CN109853291A - 一种透明防粘涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透明防粘涂料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明的透明防粘涂料包括质量比为10：40～60：40～60的改性纳米纤维素、羧甲基纤维素(CMC)和苯乙烯‑丙烯酸酯共聚物，其中：所述改性纳米纤维素是由质量比为4～5：1.5～2.5：1的五氟苯甲酰氯、硫氰化钾的有机胺溶液、纳米纤维素晶体，混合均匀后在氮气氛围中加热至80～90℃，并在80～90℃条件下搅拌反应2.5～4h，将生成的产物离心、浓缩，除去多余的溶剂，然后洗涤，离心分离得到所述改性纳米纤维素。本发明的涂料制得的涂层，透明度达50％，平滑度达1550s，油吸收性低至1g/m2，且横向撕裂指数和抗张指数等性能优异。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种透明防粘涂料及其制备方法。
背景技术
天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源，是自然界中分布最广的生物高分子，它存在于各种各样的生物如植物、动物以及一些细菌等中。纳米纤维素晶体(NCC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，直径一般在1～100nm，长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素，它不仅具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，具有广阔的应用前景。
格拉辛纸又称半透明玻璃纸，是由格拉辛专用原纸涂布加工后制成的具有很好内部强度和透明度的特种纸张。它具有耐高温，防潮，防油等功能，一般用作食品、医药、日化、物流、超市等行业的产品标签、激光防伪标签、条码信息标签、双面胶带、特殊胶带的离型基材。受物流标签、电子胶带等下游产业的带动，作为标签、胶带底纸的格拉辛纸需求量猛增。为了适应高速加工和高速自动贴标的要求，格拉辛纸必须表面平滑，厚度均匀，有较高的抗拉强度和透明度，以确保涂硅均匀、离型力一致、贴标时不断裂、光电传感器正确识别标签的位置信息。但是，国内目前生产的格拉辛纸在表面平滑度、抗油性能等方面不及进口产品，导致纸张离型性能较差，需要较高的表面涂硅量，致使生产成本提高；且涂硅后的剥离效果不佳，所需剥离力较大；另外强度和透明度偏低，不能满足高速自动贴标的要求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提供了一种透明防粘涂料及其制备方法。将本发明的透明防粘涂料对格拉辛纸进行表面改性，可提高格拉辛纸的表面平滑度、透明度和强度，降低其吸油性、改善其剥离效果并降低生产成本。
为了实现本发明的第一个目的，本发明采用如下技术方案：
一种透明防粘涂料，所述透明防粘涂料包括改性纳米纤维素、羧甲基纤维素(CMC)和苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，其中：所述改性纳米纤维素、羧甲基纤维素、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的质量比为10：40～60：40～60。
进一步地，上述技术方案，所述改性纳米纤维素是由质量比为4～5：1.5～2.5：1的五氟苯甲酰氯、硫氰化钾的有机胺溶液、纳米纤维素晶体，混合均匀后在氮气氛围中加热至80～90℃，并在80～90℃条件下搅拌反应2.5～4h，将生成的产物离心、浓缩，除去多余的溶剂，然后洗涤，离心分离得到所述改性纳米纤维素。
优选地，上述技术方案，所述有机胺选自三乙胺、乙二胺中的任一种。
优选地，上述技术方案，所述硫氰化钾溶液中硫氰化钾的质量浓度为50～60％。
优选地，上述技术方案，所述纳米纤维素晶体直径为10～50nm，长度为150～300nm。
本发明的第二个目的，在于提供上述所述透明防粘涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)改性纳米纤维素的制备
室温下，将五氟苯甲酰氯、硫氰化钾的有机胺溶液、纳米纤维素晶体按质量比为4～5：1.5～2.5：1的比例依次加入到密闭反应器中，搅拌混合均匀；然后在氮气氛围中将反应器加热至80～90℃，并在80～90℃条件下搅拌反应2.5～4h；反应结束后，冷却至室温，将所得产物离心浓缩、除去多余溶剂，最后将产物洗涤，离心分离得到所述的改性纳米纤维素；
(2)透明防粘涂料的制备
将步骤(1)制得的改性纳米纤维素；羧甲基纤维素；苯乙烯-丙烯酸酯共聚物按质量比为10：40～60：40～60的比例，在60～70℃条件下混合调配均匀，即得到所述的透明防粘涂料。
