CN1944790A - 一种真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法，该方法将丙烯酸系单体或不饱和单体，以聚乙烯醇为分散剂，以阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复合的表面活性剂为乳化剂，以过氧化物为引发剂，在30℃～120℃、常压或加压条件下进行自由基乳液共聚，经有机碱中和，过滤制得。该制备方法制得的真空镀铝纸处理用水性基料由1％～10％的羧酸单体和2％～80％的(甲基)丙烯酸酯类单体、10％～90％的(甲基)苯乙烯单体共聚而成，制得粒径范围在20nm～80nm的细乳液，气味小，无毒性，流平性好，干燥速度快，高光泽度，优异的耐水性，良好的附着力，机械稳定性高，储存稳定性好等特点。

Description

一种真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法。
背景技术
真空镀铝纸是一种造价较低、并可代替复合铝箔的新型包装用纸。它的使用可使金属铝的用量大大降低。由于真空镀铝对使用的镀铝原纸(即白色有光纸)表面光泽度和平滑度要求较高。因而镀铝前必须对镀铝原纸表面进行处理。即在其表面用涂布机涂布一层涂布漆，然后再送入真空镀膜机内镀铝。涂布一层涂布漆的目的在于解决纸面凹凸不平问题、提高表面光泽度和平滑度，便于真空镀铝。
目前，真空镀铝纸生产所使用的纸张涂料采用的主要是溶剂型涂料，其中基料为松香、二丁酯、聚乙烯缩丁醛、二甲苯等。以二甲苯等有机物为溶剂，毒性气味大、不利于安全生产和改善劳动条件，容易造成环境污染。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提出一种真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法，以从根本上解决普通真空镀铝用底涂基料中使用挥发性有机溶剂的缺陷。
本发明的真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法，包括以下步骤：
将羧酸单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯单体加入聚乙烯醇、乳化剂和过氧化物为引发剂的混合物的水溶液，30℃～120℃、常压或加压条件下进行自由基乳液共聚，反应时间为2～6小时，将反应产物用有机碱中和，调节pH＝7～10，经过滤得到的乳液固含量为30％～50％，平均粒径为20nm～80nm。
所说的羧酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸中的至少一种；
所说的(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸或甲基丙烯酸C8～C16烷基酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、三亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种；
所说的聚乙烯醇为分散剂，优选重均分子量200～10000，醇解度80％～99％；
所说的乳化剂为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物，阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的重量比为0.1～10；
阴离子表面活性剂选自C10～C20烷基苯磺酸钠、C10～C20烷基萘磺酸钠、C10～C20烷基硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠、二环己基-2-磺基琥珀酸钠、丁二酸磺酸钠、油酸钠、油酸钾、三乙醇胺油酸酯中的至少一种；
非离子表面活性剂失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯(斯盘65)、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单硬脂肪酸酯(斯盘60)、失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、二乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯(斯盘40)、聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、聚氧化乙烯硬脂肪酸酯、月桂酸聚氧乙烯酯、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、聚氧化乙烯(5)失水山梨醇单油酸酯(吐温81)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三硬脂酸酯(吐温65)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三油酸酯(吐温85)、聚氧化乙烯单油酸酯、脂肪醇胺聚氧化乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧化乙烯单月桂酸酯、聚氧化乙烯蓖麻油、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温21)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯(吐温40)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)、聚醚L31(巴斯夫制，下同)、聚醚L61、聚醚L81、聚醚L42、聚醚L62、聚醚L72、聚醚L63、聚醚L64、聚醚F68、聚醚F88或聚醚F108中的至少一种；
引发剂过氧化物选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢中的至少一种；
有机碱选自乙二胺、二乙醇胺、三乙醇胺或二乙烯三胺中的至少一种。
上述技术方案中，以重量百分比计：
