CN115340833A - 一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及IPC C09J领域，尤其涉及一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶及其制备方法。按照重量份计，水性背胶的原料包括：水性丙烯酸乳液20‑100份，增粘分散液0‑60份，超支化消泡剂0‑10份，第一溶剂0‑150份本发明为水性背胶，VOC含量低至20g/L，采用自制的水性丙烯酸乳液和增粘分散液、超支化消泡剂等共同作用，背胶的附着力提升，可以实现高速烫印(烫印速度高至120m/min)，且印刷牢度好，可多次重复烫印，不飞金掉粉，烫印质量好。水性背胶切边性优异，能满足全息烫印防伪技术的细线条要求(小于0.1mm)，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及IPC C09J领域，尤其涉及一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶及其制备方法。
背景技术
水松纸是一种对原纸进行印刷加工后得到的卷烟包装材料，现有的烫印工艺主要存在着以下几点问题：(1)烫印速度过慢，水松纸烫印机速多为40m/min，烫印效率较低；(2)烫印图像质量差，转印图像不清晰；(3)烫印膜用背胶粘附力差，易脱落；(4)胶料VOC含量高，传统溶剂型背胶的VOC含量可达400～800g/L，对人体存在安全隐患等问题。
中国专利CN201010139651.0公开了一种水松纸烫印膜用环保水性烫印背胶及其制备方法，采用热固性丙烯酸乳液和热固性聚氨酯乳液与热塑性松香乳液和聚乙烯吡咯烷酮，纤维素乳液等原料共同作用，提升了烫印膜柔韧性和图像清晰度；但是该技术所需原料繁多，工艺可行性差，难以满足大批量水性背胶的生产。中国专利CN201410201460.0用于电化铝烫印的胶粘剂及其制备方法，采用丙烯酸酯共聚物与硅粉，松香树脂和石油树脂等作用，得到分切性好，附着力强的胶粘剂，但是该现有技术在胶料中加入固体颗粒，所得胶层的粉溶性差，固化后膜面粗糙，质感差。
在这样的背景下，探究一种兼具安全环保、粘附力、分切性、流平性、稳定性以及加工便利性的水松纸烫印用背胶成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，按照重量份计，水性背胶的原料包括：水性丙烯酸乳液20-100份，增粘分散液0-60份，超支化消泡剂0-10份，第一溶剂0-150份。
在一些优选的实施方式中，所述水性丙烯酸乳液的原料包括：丙烯酸单体，表面张力调节剂，自由基供体，碱性溶液，第二溶剂；其中丙烯酸单体占水性丙烯酸乳液总质量的35-65wt％。
所述增粘分散剂具体为三环二萜类树脂分散液。
所述三环二萜类树脂分散液的固含量为30-60wt％，粘度为200-600mPa.s，平均粒度为0.1-1μm。
水松纸作为一种卷烟包装材料，专门用于滤嘴的外包装。实际应用时水松纸直接与吸烟者的嘴唇直接接触，因此水松纸的胶层和油墨涂层必须保证安全无毒。相比于传统溶剂型背胶，采用水性胶材能够显著降低胶材的VOC含量，但是水性背胶与基材的附着力有限，无法满足水松纸烫印膜的加工需求。本申请人在探究过程中发现，采用三环二萜类树脂分散液作为增粘分散剂，能够提升水性背胶的附着力，尤其是采用固含量为30-60wt％，粘度为200-600mPa.s，平均粒度为0.1-1μm的三环二萜类树脂分散液，能够最大程度与水性丙烯酸乳液相配合，提升背胶在水松纸基材表面的浸润能力，不仅提升了水性背胶的附着力，还能够优化胶膜的匀整性，胶膜均匀铺展于水松纸基材上，避免了背胶局部差异导致的胶层强度降低和变形。
