一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及电化铝领域，尤其是涉及一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶及其制备方法。

背景技术

电化铝膜一般包括基膜、离型层、色层、镀铝层和胶粘层，基膜充当载体，色层和镀铝层均可用于显示图案或呈现标记，胶粘层用于将电化铝膜粘接于承印物，离型层的作用则是使色层迅速脱离基膜而转移在承印物上。

在烟草领域中，会大量使用水松纸用于包裹在过滤嘴外面，把滤棒粘接到烟条末端，而水松纸与吸烟者嘴唇直接接触，因此水松纸的印刷油墨和涂层必须要求无毒，符合食品卫生标准。

现有的电化铝背胶一般采用苯系有机溶剂，而采用此类溶剂在容易造成环境污染的同时，还会容易出现VOCs超标的问题；电化铝背胶应用在水松纸领域时，在烫印的过程中，电化铝背胶的烫印速度一般只有80-100m/min，烫印速度较慢的原因容易导致烫印完成后掉粉较多，影响生产效率。

发明内容

为了提高电化铝水性背胶在水松纸上的烫印速度，本申请提供一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶采用如下的技术方案，

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶，包括以下重量百分比的组分制成：丙烯酸乳液：20-40％；苯乙烯马来酸酐共聚物：10-30％；水性松香乳液：10-30％；水性环氧乳液：10-30％；水性催干剂：2-8％；水性流平润湿剂：0.5-2％；水性消泡剂：0.1-1％；氨水：3-8％；余量为水；

所述丙烯酸乳液包括10-20重量份丙烯酸单体、3-6重量份乳化剂、3-5重量份稳定剂、0.1-0.5重量份引发剂和8-16重量份水制得；所述丙烯酸单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丙酯中的多种组成。

通过采用上述技术方案，水性催干剂、水性环氧树脂和苯乙烯马来酸酐共聚物加快了背胶原料的交联速度，提高背胶的交联密度，加快了水性背胶的干燥速度，进而提高了涂布速度和水性背胶的烫印性能；在制备丙烯酸乳液的原料中，使用水作为溶剂，不加入其他有机溶剂，大大降低水性背胶的VOCs值，减少有机溶剂对环境的污染；同时采用多种丙烯酸单体混合引发，使丙烯酸乳液具有良好的稳定性和粘结性能，丙烯酸乳液、苯乙烯马来酸酐共聚物、水性松香乳液和水性环氧乳液共同配合，制备出的电化铝水性背胶涂布在水松纸上，提高了烫印速度，达到135-180m/min，提高了生产效率。

优选的，所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟丙酯；甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟丙酯的重量比为(0.2-0.4)：(1.2-1.4)：1：(1.2-1.6)。

通过采用上述技术方案，采用上述四种单体可以改善丙烯酸乳液的粘结性能，进而提高水性背胶与基材的结合力，提高水性背胶与基材的附着力；当丙烯酸单体采用上述四种单体在特定比例时结合单体竟聚率，可以使单体聚合的更加完全，从而丙烯酸乳液的性能更加突出，VOCs含量更低。

优选的，所述丙烯酸乳液的制备方法包括以下步骤：将部分的水和部分的乳化剂搅拌均匀后投入丙烯酸单体，乳化完成后得到预乳化液；将稳定剂、剩余的水和剩余的乳化剂和部分的预乳化液加热，并加入部分的引发剂进行种子聚合0.5-1h，继续加热直到种子聚合完成后，得到聚合液；将剩余的引发剂、剩余的预乳化液同步滴加至聚合液中，滴加完成后加入剩余的引发剂进行保温，降温过滤，得到所述丙烯酸乳液。

通过采用上述技术方案，在制备丙烯酸乳液的过程中，先将少部分预乳化液进行种子聚合，再将剩余的预乳化液进行反应，制得的丙烯酸乳液具有良好的成膜性，附着力强且VOCs值低，进而使丙烯酸乳液可以更好的将其他原料包覆，使水性背胶具有良好的附着力和抗剥离力，烫印效果更好。

优选的，所述苯乙烯马来酸酐共聚物为改性苯乙烯马来酸酐共聚物，所述改性苯乙烯马来酸酐共聚物的制备方法为：将8-15重量份焦磷酸钠、5-10重量份硫酸亚铁、2-6重量份歧化松香酸钾水浴加热10-20min后加入10-20重量份苯乙烯马来酸酐共聚物和5-10重量份叔十二烷基硫醇混合搅拌，得到所述改性苯乙烯马来酸酐共聚物。

