一种聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液及其制备方法和应用

摘要

本发明提供了一种聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液，包括如下质量份的组分：三甲基硅基甲酮肟45～55份，烯丙基三甲氧基硅烷45～55份，钛酸酯0.2～1份。本发明提供的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液可以有效提高了聚丙烯薄膜和有机硅隔离剂的结合力，避免了不干胶将有机硅隔离剂粘带下来；且聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液干燥快，20～50s即可干燥，不需要使用溶剂，是一种环保底涂液。

说明书

技术领域

本发明涉及覆膜技术领域，尤其涉及一种聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液及其制备方法和应用。

背景技术

覆膜属于印后加工的一种主要工艺，是将涂布黏合剂后的塑料薄膜，与纸质印刷品经加热、加压后黏合在一起，形成纸塑合一的产品，它是目前常见的纸质印刷品印后加工工艺之一。涂布黏合剂后的塑料薄膜收卷以后由于黏合剂的黏连在使用时容易产生拉伸变形，影响覆膜效果，同时产生噪音，形成声污染等问题。在涂布黏合剂后的塑料薄膜背面涂布有机硅隔离剂，可以解决这些问题。但是，覆膜常用的塑料薄膜多是聚丙烯材料，聚丙烯材料属于高结晶度材料，表面能低，不含活性基团，存在弱边界层，界面润湿性较差，因此聚丙烯材料很难与有机硅隔离剂产生较好的粘接强度，通常需要对聚丙烯基材进行改性处理，如火焰及电晕处理、化学处理、表面接枝、低温等离子体表面改性等，才能提高聚丙烯材料与有机硅隔离剂之间的粘接强度。

底涂剂涂覆法是提高有机硅隔离剂与聚丙烯材料之间粘接强度的有效方法。与前述方法相比，底涂剂涂覆法具有制备工艺简单、可操控性强、效果明显、成本低等优势。但是现有底涂剂在提高有机硅隔离剂与聚丙烯材料之间粘接强度方面，仍然存在粘结强度弱的缺点，使得有机硅隔离剂仍然会粘附于粘结剂上，影响聚丙烯的覆膜效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液及其制备方法和应用。本发明所提供的底涂液有效提高了有机硅隔离剂与聚丙烯材料之间粘接强度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液，包括如下质量份的组分：三甲基硅基甲酮肟45～55份，烯丙基三甲氧基硅烷45～55份，钛酸酯0.2～1份。

优选的，所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液，包括如下质量份的组分：三甲基硅基甲酮肟48～52份，烯丙基三甲氧基硅烷48～52份，钛酸酯0.4～0.8份。

优选的，所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液，包括如下质量份的组分：三甲基硅基甲酮肟49～50份，烯丙基三甲氧基硅烷49～50份，钛酸酯0.5～0.6份。

优选的，所述钛酸酯为钛酸四丁酯、钛酸乙酯、钛酸异丙酯或钛酸异丁酯。

本发明提供了一种上述技术方案所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液的制备方法，包括如下步骤：将三甲基硅基甲酮肟、烯丙基三甲氧基硅烷和钛酸酯混合，得到聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液的应用，将上述技术方案所述的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液涂布在聚丙烯薄膜和有机硅隔离剂之间。

