CN113651986A - 一种高耐磨丙烯酸涂布膜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了高耐磨丙烯酸涂布膜，包括基材；所述基材的上表面依次设置有第一水性聚氨酯底胶层和第一丙烯酸涂料层；下表面依次设置有第二水性聚氨酯底胶层和第二丙烯酸涂料层；所述第一丙烯酸涂料层和第二丙烯酸涂料层为丙烯酸涂料烘干形成的涂层；按照质量含量计，所述丙烯酸涂料包括：软水55％～65％，乙烯－丙烯酸共聚物15％～20％，甲基丙烯酸乙酯5％～10％，丙烯腈5％～8％，硅烷偶联剂3％～5％，乳化剂1.5％～4.5％，引发剂0.2％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，pH调节剂0.2％～0.5％，改性沉淀法二氧化硅隔离剂0.2％～0.5％，棕榈蜡1.5％～3.5％，聚四氟乙烯乳液1.0％～1.5％。
Description
技术领域
本发明涉及外包装膜技术领域，尤其涉及一种高耐磨丙烯酸涂布膜及其制造方法。
背景技术
丙烯酸涂布膜具有良好的阻隔气味性能及热封强度，因此广泛应用于烟包、化妆品及香水等产品的外包装。但是由于丙烯酸涂料涂层较软，涂布膜在运输、生产包装产品及使用过程中由于摩擦及按压等情况，膜面容易磨花受损，体现为产品耐磨性差，影响被包产品的质感，降低消费者的消费体验。因此解决丙烯酸涂布膜的耐磨性对于解决丙烯酸涂布膜应用领域的扩张及发展至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高耐磨丙烯酸涂布膜及其制造方法，具有较好的耐磨性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高耐磨丙烯酸涂布膜，包括基材；
所述基材的上表面依次设置有第一水性聚氨酯底胶层和第一丙烯酸涂料层；
所述基材的下表面依次设置有第二水性聚氨酯底胶层和第二丙烯酸涂料层；
所述第一丙烯酸涂料层和第二丙烯酸涂料层为丙烯酸涂料烘干形成的涂层；
按照质量含量计，所述丙烯酸涂料包括：软水55％～65％，乙烯－丙烯酸共聚物15％～20％，甲基丙烯酸乙酯5％～10％，丙烯腈5％～8％，硅烷偶联剂3％～5％，乳化剂1.5％～4.5％，引发剂0.2％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，pH调节剂0.2％～0.5％，改性沉淀法二氧化硅隔离剂0.2％～0.5％，棕榈蜡1.5％～3.5％，聚四氟乙烯乳液1.0％～1.5％。
图1为本发明提供的高耐磨丙烯酸涂布膜的结构示意图，包括第一丙烯酸涂料层1，第一水性聚氨酯底胶层2，基材3，第二水性聚氨酯底胶层4，第二丙烯酸涂料层5。
本发明优选的，所述基材的厚度为15～35μm。
所述基材优选为PP基材，更优选为BOPP膜。
所述第一水性聚氨酯底胶层、第二水性聚氨酯底胶层分别设置于基材的上下表面。
本发明优选的，所述第一水性聚氨酯底胶层的厚度为0.2～0.5μm。
本发明优选的，所述第二水性聚氨酯底胶层的厚度为0.2～0.5μm。
本发明中，所述第一水性聚氨酯底胶层和第二水性聚氨酯底胶层为聚氨酯涂料烘干形成的涂层。
本发明优选的。按照质量含量计，所述聚氨酯涂料包括：
软水62％～66％，二异氰酸酯14％～20％，聚酯多元醇9％～10％，改性环氧树脂2.0％～3.5％，炔二醇表面活性剂0.5％～1.2％，N-甲基吡咯烷酮2.0％～3.5％，羟基羧酸化合物0.5％～2.0％，三乙胺0.5％～2.5％，丙酮5.5％～6.5％，扩链剂0.1％～0.3％，pH调节剂0.5％～1.5％。
本发明优选的，所述二异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯。
本发明优选的，所述聚酯多元醇选自聚己内酯多元醇。
本发明优选的，所述改性环氧树脂选自有机硅改性二酚基丙烷型环氧树脂。
