CN102911592B - 用于塑料纸表面的水性涂布液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生态纸，特别涉及以非木浆、非纸浆为原料的用于塑料纸表面的水性涂布液及其制备方法。本发明的用于塑料纸表面的水性涂布液的制备方法：将30～60wt%的无机填料粉、5～20wt%的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液、1～10wt%的添加剂和余量的水，在机械搅拌下混合均匀，即制备得到所述的用于塑料纸表面的水性涂布液。本发明的水性涂布液是一种水性环保涂料，由于本发明的水性涂布液中含有聚氨酯和聚丙烯酸酯共聚物，所以使塑料纸通过涂覆本发明的水性涂布液可改善塑料纸表面的平整性、柔性、印刷性能，以及提高塑料纸的表面强度等性能。

Description

用于塑料纸表面的水性涂布液及其制备方法

技术领域

本发明涉及生态纸，特别涉及以非木浆、非纸浆为原料的用于塑料纸表面的水性涂布液及其制备方法。

背景技术

在寻找新的材料代替纸浆生产纸用品的过程中，人们逐渐把目光注意到塑料纸（有人称为石头纸，也可能是因为石头粉占主要成分的缘故）上，所谓塑料纸就是在聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯等塑料中加入50～80wt％的碳酸钙（也可以是一种含碳酸钙的石头磨的粉，或轻质碳酸钙——化学反应得到的）、钛白粉、二氧化硅、白土等矿石粉或者化学反应的粉末中的一种或几种。也有的加入发酵粉，以便在使用后可生物降解，减少对环境的影响。塑料纸最早出现于20世纪六七十年代的日本和德国等国，到20世纪80年代，苏联也成功研制出了塑料纸，我国最早生产的塑料纸是出现在台湾地区。安徽天象龙盟环保纸业公司是目前国际上塑料纸产量最大的企业。这种经由天然无机矿石粉、聚乙烯、天然淀粉和助剂经混炼挤压等工艺制成的塑料纸（又名原纸），存在表面手感粗糙、缺少光泽、强度低、弯折性能差等不足，因而需要对原纸进行表面处理，改善性能，以满足文化用纸、包装用纸和装潢用纸的不同需求。

聚氨酯（PU）因其合成原料及工艺的多样性和广泛性，使聚氨酯的软硬度具有可调节、耐低温、柔软性好和耐磨性好等优点，广泛用于涂料、涂饰剂弹性体、印染助剂和胶粘剂等领域。随着人们对环保意识的增强，以水为分散介质的聚氨酯成为研究和应用的重要方向，但其在耐高温、初粘性、耐化学性、耐水性和机械强度方面较差；相对于以水为分散介质的聚氨酯，以水为分散介质的聚丙烯酸酯共聚物(PA)乳液涂敷的膜在耐候、耐水、耐溶剂、耐光性和机械强度方面具有明显的优势。针对上述塑料纸（又名原纸）存在手感粗糙、缺少光泽、强度低、弯折性能差等不足，本发明提出在塑料纸（又名原纸）的表层进行涂布水性涂布液，该水性涂布液是由水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液、无机填料粉、添加剂和水，通过机械搅拌混合而成的。本发明的用于塑料纸表面的水性涂布液可改善塑料纸表面的平整性、柔性、印刷性能，以及提高塑料纸的表面强度等性能。

发明内容

本发明的目的之一在于改善塑料纸表面的平整性、柔性、印刷性能，以及提高塑料纸的表面强度等性能，从而提供一种用于塑料纸表面的水性涂布液。

本发明的目的之二在于提供一种用于塑料纸表面的水性涂布液的制备方法。

本发明的用于塑料纸表面的水性涂布液的组成和含量为：

本发明的用于塑料纸表面的水性涂布液的制备方法：将30～60wt%的无机填料粉、5～20wt%的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液、1～10wt%的添加剂和余量的水，在机械搅拌下混合均匀，即制备得到所述的用于塑料纸表面的水性涂布液。

所述的无机填料粉的粒径为500～1500目。所述的无机填料粉选自轻质碳酸钙粉、氢氧化镁粉和钛白粉等中的一种或几种。

所述的添加剂包括增塑剂和润滑剂等，其中增塑剂：润滑剂的重量比为1:2～2:1。

所述的增塑剂选自山梨醇、丙三醇、乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二甲酯中的一种或几种。