在一些优选的实施方式中，所述超支化消泡剂的布氏粘度为120-150mPa.s。
在一些优选的实施方式中，所述丙烯酸单体包括第一丙烯酸单体，第二丙烯酸单体，第三丙烯酸单体；第一丙烯酸单体，第二丙烯酸单体，第三丙烯酸单体的重量比为(2-3)：(2-3)：(1-2)。
在一些优选的实施方式中，所述第一丙烯酸单体包括n-BA(丙烯酸正丁酯)，AN(丙烯腈)，EHMA，DMA，LMA，SMA中的一种或多种的组合。
在一些优选的实施方式中，所述第二丙烯酸单体包括MMA(甲基丙烯酸甲酯)，ST(苯乙烯)，GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)，EA(丙烯酸乙酯)，BA(丙烯酸丁酯)，2-EHA(丙烯酸异辛酯)中的一种或多种的组合。
在一些优选的实施方式中，所述第三丙烯酸单体包括AA(丙烯酸)，AAM(丙烯酰胺)，NMA(N-羟甲基丙烯酰胺)中的一种或多种的组合。
在一些优选的实施方式中，所述第一丙烯酸单体为n-BA，第二丙烯酸单体为MMA和GMA，第三丙烯酸单体为AA；所述n-BA，MMA，GMA，AA的重量比为(1.5-3)：(1-2.5)：(0.1-1)：(0.1-1)；优选为(2-2.5):(1-1.5):0.5:(0.2-0.8)。
所述MMA的熔点为-48℃，玻璃化转化温度为105℃；所述GMA的熔点为-82℃，玻璃化转化温度为40℃。
随着现今卷烟产品越来越追求高档化包装，对水松纸的烫印提出了更高的要求。采用高速烫印的方式制备水松纸烫印膜极大程度上提升了生产效率，但是烫印过程中产品质量难以把握。本申请人在探究过程中对丙烯酸乳液的配方进行调配，意外发现采用特定量的n-BA，MMA，GMA和AA共同作用，能够得到烫印温度宽的丙烯酸乳液，一方面进一步提升了背胶的附着力，胶膜在高粘力胶带反拉作用下基本不出现脱落，另一方面特定Tg范围的丙烯酸单体交联反应，极大程度上削弱了胶层的弱边界层作用，水性背胶的分切性显著提升，能够满足全息烫印防伪技术的细线条要求(＜0.1mm)。同时意外发现，分批加入特定的丙烯酸单体和引发剂，所得到的丙烯酸乳液能够提升烫印膜的韧性，减少高速烫印时的飞金现象。
传统的水松纸烫印速度一般在40m/min左右，本申请人在探究过程中意外发现，采用布氏粘度为120-150mPa.s的超支化消泡剂配合特定的水性丙烯酸乳液，增粘分散液作用，能够最大程度上优化背胶的加工性能，能够将烫印速度提升至100m/min以上，且在高速烫印后不出现飞金、掉粉掉粉现象，能够多次重复烫印。同时在水性丙烯酸树脂、增粘分散剂的作用下，只需要加入极少量的超支化消泡剂，即可在优化背胶加工性能的同时，优化各组分之间的相容性，提升背胶的稳定性。所得水性背胶在低温下冷冻放置24h后无分层。本发明提供的水性背胶能够应用于各种油墨水松纸，能够满足水松纸转印膜的高速烫印工艺需求，将烫印膜上的图案清晰转移至水松纸上，且得到的胶膜膜面光滑平整、无粉粒，能够兼具加工便利性和性能优越性。
在一些优选的实施方式中，所述表面张力调节剂包括烷基酚聚氧乙烯醚，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，脂肪酸聚氧乙烯酯，聚醚中的一种或多种的组合。
在一些优选的实施方式中，所述烷基酚聚氧乙烯醚包括OP10，OP 4，OP 7，OP 10，OP-15，OP-20中的一种或多种的组合；优选为OP10。
在一些优选的实施方式中，所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯TWEEN 20，TWEEN40，TWEEN 60，TWEEN 80；TWEEN 85中的一种或多种的组合；优选为TWEEN 80。
