所述底漆涂料。虽然考虑各种干燥法，但是在一个实施方案中，可以在HP Indigo印刷机的在线打底单元(in-line priming unit)中在大约60-大约80℃的温度下干燥所述打底膜。其它干燥法将为技术人员所熟悉。在干燥底漆涂料后，可以在底漆涂层上施加调色剂或油墨图像，非必要地接着OPV涂层。
底漆涂层改进各种印刷方法和设备的油墨或调色剂粘附，但是特别改进对使用高速数字印刷机例如HP Indigo WS 6000系列数字印刷机或HP 20000或30000宽版式数字印刷机印刷的聚合物基材的油墨或调色剂粘附。例如，可以将在包括层压结构的聚合物基材上使用的底漆涂料施涂于使用适合于HP Indigo WS6600或WS6000、20000或30000数字印刷机的液体调色剂和/或油墨印刷的基材上。这些印刷机设计用来印刷用于软包装的基材。这些数字印刷机还包括非必要的在线打底单元，其将底漆在线(电晕处理之后)施涂到未涂覆基材上并在即将印刷之前干燥所述底漆。因此，印刷机能够以单程(a single pass)打底和印刷基材。
实施例
为了可以更加容易地理解实施方案，参考以下实施例，它们旨在说明本文公开和描述的实施方案。实施例无论如何不限制范围。
由表1中列出的商业产品制备经涂覆标签。
表1
参照下表2，样品1和2的底漆涂料包括5499(羧基化苯乙烯-丁二烯)和050(油墨粘附促进剂)，而对比样品1和2仅包括050(油墨粘附促进剂)且对比样品3和4仅包括5499(羧基化苯乙烯-丁二烯)。样品1和2的制剂如下制备：将羧基化苯乙烯-丁二烯和油墨粘附促进剂溶液稀释到各自5％固体，然后在良好混合下缓慢地添加所述油墨粘附促进剂到羧基化苯乙烯-丁二烯中直到以足够的量达到油墨粘附促进剂:羧基化苯乙烯-丁二烯比例为4:3比例。以800瓦(W)功率输出电晕处理所述标签，然后在HP Indigo 6000印刷机上打底。在所述HP印刷机内，干燥所述打底的标签。然后，随后用HP颜色块源(即，含油墨块的打印文件(a print file)，对于每种颜色具有100-400％的油墨覆盖度)印刷所述干燥的打底标签。
使用相同的打底、电晕处理和印刷方法相似地在HP Indigo 6000印刷机上制备对比样品1-4。
表2
参照下表3，提供经涂覆标签在经历初始胶带试验和耐水性试验后的结果。对于初始胶带试验，从HP Indigo 6000印刷机直接地拉扯所述标签。施加的胶带是具有2kg辊子以安放所述胶带的810胶带。在施加所述胶带并减少或消除气泡后，从表面拉扯所述胶带，并通过眼睛观察和计算在所述标签表面上的油墨粘附。然后，在15分钟后进行第二胶带试验。
进一步如表3所示，在室温下将经涂覆的标签浸在水中保持表3中列出的时期，然后拂拭以除去过量水分。此时，再次进行相同的胶带试验以确定在所述经涂覆标签上的油墨粘附。
表3
*(L)是指低覆盖度
*(H)是指高覆盖度
本文所使用的“低覆盖度”是指具有100-200％覆盖度的底漆涂层施加。
本文所使用的“高覆盖度”是指具有300-400％覆盖度的底漆涂层施加。
根据工业标准，最小可接受的油墨粘附是70％。如表3所示，在初始胶带试验和耐水性试验下样品1达到与对比样品1相似的油墨粘附性能，但是样品1包括少得多的油墨粘附促进剂。此外，样品1令人惊奇地表现出在水中浸渍24小时后超过90％油墨粘附，而对比样品1在水中浸渍24小时后仅达到10％油墨粘附。对于不包括任何油墨粘附促进剂的对比样品3和4，油墨粘附差。
与耐水性试验相似，表4示出在将经涂覆标签浸在各种溶剂中保持合适时间后收集的耐化学品性结果。在浸渍后，取出样品并拍干，此时进行胶带试验。一个差异是样品2和对比样品2涂有表1中列出的OPV层。
表4
*(L)是指低覆盖度
*(H)是指高覆盖度
