CN112708309A - 一种具有超高耐磨性能的水性光油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水性光油印刷覆膜技术领域，具体公开了一种具有超高耐磨性能的水性光油及其制备方法。所述水性光油由下列质量份的原料组成：水性苯丙不成膜乳液5‑30份、水性硅丙成膜乳液40‑80份、水性树脂5‑20份、消泡剂0.1‑1份、蜡乳液5‑20份、有机硅增硬耐磨剂0.1‑1份和去离子水2‑10份。本发明制得的水性光油用于解决现有技术中纸箱在不同条件下耐磨不足的问题，主要用于同时克服普通光油在南方雨季湿度100%时及北方冬天湿度低于20%时的耐磨明显下降问题。

Description

一种具有超高耐磨性能的水性光油及其制备方法

技术领域

本发明属于水性光油印刷覆膜技术领域，具体涉及一种具有超高耐磨性能的水性光油及其制备方法。

背景技术

光油作为一种印刷表面处理材料，被广泛应用于印刷行业，通过将光油涂覆在承印物表面，形成一层透明的有强度及其他特殊功能的薄膜，能很好的起到保护印刷图文的作用，因此光油被广泛印刷在食品饮料、鞋盒、烟酒的包装盒外表面，使得包装盒表面具有诸如高耐磨、高光、防滑、防黏连等性能。其中耐磨性能越来越受到重视，好的耐磨性能能保证纸箱在运输途中墨层上的不同颜色不会转移到其他纸箱上，保护图文的完整性和美观性。现有技术中纸箱普遍耐磨为400次，且耐磨合格条件为夏天正常的室温检测条件，没有参考实际使用中较为复杂的存储运输条件，在实际应用中出现气候变化，运输方式对纸箱保护不够等还是会发生纸箱掉色问题。主要原因是普通光油制成的纸箱耐磨受天气、湿度等的影响较大。普通耐磨光油很难适应全国各地不同环境和不同的储存条件，使用时有一定局限性，很难满足整体要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有超高耐磨性能的水性光油及其制备方法，用于解决现有技术中在不同存储运输条件下(如湿度低于20％和气温低于0℃、湿度接近100％的条件下)的纸箱耐磨不足问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种具有超高耐磨性能的水性光油，所述水性光油由下列质量份的原料制成：水性苯丙不成膜乳液5-30份、水性硅丙成膜乳液40-80份、水性树脂5-20份、消泡剂0.1-1份、蜡乳液5-20份、有机硅增硬耐磨剂0.1-1份和去离子水2-10份。

进一步地，所述水性苯丙不成膜乳液由下列质量份的原料制成：在保护胶体(例如是：巴斯夫678树脂)的保护下由苯乙烯5-15份、甲基丙烯酸甲酯10-25份、交联助剂0.5-3份、去离子水30-50份、引发剂1-3.5份反应而成，合成过程中采用预乳化法合成核壳乳液，所使用的缓冲剂为碳酸氢钠，引发剂为过硫酸铵，反应温度为75-85℃，交联助剂为双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼。

进一步地，所得水性苯丙不成膜乳液为经过交联改性的硬质不成膜乳液，其Tg值为85-105℃，固含量为45-55％。

进一步地，所述水性硅丙成膜乳液由下列质量份的原料制成：在保护胶体(例如是：巴斯夫678树脂)的保护下由苯乙烯5-15份、丙烯酸丁酯10-30份、丙烯酸异辛酯5-20、有机硅单体1-5份、去离子水30-50份、引发剂1-3.5份反应而成，合成过程中采用预乳化法合成核壳乳液，所使用的缓冲剂为碳酸氢钠，引发剂为过硫酸铵，反应温度为75-85℃，有机硅单体为乙烯基三乙氧基硅烷。

进一步地，所得水性硅丙成膜乳液为软质成膜乳液，其Tg值为-10-0℃，固含量为45-50％。

进一步地，所述水性树脂为一种高耐磨树脂液，固含量为20％，例如是J-690树脂溶液。

进一步地，所述消泡剂为有机硅消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或多种的混合物，例如是道康宁DC-65。