在一些优选的实施方式中，所述自由基供体为过硫化物，包括过硫酸铵，过硫酸钾，过硫酸钠中的一种或多种的组合。
在一些优选的实施方式中，所述碱性溶液是浓度为10-30wt％的NH3水溶液。
在一些优选的实施方式中，所述第一溶剂包括水，乙醇，乙醚，羧酸酯中的至少2种。
进一步优选，所述第一溶剂为去离子水和乙醇，去离子水和乙醇的重量比为(4-7)：(2-5)。
在一些优选的实施方式中，所述水性背胶的原料还包括润湿剂0-8份；作为润湿剂的实例，包括但不限于BYK 101，BYK 160，TEGO 610S。
本发明第二方面提供了一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶的制备方法，所述水性背胶的制备步骤包括：
S1.制备水性丙烯酸乳液；
S2.依次将第一溶剂，超支化消泡剂，水性丙烯酸乳液，增粘分散液加入反应釜中，搅拌均匀，过滤即得成品。
在一些优选的实施方式中，所述S1步骤具体为：
第一步，将配方量的40-70wt％丙烯酸单体，20-65wt％自由基供体加入盛有第二溶剂的反应釜中，搅拌混合均匀，得到混合料一；
第二步，将剩余量的丙烯酸单体，表面张力调节剂，自由基供体混合，乳化均匀得到混合料二，将混合料二转移至高位槽中；
第三步，将反应釜的温度升高至70-85℃，将高位槽中的混合料二滴加至反应釜中；
第四步，将反应釜的温度降至25-45℃，加入碱性溶液，搅拌均匀，得到水性丙烯酸乳液。
在一些优选的实施方式中，所述S2步骤具体为，先将去离子水和乙醇混合，然后加入超支化消泡剂和润湿剂，混合均匀，然后加入水性丙烯酸乳液和增粘分散液，搅拌均匀，过滤即得水性背胶成品。
有益效果：
本发明提供的水松纸烫印膜用背胶具有以下优点：
(1)本发明为水性背胶，VOC含量低至20g/L，使用水和无水乙醇作为稀释剂，解决了传统溶剂型涂料需采用有机溶剂开稀而VOC含量高，不环保的问题；
(2)采用自制的水性丙烯酸乳液和增粘分散液、超支化消泡剂等共同作用，背胶的附着力提升，可以实现高速烫印(烫印速度高至120m/min)，且印刷牢度好，可多次重复烫印，将烫印次数提升至20次以上(正常烫印次数为15次左右)，且不飞金掉粉，烫印质量好。
(3)特定丙烯酸单体的搭配作用下，赋予水性背胶优异的切边性，能满足全息烫印防伪技术的细线条要求(小于0.1mm)，应用前景广阔。
附图说明
图1.烫金分切性测试所用的烫印模板样式。
具体实施方式
实施例1.
本实施例提供了一种水性丙烯酸乳液，按照重量份计，所述水性丙烯酸乳液的原料包括：丙烯酸单体45份，表面张力调节剂1份，自由基供体0.3份，碱性溶液3份，第二溶剂55份。
所述丙烯酸单体包括第一丙烯酸单体，第二丙烯酸单体，第三丙烯酸单体；所述第一丙烯酸单体为n-BA，第二丙烯酸单体为MMA和GMA，第三丙烯酸单体为AA；所述n-BA，MMA，GMA，AA的重量比为2：1.5：0.5：0.5。
所述MMA的熔点为-48℃，玻璃化转化温度为105℃；所述GMA的熔点为-82℃，玻璃化转化温度为40℃。
所述表面张力调节剂为OP10，来源于济南泰旺化工有限公司。
所述自由基供体为过硫酸铵。
所述碱性溶液是浓度为25wt％的NH3水溶液。
所述第二溶剂为去离子水。
所述水性丙烯酸乳液的制备步骤具体为：
第一步，将配方量的80wt％丙烯酸单体，50wt％自由基供体加入盛有第二溶剂的反应釜中，搅拌混合均匀，得到混合料一；
第二步，将剩余量的丙烯酸单体，表面张力调节剂，自由基供体混合，乳化均匀得到混合料二，将混合料二转移至高位槽中；
第三步，将反应釜的温度升高至80℃，将高位槽中的混合料二匀速滴加至反应釜中。
第四步，将反应釜的温度降至25-45℃，加入碱性溶液，搅拌均匀，得到水性丙烯酸乳液。
实施例2.
