BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液及其制备方法和应用

摘要

本发明属于聚合物涂料领域，公开了一种BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液及其制备方法和应用。该复合水乳液由以下组分制备而成：可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液30～100重量份、改性氯化聚丙烯水乳液30～100重量份、光引发剂0.1～1.5重量份、乳化剂0～1重量份、流平剂0～1重量份和消泡剂0.1～1重量份。该复合水乳液具有UV光固化功能，涂膜于BOPP表面经过UV照射方式固化后，涂层粘附力较强，且该复合水乳液不含挥发性有机物（VOC），符合绿色环保要求，其操作过程简单安全、节能高效。

说明书

技术领域

本发明属于聚合物涂料领域，具体涉及一种BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液及其制备方法和应用。 

技术背景

双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）是最主要的包装塑料薄膜之一，具有质轻、透明性好、防潮抗氧、气密性好、有韧性耐折、表面光滑耐热酸碱、溶剂、摩擦、撕裂，能再现商品的造型、色彩，而且价格低廉，加工性能优异，常用作复合薄膜的面层材料等而作为基材使用，可广泛应用于塑料包装材料。但是由于聚烯烃薄膜表面自由能低，润湿性差，印刷困难，因此在对聚烯烃薄膜表面进行涂装前通常需进行预处理，以提高涂层对基材的附着力。提高涂层对聚烯烃薄膜的附着力方法有两类，一是对底材改性，二是采用专用涂料作底涂层。第一类方法中，聚烯烃表面一般须经火焰处理、电晕放电、气体等离子处理、紫外光照射或化学氧化等方法进行氧化处理，从而提高表面能，形成键合所需的极性点，然而这类方法通常存在处理不均一、处理后表面湿张力衰减或增大低材粗糙度等缺点。涂层法处理BOPP薄膜表面具有处理后表面湿张力不会因为高温、高湿的气候条件而衰减，而且涂层材料也有较好耐候性，且工艺简单、生产成本低、储存与可操作生产时间长等优点。 

涂层法中最重要的是高分子涂覆液的制备，目前高分子涂覆液有溶剂型和 水型两大类，溶剂型高分子涂覆液有氯化聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯类等，但溶剂型涂覆液一般使用苯类等有机溶剂，不符合绿色环保要求；而目前存在的水型高分子涂覆液与溶剂型的相比，涂层与基材的粘附力降低，涂层综合性能下降。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液，该复合水乳液中聚丙烯酸酯聚合物的结构中包含可进行UV光固化的反应性基团，在紫外光照射下，可使聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳中的聚合物发生交联，在不添加小分子助剂的情况下有效提高体系的内聚力。 

本发明的另一个目的在于提供上述BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酯-氯化聚丙烯复合水乳液的制备方法。 

本发明的再一个目的在于提供上述BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水性乳液在BOPP薄膜涂覆中的应用。 

本发明目的通过以下技术方案实现：一种BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液，该复合水乳液由以下按重量份数计的组分制备而成： 

所述可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液是将具有如式（1）所示结构式的聚丙烯酸酯聚合物20～40重量份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水60～100重量份，2000～10000r/min下搅拌分散，除去溶剂制备得到； 

其中，R为H或CH₃，x=50～100，y=150～300，z=25～80，n=1～12。 

所述聚丙烯酸酯聚合物按照以下方法制备得到：将溶剂150～200重量份、丙烯酸或甲基丙烯酸10～40重量份、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯50～80重量份、丙烯酸缩水甘油酯5～20重量份和引发剂3～4重量份混合，搅拌均匀，加入催化剂0.5～1重量份和阻聚剂0.2～0.5重量份，升温至75～80℃，反应6～12h，除去溶剂，得到聚丙烯酸酯聚合物。所述溶剂为丁酮、乙二醇甲醚、丁酮与乙二醇甲醚混合溶剂中的一种； 

所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯和丙烯酸苄酯中的一种以上；所述甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸苄酯中的一种以上；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化氢、过氧化二碳酸二异丙酯、过硫酸钾、氢过氧化叔丁基、过氧化氢对盂烷、过氧化十二酰和过氧化二苯甲酰中的一种 以上；所述催化剂为四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、苄基三乙基溴化铵、溴化三丁基苄胺、三辛基甲基溴化铵、三辛基甲基氯化铵和四丁基四氟硼酸铵中的一种以上。所述的阻聚剂为对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚和2,5-二叔丁基对苯二酚中的一种以上。 