进一步地，所述蜡乳液为高密度聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡、棕榈蜡和石蜡中的一种或多种的混合物，其粒径为0.1-2微米或5-15微米；例如是Keim-D-806、公耀91240、Keim-MD2000、E801、E340、D-816、E-342、D-816、E-342、E-7090X等。

进一步地，所述有机硅增硬耐磨剂为DC-51或Silp-87同类型中的一种或多种的混合物。

上述具有超高耐磨性能的水性光油的制备方法，包括以下步骤：

S1、将水性苯丙不成膜乳液加入反应器中，保持转速为500-800r/min，再将水性硅丙成膜乳液、水性树脂和蜡乳液依次倒入反应器，混匀；

S2、将消泡剂、有机硅增硬耐磨剂以及部分去离子水加入高位反应器中，将高位反应器转速调至800-1500r/min，混匀，引入步骤S1的反应器中，用剩余去离子水冲洗高位反应器后引入步骤S1的反应器中，继续混匀，即得。

本发明的原理：本发明的关键点在于使用优异的水性苯丙不成膜乳液和水性硅丙成膜乳液并引入水性树脂及蜡乳液，使得光油膜层具有了极佳柔韧性，大大提高了在不同环境下光油的耐磨稳定性。其中水性硅丙成膜乳液是重点，其乳液合成时引入有机硅单体，在保证乳液本身柔软性的同时，提高了乳液本身成膜后的膜层韧性，用在预印光油上还能保证光油的耐温性能，用在非预印体系保证耐磨的情况下同时提高了膜层的抗粘性能。不同种类和粒径的蜡乳液混合后提高了蜡乳液对膜层耐磨的贡献性，同时不同蜡乳液的引入提高了膜层的防水性，其中石蜡乳液成膜后是完全拒水，聚四氟乙烯乳液成膜后拒水滑爽，棕榈蜡拒水润滑等特点增加了膜层对湿度变化的抗性。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

本发明的优点在于光油本身具有同其它光油相似的光泽和耐磨性能，但是在耐磨性能稳定性的提升上是其它光油完全不能媲美的。一般的光油在北方的冬季湿度低于20％时耐磨极差，膜层完全粉脆，纸箱大面积掉色，或在南方雨季季节空气湿度长时间处于100％时，普通纸箱表面膜层像湿的一样稍微剐蹭即掉色。本光油能同时兼顾解决这两种极端条件下的耐磨问题。

附图说明

图1为对比例1的光油在常规条件、低湿度条件、低温低湿度条件和超高湿度条件等四种测试条件下的耐磨性能效果图；

图2为实施例6的光油在常规条件、低湿度条件、低温低湿度条件和超高湿度条件等四种测试条件下的耐磨性能效果图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种具有超高耐磨性能的水性光油，所述水性光油由下列质量份的原料制备而成：

上述水性光油的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备水性苯丙不成膜乳液：

将12g固体巴斯夫678树脂加入反应釜内，再加入5g 20wt％氨水以及40g去离子水后，搅拌升温至75℃，保温1h，待树脂完全溶解后，向反应釜内加入1g碳酸氢钠，升温至78℃，加入3g苯乙烯、6g甲基丙烯酸甲酯及0.5g过硫酸铵，另取7g苯乙烯、14g甲基丙烯酸甲酯、2g双丙酮丙烯酰胺、1g过硫酸铵和5g去离子水在预乳化釜内搅拌均匀，待反应釜因为反应放热升温至82℃时保温30分钟，保温结束后开始滴加预乳化液，滴加时间1.5h，滴加完毕后保温2h，降温至45℃，加入1g己二酸二酰肼，即得；