进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述透明防粘涂料的固含量为5～10％。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述产物离心处理优选为高速离心，离心速度为8000～12000r/min，离心时间为20～50min。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述产物优选采用己烷、乙醇各洗涤3～6次。
本发明以强度和透明度均较好的纳米纤维素晶体为主要原料，以五氟苯甲酰氯为改性剂，在硫氰化钾的三乙胺溶液中对纳米纤维素晶体进行防油改性，制得了改性纳米纤维素；然后将改性纳米纤维素与羧甲基纤维素、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物混合，制得透明防粘涂料。本发明的透明防粘涂料可提高格拉辛纸的表面平滑度、透明度和强度，降低其吸油性、改善其剥离效果并降低生产成本。
采用本发明的透明防粘涂料后，将其应用于格拉辛纸，纸张透明度可达50％，平滑度达1550s，油吸收性低至1g/m2，且横向撕裂指数和抗张指数等性能优异。
本发明与现有技术相比，主要优点有：
(1)提高格拉辛纸的抗油性，改善其剥离效果，降低生产成本
本发明通过取代反应在纳米纤维素晶体分子上引入抗油组分，使其具备抗油性，并以其为防油剂制备表面施胶剂用于格拉辛纸的表面施胶，从而提高格拉辛纸的抗油性，减少后续加工中硅油涂覆量，降低成本，并改善剥离效果。
(2)改善格拉辛纸的透明度，满足高速自动贴标的要求
透明度是格拉辛纸的一个重要指标，高的透明度有利于光电感应器准确识别到待贴图文标签，从而采取正确动作，实现连续自动贴标。本发明在纳米纤维素晶体改性过程中保持其本身特性，充分利用纳米纤维素晶体的高透明度，使得施胶后纸张具有高透明度，使其满足高速自动贴标的要求。
(3)提高格拉辛纸的强度和表面性能，提高纸的应用范围
为了适应高速加工的要求，格拉辛纸需要有高的强度，以保证其在使用过程中不会因为容易断裂而影响正常的连续使用。本发明在表面施胶剂中添加改性纳米纤维素晶体，可改善纸张的强度性能和表面性能，满足高速加工的要求，提高其应用范围。
附图说明
图1为本发明实施例1中改性纳米纤维素的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施案例作详细说明。本实施案例在本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。
根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
实施例1
本实施例的一种透明防粘涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)改性纳米纤维素的制备
室温下，将100g五氟苯甲酰氯加入到密闭反应器中，然后依次向反应器中加入50g硫氰化钾/三乙胺溶液(其中：硫氰化钾在三乙胺中的质量浓度为60％)，20g纳米纤维素晶体(其中：所述纳米纤维素晶体直径为10～50nm，长度为150～300nm)，利用搅拌器持续搅拌，混合均匀；在氮气氛围中将反应器加热至90℃，并在90℃条件下搅拌反应4h，反应结束后，冷却至室温，将所得产物在12000r/min转速条件下离心处理50min，除去多余的溶剂，再用己烷洗涤产物6次，并用乙醇洗涤6次，最后离心分离50min，得到所述改性纳米纤维素；
(2)透明防粘涂料的制备
将20g步骤(1)制得的改性纳米纤维素加入到另一容器中，然后向容器中依次加入120g羧甲基纤维素、120g苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，在70℃条件下混合调配均匀，即得到所述的透明防粘涂料，其中，所述透明防粘涂料的固含量为10％。
将本实施例制得的透明防粘涂料用于格拉辛纸表面改性，制备透明防粘纸，具体方法如下：
将针叶木浆打浆至30°SR、阔叶木浆打至35°SR、机械木浆打至35°SR，依次按质量比为1：2：2的比例混合均匀后抄制定量为40g/m2的格拉辛纸基体；然后用表面施胶计量棒将步骤(2)制得的透明防粘涂料均匀涂覆在所述格拉辛纸基体表面，再经干燥和压光后制得透明防粘纸，其中：所述透明防粘涂料的施用量为格拉辛纸质量的5％。
实施例2
本实施例的一种透明防粘涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)改性纳米纤维素的制备
室温下，将100g五氟苯甲酰氯加入到密闭反应器中，然后依次向反应器中加入37.5g硫氰化钾/乙二胺溶液(其中：硫氰化钾在乙二胺中的质量浓度为50％)，25g纳米纤维素晶体(其中：所述纳米纤维素晶体直径为10～50nm，长度为150～300nm)，利用搅拌器持续搅拌，混合均匀；在氮气氛围中将反应器加热至85℃，并在85℃条件下搅拌反应3.5h，反应结束后，冷却至室温，将所得产物在10000r/min转速条件下离心处理50min，除去多余的溶剂，再用己烷洗涤产物3次，并用乙醇洗涤3次，最后离心分离50min，得到所述改性纳米纤维素；
