CN111662601A - 一种水性耐磨光油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性耐磨光油及其制备方法，以质量份计，制备所述水性耐磨光油的原料包括：丙烯酸树脂5份~15份、丙烯酸乳液45份~70份、流平剂0.5份~1.5份、中和剂5份~20份、水10份~30份以及增强材料5份~15份，其中，增强材料为无机晶须粉末，其粒径为10nm~50nm。当光油干燥后，随机排列的晶须纤维在光油层中充当骨架作用，从而使水性光油的耐摩擦性能及耐拉升性能大幅提升，进而满足高端产品包装的耐摩擦性能要求。

Description

一种水性耐磨光油及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性光油技术领域，尤其涉及一种水性耐磨光油及其制备方法。
背景技术
水性光油作为一种保护涂层，在包装领域被广泛应用，现有的水性光油可满足对磨400次以下的普通包装产品耐磨要求，但往往无法满足对磨次数在600次以上的耐磨要求，而对磨600次的耐磨要求在高端包装上具有一定的市场需求。
发明内容
基于此，有必要开发一种可满足对磨600次以上的水性耐磨光油。
一种水性耐磨光油，以质量份计，制备所述水性耐磨光油的原料包括：
Figure BDA0002547310030000011
其中，所述增强材料为无机晶须粉末，所述增强材料的粒径为10nm～50nm。
在一个实施方式中，所述增强材料选自陶瓷质晶须、无机盐晶须和金属晶须中的至少一种。
在一个实施方式中，所述陶瓷质晶须选自碳化硅晶须、氮化硅晶须、碳化硼晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须中的至少一种；所述无机盐晶须选自硫酸钙晶须和碳酸钙晶须中的至少一种；所述金属晶须选自氧化铝晶须、氮化铝晶须或四针状氧化锌晶须的至少一种。
在一个实施方式中，所述中和剂为氨水或有机胺。
在一个实施方式中，还包括0.2质量份～0.5质量份的消泡剂。
在一个实施方式中，还包括1质量份～3质量份的润湿剂。
在一个实施方式中，所述润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物。
在一个实施方式中，还包括1质量份～5质量份的水性分散剂。
在一个实施方式中，还包括0.5质量份～1.5质量份的聚乙烯蜡。
上述水性耐磨光油，其成分包含无机晶须粉末增强材料，晶须是由高纯度单晶生长而成的微米或纳米级的短纤维，由于其原子结构排列高度有序，结构完整，难以容纳大晶体中常存的缺陷，故其机械强度近似等于原子间价键力的理论强度，晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率。在水性光油中加入晶须粉末，当光油干燥后，随机排列的晶须纤维在光油层中充当骨架作用，从而使水性光油的耐摩擦性能及耐拉升性能大幅提升，进而满足高端产品包装的耐摩擦性能要求。
一种水性耐磨光油的制备方法，包括如下步骤：
将水加入容器中，缓慢加入丙烯酸树脂，搅拌直至其完全溶解，制得第一溶液；
将中和剂加入所述第一溶液，调节PH值至8～9.5，制得第二溶液；
将丙烯酸乳液及流平剂加入所述第二溶液中，搅拌均匀，制得第三溶液；
将增强材料缓慢加入所述第三溶液中，搅拌均匀，即制得水性耐磨光油；
其中，所述增强材料为无机晶须粉末，所述增强材料的粒径为10nm～50nm。
上述水性耐磨光油的制备方法，其步骤简单，普通搅拌仪即可本发明的水性耐磨光油，制得的水性耐磨光油，耐磨性能获得极大提升，可以满足高档包装的需要。
附图说明
图1为一实施方式的水性耐磨光油的制备方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
在本文中，除非有特殊地说明，各原料的份数均指重量份。
一实施方式的水性耐磨光油，以质量份计，制备所述水性耐磨光油的原料包括：