本实施例提供了一种水性丙烯酸乳液，按照重量份计，所述水性丙烯酸乳液的原料包括：丙烯酸单体45份，表面张力调节剂1份，自由基供体0.3份，碱性溶液3份，第二溶剂55份。
所述丙烯酸单体包括第一丙烯酸单体，第二丙烯酸单体，第三丙烯酸单体；所述第一丙烯酸单体为n-BA，第二丙烯酸单体为MMA和GMA，第三丙烯酸单体为AA；所述n-BA，MMA，GMA，AA的重量比为2.2：1：0.5：0.8。
所述MMA的熔点为-48℃，玻璃化转化温度为105℃；所述GMA的熔点为-82℃，玻璃化转化温度为40℃。
所述表面张力调节剂为OP10，来源于济南泰旺化工有限公司。
所述自由基供体为过硫酸铵。
所述碱性溶液是浓度为25wt％的NH3水溶液。
所述第二溶剂为去离子水。
所述水性丙烯酸乳液的制备步骤具体为：
第一步，将配方量的80wt％丙烯酸单体，50wt％自由基供体加入盛有第二溶剂的反应釜中，搅拌混合均匀，得到混合料一；
第二步，将剩余量的丙烯酸单体，表面张力调节剂，自由基供体混合，乳化均匀得到混合料二，将混合料二转移至高位槽中；
第三步，将反应釜的温度升高至80℃，将高位槽中的混合料二滴加至反应釜中，滴加速度为50L/3h；
第四步，将反应釜的温度降至25-45℃，加入碱性溶液，搅拌均匀，得到水性丙烯酸乳液。
实施例3.
本实施例提供了一种水性丙烯酸乳液，按照重量份计，所述水性丙烯酸乳液的原料包括：丙烯酸单体44份，表面张力调节剂1份，自由基供体0.3份，碱性溶液3份，第二溶剂55份。
所述丙烯酸单体包括第一丙烯酸单体，第二丙烯酸单体，第三丙烯酸单体；所述第一丙烯酸单体为n-BA，第二丙烯酸单体为MMA和GMA，第三丙烯酸单体为AA；所述n-BA，MMA，GMA，AA的重量比为2.5：1.2：0.5：0.2。
所述MMA的熔点为-48℃，玻璃化转化温度为105℃；所述GMA的熔点为-82℃，玻璃化转化温度为40℃。
所述表面张力调节剂为OP10，来源于济南泰旺化工有限公司。
所述自由基供体为过硫酸铵。
所述碱性溶液是浓度为25wt％的NH3水溶液。
所述第二溶剂为去离子水。
所述水性丙烯酸乳液的制备步骤具体为：
第一步，将配方量的80wt％丙烯酸单体，50wt％自由基供体加入盛有第二溶剂的反应釜中，搅拌混合均匀，得到混合料一；
第二步，将剩余量的丙烯酸单体，表面张力调节剂，自由基供体混合，乳化均匀得到混合料二，将混合料二转移至高位槽中；
第三步，将反应釜的温度升高至80℃，将高位槽中的混合料二滴加至反应釜中，滴加速度为50L/3h；
第四步，将反应釜的温度降至25-45℃，加入碱性溶液，搅拌均匀，得到水性丙烯酸乳液。
实施例4.
