技术领域
本发明属于涂料、涂膜及其制造技术领域，具体涉及一种水性耐磨涂料、水 性耐磨薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业的发展，PET(Polyethyleneterephthalate)、BOPP(BiaxiallyOrient edPolypropylene)、PP(Polypropylene)、PE(polyethylene)等非吸收性薄膜材料由 于具有优异的化学性能和机械性能，被广泛应用于绘图和照相用膜、真空喷涂金 属膜、印刷、碳带打印及包装材料等领域。
然而，PET、BOPP、PP、PE等非吸收性薄膜材料，作为印刷和碳带打印的 承印物，但由于这些承印材料的表面张力比较低，表面光滑，无毛细孔，表面吸 附力小，使其印刷适性和碳带打印适印性变差。
为了通过活化承印材料的表面来改善油墨印刷和碳带打印的粘附性，膜表面 通常进行电晕处理、紫外线辐照处理、等离子处理或火焰处理。虽然通过这些处 理能够改善粘附性，但活性随时间变差。
随着工业化的进一步发展，对PET、BOPP、PP、PE等非吸收性薄膜材料 的印刷适性和碳带打印适性问题进行了深入研究。随着溶剂化合物涂层、可水分 散聚氨酯树脂的水性涂层、热塑性树脂的光固化涂层、以及强调羧酸和伯胺浓度 的聚酯树脂涂层的研究和研究成果的面世，PET、BOPP、PP、PE等非吸收性薄 膜材料的印刷适性和碳带打印适性问题得到了改善。但是科学技术的研究和开发 永无顶峰，PET、BOPP、PP、PE薄膜应用领域不断提出新要求。故此，承印 材料油墨印刷和碳带打印需要经受有机溶剂侵蚀浸渍和耐刮擦的要求。
专利申请号为CN200480011148.X的专利申请中公开了一种水性涂层试剂， 水性涂层试剂包含具有芳族环状结构的水性分散性聚氨酯树脂，通过将含聚脂多 元醇或聚醚多元醇的树脂颗料分散在水中制备的水性分散剂和能够与羟基反应 的交联剂。通过使用在分子中具有芳族环状结构的聚酯多元醇或聚醚多元醇作为 在常温下为液体的聚酯多元醇或聚醚多元醇，能够改善对聚脂膜的粘附性。但是， 聚氨酯树脂、聚脂多元醇、聚醚多元醇等树脂颗粒，能够被多种醇(例如酒精) 所溶解，因此，不耐酒精浸渍。申请号为200810000781.9的中国专利申请中所 公开的涂料组成物的耐刮试验方法和结果，300公克重量法码，10次循环/分钟 的速度进行10次循环耐刮的结果，耐刮性能无法达到更高层次的要求。中国专 利申请号96107328.4公开了一种基膜涂层含有主要成分的聚酯树脂和密胺化合 物的混合物薄膜。具有这样涂层的薄膜显示了在高湿度条件下，特别是在水中与 沉积层的优良的粘附性能，以及与印刷油墨的优良的粘附性能。但是聚脂树脂和 密胺化合物的混合物的涂层薄膜无法解决在有机溶剂，特别是酒精溶剂浸渍后的 粘附性能。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种水性耐磨涂料，提高涂 层成膜性，可防止涂层因结晶不均匀出现龟裂现象，改善涂料的结晶性能和成膜 性能，该水性耐磨涂料成膜后具有良好的耐酒精浸渍能力和耐摩擦涂能力。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：
一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
进一步的，上述方案中，所述的共聚单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸辛 酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸月桂 酯顺丁烯二酸、丙烯酸乙酯中的两种或两种以上以任意比混合物。
进一步的，上述方案中，所述乳化剂为对辛基苯酚聚氧乙烯醚、甘油单硬酯 酸酯、山梨醇三硬酯酸酯、苯乙烯磺酸钠、月桂醇硫酸钠、仲烷基硫酸钠中的一 种或两种以上以任意比混合物。
进一步的，上述方案中，所述种子乳化剂为柠檬酸钠、烷基苯磺酸钠、硬脂 酸钠盐、十二烷基硫酸钠、N-十二烷基二甲胺中的一种或两种以上以任意比混 合物。
进一步的，上述方案中，所述的PH调节剂为冰乙酸、磷酸氢盐、乙二酸、 碳酸氢盐中的一种。
进一步的，上述方案中，所述的引发剂为叔丁基过氧化氢与雕白粉的混合物、 或过硫酸钾与亚硫酸钠的混合物、或过硫酸铵与硫代硫酸钠的混合物。
本发明的另一目的在于提供一种水性耐磨薄膜，具有良好的耐磨性能和耐酒 精浸渍能力；该水性耐磨薄膜是由本发明所述的水性耐磨涂料涂布与基膜上，干 燥后所形成的涂膜。
本发明的第三个目的在于提供一种水性耐磨薄膜的制备方法；该制备方法步 骤包括