优选的，所述焦磷酸钠、硫酸亚铁、歧化松香酸钾和叔十二烷基硫醇的重量比为(2-2.4)：(1.6-1.8)：1：(1.2-1.4)。

通过采用上述技术方案，本申请对苯乙烯马来酸酐共聚物进行改性，形成粘度较高的膜，可以大大提高水性背胶的剥离强度；当焦磷酸钠、硫酸亚铁、歧化松香酸钾和叔十二烷基硫醇在特定配比时，四者共同协同配合，有效提高了制得的水性背胶在水松纸上具有良好的上烫性和附着力，使水性背胶烫印时不易出现掉粉。

优选的，所述丙烯酸乳液、改性苯乙烯马来酸酐共聚物、水性松香乳液和水性环氧乳液的重量比为(1.4-1.65)：1：(0.6-0.75)：(0.6-1)。

通过采用上述技术方案，当丙烯酸乳液、改性苯乙烯马来酸酐共聚物和水性松香乳液和水性环氧乳液在特定的共同配比下，改性苯乙烯马来酸酐共聚物和水性环氧乳液可以均匀分散在体系中，丙烯酸乳液提高水性背胶的粘结性能，提高水性背胶的烫印速度和剥离强度，同时有效降低水性背胶的VOCs值，使水性背胶更环保。

优选的，所述水性消泡剂为水性有机硅类消泡剂。

优选的，所述稳定剂选自碳酸氢钠。

优选的，所述水性流平润湿剂选自水性有机硅流平剂和炔二醇类流平剂中的一种。

通过采用上述技术方案，采用上述的原料可以使水性背胶的效果更佳，有助于提高水性背胶的烫印速度。

第二方面，本申请提供的一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法。

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，包括以下步骤：先将水与苯乙烯马来酸酐共聚物混合，再将部分水性消泡剂混合搅拌5-10min，再加入氨水升温溶解1-2h，溶解完成后投入丙烯酸乳液、水性松香乳液、水性环氧乳液、水性催干剂、水性润湿剂和剩余的水性消泡剂，搅拌20-40min后过滤罐装，得到所述电化铝水性背胶。

通过采用上述技术方案，先将苯乙烯马来酸酐共聚物和部分的消泡剂混合，使溶液中分散性更佳，再将其他的原料和剩余的消泡剂加入搅拌，进而使制得的水性背胶的附着力更佳，不易出现掉粉，同时提高烫印速度。

综上所述，本申请包括以下有益效果：

1.水性催干剂、水性环氧树脂和苯乙烯马来酸酐共聚物加快了背胶原料的交联速度，提高背胶的交联密度，加快了水性背胶的干燥速度，进而提高了涂布速度和水性背胶的烫印性能；在制备丙烯酸乳液的原料中，使用水作为溶剂，不加入其他有机溶剂，大大降低水性背胶的VOCs值，减少有机溶剂对环境的污染；同时采用多种丙烯酸单体混合引发，使丙烯酸乳液具有良好的稳定性和粘结性能，丙烯酸乳液、苯乙烯马来酸酐共聚物、水性松香乳液和水性环氧乳液共同配合，制备出的电化铝水性背胶涂布在水松纸上，提高了烫印速度，达到135-180m/min，提高了生产效率。

2.在制备丙烯酸乳液的过程中，先将少部分预乳化液进行种子聚合，再将剩余的预乳化液进行反应，制得的丙烯酸乳液具有良好的成膜性，附着力强且VOCs值低，进而使丙烯酸乳液可以更好的将其他原料包覆，使水性背胶具有良好的附着力和抗剥离力，烫印效果更好。

3.本申请对苯乙烯马来酸酐共聚物进行改性，形成粘度较高的膜，有效提高了制得的水性背胶在水松纸上具有良好的上烫性和附着力，进而提高水性背胶的剥离强度；当焦磷酸钠、硫酸亚铁、歧化松香酸钾和叔十二烷基硫醇在特定配比时，四者共同协同配合，可以大大提高水性背胶的剥离强度。

