CN111777905A - 环保水性涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保水性涂层及其制备方法，所述水性涂层组分以30.0‑45.0重量份水性丙烯酸单分散树脂及20.0‑40.0重量份水性苯丙树脂作为主要连接料，并添加0.3‑1.0重量份的流变助剂及0.5‑1.5重量份的润湿剂A、0.1‑0.5重量份的润湿剂B，并不含低沸点有机溶剂，其中所述流变助剂为缔合型聚醚聚氨酯，所述润湿剂A为乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，所述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂。本发明的环保水性涂层在制造过程中无需使用乳化剂，具有良好的水溶性，不需通过添加氨水、有机胺等调节pH值来增加水溶性，使产品保持中性，保证了产品的环保性，减少了胺及乳化剂的使用。

Description

环保水性涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性涂层技术领域，特别涉及一种环保的水性涂层。
背景技术
目前水性涂层的主要组分是丙烯酸乳液或者丙烯酸树脂，乳液在制造过程中必须使用大量乳化剂，而且丙烯酸树脂或丙烯酸乳液必须使用有机胺或者氨水的水溶液进行中和，生成溶解于水的羧酸盐，来实现树脂乳液的水溶性，所以pH值必须保持8.5以上，因此均含有氨水、有机胺等保持弱碱性，有一定的异味。
此外，目前的水性涂层在实际使用过程中还需要添加部分有机溶剂，比如乙醇、异丙醇等低沸点有机溶剂来帮助干燥，如果在100米/分钟以上的印刷速度时一般有机溶剂添加量会超过25％，甚至超过50％。
发明内容
本发明提供一种水性涂层，不使用乙醇、异丙醇等低沸点有机溶剂，不使用乳化剂，不含有大量氨水或有机胺，属于环保的水性涂层。
本发明的技术方案如下：
一种环保水性涂层，其组分以30.0-45.0重量份水性丙烯酸单分散树脂及 20.0-40.0重量份水性苯丙树脂作为主要连接料，并添加0.3-1.0重量份的流变助剂及0.5-1.5重量份的润湿剂A、0.1-0.5重量份的润湿剂B，并不含低沸点有机溶剂，其中所述流变助剂为缔合型聚醚聚氨酯，所述润湿剂A为乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，所述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂。其中，所述缔合型聚醚聚氨酯聚醚和二异氰酸酯的加合物，并含疏水端基。
基于同样的发明构思，本发明还提供一种环保水性涂层，其包括以下重量份的主要组分：
(1)水性丙烯酸单分散树脂30.0-45.0，作为主要连接料之一，
(2)水性苯丙树脂20.0-40.0，作为主要连接料之一，
(3)水10.0-15.0，
(4)流变助剂0.3-1.0，
(5)消泡剂0.2-1.0，
(6)润湿剂A 0.5-1.5，
(7)润湿剂B 0.1-0.5，
(8)耐磨剂3.0-8.0，
(9)滑爽剂0.1-1.0，
(10)抗粘剂0.0-0.5，
(11)防霉剂0.1-0.2，
(12)胺中和剂0.2-0.5；
其中所述流变助剂为缔合型聚醚聚氨酯，所述润湿剂A为乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，所述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂，并且所述环保水性涂层不含低沸点有机溶剂。其中，所述缔合型聚醚聚氨酯聚醚和二异氰酸酯的加合物，并含疏水端基。
基于同样的发明构思，本发明还提供上述的环保水性涂层的制备方法，包括如下步骤：在容器内添加配方量的两种连接料，开启搅拌，再依次添加其余所需助剂，使用高速分散工艺，分散均匀，制备得所述环保水性涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
第一、本发明的环保水性涂层在制造过程中无需使用乳化剂，具有良好的水溶性，不需通过添加氨水、有机胺等调节pH值来增加水溶性，使产品保持中性，保证了产品的环保性，减少了胺及乳化剂的使用。