1)制备涂布液：在本发明所述的水性耐磨涂料中加入占水性耐磨涂料总量 0-30％的二氧化硅浆制成涂布液；
2)涂布：在基材上预涂底胶，待底胶固化后将上述涂布液均匀涂布在预涂 底胶的基材上形成涂层；
3)干燥固化：步骤2)涂布后的涂层经依次经干燥、固化后形成水性耐磨 薄膜。
进一步的，上述方法中步骤3)的干燥方式为远红外干燥和热风干燥；固化 过程在加热条件下进行，固化温度为50-60℃，固化时间为40-72小时。
本发明的第四个目的在于本发明所述的水性耐磨薄膜在用膜、真空喷涂金属 膜、印刷、碳带打印及包装材料中的应用。
具体地，所述的水性耐磨薄膜在制备照相用膜、或真空喷涂金属膜、或印刷 材料、或碳带打印材料、或包装材料中的应用。
本发明的有益效果在于：本发明所述的水性耐磨涂料能提高涂层成膜性，可 防止涂层因结晶布均匀出现龟裂现象，改善涂料的结晶性能和成膜性能，该水性 耐磨涂料成膜后具有良好的耐酒精浸渍能力和耐摩擦涂能力。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
作为进一步的方案，本发明所述的水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份 由以下组份组成：
作为进一步的方案，本发明所述的水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份 由以下组份组成：
作为进一步的方案，本发明所述的水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份 由以下组份组成：
进一步的，上述方案中，所述的共聚单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸辛 酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸月桂 酯顺丁烯二酸、丙烯酸乙酯中的两种或两种以上以任意比混合物。共聚单体的用 量对涂层的成膜结晶度有影响，共聚单体用量太大使膜变软，太小使膜变脆。在 本发明中，通过控制共聚单体重量份数为15-35份可以有效控制水性耐磨涂料成 膜后的脆性，满足应用的需要。
水性耐磨涂料形成涂层后，由于聚合物的分子结构及乳化剂相互配合使得涂 层聚合物粒子在分子结构上可以起到组合功效作用，可以保证组合物的结晶速 度、结晶率及成膜温度。乳化剂能够有效提高了聚合物的结晶性能和成膜性能； 同时乳化剂的选择也会直接影响水性涂层乳液的涂布膜是否具有耐酒精浸渍的 能力和耐摩擦的特性。在本发明中，由于聚合物在薄膜表面涂布干燥后聚合物与 乳化剂分子都会粘附在薄膜表面，形成耐酒精浸渍、耐摩擦的涂层；进一步的， 在上述方案中，所述乳化剂为对辛基苯酚聚氧乙烯醚、甘油单硬酯酸酯、山梨醇 三硬酯酸酯、苯乙烯磺酸钠、月桂醇硫酸钠、仲烷基硫酸钠中的一种或两种以上 以任意比混合物。
进一步的，上述方案中，所述种子乳化剂为柠檬酸钠、烷基苯磺酸钠、硬脂 酸钠盐、十二烷基硫酸钠、N-十二烷基二甲胺中的一种或两种以上以任意比混 合物。
在本发明中，乳化剂和种子乳化剂的用量对水性耐磨涂料乳液的颗粒大小及 粒径有影响，其用量太大则乳液颗粒小，反之则颗粒大，粘度高。因此在本发明 中还可以通过控制乳化剂和种子乳化剂的用量的用量来控制水性耐磨涂料乳液 的颗粒大小及粒径的大小。在本发明中，乳化剂的重量份数为1.5-3.5份，优选 为2.0-3.0份。种子乳化剂的重量份数为0.15-0.35份，优选0.2-0.33份。
PH调节剂的用量直接影响上述引发剂的自由基活性及偏氯乙烯单体的稳定 性；因此，在本发明中PH调节剂的重量份数为0.03-0.06份能够有效保证引发 剂的自由及活性和偏氯乙烯单体的稳定性；其中，优选的PH调节剂的用量为 0.04-0.05份。另外，本发明的研究发现PH调节剂的类型也会影响引发剂的自由 基活性及偏氯乙烯单体的稳定性，为了进一步提高引发剂的自由基活性及偏氯乙 烯单体的稳定性，上述方案中，所述的PH调节剂为冰乙酸、磷酸氢盐、乙二酸、 碳酸氢盐中的一种。
在本发明的研究过程中，发明人发现引发剂用量会影响水性耐磨涂料成膜后 聚合物的分子量；引发剂用量太大聚合物的分子量变小、涂层成膜后变脆，耐摩 擦性变差，用量太小，则聚合物分子量大，反应过程易出渣；因此，本发明中引 发剂的重量份数为0.08-0.4份，优选为0.1-0.2份。另外，引发剂的类型也会影 响水性耐磨涂料成膜后聚合物的分子量；进一步的，上述方案中，所述的引发剂 为叔丁基过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵与亚硫酸钠、偶氮二异丁腈、硫代硫酸 钠、雕白粉中的一种。优选叔丁基过氧化氢与雕白粉的混合物、过硫酸钾与亚硫 酸钠混合物、或过硫酸铵与硫代硫酸钠中的一种。