所述的润滑剂是石蜡、聚乙烯蜡或它们的混合物。

所述的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液是由以下方法制备得到的：

将多元醇、异氰酸酯、亲水性扩链剂和甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂（甲基吡咯烷酮的加入量优选是多元醇重量的10%）加入到容器中，其中加入的多元醇和异氰酸酯，是以多元醇中的羟基(-OH)的摩尔总和与异氰酸酯中的异氰酸根（-NCO）的摩尔总和的比例控制在1：3～3：1之间为准，优选比例为1:2，亲水性扩链剂的加入量是多元醇和异氰酸酯总重量的5%～20%；在机械搅拌下将温度从室温升温到80℃，然后再加入二丁基二月桂酸锡（T-12），二丁基二月桂酸锡的加入量是多元醇和异氰酸酯的总重量的0.3%，进行缩合反应2～6小时；然后将温度降到60℃，再加入扩链剂甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），扩链剂甲基丙烯酸羟乙酯的加入量是以扩链剂甲基丙烯酸羟乙酯的摩尔量等于上述加入的异氰酸酯中的异氰酸根（-NCO）与多元醇中的羟基(-OH)的摩尔差值为准，继续反应3小时；在温度为40℃下加入成盐剂三乙胺，三乙胺的加入量是多元醇和异氰酸酯的总重量的0.5%，继续搅拌反应30分钟；然后加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)的加入量是它们的总重量与多元醇、异氰酸酯、亲水性扩链剂和甲基丙烯酸羟乙酯的总重量的重量比为4:1～1:4，优选比为1:2，其中加入的甲基丙烯酸甲酯(MMA)与丙烯酸丁酯(BA)的重量比为2:1～1:2，优选比为1:1；加入适量的水进行分散（所加入的水量以使所得水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量为30～60wt%，优选为40～50wt％），及加入催化量的偶氮二异丁腈引发剂，在温度为60℃下继续反应1～3小时，静置、过滤，减压蒸馏脱去溶剂，得到最终的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液。

上述方法制备得到的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液与单纯聚氨酯乳液和聚丙烯酸酯乳液共混相比，所制备的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液(PUA)中的两组份具有良好的相容性，明显改善了成膜性，提高了膜的物理和光学性能，充分发挥了两者的优点，提高了它们的综合性能。

所得水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的聚氨酯(PU)的含量（包括多元醇、异氰酸酯和亲水性扩链剂）为10～20wt%，聚丙烯酸酯共聚物（PA）的含量为20～40wt%，PU与PA的重量比优选为1:2。通过控制反应中所加入的水量，所述的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量为30～60wt%，优选为40～50wt％。

所述的多元醇可以选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚丙二醇和1,4丁二醇中的一种；优选为聚醚多元醇（GE-210，数均相对分子量为1000）。

所述的异氰酸酯可以是甲苯二异氰酸酯或二甲苯甲烷异氰酸酯；优选是甲苯二异氰酸酯（TDI）。

所述的亲水性扩链剂是二羟甲基丙酸(DMPA)。

本发明中所述的塑料纸（又名原纸）是一种环保纸，如背景技术中所述，其是经由天然无机矿石粉（如碳酸钙粉、氢氧化镁粉和钛白粉中的一种或几种）、聚乙烯、天然淀粉（如非食用的工业用淀粉；可以是玉米淀粉、木薯淀粉或它们的混合物）和助剂（如增塑剂山梨醇，润滑剂石蜡）经混炼挤压，吹膜和进一步切割等工艺制成的。本发明的水性涂布液是一种水性环保涂料，由于本发明的水性涂布液中含有聚氨酯和聚丙烯酸酯共聚物，所以使塑料纸通过涂覆本发明的水性涂布液可改善塑料纸表面的平整性、柔性、印刷性能，以及提高塑料纸的表面强度等性能。所述的塑料纸（又名原纸）在涂覆本发明的水性涂布液后，经干燥后，其涂层的厚度可为3～20微米。

具体实施方式

实施例1.

将40克的GE-210（数均相对分子量为1000）、30克的TDI、10克的DMPA和4克的NMP加入到一个带有温度计、搅拌器和回流冷凝管的1000mL四口烧瓶中；在机械搅拌下将温度从室温升温到80℃，然后再滴加1克的T-12，进行缩合反应2个小时（粘度大，可补加少量丙酮）；然后降温到60℃，再加入16克的HEMA，并在该温度下继续反应3个小时；在温度为40℃下加入0.35克的三乙胺，并在该温度下继续搅拌反应30分钟；然后再加入40克的甲基丙烯酸甲酯(MMA)与40克的丙烯酸丁酯(BA)，及滴加220克的水进行分散，加入1克的偶氮二异丁腈引发剂，在温度为60℃下继续反应1～3小时，静置、过滤，减压蒸馏脱去溶剂，得到最终的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液。所得的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量约为45%，其中聚氨酯与聚丙烯酸酯共聚物的重量比为5:4。