本实施例提供了一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，按照重量份计，水性背胶的原料包括：实施例3制得的水性丙烯酸乳液70份，增粘分散液20份，超支化消泡剂0.002份，润湿剂0.010份，第一溶剂100份。
所述增粘分散剂具体为三环二萜类树脂分散液；所述三环二萜类树脂分散液的固含量为55wt％，粘度为300mPa.s，平均粒度为0.6μm；具体为SNOWTACK881G，来源于上海桑井化工有限公司。
所述超支化消泡剂的布氏粘度为140mPa.s；具体为FoamStar ST 2438，来源于德国巴斯夫。
所述润湿剂具体为BYK 101，来源于德国毕克。
所述第一溶剂为去离子水和乙醇，去离子水和乙醇的重量比为6.5：3.5。
所述水性背胶的制备步骤包括：
先将去离子水和乙醇混合，然后加入超支化消泡剂和润湿剂，混合均匀，然后加入水性丙烯酸乳液和增粘分散液，搅拌均匀，过滤，即得水性背胶成品。
实施例5.
本实施例提供了一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，具体实施方式同实施例4；不同点在于，所述水性背胶的原料包括：实施例3制得的水性丙烯酸乳液60份，增粘分散液30份，超支化消泡剂0.002份，润湿剂0.010份，第一溶剂100份。
实施例6.
本实施例提供了一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，具体实施方式同实施例4；不同点在于，所述水性背胶的原料包括：实施例3制得的水性丙烯酸乳液60份，增粘分散液30份，超支化消泡剂0.007份，润湿剂0.014份，第一溶剂100份。
性能测试方法
1.单独测试水性丙烯酸乳液性能，记录于表1。
固化条件：130℃烘烤30s，涂布干量1.0-1.2g/m2。
表1.
PS：如图1所示，分切性由A-E逐渐变差，根据色层糊版(无法看到小方格或细线条为糊版)位置确定。
2.测试水性背胶的性能，记录于表2。
表2.
Claims (10)
1.一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，按照重量份计，水性背胶的原料包括：水性丙烯酸乳液20-100份，增粘分散液0-60份，超支化消泡剂0-10份，第一溶剂0-150份。
2.根据权利要求1所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述水性丙烯酸乳液的原料包括：丙烯酸单体，表面张力调节剂，自由基供体，碱性溶液，第二溶剂；
其中丙烯酸单体占水性丙烯酸乳液总质量的35-65wt％。
3.根据权利要求1或2所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述增粘分散剂具体为三环二萜类树脂分散液。
4.根据权利要求3所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述三环二萜类树脂分散液的固含量为30-60wt％，粘度为200-600mPa.s，平均粒度为0.1-1μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述超支化消泡剂的布氏粘度为120-150mPa.s。
6.根据权利要求2所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述丙烯酸单体包括第一丙烯酸单体，第二丙烯酸单体，第三丙烯酸单体；第一丙烯酸单体，第二丙烯酸单体，第三丙烯酸单体的重量比为(2-3)：
(2-3)：(1-2)。
7.根据权利要求6所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述第一丙烯酸单体包括n-BA，AN，EHMA，DMA，LMA，SMA中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求6或7所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述第二丙烯酸单体的熔点为-30～-90℃，玻璃化转化温度为15-120℃。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶，其特征在于，所述表面张力调节剂包括烷基酚聚氧乙烯醚，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，脂肪酸聚氧乙烯酯，聚醚中的一种或多种的组合。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的高速烫用水松纸烫印膜用环保水性背胶的制备方法，其特征在于，所述水性背胶的制备步骤包括：
S1.制备水性丙烯酸乳液；
S2.依次将第一溶剂，超支化消泡剂，水性丙烯酸乳液，增粘分散液加入反应釜中，搅拌均匀，过滤即得。
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