优选的，所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液的涂布厚度为1～2μm。

本发明提供了一种聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液，包括如下质量份的组分：三甲基硅基甲酮肟45～55份，烯丙基三甲氧基硅烷45～55份，钛酸酯0.2～1份。在本发明中，烯丙基三甲氧基硅烷和三甲基硅基甲酮肟中的有机官能团与聚丙烯基材具有相近的分子结构，具有良好的相容性，易与聚丙烯薄膜表面通过氢键(三甲基硅基甲酮肟中的的羟基与聚丙烯中的氢形成氢键)、色散力等作用力形成较强的附着力；烯丙基三甲氧基硅烷分子中还含有3个易水解的活性官能团(烷氧基)，与空气中微量水分接触即可水解形成活泼的Si-OH，Si-OH通过自身缩合或与有机硅隔离剂中的端羟基反应形成牢固的Si-O-Si键，从而可有效改善有机硅隔离剂与聚丙烯材料之间的粘接；同时，三甲基硅基甲酮肟中的硅烷基与有机硅隔离剂具有相近的分子结构部分(硅基)，因此，三甲基硅基甲酮肟与有机硅隔离剂也具有良好的相容性，易与有机硅隔离剂表面通过氢键(三甲基硅基甲酮肟中的的羟基与聚丙烯中的氢形成氢键)、色散力等作用力形成较强的附着力；此外，由于三甲基硅酮肟既与聚丙烯具有较强的附着力，又能与烯丙基三甲氧基硅烷融合，同时烯丙基三甲氧基硅烷可以与有机硅隔离剂融合，因此使有效改善了有机硅隔离剂与聚丙烯材料之间的粘接性；而钛酸酯作为促进剂，可以加快上述过程的进行。实验结果表明，使用本发明所提供的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液，制备聚丙烯覆膜，将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜与有机硅隔离剂分离后，粘贴于PET胶片表面后，测试其剥离强度为1.95N/m，与将不干胶涂布于基底上直接粘附在PET胶片表面后的剥离强度相当，且比使用现有技术的底涂液制备的聚丙烯覆膜的剥离强度高(0.75～1.13N/m)，说明本发明提供的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液有效提高了聚丙烯薄膜和有机硅隔离剂的结合力，避免了不干胶将有机硅隔离剂粘带下来；且聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液干燥快，20～50s即可干燥，不需要使用溶剂，是一种环保底涂液。

具体实施方式

本发明提供了一种聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液，包括如下质量份的组分：三甲基硅基甲酮肟45～55份，烯丙基三甲氧基硅烷45～55份，钛酸酯0.2～1份。

在本发明中，按重量份计，所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液包括45～55份三甲基硅基甲酮肟，优选为48～52份，更优选为49～50份。在本发明中，所述三甲基硅基甲酮肟作为底涂液的主要组分之一，其有机官能团与聚丙烯基材具有相近的分子结构，具有良好的相容性，易与聚丙烯薄膜表面通过氢键、色散力等作用力形成较强的附着力，同时三甲基硅基甲酮肟分子中含有羟基，可以促进烯丙基三甲氧基硅烷有效改善有机硅隔离剂与聚丙烯材料之间的粘接。

在本发明中，所述三甲基硅基甲酮肟具有式Ⅰ所示的结构：

本发明对所述三甲基硅基甲酮肟的来源没有特殊限定，在本发明实施例中，所述三甲基硅基甲酮肟通过自制得到。在本发明中，所述三甲基硅基甲酮肟的制备方法优选包括如下步骤：

将3-戊酮、三甲基氰硅烷、离子液体和四氧化三铁混合，进行加成还原反应，得到三甲基硅基甲酮肟。

在本发明中，所述3-戊酮与三甲基氰硅烷的摩尔比优选为1～1.2:1，更优选为1.1～1.15:1。

在本发明中，所述离子液体为氯化胆碱/尿素低共熔离子液体。在本发明中，所述离子液体中氯化胆碱和尿素的摩尔比优选为1:15～25，更优选为1:18～22，最优选为1:20。

在本发明中，所述离子液体的制备方法优选包括如下步骤：

将氯化胆碱和尿素的混合物搅拌至澄清，得到离子液体。

在本发明中，所述搅拌优选在空气氛围中进行。在本发明中，所述搅拌的温度优选为95～105℃，更优选为98～102℃，最优选为100℃；本发明对升温至搅拌所需温度的升温速率没有特殊限定，可以采用任意升温速率。本发明对所述搅拌的时间和转速没有特殊限定，将所述混合物搅拌至澄清，得到无色液体即可。

搅拌完成后，本发明优选将所述搅拌的产物冷却至室温，得到离子液体。。在本发明中，所述离子液体在常温仍然为液态。本发明对所述冷却的速度没有特殊限定，可以采用任意冷却速度。

在本发明中，所述3-戊酮与离子液体的质量比优选为1:1～10，更优选为1:3～7，最优选为1:5～6。在本发明中，所述离子液体作为反应介质，有利于3-戊酮与三甲基氰硅烷发生加成还原反应。