所述改性氯化聚丙烯水乳液是将具有如式（2）所示结构式的改性氯化聚丙烯聚合物20～40重量份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水60～100重量份，2000～10000r/min搅拌分散，除去溶剂制备得到； 

其中，n=1～8。 

所述改性氯化聚丙烯聚合物按照以下方法制备得到：将溶剂50～200重量份和氯化聚丙烯30～80重量份混合，升温至60℃搅拌均匀，加入丙烯酸酯5～15重量份和引发剂1～3重量份，升温至85～110℃，在1.5～3.5h内滴加丙烯酸1～10重量份，继续反应2～5h，除去溶剂，得改性氯化聚丙烯聚合物；所述溶剂为甲苯和二甲苯中的一种或两种； 

所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸环己酯和丙烯酸月桂酯中的一种以上；所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰和过氧化氢对盂烷中的一种以上。 

所述光引发剂为α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮、二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、α,α-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基-苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基 丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种以上； 

所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、苯乙基苯酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚和苄基酚聚氧乙烯醚中的一种以上； 

所述流平剂为醋酸-丁酸纤维素和聚二甲基硅氧烷中的一种或两种。 

所述消泡剂为甘油三羟基聚醚和磷酸三丁酯中的一种或两种。 

上述BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液的制备方法，包括以下操作步骤：在常温下将可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液30～100重量份、改性氯化聚丙烯水乳液30～100重量份、光引发剂0.1～1.5重量份、乳化剂0～1重量份、流平剂0～1重量份和消泡剂0.1～1重量份混合，2000～1000r/min搅拌分散5～30min，混合均匀，制备得到BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液。 

上述BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液在BOPP薄膜涂覆中的应用，由以下方法实现：使用滚涂机将BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液在BOPP薄膜表面按10～20g/m2均匀涂覆一层薄膜，置于波长范围200～400nm波长范围的紫外灯下照射固化。 

本发明与现有技术相比具有以下优点： 

（1）本发明通过调整合成聚丙烯酸酯、改性氯化聚丙烯用单体的种类；调整聚丙烯酸酯、改性氯化聚丙烯、光引发剂的用量比可以得到一系列BOPP涂层用UV光固化复合水乳液。 

（2）本发明的BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液，其中聚丙烯酸酯水乳液的结构中适量的光敏性基团在紫外线照射下可发生紫外光固化反应，使聚合物发生交联，不用添加小分子助剂便可提高体系内聚力。 

（3）本发明的BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液不含挥发性有机溶剂（VOC），固化方式采用紫外光固化，操作简单，具有能耗小、绿色环保、节能高效等特点。 

具体实施方案

下面结合实例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 

下列实施例中各性能参数按照以下方法测定： 

涂膜性能测定： 

固化膜的表面张力：按ISO8296-2003测定。 

固化膜的附着力：使用3M600#测试胶带测定。 

实施例1 

（1）聚丙烯酸酯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、温度计的反应器中加入100份丁酮、20份甲基丙烯酸、70份甲基丙烯酸异丁酯、10份甲基丙烯酸甲酯、4份偶氮二异丁腈，升温至80℃反应6h，加入5份丙烯酸缩水甘油酯、0.8份对苯二酚、0.4份四丁基溴化铵、继续反应4小时，除去溶剂得聚丙烯酸酯聚合物；取该聚合物20份溶于四氢呋喃中，中和至中性，加入水50份，2000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液。 

（2）改性氯化聚丙烯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的反应器中加入150份甲苯，升温至60℃，加入50份氯化聚丙烯，搅拌混合均匀，加入10份丙烯酸丁酯、3份过氧化苯甲酰，升温至110℃，在1.5h内慢慢滴加如2.5份丙烯酸，继续反应2.5h，除去溶剂、得改性氯化聚丙烯聚合物；取该聚合物20份溶于四氢呋喃中，中和至中性，加入水50份，10000r/min 下搅拌分散，除去溶剂，得改性氯化聚丙烯水乳液。 

（3）取可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液50份、改性氯化聚丙烯水乳液50份、α,α-二乙氧基苯乙酮0.8份、十二烷基硫酸钠0.4份、聚二甲基硅氧烷0.4份、甘油三羟基聚醚0.4份，高速搅拌分散10min，混合均匀，除去溶剂，得BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液。 

（4）将步骤（3）所得复合水乳液在BOPP薄膜表面15g/m2均匀涂覆一层薄膜，距离波长为250nm的紫外灯4cm，照射10秒，得到BOPP膜；所得产品性能检测结果如表1所示。 