(2)制备水性硅丙成膜乳液：将11g固体巴斯夫678树脂加入反应釜内，再加入5g20wt％氨水以及40g去离子水后，搅拌升温至75℃，保温1h，待树脂完全溶解后，向反应釜内加入1g碳酸氢钠，升温至78℃，加入1g苯乙烯、6g丙烯酸丁酯、5g丙烯酸异辛酯及0.5g过硫酸铵，另取4g苯乙烯、11g丙烯酸丁酯、6g丙烯酸异辛酯、3g乙烯基三乙氧基硅烷、1g过硫酸铵和5g去离子水在预乳化釜内搅拌均匀，待反应釜因为反应放热升温至82℃时保温30分钟，保温结束后开始滴加预乳化液，滴加时间1.5h，滴加完毕后保温2h，降温至45℃，即得；

(3)将步骤(1)所得水性苯丙不成膜乳液加入反应器中，保持转速为500r/min，再将步骤(2)所得水性硅丙成膜乳液、水性树脂和蜡乳液依次倒入，保持低速匀速(500r/min)搅拌避免起泡，搅拌30分钟；

(4)将消泡剂、有机硅增硬耐磨剂以及一半去离子水加入高位反应器中，再将高位反应器转速调至800r/min，搅拌15分钟后，由高位反应器引入步骤(3)反应器中，并用剩余一半去离子水冲洗高位反应器；反应器继续搅拌30分钟，即得。

实施例2

一种具有超高耐磨性能的水性光油，所述水性光油由下列质量份的原料制备而成：

上述水性光油的制备方法同实施例1。

实施例3

一种具有超高耐磨性能的水性光油，所述水性光油由下列质量份的原料制备而成：

上述水性光油的制备方法同实施例1。

实施例4

一种具有超高耐磨性能的水性光油，所述水性光油由下列质量份的原料制备而成：

上述水性光油的制备方法同实施例1。

实施例5

一种具有超高耐磨性能的水性光油，所述水性光油由下列质量份的原料制备而成：

上述水性光油的制备方法同实施例1。

实施例6

一种具有超高耐磨性能的水性光油，所述水性光油由下列质量份的原料制备而成：

上述水性光油的制备方法同实施例1。

对比例1

某公司市售高耐磨光油，实测在常规条件下(25℃，相对湿度70％)标样上光测试1000次耐磨不掉色。普通市售所谓高耐磨光油大部分只有400次耐磨，此光油为所选对比样中耐磨最好的。

实施例1～6制得光油和对比例1制得光油的相关测试方法及结果：

制样：取实施例1～6和对比例1制得的光油用展色轮在未上光的标准颜色印刷面纸上上光制取检测性能的样张。

性能检测：耐磨性能使用标准HD-A507型油墨耐磨测试仪测试，光泽度为GZ-Ⅱ型60度光泽仪测试(光泽度结果取横竖方向各3次，取平均值)；

其中耐磨性能分别在四种测试条件下检测(测试样条为A4纸)：

①“常规条件”耐磨性能：将刮涂样张置于25℃，相对湿度70％条件下72h后，测试其耐磨性能；

②“低湿度条件”耐磨性能：模拟北方冬天气温低和湿度低的储存条件，将刮涂样张放入干燥器中，干燥器中放入数显温湿度仪，保持内部温度30℃，湿度为10-20％，放置72h(普通光油干燥后丙烯酸体系由于失水膜层失水韧性降低)，取出测试耐磨性能；

③“低温低湿条件”耐磨性能：模拟北方冬天气温低和湿度低的储存条件，将刮涂样张放入干燥器中，干燥器中放入数显温湿度仪，保持内部湿度在10-20％，将干燥器放入冷藏柜中保持零下15℃72h(普通光油干燥后丙烯酸体系由于失水膜层失水韧性降低，膜层由于低温表现出明显脆性)，取出测试耐磨性能；

④“超高湿度条件”耐磨性能：将刮涂样张放入温度30℃、湿度100％的恒温恒湿箱中72h，取出测试耐磨性能(普通光油在高湿度条件下由于其亲水性膜层在长时间高湿度下表现出膜层吸水软化)。