在本发明中，所述3-戊酮与四氧化三铁的质量比优选为1:0.01～0.12，更优选为1:0.03～0.07。在本发明中，所述四氧化三铁起到催化剂的作用。

在本发明中，所述四氧化三铁的粒径优选为纳米级。本发明对所述四氧化三铁的来源没有特殊限定，可以直接采用市售纳米四氧化三铁。在本发明实施例中，所述四氧化三铁来源于上海麦克林生化科技有限公司。

在本发明中，所述原料的混合顺序优选为将3-戊酮、离子液体和四氧化三铁混合，加热至加成还原反应所需的温度，再滴加三甲基氰硅。在本发明中，所述三甲基氰硅的滴加速度能够保证加成还原反应的温度不变即可。

在本发明中，所述加成还原反应的温度优选为20～50℃，更优选为30～40℃；所述加成还原反应的时间优选为2～3h，更优选为2.5h；所述加成还原反应的时间优选从三甲基氰硅滴加结束时计起。在加成还原反应过程中，3-戊酮的羰基与三甲基氰硅烷的氰基进行加成还原，得到三甲基硅基甲酮肟。

所述加成还原反应完成后，本发明优选将反应所得混合液静置、分层，得到上层液体即为三甲基硅基甲酮肟。

在本发明中，所述静置的时间优选为1～2h。

在本发明中，按重量份计，所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液包括45～55份烯丙基三甲氧基硅烷，优选为48～52份，更优选为49～50份。在本发明中，烯丙基三甲氧基硅烷分子中的有机官能团与聚丙烯基材具有相近的分子结构，具有良好的相容性，易与聚丙烯薄膜表面通过氢键、色散力等作用力形成较强的附着力；同时，烯丙基三甲氧基硅烷分子中还含有3个易水解的活性官能团(烷氧基)，与空气中微量水分接触即可水解形成活泼的Si-OH，Si-OH通过自身缩合或与有机硅隔离剂中的端羟基反应形成牢固的Si-O-Si键，从而可有效改善有机硅隔离剂与聚丙烯材料之间的粘接。

在本发明中，按重量份计，所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液包括0.1～1份钛酸酯的份数，优选为0.4～0.8份，更优选为0.5～0.6份。在本发明中，所述钛酸酯作为促进剂，促进三甲基硅基甲酮肟和烯丙基三甲氧基硅烷对有机隔离剂和聚丙烯材料之间的粘结作用。

在本发明中，所述钛酸酯优选为钛酸四丁酯、钛酸乙酯、钛酸异丙酯或钛酸异丁酯，更优选为钛酸四丁酯。在本发明中，上述钛酸酯的结构类似，能够起到相同的促进作用。

本发明还提供了一种上述技术方案所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液的制备方法，包括如下步骤：将三甲基硅基甲酮肟、烯丙基三甲氧基硅烷和钛酸酯混合，得到聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液。

本发明对所述三甲基硅基甲酮肟、烯丙基三甲氧基硅烷和钛酸酯的混合顺序、混合温度和混合方式没有特殊限定，能够将三者混合均匀即可。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液的应用，将上述技术方案所述的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液涂布在聚丙烯薄膜和有机硅隔离剂之间。

在本发明中，所述聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液的涂布厚度优选为1～2μm。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

按照氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:20的比例混合，得到离子液体原料混合物；将所述离子液体原料混合物在空气中加热至100℃，进行恒温搅拌，直至形成澄清无色液体，冷却至室温，得到离子液体；

将100g所述离子液体、100g 3-戊酮、2g粒径为纳米四氧化三铁混合，加热至30℃，维持反应温度不变，滴加100g三甲基氰硅；滴加结束后，继续反应2h，经静置、分层，弃去下层液体，收集上层液体，得到160g无色液体，即三甲基硅基甲酮肟，收率为85％。