将150克粒径为1500目的轻质碳酸钙粉、50克上述得到的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液、20克的乙二醇、20克的石蜡和200克的水混合在容器中，以700转/分钟的机械搅拌3小时，得到混合均匀的用于塑料纸表面的水性涂布液。所得的涂布液中的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物的固含量为5%，轻质碳酸钙粉的含量约为34%。

将20wt%的淀粉、70wt%的碳酸钙、6wt%的粘合剂聚乙烯醇、3wt%的增塑剂山梨醇、0.5wt%的润滑剂石蜡和0.5wt%的硅烷偶联剂KH550加入到高速搅拌机中混合分散均匀，然后经螺杆挤出机挤出造粒，将造粒后的粒料利用吹膜机进行吹膜，制备成薄膜，得到塑料纸（又名原纸），再经过高压放电处理（电晕）后，将上述得到的水性涂布液流涂或喷涂在该塑料纸上；经过干燥后，其涂层的厚度为3～20微米。

实施例2.

将40克的GE-210（数均相对分子量为1000）、30克的TDI、10克的DMPA和4克的NMP加入到在一个带有温度计、搅拌器和回流冷凝管的1000mL四口烧瓶中。在机械搅拌下从室温升到80℃，然后再滴加1克的T-12，进行缩合反应2个小时（粘度大，可补加少量丙酮）；然后降温到60℃，再加入16克的HEMA，并在该温度下继续反应3个小时；在温度为40℃下加入0.35克的三乙胺，并在该温度下继续搅拌反应30分钟；然后再加入80克的甲基丙烯酸甲酯(MMA)与80克的丙烯酸丁酯(BA)，及滴加300克的水，加入2克的偶氮二异丁腈引发剂，在温度为60℃下继续反应1～3小时，静置、过滤，减压蒸馏脱去溶剂，得到最终的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液。所得的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量约为46%，其中聚氨酯与聚丙烯酸酯共聚物的重量比为5:8。

将200克粒径为1500目的轻质碳酸钙粉、100克粒径为1000目的滑石粉、100克上述得到的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液、20克的乙二醇、20克的石蜡和300克的水混合在容器中，以700转/分钟的机械搅拌3小时，得到混合均匀的用于塑料纸表面的水性涂布液。所得的涂布液中的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物的固含量为6.2%，轻质碳酸钙粉的含量约为40%。

将20wt%的淀粉、70wt%的碳酸钙、6wt%的粘合剂聚乙烯醇、3wt%的增塑剂山梨醇、0.5wt%的润滑剂石蜡和0.5wt%的硅烷偶联剂KH550加入到高速搅拌机中混合分散均匀，然后经螺杆挤出机挤出造粒，将造粒后的粒料利用吹膜机进行吹膜，制备成薄膜，得到塑料纸（又名原纸），再经过高压放电处理（电晕）后，将上述得到的水性涂布液流涂或喷涂在该塑料纸上；经过干燥后，其涂层的厚度为3～20微米。

实施例3

将40克的GE-210（数均相对分子量为1000）、30克的TDI、10克的DMPA和4克的NMP加入到在一个带有温度计、搅拌器和回流冷凝管的1000mL四口烧瓶中；在机械搅拌下将温度从室温升到80℃，然后再滴加1克的T-12，进行缩合反应2个小时（粘度大，可补加少量丙酮）；降温到60℃，再加入16克的HEMA，并在该温度下继续反应3个小时；在温度为40℃下加入0.35克的三乙胺，并在该温度下继续搅拌反应30分钟；然后再加入25克的甲基丙烯酸甲酯(MMA)与25克的丙烯酸丁酯(BA)，及滴加170克的水，加入1克的偶氮二异丁腈引发剂，在温度为60℃下继续反应1～3小时，静置、过滤，减压蒸馏脱去溶剂，得到最终的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液。所得的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量约为47%，其中聚氨酯与聚丙烯酸酯共聚物的重量比为2:1。

将120克粒径为1500目的轻质碳酸钙粉、50克粒径为1000目的滑石粉、50克粒径为1000目的钛白粉、80克上述得到的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液、20克的乙二醇、20克的石蜡和250克的水混合在容器中，以700转/分钟的机械搅拌3小时，得到混合均匀的用于塑料纸表面的水性涂布液。所得的涂布液中的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物的固含量为6.4%，轻质碳酸钙粉的含量约为37.3%。