(2)透明防粘涂料的制备
将20g步骤(1)制得的改性纳米纤维素加入到另一容器中，然后向容器中依次加入80g羧甲基纤维素、80g苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，在65℃条件下混合调配均匀，即得到所述的透明防粘涂料，其中，所述透明防粘涂料的固含量为8％。
将本实施例制得的透明防粘涂料用于格拉辛纸表面改性，制备透明防粘纸，具体方法如下：
将针叶木浆打浆至35°SR、阔叶木浆打至35°SR、机械木浆打至40°SR，依次按质量比为1：1：1的比例混合均匀后抄制定量为40g/m2的格拉辛纸基体；然后用表面施胶计量棒将步骤(2)制得的透明防粘涂料均匀涂覆在所述格拉辛纸基体表面，再经干燥和压光后制得透明防粘纸，其中：所述透明防粘涂料的施用量为格拉辛纸质量的4％。
实施例3
本实施例的一种透明防粘涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)改性纳米纤维素的制备
室温下，将90g五氟苯甲酰氯加入到密闭反应器中，然后依次向反应器中加入40g硫氰化钾/三乙胺溶液(其中：硫氰化钾在三乙胺中的质量浓度为60％)，20g纳米纤维素晶体(其中：所述纳米纤维素晶体直径为10～50nm，长度为150～300nm)，利用搅拌器持续搅拌，混合均匀；在氮气氛围中将反应器加热至80℃，并在80℃条件下搅拌反应4h，反应结束后，冷却至室温，将所得产物在12000r/min转速条件下离心处理50min，除去多余的溶剂，再用己烷洗涤产物4次，并用乙醇洗涤4次，最后离心分离50min，得到所述改性纳米纤维素；
(2)透明防粘涂料的制备
将20g步骤(1)制得的改性纳米纤维素加入到另一容器中，然后向容器中依次加入100g羧甲基纤维素、100g苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，在60℃条件下混合调配均匀，即得到所述的透明防粘涂料，其中，所述透明防粘涂料的固含量为5％。
将本实施例制得的透明防粘涂料用于格拉辛纸表面改性，制备透明防粘纸，具体方法如下：
将针叶木浆打浆至30°SR、阔叶木浆打至40°SR、机械木浆打至40°SR，依次按质量比为1：1.5：2的比例混合均匀后抄制定量为40g/m2的格拉辛纸基体；然后用表面施胶计量棒将步骤(2)制得的透明防粘涂料均匀涂覆在所述格拉辛纸基体表面，再经干燥和压光后制得透明防粘纸，其中：所述透明防粘涂料的施用量为格拉辛纸质量的3％。
实施例4
本实施例的一种透明防粘涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)改性纳米纤维素的制备
室温下，将100g五氟苯甲酰氯加入到密闭反应器中，然后依次向反应器中加入50g硫氰化钾/乙二胺溶液(其中：硫氰化钾在乙二胺中的质量浓度为60％)，25g纳米纤维素晶体(其中：所述纳米纤维素晶体直径为10～50nm，长度为150～300nm)，利用搅拌器持续搅拌，混合均匀；在氮气氛围中将反应器加热至90℃，并在90℃条件下搅拌反应2.5h，反应结束后，冷却至室温，将所得产物在8000r/min转速条件下离心处理50min，除去多余的溶剂，再用己烷洗涤产物3次，并用乙醇洗涤3次，最后离心分离50min，得到所述改性纳米纤维素；
(2)透明防粘涂料的制备
将20g步骤(1)制得的改性纳米纤维素加入到另一容器中，然后向容器中依次加入100g羧甲基纤维素、80g苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，在70℃条件下混合调配均匀，即得到所述的透明防粘涂料，其中，所述透明防粘涂料的固含量为9％。
将本实施例制得的透明防粘涂料用于格拉辛纸表面改性，制备透明防粘纸，具体方法如下：
将针叶木浆打浆至32°SR、阔叶木浆打至38°SR、机械木浆打至36°SR，按质量比为1：1.5：1.5的比例混合均匀后抄制定量为40g/m2的格拉辛纸基体；然后用表面施胶计量棒将步骤(2)制得的透明防粘涂料均匀涂覆在所述格拉辛纸基体表面，再经干燥和压光后制得透明防粘纸，其中：所述透明防粘涂料的施用量为格拉辛纸质量的2.5％。
实施例5
本实施例的一种透明防粘涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)改性纳米纤维素的制备