Figure BDA0002547310030000031
其中，所述增强材料为无机晶须粉末，所述增强材料的粒径为10nm～50nm。
上述丙烯酸树脂在水性耐磨光油中起第一连接料作用，水性耐磨光油干燥后，丙烯酸树脂干燥成膜，从而使光油层附着在物体表面。
上述丙烯酸乳液由丙烯酸单体经乳化剂乳化而成，丙烯酸单体在乳化剂的作用下，在水介质中分散成乳液状态，其包含的乳化剂本质上是一种表面活性剂，可降低丙烯酸单体和水的表面张力，使单体和水形成一个稳定的均匀体系，丙烯酸乳液作为成分之一加入到水性耐磨光油中，作为第二连接料对第一连接料丙烯酸树脂起补充作用，另一方面也起到表面活性剂的作用，有助于连接料更快地浸润颜料并渗入到颜料颗粒聚集体的孔隙中，使水性耐磨光油体系的稳定性得到提高。
具体地，丙烯酸乳液可选择市场上出售的任意一种水性丙烯酸乳液或水性苯丙烯酸乳液。
上述流平剂能促使水性耐磨光油在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。能有效降低水性耐磨光油的表面张力，提高其流平性和均匀性，可改善水性耐磨光油的渗透性，能减少涂布时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。
具体地，流平剂可为市场上出售的任意一种水性流平剂。
上述中和剂用于调节水性耐磨光油的PH值，其可与丙烯酸树脂的羧基发生中和反应并生成盐，使水性耐磨光油的稳定性获得提高。
可选地，中和剂为氨水或有机胺。
优选地，中和剂为有机胺。
上述水在本发明中起溶剂作用，用于溶解水性耐磨光油各成分。在本实施例中，水为去离子水。
晶须粉末作为增强材料用于改善水性耐磨光油的耐摩擦性能及耐拉伸性能。晶须是由高纯度单晶生长而成的微米或纳米级的短纤维，由于其原子结构排列高度有序，结构完整，难以容纳大晶体中常存的缺陷，故其机械强度近似等于原子间价键力的理论强度，晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率。在水性耐磨光油中加入晶须粉末，当光油干燥后，随机排列的晶须纤维在光油层中充当骨架作用，从而使水性耐磨光油的耐摩擦性能及耐拉升性能大幅提升。
具体地，按质量份计，晶须粉末作为增强材料的含量为5质量份～15质量份。加入的晶须粉末为无机晶须粉末，且晶须的长度为10nm～50nm。通过控制晶须纤维的长度，使水性耐磨光油的性能符合网纹辊涂布的要求。
进一步地，无机晶须选自陶瓷质晶须、无机盐晶须和金属晶须中的至少一种。
更进一步地，陶瓷质晶须选自碳化硅晶须、氮化硅晶须、碳化硼晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须中的至少一种；无机盐晶须选自硫酸钙晶须和碳酸钙晶须中的至少一种；金属晶须选自氧化铝晶须、氮化铝晶须或氧化锌晶须的至少一种。
优选地，晶须为四针状氧化锌晶须。四针状氧化锌晶须具有特殊的单晶结构，其四根针状体向三维空间展开，任意两个针间夹角均为109度，该单晶结构几乎没有结构缺陷，属于理想的结晶体，具有极高的力学强度和弹性模量，其拉伸强度和弹性模量可分别达到1.0×104MPa和3.5×105MPa，接近理论强度值。水性耐磨光油干燥后，随机分布的四针状氧化锌晶须构成独特的三维网状结构，在光油涂层中起立体骨架作用，从而大幅提升水性耐磨光油的耐摩擦性能及耐拉升性能。
在一些实施例中，还包括消泡剂。消泡剂可降低水性耐磨光油的表面张力，使气泡难以成型，从而使光油涂布后均匀平整。
具体地，按质量份计，消泡剂的含量为0.2质量份～0.5质量份。
在一些实施例中，还包括润湿剂。润湿剂可降低承印基材的表面能，使承印基材表面更容易被水性耐磨光油浸润，从而提高光油的附着力。
具体地，按质量份计，润湿剂的含量为0.1质量份～0.5质量份。
进一步地，润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物。