将20wt%的淀粉、70wt%的碳酸钙、6wt%的粘合剂聚乙烯醇、3wt%的增塑剂山梨醇、0.5wt%的润滑剂石蜡和0.5wt%的硅烷偶联剂KH550加入到高速搅拌机中混合分散均匀，然后经螺杆挤出机挤出造粒，将造粒后的粒料利用吹膜机进行吹膜，制备成薄膜，得到塑料纸（又名原纸），再经过高压放电处理（电晕）后，将上述得到的水性涂布液流涂或喷涂在该塑料纸上；经过干燥后，其涂层的厚度为3～20微米。根据对纸张的要求，分切成大小不一的纸张。

Claims (7)

1.一种用于塑料纸表面的水性涂布液，其特征是，所述的水性涂布液的组成和含量为：

所述的无机填料粉选自轻质碳酸钙粉、氢氧化镁粉和钛白粉中的一种或几种；

所述的添加剂是增塑剂和润滑剂；其中增塑剂：润滑剂的重量比为1:2～2:1；

所述的增塑剂选自山梨醇、丙三醇、乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二甲酯中的一种或几种；

所述的润滑剂是石蜡、聚乙烯蜡或它们的混合物；

所述的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量为30～60wt％；

所述的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液是由以下方法制备得到的：

将多元醇、异氰酸酯、亲水性扩链剂和甲基吡咯烷酮溶剂加入到容器中，其中加入的多元醇和异氰酸酯，是以多元醇中的羟基的摩尔总和与异氰酸酯中的异氰酸根的摩尔总和的比例控制在1：3～3：1之间为准，亲水性扩链剂的加入量是多元醇和异氰酸酯总重量的5％～20％；在机械搅拌下将温度从室温升温到80℃，然后再加入二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡的加入量是多元醇和异氰酸酯的总重量的0.3％，进行缩合反应2～6小时；然后将温度降到60℃，再加入扩链剂甲基丙烯酸羟乙酯，扩链剂甲基丙烯酸羟乙酯的加入量是以扩链剂甲基丙烯酸羟乙酯的摩尔量等于上述加入的异氰酸酯中的异氰酸根与多元醇中的羟基的摩尔差值为准，继续反应3小时；在温度为40℃下加入成盐剂三乙胺，三乙胺的加入量是多元醇和异氰酸酯的总重量的0.5％，继续搅拌反应30分钟；然后加入甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的加入量是它们的总重量与多元醇、异氰酸酯、亲水性扩链剂和甲基丙烯酸羟乙酯的总重量的重量比为4:1～1:4，其中加入的甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的重量比为2:1～1:2；加入水进行分散，及加入催化量的偶氮二异丁腈引发剂，在温度为60℃下继续反应1～3小时，静置、过滤，减压蒸馏脱去溶剂，得到水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液；

所述的亲水性扩链剂是二羟甲基丙酸；

所述的加入水进行分散，其加入的水量以使所得水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量为30～60wt％。

2.根据权利要求1所述的用于塑料纸表面的水性涂布液，其特征是：所述的无机填料粉的粒径为500～1500目。

3.根据权利要求1所述的用于塑料纸表面的水性涂布液，其特征是：所述的甲基吡咯烷酮的加入量是多元醇重量的10％。

4.根据权利要求1或3所述的用于塑料纸表面的水性涂布液，其特征是：所述的多元醇选自聚醚多元醇、聚酯多元醇和1,4-丁二醇中的一种。

5.根据权利要求4所述的用于塑料纸表面的水性涂布液，其特征是：所述的聚醚多元醇是聚丙二醇。

6.根据权利要求1所述的用于塑料纸表面的水性涂布液，其特征是：所述的异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯。

7.一种根据权利要求1～2任意一项所述的用于塑料纸表面的水性涂布液的制备方法：将30～60wt％的无机填料粉、5～20wt％的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液、1～10wt％的添加剂和余量的水，在机械搅拌下混合均匀，制备得到所述的用于塑料纸表面的水性涂布液；

所述的添加剂是增塑剂和润滑剂；其中增塑剂：润滑剂的重量比为1:2～2:1；

所述的增塑剂选自山梨醇、丙三醇、乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二甲酯中的一种或几种；

所述的润滑剂是石蜡、聚乙烯蜡或它们的混合物；

所述的水性的聚氨酯/聚丙烯酸酯共聚物复合乳液中的固含量为30～60wt％。