如表4所示，对比样品2对于IPA的初始胶带试验(70％最小)失效，并在每个时机对于MEK和丙酮失效。相对照而言，样品1经得起在MEK、IPA和丙酮中浸没至少30分钟，从而由于在底漆层中包含羧基化苯乙烯-丁二烯而表现出显著的改进。所述IPA是在Target Corp购买的市售91体积％IPA。所述MEK和丙酮都是可在各种五金店商购的商标产品。
对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所要求的主题的精神和范围的情况下可以对所述实施方案作出各种修改和改变。因此，希望说明书涵盖各种所述实施方案的修改和改变，只要这些修改和改变归入所附权利要求书及其等同物的范围之内。

Claims (20)

1.包含水性分散体的底漆制剂，所述水性分散体包含：
1-25wt％官能化苯乙烯-丁二烯，基于所述水性分散体中的总固体；和
1-25wt％油墨粘附促进剂，基于所述水性分散体中的总固体。
2.权利要求1的底漆制剂，其中所述水性分散体包含4-10wt％官能化苯乙烯-丁二烯。
3.权利要求1或权利要求2的底漆制剂，其中所述水性分散体包含4-10wt％油墨粘附促进剂，基于所述水性分散体中的总固体。
4.权利要求1-3中任一项的底漆制剂，其中所述水性分散体具有1:3-3:1，或1:2-2:1的官能化苯乙烯-丁二烯与油墨粘附促进剂的重量比。
5.权利要求1-4中任一项的底漆制剂，其中所述油墨粘附促进剂包含聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氨酯或聚丙烯酰胺中的一种或多种。
6.权利要求5的底漆制剂，其中所述油墨粘附促进剂包含聚乙烯亚胺。
7.权利要求6的底漆制剂，其中所述油墨粘附促进剂是交联的聚乙烯亚胺。
8.权利要求7的底漆制剂，其中所述油墨粘附促进剂是包含选自戊二醛、乙二醛或甲醛的交联剂的交联的聚乙烯亚胺。
9.权利要求1-8中任一项的底漆制剂，其中所述官能化苯乙烯-丁二烯是羧基化苯乙烯-丁二烯。
10.权利要求1-8中任一项的底漆制剂，其中所述官能化苯乙烯-丁二烯是氨基官能化苯乙烯-丁二烯。
11.权利要求1-10中任一项的底漆制剂，其中所述水性分散体包括5-15％固体。
12.经涂覆基材，包括：
聚合物膜基材；
布置在所述聚合物膜基材的至少一个表面上的由前述任一权利要求的底漆制剂形成的底漆涂层，其中所述底漆涂层按干重计包含20-80wt％官能化苯乙烯-丁二烯，和20-80wt％油墨粘附促进剂。
13.权利要求12的经涂覆基材，还包含印刷在所述底漆组合物上的调色剂、油墨或这两者。
14.权利要求13的经涂覆基材，还包含布置在所述底漆涂层和所述印刷的调色剂、油墨或这两者上的罩光清漆层。
15.权利要求14的经涂覆基材，其中所述罩光清漆层包含UV可固化低聚物。
16.权利要求14的经涂覆基材，其中所述罩光清漆层包含丙烯酸酯。
17.权利要求12-16中任一项的经涂覆基材，其中所述聚合物膜基材包含聚酯、聚烯烃或它们的组合。
18.权利要求17的经涂覆基材，其中所述聚合物膜基材选自聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)、取向聚丙烯(OPP)、双轴取向聚丙烯(BOPP)和双轴取向聚酰胺。
19.权利要求12-19中任一项的经涂覆基材，其中所述底漆涂层具有1:3-3:1，或1:2-2:1的官能化苯乙烯-丁二烯与油墨粘附促进剂的重量比。
20.权利要求12-19中任一项的经涂覆基材，其中所述油墨粘附促进剂包含聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氨酯或聚丙烯酰胺中的一种或多种。
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