在进一步地，润湿剂为磺基琥珀酸酯。
在一些实施例中，还包括水性分散剂，水性分散剂可降低液-液和固-液间的界面张力，提高水性组分在同一体系中的相容性，帮助水相润湿颗粒表面，由于溶剂水是高度极性的液体，多数固相颗粒在水中带负电，基于同性相斥的原理，在水中添加水性分散剂将增加固相颗粒之间的排斥力，从而阻止水性耐磨光油成分粒子发生团聚，使水性耐磨光油保持乳液状态。
具体地，按质量份计，水性分散剂的含量为1质量份～5质量份，水性分散剂可为市场上购买的任意一种水性分散剂。
在一些实施例中，还包括聚乙烯蜡，聚乙烯蜡在水性耐磨光油中起防粘连、防沉淀的作用，聚乙烯蜡以微晶形式浮布于光油溶液中，可阻止光油颗粒粘连及沉淀，另，因聚乙烯蜡具有良好的触变性，有利于光油的储存，水性耐磨光油在干燥过程中，随着水溶剂的挥发，微晶状的聚乙烯蜡逐渐迁移至光油层表面，最终形成一个蜡质表面，对光油层起保护作用。
具体地，按质量份计，聚乙烯蜡的含量为0.5质量份～1.5质量份。
上述水性耐磨光油，其成分包含无机晶须粉末增强材料，晶须是由高纯度单晶生长而成的微米或纳米级的短纤维，由于其原子结构排列高度有序，结构完整，难以容纳大晶体中常存的缺陷，故其机械强度近似等于原子间价键力的理论强度，晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率。在水性光油中加入晶须粉末，当光油干燥后，随机排列的晶须纤维在光油层中充当骨架作用，从而使水性光油的耐摩擦性能及耐拉升性能大幅提升，进而满足高端产品包装的耐摩擦性能要求。
如图1所示，一实施方式的水性耐磨光油的制备方法，包括如下步骤：
S10、将水加入容器中，缓慢加入丙烯酸树脂，搅拌直至其完全溶解，制得第一溶液。
丙烯酸树脂可溶解在水中，在水性耐磨光油中充当第一连接料的作用，当水性耐磨光油干燥后，丙烯酸树脂具有成膜作用，使光油可附着在物体表面。
S20、将中和剂加入所述第一溶液，调节PH值至8～9.5，制得第二溶液。
中和剂用于调节水性耐磨光油的PH值，其可与丙烯酸树脂的羧基发生中和反应并生成盐，使水性耐磨光油的稳定性获得提高。
S30、将丙烯酸乳液及流平剂加入所述第二溶液中，搅拌均匀，制得第三溶液。
丙烯酸乳液充当水性耐磨光油的第二连接料，流平剂能促使水性耐磨光油在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。能有效降低水性耐磨光油的表面张力，提高其流平性和均匀性，可改善水性耐磨光油的渗透性，能减少涂布时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。
S40、将增强材料缓慢加入所述第三溶液中，搅拌均匀，即制得水性耐磨光油。
晶须粉末作为增强材料用于改善水性耐磨光油的耐摩擦性能及耐拉伸性能。晶须是由高纯度单晶生长而成的微米或纳米级的短纤维，由于其原子结构排列高度有序，结构完整，难以容纳大晶体中常存的缺陷，故其机械强度近似等于原子间价键力的理论强度，晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率。在水性耐磨光油中加入晶须粉末，当光油干燥后，随机排列的晶须纤维在光油层中充当骨架作用，从而使水性耐磨光油的耐摩擦性能及耐拉升性能大幅提升。其中，所述增强材料为无机晶须粉末，所述增强材料的粒径为10nm～50nm。
在一些实施例中，步骤S40后还包括步骤S50。
S50、在制得的水性耐磨光油中加入助剂，并搅拌均匀。
助剂选自消泡剂、润湿剂、水性分散剂及聚乙烯蜡中的至少一种，助剂用于改善水性耐磨光油的适印性。
具体地，按质量份计，消泡剂的含量为0.2质量份～0.5质量份；润湿剂的含量为1质量份～3质量份；水性分散剂的含量为1质量份～5质量份；聚乙烯蜡的含量为0.5质量份～1.5质量份。
