UV油墨印刷预涂膜用叔－丙乳液底涂剂的研制

翟大昌

（汕头市梦丽数码科技有限公司，广东 汕头 515062）

UV油墨印刷预涂膜用叔－丙乳液底涂剂的研制

翟大昌

（汕头市梦丽数码科技有限公司，广东 汕头 515062）

以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）和叔碳酸乙烯酯（VV-10）为共聚单体，邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）为功能性单体，甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲（MAEEU）、TM-100（含双键的双羰基化合物）和丙烯酸（AA）为复合交联剂，采用乳液聚合方法制备出UV油墨印刷预涂膜用底涂剂。试验结果表明，优选VV-10与丙烯酸酯类单体共聚，提高了底涂剂抗氧化及耐紫外线性能。选用MAEEU/TM-100/AA作为乳液的共聚交联剂，通过控制聚合物的交联形态，增强了底涂剂与薄膜及UV油墨印刷层的粘附性。选用炔二醇类表面活性剂Surfynol-104E作为乳液底涂剂的润湿流平助剂，解决了水性乳液涂布在表面张力较低的薄膜表面容易产生质量缺陷的问题。

UV油墨；预涂膜；叔碳酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚乳液；涂膜牢度

紫外光辐射固化技术是20世纪70年代末开发出的一种全新绿色技术，利用该技术生产的紫外光固化油墨，简称UV油墨，具有不含挥发性有机物（VOC）、对环境污染较小、固化速率较快、节省能源、固化产物性能较好以及适于高速自动化生产等优点。而传统油墨易挥发、固化速率较慢、不利于环境保护。因此，UV油墨将是传统油墨的主要替代品。但是由于技术原因，目前市场上大多数UV油墨在易碎性、粘着性和固化性等方面存在一定的问题，尤其中、低端的UV油墨印刷在界面自由能较低的薄膜类产品上（如PET、PP和PVC等），由于粘接强度不高，印刷层容易脱落。

本研究试图合成出一种乳液共聚物，采用预涂膜工艺将合成的乳液底涂剂预先涂布在薄膜基材上，经烘箱干燥后收卷。预涂膜由薄膜基材和乳液共聚物成膜物质构成。涂层面为UV油墨印刷面，其目的是使预涂层起到一种“媒介”作用，一方面对薄膜有较好的粘接力，另一方面对UV油墨印刷层有较强的黏附性。本研究针对UV油墨的粘附特性及塑料薄膜的表面状态，以叔碳酸乙烯酯（VV-10）与丙烯酸酯作为共聚物主体树脂，选择合适的交联体系及乳化体系，通过特定的聚合工艺制备出一种具有核壳结构的乳液，并优选出一种合适的润湿流平剂，较好地解决了乳液涂布缺陷。试验表明，该乳液解决了UV油墨在薄膜上印刷牢度不良的问题，用户反馈良好。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

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），汕头市西陇化工有限公司；邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）、N-羟甲基丙烯酰胺（NMA）、甲基丙烯酸-2-羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲（MAEEU）、TM-100（含双键的双羰基化合物），广州航钦贸易有限公司；反应型乳化剂NPS-68、非离子乳化剂X-408、壬基酚聚氧乙烯醚（NP-40）、二辛基磺基琥珀酸钠盐（ABO）、炔二醇类润湿剂（Surfynol-104E），广州煦和贸易有限公司；过硫酸铵（APS）、氨水、流延聚丙烯薄膜（CPP）、UV油墨，市售。

NDJ-1型旋转黏度计，上海天平仪器厂；涂布机，汕头市华鹰软包装设备有限公司；UV油墨印刷机，东莞鸿冠UV设备有限公司；PT-1070拉力机，台湾宝大国际仪器股份有限公司，Zetasizer Nano ZS型激光粒度分析仪，英国马尔文公司。

1.2 叔-丙乳液的合成

按配方要求在单口烧瓶中加入去离子水、乳化剂、部分单体（MMA、BA、VV-10、AA和DAP）和交联剂（如NMA、HEMA、MAEEU和TM-100），常温下高速搅拌30 min，得到预乳液，备用。剩余单体充分混合后备用。

