UV油墨印刷預(yù)涂膜用叔-丙乳液底涂劑的研制

UV油墨印刷預(yù)涂膜用叔—丙乳液底涂劑的研制紫外光輻射固化技術(shù)是20世紀(jì)70年代末開發(fā)出的一種嶄新綠色技術(shù)，利用該技術(shù)生產(chǎn)的紫外光固化油墨，簡稱UV油墨，擁有不含揮發(fā)性有機(jī)物（

VOC）、對環(huán)境污染較小、固化速率較快、節(jié)約能源、固化產(chǎn)物性能較好以及適于高速自動化生產(chǎn)等長處。

而傳統(tǒng)油墨易揮發(fā)、固化速率較慢、不利于環(huán)境保護(hù)。所以，

UV

油墨將是傳統(tǒng)油墨的主要代替品。但是因為技術(shù)原由，目前市場上大多數(shù)

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油墨在易碎性、粘著性和固化性等方面存在必然的問題，尤此中、低端的UV油墨印刷在界面自由能較低的薄膜類產(chǎn)品上（如PET、PP和PVC等），因為粘接強(qiáng)度不高，印刷層簡單零散。本研究試圖合成出一種乳液共聚物，采納預(yù)涂膜工藝將合成的乳液底涂劑早先涂布在薄膜基材上，經(jīng)烘箱干燥后收卷。預(yù)涂膜由薄膜基材和乳液共聚物成膜物質(zhì)組成。涂層面為UV油墨印刷面，其目的是使預(yù)涂層起到一種“媒介”作用，一方面對薄膜有較好的粘接力，另一方面對UV油墨印刷層有較強(qiáng)的黏附性。本研究針對UV油墨的粘附特點(diǎn)及塑料薄膜的表面狀態(tài)，以叔碳酸乙烯酯（VV-10）與丙烯酸酯作為共聚物主體樹脂，選擇適合的交聯(lián)系統(tǒng)及乳化系統(tǒng)，經(jīng)過特定的聚合工藝制備出一種擁有核殼結(jié)構(gòu)的乳液，并精選出一種適合的潤濕流平劑，較好地解決了乳液涂布缺點(diǎn)。試驗表示，該乳液解決了UV油墨在薄膜上印刷牢度不良的問題，用戶反響優(yōu)異。實驗部分1.1實驗原料及儀器甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸（AA）、叔碳酸乙烯酯（VV-10），汕頭市西隴化工有限公司；鄰苯二甲酸二烯丙酯（DAP）、N-羥甲基丙烯酰胺（NMA）、甲基丙烯酸-2-羥乙酯（HEMA）、甲基丙烯酰胺乙基乙撐脲（MAEEU）、TM-100（含雙鍵的雙羰基化合物），廣州航欽貿(mào)易有限公司；反響型乳化劑NPS-68、非離子乳化劑X-408、壬基酚聚氧乙烯醚（NP-40）、二辛基磺基琥珀酸鈉鹽（ABO）、炔二醇類潤濕劑（Surfynol-104E），廣州煦和貿(mào)易有限公司；過硫酸銨（APS）、氨水、流延聚丙烯薄膜（CPP）、UV油墨，市售。NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計，上海天平儀器廠；涂布機(jī)，汕頭市華鷹軟包裝設(shè)備有限公司；UV油墨印刷機(jī)，東莞鴻冠UV設(shè)備有限公司；PT-1070拉力機(jī)，臺灣寶大國際儀器股份有限公司，ZetasizerNanoZS型激光粒度解析儀，英國馬爾文公司。1.2叔-丙乳液的合成按配方要求在單口燒瓶中加入去離子水、乳化劑、部分單體MMA、BA、VV-10、AA和DAP）和交聯(lián)劑（如NMA、HEMA、MAEEU和TM-100），常溫下高速攪拌30min，獲得預(yù)乳液，備用。節(jié)余單體充分混雜后備用。在裝有攪拌器、溫度計和回流冷凝管的四口燒瓶中，加入必然量的去離子水，升溫至70℃，加入10%預(yù)乳液和1/2惹起劑（APS）溶液，升溫至82℃，待反響瓶內(nèi)乳液出現(xiàn)藍(lán)光后，2～3h內(nèi)連續(xù)滴加節(jié)余預(yù)乳液、混雜單體及惹起劑溶液，滴畢，保溫1h，爾后降溫至℃以下，用氨水調(diào)治pH值7～8，加入潤濕流平劑等助劑，分別平均后過濾包裝。1.3預(yù)涂膜的制備及UV油墨的印刷將合成乳液在涂布機(jī)進(jìn)步行涂布作業(yè)。乳液被網(wǎng)紋輥涂布至CPP薄膜表面，經(jīng)烘箱干燥后收卷。涂布加工后的產(chǎn)品即為預(yù)涂膜，室溫放置24h后檢測涂層牢度。牢度合格后，預(yù)涂膜在6色間歇式輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)進(jìn)步行UV油墨的試印刷，應(yīng)保證油墨充分干燥固化。爾后檢測UV油墨印刷層與預(yù)涂膜的牢度。1.4性能測試或表征1）黏度：依據(jù)GB/T2794—1995《膠粘劑黏度的測定》標(biāo)準(zhǔn)，采納旋轉(zhuǎn)黏度計進(jìn)行測定[采納2#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為30r/min，測試溫度為（23±2）℃]。2）pH值：采納廣泛pH試紙進(jìn)行測定。3）機(jī)械牢固性：在1000mL搪瓷杯中加入200g用120目篩網(wǎng)過濾后的乳液，將搪瓷杯固定在攪拌機(jī)上，以1500r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min后察看乳液可否被破乳或絮凝，如無顯然的絮凝物，再用目篩網(wǎng)過濾，如沒有或僅有少許絮凝即以為經(jīng)過。4）涂膜附著力：依據(jù)GB/T1720—1979《漆膜附著力測定法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。5）涂膜硬度：依據(jù)GB/T6739—1996《涂膜硬度鉛筆測定法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。6）乳液涂膜與CPP薄膜的抗剝離性：采納標(biāo)準(zhǔn)壓敏膠帶與制備好的預(yù)涂膜進(jìn)行貼合，用壓滾沿同一方向滾壓數(shù)次，爾后裁剪成200mm×50mm的試樣，在PT1070拉力機(jī)上以600mm/min的速率進(jìn)行剝離，察看被剝離后壓敏膠帶上的黏附現(xiàn)象，涂層沒有任何帶起、零散，預(yù)涂膜表面完好，視為合格。7）UV油墨印刷層與預(yù)涂膜的抗剝離性：用標(biāo)準(zhǔn)壓敏膠帶貼于印刷層表面，用壓滾壓實后，放置10s，90°剎時拉起，無掉墨現(xiàn)象視為合格。（8）涂膜耐酒精擦洗性：用二層棉紗布裹在500g砝碼上，用95%醫(yī)用酒精滴在棉紗布上，以不流出酒精為宜，以2s/往返一次的速率在600mm長度范圍內(nèi)往返擦抹，記錄涂膜出現(xiàn)破壞時的次數(shù)，大于30次即為合格。結(jié)果與議論2.1基本單體種類及用量對乳液底涂劑性能的影響本研究合成的乳液底涂劑所起的作用是一種“介質(zhì)”，其成膜物應(yīng)在40～50℃下不會反黏，以利于印刷及卷取。所以采用適合的不同樣種類的軟、硬單體參加共聚，經(jīng)過分派各種單體的用量，以控制共聚物的玻璃化溫度（Tg），知足預(yù)涂膜的印刷條件。試驗結(jié)果如表1所示。由表1可知：單體的種類及配比直接影響共聚物的粘接性能及成膜質(zhì)狀態(tài)。配方中當(dāng)只有MMA和BA共聚時，聚合物的Tg值較低，固然粘接性能較好，但涂層簡單反黏，涂膜硬度較差，不利于UV油墨印刷后的卷取。隨著MMA用量增添，聚合物的Tg值增高，但其粘接力降落，這是因為MMA是硬單體，共聚物剛性加強(qiáng)，涂膜太硬且易斷裂。而在配方中增添了VV-10參加共聚后，底涂劑各種性能均能知足應(yīng)用要求。這是因為VV-10是高度支鏈化的9～10個碳原子的合成單體，因為α-碳原子上烷基基團(tuán)的障蔽作用，聚合物側(cè)鏈上的酯基很難水解，因此共聚物的抗氧化及耐紫外線性能較優(yōu)。所以UV油墨印刷過程中經(jīng)紫外光惹起固化，基本不會對涂層造成破壞，故UV油墨與預(yù)涂膜的黏附性較好。2.2