室温下，将100g五氟苯甲酰氯加入到密闭反应器中，然后依次向反应器中加入40g硫氰化钾/三乙胺溶液(其中：硫氰化钾在三乙胺中的质量浓度为50％)，20g纳米纤维素晶体(其中：所述纳米纤维素晶体直径为10～50nm，长度为150～300nm)，利用搅拌器持续搅拌，混合均匀；在氮气氛围中将反应器加热至85℃，并在85℃条件下搅拌反应3h，反应结束后，冷却至室温，将所得产物在10000r/min转速条件下离心处理50min，除去多余的溶剂，再用己烷洗涤产物6次，并用乙醇洗涤6次，最后离心分离50min，得到所述改性纳米纤维素；
(2)透明防粘涂料的制备
将20g步骤(1)制得的改性纳米纤维素加入到另一容器中，然后向容器中依次加入90g羧甲基纤维素、110g苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，在70℃条件下混合调配均匀，即得到所述的透明防粘涂料，其中，所述透明防粘涂料的固含量为6％。
将本实施例制得的透明防粘涂料用于格拉辛纸表面改性，制备透明防粘纸，具体方法如下：
将针叶木浆打浆至33°SR、阔叶木浆打至36°SR、机械木浆打至38°SR，按质量比为1：2：2的比例混合均匀后抄制定量为40g/m2的格拉辛纸基体；然后用表面施胶计量棒将步骤(2)制得的透明防粘涂料均匀涂覆在所述格拉辛纸基体表面，再经干燥和压光后制得透明防粘纸，其中：所述透明防粘涂料的施用量为格拉辛纸质量的2％。
对比例1
本对比例的涂料的制备方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：本对比例的涂料未添加改性纳米纤维素。并将本对比例所得涂料采用实施例1相同的方法用于格拉辛纸表面改性，制备透明防粘纸。
对上述实施例1～5和对比例1所得透明防粘纸进行性能测试，结果如下表1所示。本发明透明防粘纸的防油性、物理强度和透明度等性能均是采用如下国家标准检测：
GB/T 451.2-2002纸和纸板定量的测定；SCAN 37:77Cobb Unger法纸张油吸收性测定方法；GB/T 2679.1-2013纸透明度测定；GB/T 12914-2008纸和纸板抗张强度的测定；GB/T 455-2002纸和纸板撕裂度的测定；GB/T 456-2002纸和纸板平滑度的测定(别克法)。
表1性能测试
Claims (9)
1.一种透明防粘涂料，其特征在于：所述透明防粘涂料包括改性纳米纤维素、羧甲基纤维素和苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，其中：所述改性纳米纤维素、羧甲基纤维素、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的质量比为10：40～60：40～60。
2.根据权利要求1所述的透明防粘涂料，其特征在于：所述改性纳米纤维素是由质量比为4～5：1.5～2.5：1的五氟苯甲酰氯、硫氰化钾的有机胺溶液、纳米纤维素晶体，混合均匀后在氮气氛围中加热至80～90℃，并在80～90℃条件下搅拌反应2.5～4h，将生成的产物离心、浓缩，除去多余的溶剂，然后洗涤，离心分离得到所述改性纳米纤维素。
3.根据权利要求2所述的透明防粘涂料，其特征在于：所述有机胺选自三乙胺、乙二胺中的任一种。
4.根据权利要求2所述的透明防粘涂料，其特征在于：所述硫氰化钾溶液中硫氰化钾的质量浓度为50～60％。
5.根据权利要求2所述的透明防粘涂料，其特征在于：所述纳米纤维素晶体直径为10～50nm，长度为150～300nm。
6.权利要求1所述的透明防粘涂料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)改性纳米纤维素的制备
室温下，将五氟苯甲酰氯、硫氰化钾的有机胺溶液、纳米纤维素晶体按质量比为4～5：1.5～2.5：1的比例依次加入到密闭反应器中，搅拌混合均匀；然后在氮气氛围中将反应器加热至80～90℃，并在80～90℃条件下搅拌反应2.5～4h；反应结束后，冷却至室温，将所得产物离心浓缩、除去多余溶剂，最后将产物洗涤，离心分离得到所述的改性纳米纤维素；
(2)透明防粘涂料的制备
将步骤(1)制得的改性纳米纤维素；羧甲基纤维素；苯乙烯-丙烯酸酯共聚物按质量比为10：40～60：40～60的比例，在60～70℃条件下混合调配均匀，即得到所述的透明防粘涂料。
7.根据权利要求6所述的透明防粘涂料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述透明防粘涂料的固含量为5～10％。
8.根据权利要求6所述的透明防粘涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述产物离心处理为高速离心，离心速度为8000～12000r/min，离心时间为20～50min。
9.根据权利要求6所述的透明防粘涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述产物优选采用己烷、乙醇各洗涤3～6次。
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