聚乙烯醇用量为2％～20％，(甲基)苯乙烯的用量为10％～90％，羧基单体用量为1％～10％，(甲基)丙烯酸酯类单体用量为2％～80％，阴离子表面活性剂的用量为0.1％～2％，非离子表面活性剂的用量为0.1％～2％，引发剂过氧化物的用量为0.01％～5％，有机碱的用量为0.05％～5％；
合计重量为100％。
本发明真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法中，引入聚乙烯醇作为乳液的分散剂，其亲水性的羟基能使乳胶粒稳定地分散与体系中，增强了真空镀铝纸处理用水性基料在储存和使用过程中的稳定性，且明显改善真空镀铝处理涂料涂膜后的光泽度；共聚过程中引入的少量多烯基不饱和单体作为自交联单体，大大改善了真空镀铝纸处理用水性基料涂膜的耐水性；引入的阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复合的乳化剂，可显著的提高乳液的稳定性，并可减少整体乳化剂的用量，降低涂膜的水敏性，乳化剂中阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的比例不同，乳化剂的乳化效果不同，比例的多少对于乳液的流平性有决定性的影响；引入过氧化物引发剂，乳液的流平性好，乳液涂膜光泽好；引入的有机碱，其烷基具有一定的疏水性，赋予乳液的涂膜具有一定的耐碱性；本发明中的真空镀铝纸处理用水性基料成膜性能优异，因此真空镀铝纸涂料中成膜助剂可以少用甚至不用，一方面减少环境污染，降低成本，另一方面提高干燥速度。
真空镀铝纸处理用水性基料是一种能满足真空镀铝纸涂料要求的高性能、绿色环保的产品。本发明的真空镀铝纸处理用水性基料主要特点为：(1)以水为溶剂，有利于安全生产和改善劳动条件；(2)涂膜具有优良的耐水性；(3)涂膜的光泽度高；(4)涂膜具有良好的附着力。
具体实施方式
                            实施例1
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入3克分子量为200、醇解度为80％的聚乙烯醇，207.5克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃，加入0.15克十二烷基硫酸钠，1.5克失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)，加热至80℃，加入25克30％过氧化氢，滴加以下混合单体：丙烯酸正丁酯98.85克，苯乙烯15克，甲基丙烯酸15克，羟甲基丙烯酰胺1.5克，3小时加完。于80℃维持反应2小时，冷却至40℃以下，用7.5克二乙醇胺中和，pH为10，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量39.5％，平均粒径20nm(使用Malven粒径仪测得)。
                            实施例2
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入20克分子量为500、醇解度为99％的聚乙烯醇，233.32克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃以下，备用。
将已溶解好的聚乙烯醇溶液加入1000ml加压反应釜中，加入2克十二烷基苯磺酸钠，0.2克聚醚L81，0.02克50％叔丁基过氧化氢和混合单体。充氮气加压至0.2MPa，并升温至105℃。在105℃反应6小时，冷却至40℃以下，并降至常压。用0.05克二乙烯三胺中和，pH为7，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量30.2％，平均粒径80nm(使用Malven粒径仪测得)。
其中混合单体由甲基苯乙烯25.54克，甲基丙烯酸甲酯25克，甲基丙烯酸正丁酯26.2克，丙烯酸1克组成。
                            实施例3
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入5.25克分子量为10000的、醇解度为85％聚乙烯醇，148.5克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃以下，加入0.75克二烷基-2-磺基琥珀酸钠，3克聚氧化乙烯单油酸酯，加热至70℃，加入3克50％异丙苯过氧化氢，滴加以下混合单体：甲基丙烯酸正丁酯118.8克，甲基苯乙烯15克，甲基丙烯酸3克，丙烯酰胺1.2克，2小时加完。于80℃维持反应2小时，冷却至40℃以下，用1.5克三乙醇胺中和，pH为7.5，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量50.0％，平均粒径50nm(使用Malven粒径仪测得)。
                            实施例4
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入4克分子量为1000、醇解度为90％的聚乙烯醇，369.43克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃以下，备用。
将已溶解好的聚乙烯醇溶液加入1000ml加压反应釜中，加入0.8克丁二酸磺酸钠，0.2克聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯(吐温40)，4克50％叔丁基过氧化氢和混合单体。充氮气加压至0.5MPa，并升温至120℃。在120℃反应2小时，冷却至40℃以下，并降至常压。用3克二乙烯三胺中和，pH为8.5，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量35.1％，平均粒径42nm(使用Malven粒径仪测得)。
其中混合单体由苯乙烯180克，丙烯酸-2-羟丙酯4克，丙烯酸6克组成。
                            实施例5