第二、本发明的环保水性涂层具有传统产品的功能性，并且该涂层完全以水为分散介质，使用时可以完全以水进行稀释到所需粘度，并能保证良好的干燥性能，在200米/分钟以上的高速印刷过程中不需要添加快干性的低沸点有机溶剂如乙醇等提高产品的干燥性，保证产品的环境友好性；在保证相同的物理性能下实际涂布量为传统水性涂层的60--70％。
第三、由于丙烯酸单分散体的粘度远远低于丙烯酸乳液，造成了做出的水性涂层成品粘度过低，无论是凹印、柔印或者辊筒涂布均无法形成平整的墨膜，因此本发明通过选择特定的流变助剂(缔合型聚醚聚氨酯)使丙烯酸单分散体具有合适粘度及流变行为，并通过选择合适的润湿剂的组合(聚醚改性有机硅润湿剂及乙氧基改性炔二醇类润湿剂)，使产品能适应不同的纸张、金银卡纸等基材，具有良好的印刷适性，能满足凹印、柔印、胶印上光机等不同的印刷方式。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
本发明提供一种环保的水性涂层，其组分以30.0-45.0重量份水性丙烯酸单分散树脂及20.0-40.0重量份水性苯丙树脂作为主要连接料，并添加0.3-1.0 重量份的流变助剂及0.5-1.5重量份的润湿剂A、0.1-0.5重量份的润湿剂B，并不含低沸点有机溶剂，其中所述流变助剂为缔合型聚醚聚氨酯，所述润湿剂A为乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，所述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂。所述缔合型聚醚聚氨酯聚醚和二异氰酸酯的加合物，并含疏水端基。
本发明采用丙烯酸单分散体(也称水性丙烯酸单分散树脂)作为主体树脂，在制造过程中无需使用乳化剂，该树脂在合成时，所用基础单体甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯在纯水体系中通过引发剂的作用聚合而成，该树脂具有较窄的分子量分布，具有优异的快干性能。该树脂合成后的 pH在7.0左右，并且具有优异的水溶性，稀释剂完全采用去离子水，不采用氨水有机胺调节pH值，在实际高速印刷过程中(速度可达到250米/分钟)也无需添加酒精异丙醇等低沸点有机溶剂帮助干燥。
但是，丙烯酸单分散体的粘度远远低于丙烯酸乳液，造成了做出的水性涂层成品粘度过低，无论是凹印、柔印或者辊筒涂布均无法形成平整的墨膜，因此本发明通过选择特定的流变助剂(缔合型聚醚聚氨酯)使丙烯酸单分散体具有合适粘度及流变行为，特别地，本发明在选择流变助剂时综合考虑了水性涂层混合体系剪切粘度高中低的要求、假塑性流体特征对水性涂层混合体系的影响、涂层流平性、混合体系流动性等多个方面，具体地，不同种类的流变助剂在水性涂层混合体系中可提供低剪切、中剪切和高剪切粘度，但其中，提供低剪切性能的流变助剂不仅提高体系的粘度，还使体系具有强的假塑性流体特性，在静止状态时有很强的粘度，搅动时粘度很低，因此不适合本发明的高速印刷应用场景，并且产品流平性差；高剪切性的流变助剂提供具有牛顿流体特性的增稠性，使产品具有合适的粘度并具有良好的流动性。本发明选择的缔合型聚醚聚氨酯是高剪切性的流变助剂，不仅具有优异的增稠性，而且与所用分散体的相容性良好，若流变助剂与分散体相容性不好，会影响产品光泽，而且储存后产品会有分水现象，本发明是通过理论分析并结合大量测试选择出具有合适增稠性和良好相容性的流变助剂。
与其他组分匹配的，本发明还选择了合适的润湿剂组合，具体是聚醚改性有机硅润湿剂及乙氧基改性炔二醇类润湿剂，改性有机硅润湿剂能很好的降低体系静态表面张力，使产品在表面张力较低的基材上具有良好的润湿性能，如金银卡纸或玻璃纸，但在高速印刷时，仅用改性有机硅润湿剂不能很好的控制动态表面张力，出现润湿不良现象，选择搭配乙氧基改性炔二醇类润湿剂能很好控制高速印刷时的动态表面张力，使产品具有优异的印刷适性。上述两种润湿剂的组合使水性涂层配方产品能适应不同的纸张、金银卡纸等基材，具有良好的印刷适性，能满足凹印、柔印、胶印上光机等不同的印刷方式。
因本发明所述水性涂层所用分散体的特殊性，对流变剂及润湿剂的选择需要在研究原理的基础上适当的设计实验来进行最终的确定，不能任意的选择已有的任一种流变剂或润湿剂，上述试剂选择不当水性涂层混合体系会出现相容性及稳定性问题，会出现失光、分水或后增稠等问题，影响产品性能，使产品不能达标。