本发明的另一目的在于提供一种水性耐磨薄膜，具有良好的耐磨性能和耐酒 精浸渍能力；该水性耐磨薄膜是由本发明所述的水性耐磨涂料涂布与基膜上，干 燥后所形成的涂膜。
本发明的第三个目的在于提供一种水性耐磨薄膜的制备方法；该制备方法步 骤包括
1)制备涂布液：在本发明所述的水性耐磨涂料中加入占水性耐磨涂料总量 0-30％的二氧化硅亚制成涂布液；
2)涂布：在基材上预涂底胶，待底胶固化后将上述涂布液均匀涂布在预涂 底胶的基材上形成涂层；
3)干燥固化：步骤2)涂布后的涂层经依次经干燥、固化后形成水性耐磨 薄膜。
进一步的，上述方法中步骤3)的干燥方式为远红外干燥或热风干燥；其中， 热风干燥的温度为95-120℃；固化过程在加热条件下进行，固化温度为50-60℃， 固化时间为40-72小时。优选的采用远红外干燥，因为红外干燥可防止涂布表面 结皮，有助于涂层的干燥。
本发明的第四个目的在于本发明所述的水性耐磨薄膜在用膜、真空喷涂金属 膜、印刷、碳带打印及包装材料中的应用。
具体地，所述的水性耐磨薄膜在制备照相用膜、或真空喷涂金属膜、或印刷 材料、或碳带打印材料、或包装材料中的应用。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中，如无特殊说明，所用的试剂 及原料均可以通过购买方式获得。
实施例1
一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
实施例2一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
实施例3
一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
实施例4
一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
实施例5
一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
实施例6
一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
实施例7
一种水性耐磨涂料，该水性耐磨涂料按重量份由以下组份组成：
应用实施例1：
(1)配置涂布液：取10KG实施例1所述的水性耐磨涂料，过滤后静置备 用；
(2)涂布：50μm透明BOPP作为基材，经过表面电晕处理→涂底胶→红 外干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷；其中，底胶的涂 布量为0.5g/㎡，涂布液的涂布量为2.5g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止涂 层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为100℃，涂布机速为 150m/min；
(3)熟化：熟化条件为55℃，72小时。
应用实施例2：
(1)配置涂布液：取10KG实施例2所述的水性耐磨涂料，过滤后静置备 用；
(2)涂布：50μm透明BOPP作为基材，经过表面电晕处理→涂底胶→红 外干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶的涂 布量为0.5g/㎡，涂布液的涂布量为3.5g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止涂 层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为120℃，涂布机速为 150m/min；
(3)熟化：熟化条件为55℃，72小时。
应用实施例3：
(1)涂布液的配置：取10KG实施例3所述的水性耐磨涂料，加入1kg二 氧化硅亚浆搅拌15分钟，过滤后静置备用；
(2)涂布过程：50μm透明BOPP作为基材，经表面电晕处理→涂底胶→ 红外干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶的 涂布量为0.5g/㎡，涂布液的涂布量为2.5g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止 涂层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为95℃，涂布机速为 150m/min；
(3)熟化：熟化条件为60℃，72小时。
应用实施例4：
(1)涂布液的配置：取10KG实施例4的水性耐磨涂料，加入2kg二氧化 硅亚浆搅拌15分钟，进行过滤，静置备用；