本发明优选的，所述炔二醇表面活性剂选自二甲基辛炔二醇表面活性剂。
本发明优选的，所述羟基羧酸化合物选自2,2-二羟甲基丙酸。
本发明优选的，所述扩链剂选自乙二胺基乙磺酸钠扩链剂。
本发明优选的，所述pH调节剂选自二甲基乙醇胺pH调节剂。
本发明优选的，所述第一丙烯酸涂料层的厚度为0.5～1.0μm。
本发明优选的，所述第二丙烯酸涂料层的厚度为0.5～1.0μm。
本发明优选的，所述第一丙烯酸涂料层和第二丙烯酸涂料层为丙烯酸涂料烘干形成的涂层。
本发明优选的，按照质量含量计，所述丙烯酸涂料包括：软水55％～65％，乙烯－丙烯酸共聚物15％～20％，甲基丙烯酸乙酯5％～10％，丙烯腈5％～8％，硅烷偶联剂3％～5％，乳化剂1.5％～4.5％，引发剂0.2％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，pH调节剂0.2％～0.5％，改性沉淀法二氧化硅隔离剂0.2％～0.5％，棕榈蜡1.5％～3.5％，聚四氟乙烯乳液1.0％～1.5％。
本发明中，上述沉淀法二氧化硅的改性是指将二氧化硅从颗粒状制作成乳液状，利于在聚合时能够均匀的混合于乳液中。
所述乳液状沉淀法二氧化硅的溶剂优选为无离子水；所述二氧化硅的浓度优选为5％～15％，更优选为10％。
本发明优选的，所述硅烷偶联剂选自LT-5603环氧基硅烷偶联剂。
本发明优选的，所述乳化剂选自乙烯基磺酸钠乳化剂。
本发明优选的，所述引发剂选自过氧化特戊酸特戊酯引发剂。
本发明优选的，所述消泡剂选自GS-T532聚醚合成消泡剂。
本发明优选的，所述pH调节剂选自二甲基乙醇胺pH调节剂。
本发明是通过对丙烯酸配方的优化改进，一方面，引进其他交联体系，提高丙烯酸涂料的交联密度，另一方面，对丙烯酸涂层表面进行改性，降低丙烯酸表面的摩擦系数，提高涂层表面的润滑性，提高了丙烯酸涂料的交联反应，和涂层表面的网络交联结构，从而提高了丙烯酸涂层的耐磨性。
实验结果表明，本发明在制作丙烯酸乳液过程中加入的硅烷偶联剂及聚四氟乙烯乳液两种物质都能够提高丙烯酸涂料的耐磨性。
硅烷偶联剂属于化学作用，其作用一：使丙烯酸乳液在涂布形成涂层过程中与水性聚氨酯底胶具有很强的化学交联，提高了丙烯酸与水性聚氨酯底胶的附着力；其二：与丙烯酸乳液颗粒表面的硅烷偶联剂水解生成的硅醇键起网络结构的交联作用，从而增强涂层的内聚力，因此提高丙烯酸涂层的耐磨性。
聚四氟乙烯乳液，在制作丙烯酸乳液过程中能够均匀稳定的分散在丙烯酸乳液中。在丙烯酸乳液涂布过程中，聚四氟乙烯颗粒均匀的嵌入丙烯酸涂层表面，由于丙烯酸涂层厚度为0.5～1.0μm，而聚四氟乙烯粒径≥2μm。因此在摩擦过程中聚四氟乙烯颗粒起到很大程度阻隔丙烯酸涂层被摩擦的作用，而且聚四氟乙烯的摩擦系数非常小，静摩擦系数仅为0.04，是已知固体材料中最低的摩擦系数，具有非常良好的自润滑作用。因此本发明提供的丙烯酸乳液涂布制备的丙烯酸涂布膜，在运输、生产包装及使用过程中，均体现较好的耐磨性。
本发明制备的BOPP光膜基材涂布聚氨酯底胶再涂布本发明的丙烯酸乳液，经过高温烘干固化后，具有良好热封，在78℃*0.14MPa*1S条件下，热封强度≥3.0N/15mm。
本发明提供了上述高耐磨丙烯酸涂布膜的制造方法，包括以下步骤：
S1)放卷工序：展开基材；
S2)在基材的一侧表面进行电晕处理；
S3)在基材进行电晕处理的一侧表面涂布第一水性聚氨酯底胶层、烘干，然后在第一水性聚氨酯底胶层表面涂布第一丙烯酸涂料层并烘干；
S4)在基材的另一侧表面依次进行电晕处理，涂布第二水性聚氨酯底胶层并烘干，然后在第二水性聚氨酯底胶层表面涂布第二丙烯酸涂料层并烘干。
本发明优选的，所述放卷工序的张力优选为60～110N。
在本发明的一些具体实施例中，所述放卷工序具体为：
在60～110N的张力下，将基材平整的展开，在此放卷张力下，膜卷经过多个导辊连续向前运行，并采用两个相同工位相互交替工作，运用自动拼接及快速换膜，达到连续放卷的目的。