将本实施例所得三甲基硅基甲酮肟进行核磁共振测试，核磁共振测试结果如下：

¹H>3):δ(ppm)1.774-1.752(dd,4H),1.051-1.014(t,6H),0.237(s,9H),0.066(s,1H),；

¹³C>3):δ(ppm)94.7,34.4,22.9,3.3,2.6.MS(EI,m/z)187。

由上述核磁共振结构可以确定本实施例所得产品的结构如式Ⅰ所示，为三甲基硅基甲酮肟。

采用气相色谱对本实施例所得三甲基硅基甲酮肟的纯度进行测试，得纯度为98.3％。

将49.9质量份本实施例所得三甲基硅基甲酮肟，49.9质量份烯丙基三甲氧基硅烷，0.2质量份钛酸四丁酯，在室温混合均匀得到底涂液。

将上述底涂液以1-2微米的厚度涂布于聚丙烯薄膜，50s后干燥，然后以1-2微米厚度涂布有机硅隔离剂，烘干，备用；所述有机硅隔离剂为市售通用型有机硅隔离剂(上海硅友新材料科技有限公司生产的双组份有机硅隔离剂)；

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜覆盖于有机硅隔离剂上，不干胶与有机硅隔离剂接触，收卷，40℃老化7天，得到聚丙烯覆膜；

将聚丙烯覆膜从不干胶和有机硅隔离剂交界处分离，得到涂布有不干胶的聚丙烯薄膜，剥离强度为0.02N/m，噪音为3分贝；将所述涂布有不干胶的聚丙烯薄膜贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为1.95N/m。

在本实施例中，剥离强度均采用GB/T 2792-2014胶粘带剥离强度的试验方法进行测试。

实施例2

按照实施例1所述的方法制备三甲基硅基甲酮肟；

将49.5质量份本实施例所得三甲基硅基甲酮肟，49.5质量份烯丙基三甲氧基硅烷，1质量份钛酸四丁酯，在室温混合均匀得到底涂液；

将上述底涂液以1-2微米的厚度涂布于聚丙烯薄膜，30s后干燥，然后以1-2微米厚度涂布有机硅隔离剂，烘干，备用；所述有机硅隔离剂与实施例1所述的通用型有机硅隔离剂相同；

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜覆盖于有机硅隔离剂上，不干胶与有机硅隔离剂接触，收卷，40℃老化7天，得到聚丙烯覆膜；

将聚丙烯覆膜从不干胶和有机硅隔离剂交界处分离，得到涂布有不干胶的聚丙烯薄膜，剥离强度为0.04N/m，噪音为4分贝；将所述涂布有不干胶的聚丙烯薄膜贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为1.76N/m。

在本实施例中，剥离强度均采用GB/T 2792-2014胶粘带剥离强度的试验方法进行测试。

实施例3

按照实施例1所述的方法制备三甲基硅基甲酮肟；

将49.7质量份本实施例所得三甲基硅基甲酮肟，49.7质量份烯丙基三甲氧基硅烷，0.6质量份钛酸四丁酯，在室温混合均匀得到底涂液；

将上述底涂液以1-2微米的厚度涂布于聚丙烯薄膜，25s后干燥，然后以1-2微米厚度涂布有机硅隔离剂，烘干，备用；所述有机硅隔离剂与实施例1所述的通用型有机硅隔离剂相同；

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜覆盖于有机硅隔离剂上，不干胶与有机硅隔离剂接触，收卷，40℃老化7天，得到聚丙烯覆膜；

将聚丙烯覆膜从不干胶和有机硅隔离剂交界处分离，得到涂布有不干胶的聚丙烯薄膜，剥离强度为0.03N/m，噪音为3分贝；将所述涂布有不干胶的聚丙烯薄膜贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为1.95N/m。

在本实施例中，剥离强度均采用GB/T 2792-2014胶粘带剥离强度的试验方法进行测试。

实施例4

按照实施例1所述的方法制备三甲基硅基甲酮肟；

将45质量份本实施例所得三甲基硅基甲酮肟，54质量份烯丙基三甲氧基硅烷，1质量份钛酸乙酯，在室温混合均匀得到底涂液；

将上述底涂液以1-2微米的厚度涂布于聚丙烯薄膜，26s后干燥，然后以1-2微米厚度涂布有机硅隔离剂，烘干，备用；所述有机硅隔离剂与实施例1所述的通用型有机硅隔离剂相同；

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜覆盖于有机硅隔离剂上，不干胶与有机硅隔离剂接触，收卷，40℃老化7天，得到聚丙烯覆膜；