上述水性耐磨光油的制备方法，其步骤简单，普通搅拌仪即可本发明的水性耐磨光油，制得的水性耐磨光油，耐磨性能获得极大提升，可以满足高档包装的需要。
以下为具体的实施例。
实施例1
1、将10g水加入搅拌器中，将搅拌速度保持在600转/分钟，缓慢加入5g丙烯酸树脂(由山东优索化工科技有限公司提供，型号为P2511211)，直至其完全溶解，制得第一溶液。
2、向第一溶液中加入5g氨水中和剂，搅拌均匀，制得PH值为8的第二溶液。
3、将45g的丙烯酸乳液(由深圳市吉田化工有限公司提供，型号为E05)及0.5g流平剂(由东莞市好又多新材料有限公司提供，型号为毕克BYK346)依次缓慢加入第二溶液中，搅拌均匀，制得第三溶液。
4、将5g粒径为10nm的碳化硅晶须(由北京德科岛金科技有限公司提供)加入第三溶液中，待搅拌均匀，即制得水性耐磨光油。
将上述水性耐磨光油涂布在印刷有摩擦变色图案上方，干燥后获得耐磨光油涂层。
实施例2
1、将20g水加入搅拌器中，将搅拌速度保持在600转/分钟，缓慢加入10g丙烯酸树脂(由广州市深创化工有限公司提供，型号为巴斯夫Joncryl 678)，直至其完全溶解，制得第一溶液。
2、向第一溶液中加入10g有机胺中和剂(由上海茂颜新材料有限公司提供，型号为AMP95)，搅拌均匀，制得PH值为9的第二溶液。
3、将55g的苯丙烯酸乳液(由山东齐化能源有限公司提供，型号为AO01)及1g流平剂(由广州市贤人汇国际贸易有限公司提供，型号为Glide 450)依次缓慢加入第二溶液中，搅拌均匀，制得第三溶液。
4、将10g粒径为30nm的碳酸钙晶须(由河北恒光矿产品有限公司提供)加入第三溶液中，待搅拌均匀，即制得水性耐磨光油。
5、将0.2g的消泡剂(由广东天峰消泡剂有限公司提供，型号为F-273)、1g润湿剂(由山东优索化工科技有限公司提供，型号为PE-100)加入水性耐磨光油中，搅拌均匀即可。
将上述水性耐磨光油涂布在印刷有摩擦变色图案上方，干燥后获得耐磨光油涂层。
实施例3
1、将30g水加入搅拌器中，将搅拌速度保持在600转/分钟，缓慢加入15g丙烯酸树脂(由上海文华化工颜料有限公司提供，型号为韩华S-60L)，直至其完全溶解，制得第一溶液。
2、向第一溶液中加入20g有机胺中和剂(由广州市长鸿化工科技有限公司提供，型号为OLOEY三异丙醇胺)，搅拌均匀，制得PH值为9.5的第二溶液。
3、将70g的苯丙烯酸乳液(由常州广树化工科技有限公司提供，型号为GS-218)及1.5g流平剂(由佛山市奥纳聚合物有限公司提供，型号为F391)依次缓慢加入第二溶液中，搅拌均匀，制得第三溶液。
4、将15g粒径为50nm的四针状氧化锌晶须(由沪本新材料科技(上海)有限公司提供，型号为HB-P-C系列)加入第三溶液中，待搅拌均匀，即制得水性耐磨光油。
5、将0.4g的消泡剂(由广东天峰消泡剂有限公司提供，型号为F-273)、2g聚醚硅氧烷润湿剂(由佛山市奥纳聚合物有限公司提供，型号为F9100)、1g水性分散剂(由佛山市千佑化工有限公司提供，型号为AKN-255)及1.5g聚乙烯蜡加入水性耐磨光油中，搅拌均匀即可。
将上述水性耐磨光油涂布在印刷有摩擦变色图案上方，干燥后获得耐磨光油涂层。
实施例4
1、将25g水加入搅拌器中，将搅拌速度保持在600转/分钟，缓慢加入12g丙烯酸树脂(由上海文华化工颜料有限公司提供，型号为韩华S-60L)，直至其完全溶解，制得第一溶液。
2、向第一溶液中加入15g氨水中和剂，搅拌均匀，制得PH值为9.2的第二溶液。
3、将60g的丙烯酸乳液(由深圳市吉田化工有限公司提供，型号为E05)及1.2g流平剂(由佛山市奥纳聚合物有限公司提供，型号为F391)依次缓慢加入第二溶液中，搅拌均匀，制得第三溶液。
4、将12g粒径为40nm的钛酸钾晶须(由上海卜微应用材料技术有限公司提供)加入第三溶液中，待搅拌均匀，即制得水性耐磨光油。