本发明的上述环保水性涂层可以按照客户要求添加功能性助剂，提供满足各种耐磨性、耐水性、光泽度等等需求的产品。
所述的环保水性涂层通常还包括10.0-15.0重量份的水。
所述的环保水性涂层优选还包括0.2-1.0重量份的消泡剂，所述消泡剂可以为毕克或陶熙公司生产的水性聚醚改性有机硅消泡剂DOWSIL 65。
所述的环保水性涂层优选还包括3.0-8.0重量份的耐磨剂，所述耐磨剂可以为氧化聚乙烯蜡乳液，例如翁开尔842N，翁开尔MD-2000，巴斯夫WAX35 等。
所述的环保水性涂层优选还包括0.1-1.0重量份的滑爽剂，所述滑爽剂可以为迪高或陶熙公司提供的聚醚改性有机硅滑爽剂DOWSIL 51或TEGO 410。
所述的环保水性涂层优选还包括不大于0.5重量份的抗粘剂，所述抗粘剂可以为陶熙公司提供的环氧改性硅橡胶类抗粘剂DOESIL 23N。
所述的环保水性涂层优选还包括0.1-0.2重量份的防霉剂。所述防霉剂可以是杂环化合物，如海明斯特殊化学提供的MB-11。
所述的环保水性涂层优选还包括0.2-0.5重量份的胺中和剂。所述胺中和剂可以选择低气味的乙二醇胺类产品，如海名斯特殊化学提供的DeuAdd MA-95。
具体地，本发明还提供一种环保水性涂层，其包括以下重量份的主要组分：
(1)水性丙烯酸单分散树脂30.0-45.0，作为主要连接料之一，
(2)水性苯丙树脂20.0-40.0，作为主要连接料之一，
(3)水10.0-15.0，
(4)流变助剂0.3-1.0，
(5)消泡剂0.2-1.0，
(6)润湿剂A 0.5-1.5，
(7)润湿剂B 0.1-0.5，
(8)耐磨剂3.0-8.0，
(9)滑爽剂0.1-1.0，
(10)抗粘剂0.0-0.5，
(11)防霉剂0.1-0.2，
(12)胺中和剂0.2-0.5；
其中所述流变助剂为缔合型聚醚聚氨酯，所述润湿剂A为乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，所述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂，并且所述环保水性涂层不含低沸点有机溶剂。所述缔合型聚醚聚氨酯聚醚和二异氰酸酯的加合物，并含疏水端基。
本发明的上述环保水性涂层的主体水性丙烯酸单分散树脂完全以水为分散介质，该树脂在合成时，所用基础单体甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯在纯水体系中通过引发剂的作用聚合而成，直接合成并保存于纯水体系中，而非后期乳化分散或利用亲水基团溶解溶胀于水中，具有良好的水溶性，不需要通过提高分散体的pH值来增加水溶性，使产品能够保持中性，保证了产品的环保性，减少了胺及乳化剂的使用。
本发明采用的水性苯丙树脂不含有乳化剂，保证了产品的环保性能。
上述各组分中，
水性丙烯酸单分散树脂为本发明水性涂层的主要连接料之一，为纳米纯水性聚丙烯酸单分散树脂，该树脂完全以水为分散介质，在水中合成，而非后期乳化分散或利用亲水基团溶解溶胀于水中，减少了使用乳化剂对环境的影响，保证产品的环保性。
水性苯丙树脂是本发明水性涂层的主要连接料之一，使用水、乙二醇胺及固体苯丙树脂合成，合成中不使用乳化剂，以水为介质，保持产品的环境友好性，并具有良好的光泽、透明性、印刷适应性、优异的水溶性。
因本发明的水性涂层所用水性树脂都具有良好的水溶性，在水中粘度较低，不能满足印刷机涂布所需的粘度，因此本发明采用零VOC、不含有机锡及APEO的环保水性流变助剂，例如是缔合型聚醚聚氨酯流变助剂，将水性涂层产品调整为合适的应用粘度、涂层流平性、混合体系流动性、相容性。
上述消泡剂为不含有机锡及APEO的水性聚醚改性有机硅消泡剂，用于抑制产品在生产和使用中出现的气泡。
上述润湿剂A采用基于炔二醇改性的高效润湿剂，例如是乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，可大幅降低静态及动态表面张力，具有良好的润湿剂及高速印刷性能。
上述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂，使产品具有良好的润湿剂流平性。
润湿剂A与润湿剂B的混合使用，能使该水性涂层同时适用于表面张力较低的基材及高速印刷的情况。