实施例2 

（1）聚丙烯酸酯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、温度计的反应器中加入100份乙二醇甲醚、20份甲基丙烯酸、50份丙烯酸异辛酯、30份甲基丙烯酸丁酯、3份偶氮二异丁腈，升温至80℃反应4h，加入8份丙烯酸缩水甘油酯、0.8份对苯二酚、0.4份四丁基溴化铵、继续反应4小时，除去溶剂得聚丙烯酸酯聚合物；取该聚合物25份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水50份，10000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液。 

（2）改性氯化聚丙烯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的反应器中加入100份甲苯，升温至60℃，加入50份氯化聚丙烯，搅拌混合均匀，加入5份丙烯酸乙酯、3份过氧化二苯甲酰，升温至110℃，在2h内慢慢滴加入2.5份丙烯酸，继续反应3h，除去溶剂、得改性氯化聚丙烯聚合物；取该聚合物25份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水50份，6000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得改性氯化聚丙烯水乳液； 

（3）取可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液20份、改性氯化聚丙烯水乳液50 份、α,α-二乙氧基苯乙酮0.5份、十二烷基硫酸钠0.3份、聚二甲基硅氧烷0.3份、磷酸三丁酯0.3份，高速搅拌分散，混合均匀，中和至中性，除去溶剂，得BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液； 

（4）将步骤（3）所得复合水乳液在BOPP薄膜表面15g/m2均匀涂覆一层薄膜，距离波长为250nm的紫外灯4cm，照射10秒，得到BOPP膜；所得产品性能检测结果如表1所示。 

实施例3 

（1）聚丙烯酸酯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、温度计的反应器中加入100份乙二醇甲醚、20份甲基丙烯酸、50份甲基丙烯酸环己酯、30份甲基丙烯酸异丁酯、4份偶氮二异丁腈，升温至75℃反应4h，加入8份丙烯酸缩水甘油酯、0.8份对苯二酚、0.4份四丁基溴化铵、继续反应4小时，除去溶剂，得聚丙烯酸酯聚合物；取该聚合物25份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水70份，5000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液。 

（2）改性氯化聚丙烯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的反应器中加入100份甲苯，升温至60℃，加入50份氯化聚丙烯，搅拌混合均匀，加入5份丙烯酸丁酯、3份过氧化苯甲酰，升温至100℃，在1.5h内慢慢滴加入3份丙烯酸，继续反应3h，除去溶剂、得改性氯化聚丙烯聚合物；取该聚合物25份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水70份，10000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得改性氯化聚丙烯水乳液； 

（3）取可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液40份、改性氯化聚丙烯水乳液60份、二苯甲酮0.8份、十二烷基苯磺酸钠0.4份、聚二甲基硅氧烷0.4份、磷酸 三丁酯0.4份，高速搅拌分散，混合均匀，中和至中性，除去溶剂，得BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液； 

（4）将步骤（3）所得复合水乳液在BOPP薄膜表面18g/m2均匀涂覆一层薄膜，距离波长为200nm的紫外灯4cm，照射10秒，得到BOPP膜；所得产品性能检测结果如表1所示。 

实施例4 

（1）聚丙烯酸酯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、温度计的反应器中加入80份丁酮和20份乙二醇甲醚、20份甲基丙烯酸、70份甲基丙烯酸异辛酯、10份甲基丙烯酸异丁酯、4份偶氮二异庚腈，升温至80℃反应4h，加入10份丙烯酸缩水甘油酯、0.8份对苯二酚、0.4份四丁基溴化铵、继续反应5小时，除去溶剂，得聚丙烯酸酯聚合物；取该聚合物30份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水80份，8000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液。 

（2）改性氯化聚丙烯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的反应器中加入100份二甲苯，升温至60℃，加入50份氯化聚丙烯，搅拌混合均匀，加入5份丙烯酸丁酯、2.5份过氧化苯甲酰叔丁酯，升温至95℃，在2.5h内慢慢滴加入5份丙烯酸，继续反应3.5h，除去溶剂、得改性氯化聚丙烯聚合物；取该聚合物30份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水80份，高速搅拌分散，除去溶剂，得改性氯化聚丙烯水乳液。 

（3）取可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液80份、改性氯化聚丙烯水乳液40份、α,α-二乙氧基苯乙酮0.8份、壬基酚聚氧乙烯醚0.6份、聚二甲基硅氧烷0.6份、甘油三羟基聚醚0.6份，7000r/min下搅拌分散，混合均匀，中和至中性， 除去溶剂，得BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液； 