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入15克分子量为5000、醇解度为95％的聚乙烯醇，176.33克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至25℃以下，加入1.5克油酸钾，1.5克烷基酚聚氧乙烯醚，加热至30℃，加入10克30％过氧化氢，滴加以下混合单体：丙烯酸-2-乙基己酯84克，甲基苯乙烯30克，马来酸7.5克，三亚甲基双丙烯酰胺3克，4小时加完。于80℃维持反应2小时，冷却至40℃以下，用4.5克乙二胺中和，pH为8.0，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量44.8％，平均粒径62nm(使用Malven粒径仪测得)。
                            实施例6
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入22.5克分子量为7500、醇解度92％的聚乙烯醇，202.64克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃以下，加入3克十六烷基硫酸钠，1.5克聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三油酸酯(吐温85)，加热至90℃，加入9克50％异丙苯过氧化氢，滴加以下混合单体：丙烯酸异丁酯30克，苯乙烯75克，甲基丙烯酸6克，甲基丙烯酰胺3.75克，1小时加完。于85℃维持反应1小时，冷却至40℃以下，用3.75克二乙醇胺中和，pH为9，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量41.9％，平均粒径71nm(使用Malven粒径仪测得)。
                            实施例7
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入10克分子量为2500、醇解度为88％的聚乙烯醇，161.16克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃以下，加入1.5克十二烷基萘磺酸钠，0.5克月桂酸聚氧乙烯酯，加热至75℃，加入4克50％异丙苯过氧化氢，滴加以下混合单体：甲基丙烯酸甲酯10克，苯乙烯40克，甲基丙烯酸6克，丙烯酸乙酯26.8克，2小时加完。于85℃维持反应1小时，冷却至40℃以下，用3.2克二乙醇胺中和，pH为9.5，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量38.0％，平均粒径35nm(使用Malven粒径仪测得)。
                            实施例8
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入12克分子量为1500、醇解度为82％的聚乙烯醇，160.5克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃以下，加入0.75克十二烷基萘磺酸钠，2.25克聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)，加热至65℃，加入4.5克50％叔丁基过氧化氢，滴加以下混合单体：甲基丙烯酸正辛酯37.5克，甲基苯乙烯75克，富马酸12克，羟乙基丙烯酰胺2.25克，2小时加完。于65℃维持反应2小时，冷却至40℃以下，用6克二乙烯三胺中和，pH为8.7，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量48.3％，平均粒径28nm(使用Malven粒径仪测得)。
                            实施例9
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入27克分子量为8500、醇解度为88％的聚乙烯醇，171.89克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至40℃以下，加入1.2克十六烷基苯磺酸钠，0.3克聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)，加热至60℃，加入6克30％过氧化氢，滴加以下混合单体：甲基丙烯酸缩水甘油酯85.95克，苯乙烯27克，衣康酸4.5克，4小时加完。于60℃维持反应2小时，冷却至40℃以下，用2.25克三乙醇胺中和，pH为7.8，经100目滤网过滤，得真空镀铝纸处理用水性基料，固含量46.1％，平均粒径72nm(使用Malven粒径仪测得)。
                            实施例10
检测纸张涂布后光泽度：
涂料配制：使用实施例1～9配方，用乙醇、去离子水配制成20％的涂料，乙醇与去离子水的质量比为1∶1。
使用实施例1～9配方配制的涂料在70克重法国四达纸原纸上用10#涂布线棒进行涂布，涂布后在110℃烘箱中烘30秒，取出待用。
待测纸在温度25℃、相对湿度60％的恒温恒湿环境下放置24小时，用欧亿公司JKGZ-1光泽度仪检测纸张光泽度。
  样品   光泽度/Gs
  空白   60.0
  按CN1341689A的方法制备的样品 86.0
  实施例1   95.0
  实施例2   94.3
  实施例3   93.9
  实施例4   94.5
  实施例5   96.2
  实施例6   95.3
  实施例7   96.0
  实施例8   97.0
  实施例9   93.4
                            实施例11
检测镀铝后的附着力：
使用实施例1～9配方，测放大制备20公斤料液，在110℃-120℃-140℃-120℃-110℃的温度条件下，在日本富士机器上使用180线网辊，以车速200米/分钟进行涂布，然后在德国莱宝真空镀铝机上，在10-5MPa真空度下进行镀铝，镀铝厚度为0.02um，之后在25℃、相对湿度60％的恒温恒湿条件下放置24小时。
用3M标准压敏胶带检测镀铝后的附着力：
  样品   附着力
  空白   剥离
  按CN1341689A的方法制备的样品 轻微剥离
  实施例1   未剥离