(2)涂布过程：50μm透明BOPP作为基材，经表面电晕处理→涂底胶→ 红外干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶的 涂布量为0.5g/㎡，涂布液的涂布量为2.5g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止 涂层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为100℃，涂布机速为 150m/min；
(3)熟化：熟化条件为50℃，72小时。
应用实施例5：
(1)涂布液的配置：取10KG实施例5的水性耐磨涂料，加入2kg二氧化 硅亚浆搅拌15分钟，进行过滤，静置备用；
(2)一次涂布：50μm透明BOPP作为基材，经表面电晕处理→涂底胶→ 红外干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶的 涂布量为0.5g/㎡，涂布液的涂布量为2.5g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止 涂层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为120℃，涂布机速为 150m/min；
(3)二次涂布：50μm透明BOPP的背面经表面电晕处理→涂底胶→红外 干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶的涂布 量为0.5g/㎡，涂布液的涂布量为2.5g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止涂层 表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为100℃，涂布机速为150m/min；
(4)熟化：熟化条件为60℃，72小时，制得双面涂层薄膜。
应用实施例6：
(1)涂布涂布液的配置：取10KG实施例6水性耐磨涂料进行过滤，静置 备用；
(2)涂布：50μm镀铝PET作为基材，经过表面电晕处理(膜面)→涂底胶 →红外干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶 的涂布量为0.5g/㎡，水性耐磨涂料的涂布量为2.5g/㎡，远红外快速升温干燥， 可以防止涂层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为120℃，涂布机 速为150m/min；
(3)熟化：熟化条件为55℃，72小时。
应用实施例7：
(1)涂布液的配置：取10KG水性耐磨涂料进行过滤，静置备用；
(2)涂布：50μ镀铝PET作为基材，经表面电晕处理(膜面)→涂底胶→红 外干燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶的涂 布量为0.5g/㎡，涂布液的涂布量为3.5g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止涂 层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为120℃，涂布机速为 150m/min；
(3)熟化：熟化条件为50℃，72小时。
应用实施例8：
(1)涂布液的配置：取10KG实施例1的水性耐磨涂料进行过滤，静置备 用；
(2)涂布过程：50μm镀铝PET→表面电晕处理(膜面)→涂底胶→红外干 燥→热风干燥→涂布涂布液→红外干燥→热风干燥→收卷。其中，底胶的涂布量 为0.5g/㎡，水性耐磨涂料的涂布量为1.0g/㎡，远红外快速升温干燥，可以防止 涂层表面结皮，有助于涂层的干燥，热风干燥的温度为100℃，涂布机速为 150m/min；
(3)熟化：熟化条件为60℃，72小时。
性能测试
1.耐摩擦测试的标准GB/T1768—79(89,测试方法是用酒精耐磨测试仪，加 500g重的砝码，，以白色棉布浸润99.7％浓度的酒精，来回摩擦，记录油墨开始 破坏时的次数。并根据检测需要载取一定尺寸的上述制得的耐酒精浸渍，耐摩擦 涂层薄膜，测其各项性能结果如表1所示。
表1：性能测试结果
从上表1的测试结果可以看出本发明耐酒精浸渍、耐摩擦涂层具有优良的耐 摩擦性能和耐酒精浸渍性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范 围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属 于本发明所要求保护的范围。