具体实施方式

以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。

制备例

制备例1

一种改性苯乙烯马来酸酐共聚物的制备方法：

将8kg焦磷酸钠、5kg硫酸亚铁、2kg歧化松香酸钾投入水浴锅中搅拌均匀，在温度为60℃的条件下水浴加热20min后加入10kg苯乙烯马来酸酐共聚物和5kg叔十二烷基硫醇继续升温至75℃继续搅拌10min，得到改性苯乙烯马来酸酐共聚物。

制备例2

一种改性苯乙烯马来酸酐共聚物的制备方法：

将15kg焦磷酸钠、10kg硫酸亚铁、6kg歧化松香酸钾投入水浴锅中搅拌均匀，在温度为60℃的条件下水浴加热20min后加入20kg苯乙烯马来酸酐共聚物和10kg叔十二烷基硫醇继续升温至75℃继续搅拌10min，得到改性苯乙烯马来酸酐共聚物。

制备例3

一种改性苯乙烯马来酸酐共聚物的制备方法：

将10kg焦磷酸钠、8kg硫酸亚铁、5kg歧化松香酸钾投入水浴锅中搅拌均匀，在温度为60℃的条件下水浴加热20min后加入10kg苯乙烯马来酸酐共聚物和6kg叔十二烷基硫醇继续升温至75℃继续搅拌10min，得到改性苯乙烯马来酸酐共聚物。

制备例4

一种改性苯乙烯马来酸酐共聚物的制备方法：

将12kg焦磷酸钠9kg硫酸亚铁、5kg歧化松香酸钾投入水浴锅中搅拌均匀，在温度为60℃的条件下水浴加热20min后加入10kg苯乙烯马来酸酐共聚物和7kg叔十二烷基硫醇继续升温至75℃继续搅拌10min，得到改性苯乙烯马来酸酐共聚物。

实施例

实施例1

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，选用10kg苯乙烯马来酸酐共聚物、1kg水性消泡剂、3kg氨水、40kg丙烯酸乳液、20kg水性松香乳液、10kg水性环氧乳液、3kg水性催干剂、2kg水性润湿剂、10kg水。

先将10kg水和10kg苯乙烯马来酸酐共聚物投入反应釜中在30r/min的条件下混合搅拌，再0.5kg水性消泡剂投入反应釜中，在搅拌速度为40r/min的条件下搅拌5min，再加入3kg氨水升温至70℃溶解1h，待溶解完成后将40kg丙烯酸乳液、20kg水性松香乳液、10kg水性环氧乳液、3kg水性催干剂、2kg水性润湿剂和剩余的0.5kg水性消泡剂投入反应釜，继续搅拌40min后进行过滤罐装，得到水性背胶。

其中苯乙烯马来酸酐共聚物的分子量为10000，玻璃化温度为120℃，酸值为200；

丙烯酸乳液的固含量控制在55％，玻璃化温度为50℃；

水性松香乳液的软化点为100℃、固含量为40％；

水性消泡剂选用博高BG08有机硅消泡剂；

水性环氧乳液的密度为1.2g/cm

水性催干剂选用型号为湾厦WX-S1442。

丙烯酸乳液选用10kg丙烯酸单体、3kg十二烷基硫酸钠乳化剂、3kg碳酸氢钠稳定剂、0.1kg过硫酸钠引发剂和8kg水制成，丙烯酸乳液的合成方法为：加入4kg的水和2kg的十二烷基硫酸钠乳化剂在预乳化釜中，在搅拌速度为40r/min的条件下搅拌30min，将10kg丙烯酸单体加入预乳化釜中，本实施例中丙烯酸单体采用2.5kg丙烯酸甲酯、2.5kg甲基丙烯酸乙酯、2.5kg丙烯酸丁酯和2.5kg甲基丙烯酸甲酯；乳化1h后得到预乳化液；

将剩余4kg的水、剩余的1kg十二烷基硫酸钠乳化剂、3kg碳酸氢钠稳定剂和1/5的预乳化液投入反应釜中，加热升温至70℃后往反应釜中投入0.03kg过硫酸钠引发剂，进行种子聚合反应1h后，继续升温至85℃，待种子聚合完毕后，将0.04kg过硫酸钠引发剂和剩余的4/5预乳化液同步滴加至反应釜中，滴加时间控制在4h，待滴加完成后，等待30min后将剩余的0.03kg过硫酸钠引发剂投入反应釜中，然后进行保温2h，待保温结束后进行降温过滤，过滤完成后得到丙烯酸乳液。