  实施例2   未剥离
  实施例3   未剥离
  实施例4   未剥离
  实施例5   未剥离
  实施例6   未剥离
  实施例7   未剥离
  实施例8   未剥离
  实施例9   未剥离
附着力检测方法：将3M压敏胶带粘贴于上述已经恒温恒湿24小时的镀铝纸上，用1公斤压辊来回碾压4次，放置5分钟，在10N/cm的剥离力下进行180°剥离，检测镀铝层有无剥离现象。
                            实施例12
乳液耐水性检测方法：用去离子水将乳液稀释成30％，在干净的玻璃板上涂布一层乳液，然后在25℃、相对湿度60％的恒温恒湿条件下放置24小时。之后将涂布的玻璃板放入去离子水中观察。每过一段时间观察一次涂层的状态。
  样品   24小时   48小时
  按CN1341689A的方法制备的样品 变蓝 变白
  实施例1   无变化   轻微变蓝
  实施例2   无变化   轻微变蓝
  实施例3   无变化   轻微变蓝
  实施例4   无变化   轻微变蓝
  实施例5   无变化   轻微变蓝
  实施例6   无变化   轻微变蓝
  实施例7   无变化   轻微变蓝
  实施例8   无变化   轻微变蓝
  实施例9   无变化   轻微变蓝

Claims (9)

1.一种真空镀铝纸处理用水性基料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将羧酸单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯单体加入聚乙烯醇、乳化剂和过氧化物为引发剂的混合物的水溶液，30℃～120℃、常压或加压条件下进行自由基乳液共聚，反应时间为2～6小时，将反应产物用有机碱中和，调节pH＝7～10，经过滤得到的乳液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，乳液固含量为30％～50％，平均粒径为20nm～80nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的羧酸单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸或衣康酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸或甲基丙烯酸C8～C16烷基酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、三亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的聚乙烯醇重均分子量200～10000，醇解度80％～99％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的乳化剂为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物，阴离子表面活性剂选自C10～C20烷基苯磺酸钠、C10～C20烷基萘磺酸钠、C10～C20烷基硫酸钠、二烷基-2-磺基琥珀酸钠、二环己基-2-磺基琥珀酸钠、丁二酸磺酸钠、油酸钠、油酸钾或三乙醇胺油酸酯中的至少一种，非离子表面活性剂选自失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯(斯盘65)、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单硬脂肪酸酯(斯盘60)、失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、二乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯(斯盘40)、聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、聚氧化乙烯硬脂肪酸酯、月桂酸聚氧乙烯酯、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、聚氧化乙烯(5)失水山梨醇单油酸酯(吐温81)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三硬脂酸酯(吐温65)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三油酸酯(吐温85)、聚氧化乙烯单油酸酯、脂肪醇胺聚氧化乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧化乙烯单月桂酸酯、聚氧化乙烯蓖麻油、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温21)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯(吐温40)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)、聚醚L31(巴斯夫制，下同)、聚醚L61、聚醚L81、聚醚L42、聚醚L62、聚醚L72、聚醚L63、聚醚L64、聚醚F68、聚醚F88或聚醚F108中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引发剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有机碱选自乙二胺、二乙醇胺、三乙醇胺或二乙烯三胺中的至少一种。
9，根据权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，以重量百分比计：
聚乙烯醇用量为2％～20％，(甲基)苯乙烯的用量为10％～90％，羧基单体用量为1％～10％，(甲基)丙烯酸酯类单体用量为2％～80％，阴离子表面活性剂的用量为0.1％～2％，非离子表面活性剂的用量为0.1％～2％，引发剂过氧化物的用量为0.01％～5％，有机碱的用量为0.05％～5％；合计重量为100％。
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