在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中，加入一定量的去离子水，升温至70 ℃，加入10%预乳液和1/2引发剂（APS）溶液，升温至82 ℃，待反应瓶内乳液出现蓝光后，2～3 h内连续滴加剩余预乳液、混合单体及引发剂溶液，滴毕，保温1 h，然后降温至50 ℃以下，用氨水调节pH值7～8，加入润湿流平剂等助剂，分散均匀后过滤包装。

1.3 预涂膜的制备及UV油墨的印刷

将合成乳液在涂布机上进行涂布作业。乳液被网纹辊涂布至CPP薄膜表面，经烘箱干燥后收卷。涂布加工后的产品即为预涂膜，室温放置24 h后检测涂层牢度。牢度合格后，预涂膜在6色间歇式轮转印刷机上进行UV油墨的试印刷，应保证油墨充分干燥固化。然后检测UV油墨印刷层与预涂膜的牢度。

1.4 性能测试或表征

（1）黏度：按照GB/T 2794—1995《胶粘剂黏度的测定》标准，采用旋转黏度计进行测定[选用2＃转子，转速为30 r/min，测试温度为（23±2）℃]。

（2）pH值：采用广泛pH试纸进行测定。

（3）机械稳定性：在1 000 mL搪瓷杯中加入200 g用120目筛网过滤后的乳液，将搪瓷杯固定在搅拌机上，以1 500 r/min转速搅拌10 min后观察乳液是否被破乳或絮凝，如无明显的絮凝物，再用120目筛网过滤，如没有或仅有少量絮凝即认为通过。

（4）涂膜附着力：按照G B/T 1720—1979《漆膜附着力测定法》标准进行测定。

（5）涂膜硬度：按照GB/T 6739—1996《涂膜硬度铅笔测定法》标准进行测定。

（6）乳液涂膜与CPP薄膜的抗剥离性：采用标准压敏胶带与制备好的预涂膜进行贴合，用压滚沿同一方向滚压数次，然后裁剪成200 mm×50 mm的试样，在PT1070拉力机上以600 mm/min的速率进行剥离，观察被剥离后压敏胶带上的黏附现象，涂层没有任何带起、脱落，预涂膜表面完整，视为合格。

（7）UV油墨印刷层与预涂膜的抗剥离性：用标准压敏胶带贴于印刷层表面，用压滚压实后，放置10 s，90°瞬间拉起，无掉墨现象视为合格。

（8）涂膜耐酒精擦洗性：用二层棉纱布裹在500 g砝码上，用95%医用酒精滴在棉纱布上，以不流出酒精为宜，以2 s/来回一次的速率在600 mm长度范围内来回擦拭，记录涂膜出现破坏时的次数，大于30次即为合格。

2 结果与讨论

2.1 基本单体种类及用量对乳液底涂剂性能的影响

本研究合成的乳液底涂剂所起的作用是一种“介质”，其成膜物应在40～50 ℃下不会反黏，以利于印刷及卷取。因此选取合适的不同种类的软、硬单体参与共聚，通过调配各种单体的用量，以控制共聚物的玻璃化温度（Tg），满足预涂膜的印刷条件。试验结果如表1所示。

表1 单体种类及用量对乳液底涂剂性能的影响Tab.1 Effect of type and amount of monomers on properties of emulsion primer

由表1可知：单体的种类及配比直接影响共聚物的粘接性能及成膜质状态。配方中当只有MMA和BA共聚时，聚合物的Tg值 较低，虽然粘接性能较好，但涂层容易反黏，涂膜硬度较差，不利于UV油墨印刷后的卷取。随着MMA用量增加，聚合物的Tg值 增高，但其粘接力下降，这是因为MMA是硬单体，共聚物刚性增强，涂膜太硬且易断裂。而在配方中增加了VV-10参与共聚后，底涂剂各种性能均能满足应用要求。这是因为VV-10是高度支链化的9～10个碳原子的合成单体，由于α-碳原子上烷基基团的屏蔽作用，聚合物侧链上的酯基很难水解，因而共聚物的抗氧化及耐紫外线性能较优[3]。所以UV油墨印刷过程中经紫外光引发固化，基本不会对涂层造成破坏，故UV油墨与预涂膜的黏附性较好。