5、将0.3g的消泡剂(由广东天峰消泡剂有限公司提供，型号为F-273)、1.5g聚醚硅氧烷润湿剂(由佛山市奥纳聚合物有限公司提供，型号为F9100)、3g水性分散剂(由佛山市千佑化工有限公司提供，型号为AKN-255)及0.5g聚乙烯蜡加入水性耐磨光油中，搅拌均匀即可。
将上述水性耐磨光油涂布在印刷有摩擦变色图案上方，干燥后获得耐磨光油涂层。
对比实施例1
本对比实施例与实施例1相似，不同之处在于未加入增强材料碳化硅晶须。
对比实施例2
本对比实施例与实施例2相似，不同之处在于未加入增强材料碳酸钙晶须。
对比实施例3
本对比实施例与实施例3相似，不同之处在于未加入增强材料四针状氧化锌晶须。
对比实施例4
本对比实施例与实施例4相似，不同之处在于未加入增强材料钛酸钾晶须。
表1各实施例的水性耐磨光油配方表
Figure BDA0002547310030000101
效果测试
采用济南兰光机电技术有限公司提供的MCJ-01A磨擦试验机，分别测试实施例1～实施例6水性耐磨涂层的耐磨擦性能，并对比如下。
表2各实施例的耐磨测试效果
Figure BDA0002547310030000111
综上可知，水性耐磨光油干燥后获得的光油涂层，在600次对磨的情况下无划痕，可满足高档包装及摩擦变色工艺的要求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，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围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水性耐磨光油，其特征在于，以质量份计，制备所述水性耐磨光油的原料包括：
丙烯酸树脂 5份~15份；
丙烯酸乳液 45份~70份；
流平剂 0.5份~1.5份；
中和剂 5份~20份；
水 10份~30份；以及
增强材料 5份~ 15份；
其中，所述增强材料为无机晶须粉末，所述增强材料的粒径为10nm~50nm。
2.根据权利要求1所述的水性耐磨光油，其特征在于，所述增强材料选自陶瓷质晶须、无机盐晶须和金属晶须中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的水性耐磨光油，其特征在于，所述陶瓷质晶须选自碳化硅晶须、氮化硅晶须、碳化硼晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须中的至少一种，所述无机盐晶须选自硫酸钙晶须和碳酸钙晶须中的至少一种，所述金属晶须选自氧化铝晶须、氮化铝晶须或四针状氧化锌晶须的至少一种。
4.根据权利要求1所述的水性耐磨光油，其特征在于，所述中和剂为氨水或有机胺。
5.根据权利要求4所述的水性耐磨光油，其特征在于，还包括0.2质量份~0.5质量份的消泡剂。
6.根据权利要求5所述的水性耐磨光油，其特征在于，还包括1质量份~3质量份的润湿剂。
7.根据权利要求6所述的水性耐磨光油，其特征在于，所述润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物。
8.根据权利要求7所述的水性耐磨光油，其特征在于，还包括1质量份~5质量份的水性分散剂。
9.根据权利要求8所述的水性耐磨光油，其特征在于，还包括0.5质量份~1.5质量份的聚乙烯蜡。
10.一种如权利要求1~9中任意一项所述的水性耐磨光油的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将水加入容器中，缓慢加入丙烯酸树脂，搅拌直至其完全溶解，制得第一溶液；
将中和剂加入所述第一溶液，调节PH值至8~9.5，制得第二溶液；
将丙烯酸乳液及流平剂加入所述第二溶液中，搅拌均匀，制得第三溶液；
将增强材料缓慢加入所述第三溶液中，搅拌均匀，即制得水性耐磨光油；
其中，所述增强材料为无机晶须粉末，所述增强材料的粒径为10nm~50nm。
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