上述耐磨剂选自氧化聚乙烯蜡乳液，能够赋予产品良好的耐摩擦性能。
上述滑爽剂为聚醚改性有机硅滑爽剂，提供产品良好的滑爽性、耐刮性及抗粘连能。
上述抗粘剂为环氧改性硅橡胶类抗粘剂，能够赋予产品优异的抗粘及耐磨性。
上述防霉剂和胺中和剂分别提供产品的防霉性及pH值稳定性。
上述的环保水性涂层的制备，能够通过如下方法进行：在容器内添加配方量的连接料，开启搅拌，再依次添加所需助剂，使用高速分散工艺，分散均匀制备本发明的纯水性涂层。
该产品除具有传统产品的功能性外，因该涂层完全以水为分散介质，使用时可以完全以水进行稀释到所需粘度，并能保证良好的干燥性能，在200 米/分钟以上的高速印刷过程中不需要添加快干性的有机溶剂如乙醇等提高产品的干燥性。在保证相同的物理性能下实际涂布量为传统水性涂层的60--70％，保证了产品的环境友好性。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。以下实施例中，各组分均为市售。
实施例1
本实施例的一种环保水性涂层，由以下重量份数的主要组分组成：
水性丙烯酸单分散体树脂 45
水性苯丙树脂溶液JONCRYL687 29
水 15
流变助剂缔合型聚醚聚氨酯 0.5
消泡剂DOWSIL 65 0.7
润湿剂A乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂 0.5
润湿剂B聚醚改性有机硅润湿剂 0.2
耐磨剂MD2000 8
滑爽剂TEGO 410 0.3
抗粘剂DOESIL 23N 0.5
防霉剂MB-11 0.1
胺中和剂DeuAdd MA-95 0.2。
通过在容器内添加配方量的两种连接料，开启搅拌，再依次添加所需助剂，使用高速分散工艺，分散均匀制得纯水性涂层。
关于本实施例的纯水性涂层的相容性和稳定性评估结果：纯水性涂层成品生产后为稳定均匀的胶体，无分层或者物质析出，在密闭避光5-25度情况下保质期大于等于1年，大量加入水稀释仍可保持其稳定均匀的胶体形态。
将上述水性涂层在长沙某印刷厂，以凹印机印刷，银卡纸，印刷速度200 米/分钟条件印刷，所得涂层性能完全符合包装要求，详见下表1，表1所示为YC 171-2014烟用接装纸标准，溶剂残留量。按YC 171-2014标准溶剂残留需低于10mg/m2，下表1中本实施例产品检测的数据皆接近于0，远远低于标准。可见本实施例的水性涂层产品中有机溶剂含量几乎为0。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例2
本实施例的一种环保水性涂层，由以下重量份数的主要组分组成：
水性丙烯酸单分散体树脂 43
水性苯丙树脂溶液JONCRYL687 34
水 15
流变助剂缔合型聚醚聚氨酯 0.5
消泡剂DOWSIL 65 0.6
润湿剂A乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂 0.5
润湿剂B聚醚改性有机硅润湿剂 0.2
耐磨剂WAX35 5.5
滑爽剂DOWSIL 51 0.2
抗粘剂DOESIL 23N 0.3
防霉剂MB-11 0.1
胺中和剂DeuAdd MA-95 0.2。
通过在容器内添加配方量的两种连接料，开启搅拌，再依次添加所需助剂，使用高速分散工艺，分散均匀制得纯水性涂层。
本实施例的纯水性涂层的相容性和稳定性评估结果：本实施例得到的上述纯水性涂层成品生产后为稳定均匀的胶体，无分层或者物质析出，在密闭避光5-25度情况下保质期大于等于1年，大量加入水稀释仍可保持其稳定均匀的胶体形态。
将上述水性涂层在延吉某印刷厂，凹印机印刷，高光纸，转移纸，速度 120米/分钟印刷，所得涂层性能完全符合包装要求，详见下表2，表2所示为 YC 171-2014烟用接装纸标准，溶剂残留量。按YC 171-2014标准溶剂残留需低于10mg/m2，下表1中本实施例产品检测的数据皆接近于0，远远低于标准。可见本实施例的水性涂层产品中有机溶剂含量几乎为0。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例3
本实施例的一种环保水性涂层，由以下重量份数的主要组分组成：
水性丙烯酸单分散体树脂 41
水性苯丙树脂溶液JONCRYL687 34.9
水 15
流变助剂缔合型聚醚聚氨酯 0.7
消泡剂DOWSIL 65 0.8