交聯(lián)劑種類對乳液底涂劑黏附性能的影響乳液底涂劑所粘接的對象一面是非極性的薄膜，一面是UV油墨的承印載體。因為塑料薄膜與UV油墨表面屬性的差別，要求乳液共聚物在配方設(shè)計上一定知足對

2種性質(zhì)差別較大物質(zhì)的粘接牢度。為此，在其余條件保持不變的前提下，經(jīng)過選擇不同樣的交聯(lián)系統(tǒng)，研究共聚物與薄膜及

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油墨的黏附性，結(jié)果如表

2所示。由表2可知：以MAEEU/TM-100/AA作為交聯(lián)系統(tǒng)的乳液底涂劑之綜合性能相對最好。這是因為MAEEU是由1個雙鍵和1個氮雜環(huán)基組成的脲基功能單體，氮雜環(huán)中與氮基相連的爽朗氫可與TM-100中的羰基及AA中的羧基在成膜過程中發(fā)生交聯(lián)反響，增添了共聚物的交聯(lián)密度，提升了內(nèi)聚力和粘接力，因此改進(jìn)了底涂劑的耐酒精擦洗性能。2.3潤濕流平劑種類對乳液底涂劑涂布性能的影響以水為分別介質(zhì)的合成乳液之表面張力較大，涂布在低表面自由能的塑料表面，因潤濕性較差簡單產(chǎn)生涂布缺點(diǎn)。若是在乳液合成后增添適合的潤濕流平劑，可獲得圓滑、透明、無瑕疵的預(yù)涂膜。在其他條件保持不變的前提下，不同樣種類的潤濕流平劑對底涂劑涂布性能的影響如表3所示。由表3可知：采納Surfynol-104E底涂劑的涂布收效相對最好。傳統(tǒng)的表面活性劑平時只有一個疏水基團(tuán)（烴尾）與一個親水基相連。Surfynol-104E是炔二醇類表面活性劑，其擁有2個親水基團(tuán)與2個疏水尾鏈相連，所以同樣用量下可顯然降低底涂劑的表面張力，特別是在動向條件下，能更好地控制泡沫