将聚丙烯覆膜从不干胶和有机硅隔离剂交界处分离，得到涂布有不干胶的聚丙烯薄膜，剥离强度为0.03N/m，噪音为3分贝；将所述涂布有不干胶的聚丙烯薄膜贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为1.92N/m。

在本实施例中，剥离强度均采用GB/T 2792-2014胶粘带剥离强度的试验方法进行测试。

实施例5

按照实施例1所述的方法制备三甲基硅基甲酮肟；

将52质量份本实施例所得三甲基硅基甲酮肟，47.2质量份烯丙基三甲氧基硅烷，0.8质量份钛酸异丙酯，在室温混合均匀得到底涂液；

将上述底涂液以1-2微米的厚度涂布于聚丙烯薄膜，24s后干燥，然后以1-2微米厚度涂布有机硅隔离剂，烘干，备用；所述有机硅隔离剂与实施例1所述的通用型有机硅隔离剂相同；

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜覆盖于有机硅隔离剂上，不干胶与有机硅隔离剂接触，收卷，40℃老化7天，得到聚丙烯覆膜；

将聚丙烯覆膜从不干胶和有机硅隔离剂交界处分离，得到涂布有不干胶的聚丙烯薄膜，剥离强度为0.03N/m，噪音为3分贝；将所述涂布有不干胶的聚丙烯薄膜贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为1.94N/m。

在本实施例中，剥离强度均采用GB/T 2792-2014胶粘带剥离强度的试验方法进行测试。

对比例1

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜直接贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为1.84N/m。

对比例2

按照现有技术“提高硅橡胶-聚丙烯界面粘接强度的底涂剂性能研究”(王新良等，杭州师范大学学报，2017年7月)公开的方法制备底涂液；

将上述底涂液以1-2微米的厚度涂布于聚丙烯薄膜，7min后干燥，然后以1-2微米厚度涂布有机硅隔离剂，烘干；所述有机硅隔离剂与实施例1中的有机硅隔离剂相同；

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜覆盖于有机硅隔离剂上，不干胶与有机硅隔离剂接触，收卷，40℃老化7天，得到聚丙烯覆膜；

将聚丙烯覆膜从不干胶和有机硅隔离剂交界处分离，得到涂布有不干胶的聚丙烯薄膜，剥离强度为0.09N/m，噪音为5分贝；将所述涂布有不干胶的聚丙烯薄膜贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为1.13N/m。

对比例3

按照现有技术“加成型硅橡胶/尼龙界面粘接机理的研究”(乔梁等，橡胶工业，2014年)公开的方法制备底涂液；

将上述底涂液以1-2微米的厚度涂布于聚丙烯薄膜，11min后干燥，然后以1-2微米厚度涂布有机硅隔离剂，烘干；所述有机硅隔离剂与实施例1中的有机硅隔离剂相同；

将涂布有不干胶的聚丙烯薄膜覆盖于有机硅隔离剂上，不干胶与有机硅隔离剂接触，收卷，40℃老化7天，得到聚丙烯覆膜；

将聚丙烯覆膜从不干胶和有机硅隔离剂交界处分离，得到涂布有不干胶的聚丙烯薄膜，剥离强度为0.11N/m，噪音为6分贝；将所述涂布有不干胶的聚丙烯薄膜贴于PET胶片表面，测试不干胶与PET胶片的剥离强度，结果为0.75N/m。

根据实施例1～3和对比例1～3的记载可知，采用本发明所提供的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液制备聚丙烯覆膜，将涂布有不干胶的聚丙烯覆膜与有机硅隔离剂分离后，粘贴于PET胶片表面后，测试其剥离强度为1.76～1.95N/m，与将不干胶涂布于聚丙烯薄膜上直接粘附在PET胶片表面后的剥离强度(1.84N/m)相当，且比使用现有技术的底涂液制备的聚丙烯覆膜的剥离强度高(0.75～1.13N/m)，说明本发明提供的聚丙烯薄膜涂布有机硅隔离剂用底涂液有效提高了聚丙烯薄膜和有机硅隔离剂的结合力，避免了不干胶将有机硅隔离剂粘带下来；且采用三甲基硅基甲酮肟制备的底涂液干燥快，仅需20～50s，不需要使用溶剂，是一种环保底涂液。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。