（4）将步骤（3）所得复合水乳液在BOPP薄膜表面15g/m2均匀涂覆一层薄膜，距离波长为200nm的紫外灯4cm，照射10秒，得到BOPP膜；所得产品性能检测结果如表1所示。 

实施例5 

（1）聚丙烯酸酯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、温度计的反应器中加入20份丁酮和80份乙二醇甲醚、20份甲基丙烯酸、60份丙烯酸丁酯、20份甲基丙烯酸异辛酯、4份偶氮二乙丁腈，升温至80℃反应4h，加入12份丙烯酸缩水甘油酯、0.8份对苯二酚、0.4份四丁基溴化铵、继续反应5小时，除去溶剂，得聚丙烯酸酯聚合物；取该聚合物30份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水90份，7000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液。 

（2）改性氯化聚丙烯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的反应器中加入100份二甲苯，升温至60℃，加入50份氯化聚丙烯，搅拌混合均匀，加入10份丙烯酸甲酯、3份过氧化苯甲酰，升温至90℃，在3h内慢慢滴加入8份丙烯酸，继续反应4h，除去溶剂、得改性氯化聚丙烯聚合物；取该聚合物30份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水90份，10000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得改性氯化聚丙烯水乳液。 

（3）取可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液80份、改性氯化聚丙烯水乳液30份、α,α-二乙氧基苯乙酮0.7份、苄基酚聚氧乙烯醚0.6份、醋酸-丁酸纤维素0.5份、甘油三羟基聚醚0.5份，高速搅拌分散，混合均匀，中和至中性，除去溶剂，得BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液。 

（4）将步骤（3）所得复合水乳液在BOPP薄膜表面14g/m2均匀涂覆一层薄膜，距离波长为200nm的紫外灯4cm，照射10秒，得到BOPP膜性能；所得产品性能检测结果如表1所示。 

实施例6 

（1）聚丙烯酸酯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、温度计的反应器中加入50份丁酮和50份乙二醇甲醚、20份丙烯酸、60份丙烯酸异辛酯、20份甲基丙烯酸丁酯、4份偶氮二异丁腈，升温至80℃反应4h，加入10份丙烯酸缩水甘油酯、0.8份对苯二酚、0.4份四丁基溴化铵、继续反应5小时，除去溶剂，得聚丙烯酸酯聚合物；取该聚合物40份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水100份，6000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液。 

（2）改性氯化聚丙烯水乳液的制备：按重量比，在装有搅拌器、冷凝管、温度计的反应器中加入100份二甲苯，升温至60℃，加入50份氯化聚丙烯，搅拌混合均匀，加入10份丙烯酸异丁酯、3份过氧化苯甲酰，升温至90℃，在3h内慢慢滴加入5份丙烯酸，继续反应4h，除去溶剂、得改性氯化聚丙烯聚合物；取该聚合物40份溶解于四氢呋喃中，中和至中性，加入水100份，6000r/min下搅拌分散，除去溶剂，得改性氯化聚丙烯水乳液。 

（3）取可UV光固化聚丙烯酸酯水乳液80份、改性氯化聚丙烯水乳液70份、α,α-二乙氧基苯乙酮1.2份、辛基酚聚氧乙烯醚0.8份、醋酸-丁酸纤维素0.6份、甘油三羟基聚醚0.6份，高速搅拌分散，混合均匀，中和至中性，除去溶剂，得BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液。 

（4）将步骤（3）所得复合水乳液在BOPP薄膜表面20g/m2均匀涂覆一层 薄膜，距离波长为200nm的紫外灯4cm，照射10秒，得到BOPP膜；所得产品性能检测结果如表1所示。 

通过表1可以看出将本发明的BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液用于BOPP涂膜，可使薄膜表面张力达到43达因左右，有利于提高印刷油墨与BOPP薄膜之间的粘结力，增加附着牢度，本发明在聚丙烯酸酯侧链中引入可进行UV光固化的反应性基团，使聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液经紫外光的照射后聚合物发生交联，可在不添加小分子助剂的情况下有效提高体系的内聚力，并且BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-氯化聚丙烯复合水乳液不含有机溶剂，符合绿色环保要求，使BOPP材料在工业流程中性能提高，操作简单安全、能耗小，从而达到本发明技术提高的效果。 

表1BOPP涂层用UV光固化聚丙烯酸酯-改性氯化聚丙烯复合水乳液的性能指标 

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。