首先通过放卷工序将基材展开，本发明优选的，所述放卷工序的张力优选为60～110N。
在60～110N的张力下，能够将基材膜卷平整的展开，在此放卷张力下，膜卷经过多个导辊连续向前运行，并采用两个相同工位相互交替工作，运用自动拼接及快速换膜，达到连续放卷的目的。
然后在基材的一侧表面进行电晕处理。
本发明优选的，所述电晕处理具体为：
在8.0～10KW功率下薄膜电晕电极通过，在薄膜热封面上均匀处理出表面张力具有≥38的达因值。这样才能确保薄膜表面具有足够的粗糙度，有利于涂布水性聚氨酯底胶的附着力。
然后在基材进行电晕处理的一侧表面涂布第一水性聚氨酯底胶层、烘干。
本发明优选的，所述第一水性聚氨酯底胶层的涂布量为0.05～0.1g/m2，涂布速度为120～500m/min。
在本发明的一些具体实施例中，所述第一水性聚氨酯底胶层的涂布具体为：
通过涂布辊逆转辊吻式将水性聚氨酯底胶涂料涂布在基材的光膜面。
然后进行烘干。
本发明优选的，所述第一聚氨酯底胶层的烘干分为多段；
第一段优选为红外线干燥，所述红外线干燥的温度优选为100～130℃，时间优选为1.0～1.5s；
第二段以及第二段以后为电热烘箱干燥，所述干燥的温度为80～120℃，时间为3～8s。
本发明优选的，在烘干过程中，薄膜需要有一定张力控制，张力大小满足薄膜拉直拉平即可，优选为35～110N。
然后在第一水性聚氨酯底胶层表面涂布第一丙烯酸涂料层并烘干。
本发明优选的，所述第一丙烯酸涂料层的涂布量为0.6～1.3g/m2，涂布速度为120～500m/min。
所述涂布优选通过涂布辊逆转辊吻式将丙烯酸涂料涂布在第一水性聚氨酯底胶层上。
然后进行烘干。
本发明优选的，所述烘干分为多段：
第一段优选为红外线干燥，所述红外线干燥的温度优选为100～130℃，时间优选为0.5～1.0s；
第二段以及第二段以后为电热烘箱干燥，所述干燥的温度优选为70～120℃，时间优选为5～15s。
在本发明的一些具体实施例中，所述电热烘箱分3～5段，温度呈递减设置，即前段优选为100～120℃，后段优选为70～90℃，面涂烘干总时间优选为5～15秒。
本发明优选的，在烘干过程中，薄膜需要有一定张力控制，张力大小满足薄膜拉直拉平即可，优选为35～110N。
然后按照上述操作步骤，在基材的另一侧表面依次进行电晕处理，涂布第二水性聚氨酯底胶层并烘干，然后在第二水性聚氨酯底胶层表面涂布第二丙烯酸涂料层并烘干。
所述电晕处理、涂布第二水性聚氨酯底胶层并烘干、涂布第二丙烯酸涂料层并烘干的具体参数同上，在此不再赘述。
本发明优选的，上述步骤之后还包括：
在线检测、收卷、固化。
所述在线检测优选具体为：采用相机在线图像扫描的工作原理，在生产线高速生产时，采用光源照射产品表面，同时通过相机实时扫描并采集光源照射处的产品图像，将采集的图像进行处理与分割，并记录标记，所述的相机优选为CCD工业相机，所述的光源优选为高亮度LED线性聚光光源，用于判定产品质量及烘干情况。
所述收卷优选具体为：将涂布好的产品进行收卷，收卷时需要控制收卷的张力及压辊的压力，收卷在由小变大时，所受的张力及压力也由大变小，过程中有一最佳衰减率，工艺过程需要根据基材膜、涂布量、膜宽、膜厚等做精细的设定。本发明优选的，所述收卷的张力为50～110N，压辊压力为3.0±2kg。
所述固化优选具体为：常温固化。所述固化的时间优选为2天。
与现有技术相比，本发明提供了一种高耐磨丙烯酸涂布膜，包括基材；
所述基材的上表面依次设置有第一水性聚氨酯底胶层和第一丙烯酸涂料层；所述基材的下表面依次设置有第二水性聚氨酯底胶层和第二丙烯酸涂料层；所述第一丙烯酸涂料层和第二丙烯酸涂料层为丙烯酸涂料烘干形成的涂层；按照质量含量计，所述丙烯酸涂料包括：软水55％～65％，乙烯－丙烯酸共聚物15％～20％，甲基丙烯酸乙酯5％～10％，丙烯腈5％～8％，硅烷偶联剂3％～5％，乳化剂1.5％～4.5％，引发剂0.2％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，pH调节剂0.2％～0.5％，改性沉淀法二氧化硅隔离剂0.2％～0.5％，棕榈蜡1.5％～3.5％，聚四氟乙烯乳液1.0％～1.5％。