2.2 交联剂种类对乳液底涂剂黏附性能的影响

乳液底涂剂所粘接的对象一面是非极性的薄膜，一面是UV油墨的承印载体。由于塑料薄膜与UV油墨表面属性的差异，要求乳液共聚物在配方设计上必须满足对2种性质差别较大物质的粘接牢度。为此，在其他条件保持不变的前提下，通过选择不同的交联体系，研究共聚物与薄膜及UV油墨的黏附性，结果如表2所示。

由表2可知：以MAEEU/TM-100/AA作为交联体系的乳液底涂剂之综合性能相对最好。这是因为MAEEU是由1个双键和1个氮杂环基组成的脲基功能单体，氮杂环中与氮基相连的活泼氢可与TM-100中的羰基及AA中的羧基在成膜过程中发生交联反应，增加了共聚物的交联密度，提高了内聚力和粘接力，因而改善了底涂剂的耐酒精擦洗性能[4]。

表2 交联剂种类对乳液底涂剂性能的影响Tab.2 Effects of crosslinking agents on properties of emulsion primer

2.3 润湿流平剂种类对乳液底涂剂涂布性能的影响

以水为分散介质的合成乳液之表面张力较大，涂布在低表面自由能的塑料表面，因润湿性较差容易产生涂布缺陷。如果在乳液合成后添加适量的润湿流平剂，可得到光滑、透明、无瑕疵的预涂膜。在其他条件保持不变的前提下，不同种类的润湿流平剂对底涂剂涂布性能的影响如表3所示。

由表3可知：采用Surfynol-104E底涂剂的涂布效果相对最好。传统的表面活性剂通常只有一个疏水基团（烃尾）与一个亲水基相连。Surfynol-104E是炔二醇类表面活性剂，其具有2个亲水基团与2个疏水尾链相连，因此相同用量下可显著降低底涂剂的表面张力，特别是在动态条件下，能更好地控制泡沫、降低水敏性和稳定乳液黏度。

表3 润湿流平剂对乳液底涂剂涂布性能的影响Tab.3 Effect of wetting-leveling agent on coating performances of emulsion primer

3 结语

（1）采用核壳结构聚合工艺方法，以MMA、BA、VV-10和DAP为主要共聚单体,MAEEU/TM-100/AA为交联剂，制备出的乳液底涂剂解决了UV油墨在薄膜印刷上牢度不良的问题。

（2）选用炔二醇类润湿流平剂Surfynol-104E，用其配制的底涂剂涂布效果较好，预涂膜光滑、透明以及光泽较高。

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[2]陈道义,张军营.胶接基本原理[M].北京:科学出版社,1992.

[3]朱延安,曹树潮,张心亚,等.叔碳酸乙烯酯的性能及其应用[J].涂料工业,2005,35(1):32-35.

[4]乔永洛,申亮,付长清.脲基功能单体对丙烯酸酯PSA乳液性能的影响[J].中国胶粘剂,2013, 22(1):21-23.

Study on preparation vinyl versatate-acrylate copolymer emulsion primer for pre-coated film of UV ink printing

ZHAI Da-chang
(Shantou Mengli Digital Technology Co., Ltd., Shantou, Guangdong 515062, China)

With methyl methacrylate (MMA), butyl acrylate (BA) and vinyl versatate (VV-10) as the comonomers ,diallyl phthalate (DAP) as the functional monomer, methacrylamidoethyl ethylene urea (MAEEU), TM-100 (a double bond-containing dicarbonyl compound) and acrylic acid (AA) as the composite crosslinker, the primer for pre-coated film of UV ink printing was prepared by emulsion polymerization. The experimental results showed that the copolymerization of vinyl versatate and acrylate monomers improved the antioxidation ability and the UV light resistance of the primer. Using MAEEU/TM-100/AA as the crosslinker of the emulsion and controlling the the crosslinking morphology of polymer the adhesion between the primer and both the film and the UV ink printing layer was enhanced. Using acetylenecan diol surfactant Surfynol-104E as the primer wetting and leveling agent, the problem of easily producing the quality defects on the film surface with lower surface tension during coating of water-based emulsion was resolved.

UV ink; pre-coated film; vinyl versatate-acrylate copolymer emulsion; coating fastness

TQ433.4

A

1001-5922（2017）03-0044-04

2016-11-11

翟大昌（1968-），男，工程师，主要从事乳液胶粘剂、水性上光油、覆膜胶及乳胶漆的生产与研究，已发表论文多篇。E-mail：zhaidachang@126.com。