润湿剂A乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂 0.5
润湿剂B聚醚改性有机硅润湿剂 0.3
耐磨剂WAX35 6
滑爽剂DOWSIL 51 0.3
抗粘剂DOESIL 23N 0.1
防霉剂MB-11 0.2
胺中和剂DeuAdd MA-95 0.2。
通过在容器内添加配方量的两种连接料，开启搅拌，再依次添加所需助剂，使用高速分散工艺，分散均匀制得纯水性涂层。
本实施例的纯水性涂层的相容性和稳定性评估结果：本实施例得到的上述纯水性涂层成品生产后为稳定均匀的胶体，无分层或者物质析出，在密闭避光5-25度情况下保质期大于等于1年，大量加入水稀释仍可保持其稳定均匀的胶体形态。
将上述水性涂层在温州某印刷厂，凹印机印刷，高光纸，速度140米/分钟印刷，所得涂层性能完全符合包装要求，详见下表3，表3所示为YC 171-2014烟用接装纸标准，溶剂残留量。按YC 171-2014标准溶剂残留需低于10mg/m2，下表1中本实施例产品检测的数据皆接近于0，远远低于标准。可见本实施例的水性涂层产品为不含有机溶剂的环保产品。
在表3中，空白样是做气象色谱，检测仪器校正数据用，
检测值在定量限以下的认为是检测误差。
该表3表明本实施例的产品有机溶剂含量几乎为0。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE004
在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种环保水性涂层，其特征在于，其组分以30.0-45.0重量份水性丙烯酸单分散树脂及20.0-40.0重量份水性苯丙树脂作为主要连接料，并添加0.3-1.0重量份的流变助剂及0.5-1.5重量份的润湿剂A、0.1-0.5重量份的润湿剂B，并不含低沸点有机溶剂，其中所述流变助剂为缔合型聚醚聚氨酯，所述润湿剂A为乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，所述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂。
2.如权利要求1所述的环保水性涂层，其特征在于，还包括10.0-15.0重量份的水。
3.如权利要求1所述的环保水性涂层，其特征在于，还包括0.2-1.0重量份的消泡剂，所述消泡剂为水性聚醚改性有机硅消泡剂。
4.如权利要求1所述的环保水性涂层，其特征在于，还包括3.0-8.0重量份的耐磨剂，所述耐磨剂为氧化聚乙烯蜡乳液。
5.如权利要求1所述的环保水性涂层，其特征在于，还包括0.1-1.0重量份的滑爽剂，所述滑爽剂为聚醚改性有机硅滑爽剂。
6.如权利要求1所述的环保水性涂层，其特征在于，还包括不大于0.5重量份的抗粘剂，所述抗粘剂为环氧改性硅橡胶类抗粘剂。
7.如权利要求1所述的环保水性涂层，其特征在于，还包括0.1-0.2重量份的防霉剂。
8.如权利要求1所述的环保水性涂层，其特征在于，还包括0.2-0.5重量份的胺中和剂。
9.一种环保水性涂层，其特征在于，包括以下重量份的主要组分：
(1)水性丙烯酸单分散树脂30.0-45.0，作为主要连接料之一，
(2)水性苯丙树脂20.0-40.0，作为主要连接料之一，
(3)水 10.0-15.0，
(4)流变助剂 0.3-1.0，
(5)消泡剂 0.2-1.0，
(6)润湿剂A 0.5-1.5，
(7)润湿剂B 0.1-0.5，
(8)耐磨剂 3.0-8.0，
(9)滑爽剂 0.1-1.0，
(10)抗粘剂 0.0-0.5，
(11)防霉剂 0.1-0.2，
(12)胺中和剂 0.2-0.5；
其中所述流变助剂为缔合型聚醚聚氨酯，所述润湿剂A为乙氧基改性炔二醇类基材润湿剂，所述润湿剂B为聚醚改性有机硅润湿剂，并且所述环保水性涂层不含低沸点有机溶剂。
10.一种权利要求1-8中任一或者权利要求9所述的环保水性涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在容器内添加配方量的两种连接料，开启搅拌，再依次添加其余所需助剂，使用高速分散工艺，分散均匀，制备得所述环保水性涂层。
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