丙烯酸具有质软、不耐磨的缺点，为了克服上述缺点，本发明进行了以下改进：途径一是加入硅烷偶联剂改性其内部结构及底胶的结合结构，一方面增强了与底胶的化学交联，另一方面增强了丙烯酸自身的化学交联，形成致密的网络结构，改变丙烯酸本身固有的结构。由于硅烷偶联剂增强了丙烯酸内部结构，提高了内聚力，因此提高了丙烯酸的耐磨性。途径二是通过添加粒径合适的聚四氟乙烯乳液，聚四氟乙烯颗粒均匀的分布嵌入丙烯酸涂层中，由于聚四氟乙烯粒径比丙烯酸涂层厚，丙烯酸涂层厚度为0.5～1.0μm，而聚四氟乙烯粒径≥2μm，因此在使用过程中，与其他物体摩擦时候，大部分摩擦力都由聚四氟乙烯承担，而且通过改性了的聚四氟乙烯乳液，其表面形成了很多氢键及其他化学键，与丙烯酸形成了较为牢固的化学键。因此在摩擦过程中，聚四氟乙烯颗粒不会轻易受到摩擦掉落。而且聚四氟乙烯具有很好的自润滑的特性，在自然界的固体当中静摩擦系数最小，因此摩擦过程中所受的摩擦力也小。因此制备的涂布膜在使用过程中，体现出较好的耐磨性。
附图说明
图1为本发明提供的高耐磨丙烯酸涂布膜的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的高耐磨丙烯酸涂布膜及其制造方法进行详细描述。
以下实施例中，第一水性聚氨酯底胶、第二水性聚氨酯底胶配比如下(以质量含量计)：
实施例1丙烯酸涂料配比如下(以质量含量计)：
实施例2丙烯酸涂料配比如下(以质量含量计)：
比较例1丙烯酸涂料配比如下(以质量含量计)：
实施例3制备过程
实施例1～2以及比较例1的制备过程具体如下：
(1)放卷工序：在85的张力下，把制备的BOPP膜卷平整的展开，在此放卷张力下，膜卷经过多个导辊连续向前运行，并采用两个相同工位相互交替工作，运用自动拼接及快速换膜，达到连续放卷的目的；
(2)电晕工序：在10KW功率下薄膜电晕电极通过，在薄膜热封面上均匀处理出表面张力具有≥38的达因值，确保薄膜表面具有足够的粗糙度，有利于涂布水性底胶的附着力；
(3)底涂工序：通过涂布辊逆转辊吻式将水性聚氨酯底胶涂料涂布在BOPP薄膜的光膜面涂布一层涂布量为0.1g/m2，速度为200m/min；
(4)底涂烘干工序：在烘干过程中，薄膜张力控制在85N，所述烘箱分为3段，第一段的红外温度为：130℃，时间：1.5秒，电热烘箱几段的温度范围为80～120℃，时间：3～8秒；
(5)面涂工序：通过涂布辊逆转辊吻式将本发明的丙烯酸乳液均匀的涂布在BOPP薄膜的聚氨酯底胶涂层上，面涂涂料层的涂布量为0.9g/m2，速度为200m/min；
(6)面涂烘干工序：在烘干过程中，薄膜张力控制在35～110N，所述烘箱分为3段，第一段的红外温度为：130℃，时间：1.5秒，电热烘箱分3段，温度一般呈递减设置，即前段115℃，第二段90℃，后段为80℃，面涂烘干总时间：15秒；
(7)按与(1)～(6)相同生产工艺，在BOPP的另外一面上涂布相同的水性底胶及相同面涂丙烯酸乳液；
(8)在线检测工序：采用相机在线图像扫描的工作原理，在生产线高速生产时，采用光源照射产品表面，同时通过相机实时扫描并采集光源照射处的产品图像，将采集的图像进行处理与分割，并记录标记，所述的相机为CCD工业相机，所述的光源为高亮度LED线性聚光光源，用于判定产品质量及烘干情况；
(9)收卷工序：收卷的张力为80N，压辊压力在3.0kg；
(10)固化：常温固化2天，得到涂布膜。
对实施例1、实施例2及比较例1制备的涂布膜，通过摩擦前、摩擦后雾度大小来表征其耐磨性，具体的试验测试结果如下表1所示：
表1实施例1、实施例2及比较例1摩擦前后的雾度测试结果
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种高耐磨丙烯酸涂布膜，其特征在于，包括基材；