实施例2-4

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例1的不同之处在于，制备水性背胶的原料不同，详细不同之处参照表1。

表1

实施例5

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例4的不同之处在于，制备丙烯酸乳液的步骤中，丙烯酸乳液选用20kg丙烯酸单体、6kg十二烷基硫酸钠乳化剂、5kg碳酸氢钠稳定剂、0.5kg过硫酸钠引发剂和16kg水制成，丙烯酸乳液的合成方法为：加入8kg的水和4kg的十二烷基硫酸钠乳化剂在预乳化釜中，在搅拌速度为40r/min的条件下搅拌30min，将20kg丙烯酸单体加入预乳化釜中，本实施例中丙烯酸单体采用5kg丙烯酸甲酯、5kg甲基丙烯酸乙酯、5kg丙烯酸丁酯和5kg甲基丙烯酸甲酯；乳化1h后得到预乳化液；

将剩余8kg的水、剩余的2kg十二烷基硫酸钠乳化剂、5kg碳酸氢钠稳定剂和1/5的预乳化液投入反应釜中，加热升温至70℃后往反应釜中投入0.15kg过硫酸钠引发剂，进行种子聚合反应1h后，继续升温至85℃，待种子聚合完毕后，将0.2kg过硫酸钠引发剂和剩余的4/5预乳化液同步滴加至反应釜中，滴加时间控制在4h，待滴加完成后，等待30min后将剩余的0.15kg过硫酸钠引发剂投入反应釜中，然后进行保温2h，待保温结束后进行降温过滤，过滤完成后得到丙烯酸乳液。

实施例6-8

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例4的不同之处在于，制备丙烯酸乳液的过程中，丙烯酸单体的选用原料不同，详细不同之处参照表2：

表2

实施例9

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例8的不同之处在于，在制备丙烯酸乳液的过程中，丙烯酸单体的原料重量不同，甲基丙烯酸乙酯的投入量为0.5kg、甲基丙烯酸甲酯的投入量为3kg、丙烯酸的投入量为2.5kg、甲基丙烯酸羟丙酯的投入量为4kg。

实施例10

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例8的不同之处在于，在制备丙烯酸乳液的过程中，丙烯酸单体的原料重量不同，甲基丙烯酸乙酯的投入量为1kg、甲基丙烯酸甲酯的投入量为3.5kg、丙烯酸的投入量为2.5kg、甲基丙烯酸羟丙酯的投入量为3kg。

实施例11

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例10的不同之处在于，将苯乙烯马来酸酐共聚物等量替换成制备例1的苯乙烯马来酸酐共聚物。

实施例12

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例10的不同之处在于，将苯乙烯马来酸酐共聚物等量替换成制备例2的苯乙烯马来酸酐共聚物。

实施例13

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例10的不同之处在于，将苯乙烯马来酸酐共聚物等量替换成制备例3的苯乙烯马来酸酐共聚物。

实施例14

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例10的不同之处在于，将苯乙烯马来酸酐共聚物等量替换成制备例4的苯乙烯马来酸酐共聚物。

实施例15

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例14的不同之处在于，丙烯酸乳液的投入量为33kg、制备例4中制得的苯乙烯马来酸酐共聚物的投入量为20kg、水性松香乳液的投入量为15kg、水性环氧乳液的投入量为12kg。

实施例16

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例14的不同之处在于，丙烯酸乳液的投入量为28kg、制备例4中制得的苯乙烯马来酸酐共聚物的投入量为20kg、水性松香乳液的投入量为12kg、水性环氧乳液的投入量为20kg。

对比例

对比例1

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例1的不同之处在于，丙烯酸乳液的投入量为10kg，苯乙烯马来酸酐共聚物的投入量为40kg。

对比例2

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例4的不同之处在于，将水性松香乳液等量替换成水性环氧乳液。

对比例3

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例4的不同之处在于，在制备丙烯酸乳液的过程中，丙烯酸单体为甲基丙烯酸乙酯。