实施例1～6和对比例1制得的光油对印刷纸样上光后的性能检测结果如表1所示。

表1实施例1～6和对比例1制得的光油对印刷纸样上光后的性能检测结果

由表1结果可知，实施例5和6制得的光油在“低湿度条件”、“低温低湿条件”、“超高湿度条件”的耐磨性能检测结果均为1000次不掉色，效果极佳，原因是乳液软硬比例合适，特殊的成膜乳液使得整体成膜后膜层韧性较好，混用的蜡乳液能增加膜层硬度，并使得光油膜层在亲水性拒水性间有较好的平衡，避免了膜层吸水或失水后的膜层破坏。

普通光油(对比例1的光油)分别在常规条件下的1000次耐磨性能效果图及低湿度条件、低温低湿度条件和超高湿度条件等三种测试条件下的400次耐磨性能效果图，如图1所示。

实施例6的超高耐磨光油分别在常规条件下的400次耐磨性能效果图及低湿度条件、低温低湿度条件和超高湿度条件等三种测试条件下的1000次耐磨性能效果图，如图2所示。

以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有超高耐磨性能的水性光油，其特征在于，所述水性光油由下列质量份的原料制成：水性苯丙不成膜乳液5-30份、水性硅丙成膜乳液40-80份、水性树脂5-20份、消泡剂0.1-1份、蜡乳液5-20份、有机硅增硬耐磨剂0.1-1份和去离子水2-10份；

所述水性苯丙不成膜乳液为经过交联改性的硬质不成膜乳液，其Tg值为85-105℃，固含量为45-55％；

所述水性硅丙成膜乳液为软质成膜乳液，其Tg值为-10-0℃，固含量为45-50％；

所述水性树脂为高耐磨树脂液，固含量为20％；

所述蜡乳液为高密度聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡、棕榈蜡和石蜡中的一种或多种的混合物，其粒径为0.1-2微米或5-15微米。

2.根据权利要求1所述的水性光油，其特征在于，所述水性苯丙不成膜乳液由下列质量份的原料制成：在保护胶体的保护下由苯乙烯5-15份、甲基丙烯酸甲酯10-25份、交联助剂0.5-3份、去离子水30-50份和引发剂1-3.5份反应而成，合成过程中采用预乳化法合成核壳乳液，反应温度为75-85℃，所述引发剂为过硫酸铵，所述交联助剂为双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼。

3.根据权利要求1所述的水性光油，其特征在于，所述水性硅丙成膜乳液由下列质量份的原料制成：在保护胶体的保护下由苯乙烯5-15份、丙烯酸丁酯10-30份、丙烯酸异辛酯5-20、有机硅单体1-5份、去离子水30-50份和引发剂1-3.5份反应而成，合成过程中采用预乳化法合成核壳乳液，反应温度为75-85℃，所述引发剂为过硫酸铵，所述有机硅单体为乙烯基三乙氧基硅烷。

4.根据权利要求1所述的水性光油，其特征在于，所述水性树脂为J-690树脂溶液。

5.根据权利要求1所述的水性光油，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的水性光油，其特征在于，所述消泡剂为道康宁DC-65。

7.根据权利要求1所述的水性光油，其特征在于，所述蜡乳液选自Keim-D-806、公耀91240、Keim-MD2000、E801、E340、D-816、E-342、D-816、E-342和E-7090X中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的水性光油，其特征在于，所述有机硅增硬耐磨剂为DC-51、Silp-87或SILCO T-42。

9.根据权利要求1～8所述的水性光油，其特征在于，所述水性光油的制备方法包括以下步骤：

S1、将水性苯丙不成膜乳液加入反应器中，保持转速为500-800r/min，再将水性硅丙成膜乳液、水性树脂和蜡乳液依次倒入反应器，混匀；

S2、将消泡剂、有机硅增硬耐磨剂以及部分去离子水加入高位反应器中，将高位反应器转速调至800-1500r/min，混匀，引入步骤S1的反应器中，用剩余去离子水冲洗高位反应器后引入步骤S1的反应器中，继续混匀，即得。

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