所述基材的上表面依次设置有第一水性聚氨酯底胶层和第一丙烯酸涂料层；
所述基材的下表面依次设置有第二水性聚氨酯底胶层和第二丙烯酸涂料层；
所述第一丙烯酸涂料层和第二丙烯酸涂料层为丙烯酸涂料烘干形成的涂层；
按照质量含量计，所述丙烯酸涂料包括：软水55％～65％，乙烯－丙烯酸共聚物15％～20％，甲基丙烯酸乙酯5％～10％，丙烯腈5％～8％，硅烷偶联剂3％～5％，乳化剂1.5％～4.5％，引发剂0.2％～1.5％，消泡剂0.5％～1.0％，PH调节剂0.2％～0.5％，改性沉淀法二氧化硅隔离剂0.2％～0.5％，棕榈蜡1.5％～3.5％，聚四氟乙烯乳液1.0％～1.5％。
2.根据权利要求1所述的高耐磨丙烯酸涂布膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自LT-5603环氧基硅烷偶联剂；
所述乳化剂选自乙烯基磺酸钠乳化剂；
所述引发剂选自过氧化特戊酸特戊酯引发剂；
所述消泡剂选自GS-T532聚醚合成消泡剂；
所述pH调节剂选自二甲基乙醇胺pH调节剂。
3.根据权利要求1所述的高耐磨丙烯酸涂布膜，其特征在于，所述第一水性聚氨酯底胶层和第二水性聚氨酯底胶层为聚氨酯涂料烘干形成的涂层；
按照质量含量计，所述聚氨酯涂料包括：
软水62％～66％，二异氰酸酯14％～20％，聚酯多元醇9％～10％，改性环氧树脂2.0％～3.5％，炔二醇表面活性剂0.5％～1.2％，N-甲基吡咯烷酮2.0％～3.5％，羟基羧酸化合物0.5％～2.0％，三乙胺0.5％～2.5％，丙酮5.5％～6.5％，扩链剂0.1％～0.3％，二甲基乙醇胺pH调节剂0.5％～1.5％。
4.根据权利要求3所述的高耐磨丙烯酸涂布膜，其特征在于，所述聚酯多元醇选自聚己内酯多元醇；
所述改性环氧树脂选自有机硅改性二酚基丙烷型环氧树脂；
所述扩链剂选自乙二胺基乙磺酸钠扩链剂。
5.根据权利要求1所述的高耐磨丙烯酸涂布膜，其特征在于，所述基材为BOPP膜。
6.根据权利要求1所述的高耐磨丙烯酸涂布膜，其特征在于，所述基材的厚度为15～35μm；
所述第一水性聚氨酯底胶层的厚度为0.2～0.5μm；
所述第一丙烯酸涂料层的厚度为0.5～1.0μm；
所述第二水性聚氨酯底胶层的厚度为0.2～0.5μm；
所述第二丙烯酸涂料层的厚度为0.5～1.0μm。
7.权利要求1～6任一项所述的高耐磨丙烯酸涂布膜的制造方法，包括以下步骤：
S1)放卷工序：展开基材；
S2)在基材的一侧表面进行电晕处理；
S3)在基材进行电晕处理的一侧表面涂布第一水性聚氨酯底胶层、烘干，然后在第一水性聚氨酯底胶层表面涂布第一丙烯酸涂料层并烘干；
S4)在基材的另一侧表面依次进行电晕处理，涂布第二水性聚氨酯底胶层并烘干，然后在第二水性聚氨酯底胶层表面涂布第二丙烯酸涂料层并烘干。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述第一水性聚氨酯底胶层、第二水性聚氨酯底胶层的涂布量为0.05～0.1g/m2，涂布速度为120～500m/min；
所述第一聚氨酯底胶层、第二水性聚氨酯底胶层的烘干分为多段；
第一段为红外线干燥，所述红外线干燥的温度为100～130℃，时间为1.0～1.5s；
第二段以及第二段以后为电热烘箱干燥，所述干燥的温度为80～120℃，时间为3～8s。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述第一丙烯酸涂料层、第二丙烯酸涂料层的涂布量为0.6～1.3g/m2，涂布速度为120～500m/min；
所述第一丙烯酸涂料层、第二丙烯酸涂料层的烘干分为多段：
第一段为红外线干燥，所述红外线干燥的温度为100～130℃，时间为0.5～1.0s；
第二段以及第二段以后为电热烘箱干燥，所述干燥的温度为70～120℃，时间为5～15s。
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