对比例4

一种可实现高速涂布的电化铝水性背胶的制备方法，与实施例4的不同之处在于，在制备丙烯酸乳液的过程中，丙烯酸单体为甲基丙烯酸羟丙酯。

对比例5

本对比例的水性背胶采用市售的水性背胶，经测试可得固含量为43％，采用涂-4杯测得粘度为43s。

实施例1-16和对比例1-4中制得的水性背胶的固含量(％)和粘度(s)如下表所示：

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现有的水性背胶与本申请各实施例中制得的水性背胶的固含量相似，然而根据上表可知，对比例5中的水性背胶粘度较大，因此在涂布上机之前需要经过稀释，使粘度降低，而在稀释的过程中，需要增加溶剂水的用量，使得干燥速度减慢，进而降低涂布速度；而本申请各实施例中制得的水性背胶在固含量类似的条件下大大降低了水性背胶的粘度，使水性背胶满足涂布机上机的粘度要求，可以直接上机，不需要通过加水稀释，进而减少了水溶剂的使用量，大大增加了干燥速度，从而加快了涂布速度，达到175m/min。

性能检测试验

制备电化铝膜：选PET薄膜，在薄膜上涂覆固含量为20％的水性蜡，烘干形成离型层；然后将色层料浆涂布于离型层，涂布量为1.2g/m

对电化铝膜进行以下测试，其中每项测试的各个试样中，电化铝膜的薄膜、离型层、镀铝层和胶粘层均保持一致，区别在于胶粘层的背胶由不同实施例和对比例制得。

对照例

将实施例16中制得的水性背胶通过上述方法制成电化铝后，在烫印速度为80m/min的条件下烫印在水松纸上，得到对照例。

VOCS检测：根据《YC/T 207-2014烟用纸张中溶剂残留的测定顶空气相色谱/质谱联用法》对实施例1-16、对比例1-4和对照例进行测试。

上烫性测试：将实施例1-16、对比例1-4和对照例制得的水性背胶制成电化铝膜在烫金机上以180m/min的速度进行烫印，烫印图案面积为50mm×50mm的正方形图案，观察团清晰完整性和有无气泡等缺陷；同时计算烫印后掉粉的面积占比。

剥离强度性能：将实施例1-16、对比例1-4和对照例中制得的水性背胶制成电化铝膜后根据IPC-TM-650方法测试，使用快压机在在180℃、100kgf/cm2条件下将覆盖膜与铜箔光滑面压合60秒，固化后蚀刻测试180°剥离强度。

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根据实施例1-4和对比例1-4的数据对比可得，在制备丙烯酸乳液的原料中，使用水作为溶剂，不加入其他有机溶剂，大大降低水性背胶的VOCs值，减少有机溶剂对环境的污染；同时采用多种丙烯酸单体混合引发，使丙烯酸乳液具有良好的稳定性和粘结性能，丙烯酸乳液、苯乙烯马来酸酐共聚物、水性松香乳液和水性环氧乳液共同配合，制备出的电化铝水性背胶涂布在水松纸上，提高了烫印速度，达到135-180m/min，提高了生产效率。

根据实施例4-10的数据对比可得，采用甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和甲基丙烯酸羟丙酯四种单体可以改善丙烯酸乳液的粘结性能，进而提高水性背胶与基材的结合力，提高水性背胶与基材的附着力；当丙烯酸单体采用上述四种单体在特定比例时结合单体竟聚率，可以使单体聚合的更加完全，从而丙烯酸乳液的性能更加突出，VOCs含量更低。

根据实施例10-14的数据对比，本申请对苯乙烯马来酸酐共聚物进行改性，形成粘度较高的膜，有效提高了制得的水性背胶在水松纸上具有良好的上烫性和附着力，进而提高水性背胶的剥离强度；当焦磷酸钠、硫酸亚铁、歧化松香酸钾和叔十二烷基硫醇在特定配比时，四者共同协同配合，可以大大提高水性背胶的剥离强度。

根据实施例14-16和对照例的数据对比可得，当丙烯酸乳液、改性苯乙烯马来酸酐共聚物和水性松香乳液和水性环氧乳液在特定的共同配比下，改性苯乙烯马来酸酐共聚物和水性环氧乳液可以均匀分散在体系中，丙烯酸乳液提高水性背胶的粘结性能，提高水性背胶的烫印速度和剥离强度，同时有效降低水性背胶的VOCs值，使水性背胶更环保。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。