一种大棚地膜纸水性涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及造纸涂料和大棚地膜纸技术领域，具体涉及一种低定量大棚地膜纸专用涂料及其制备方法，主要应用于大棚地膜纸的表面涂布。


背景技术：

2.造纸涂料是一种涂覆在纸张表面并能形成牢固附着薄膜的工程材料。造纸涂料是涂布加工纸的重要组成部分，它是由颜料分散液、接着剂以及其他助剂组成的混合体系，能够对纸张起到良好的保护作用，并赋予纸张一定防潮、耐水、抗菌等特殊功用，并且可以在一定程度上提高纸张物理强度。
3.大棚地膜应用十分广泛，在农作物增产、提高农业生产效益方面起到重要作用。然而，当前地膜主要由pe等塑料制备而成，存在难降解的缺点。可生物降解环保纸基材料的开发对于缓解我国塑料污染有着重要的现实意义。目前，涂布法生产大棚地膜纸因其制备工艺简单并能有效减少环境污染而成为研究热点，但当前黑色纸基地膜存在透光率低、强度不足、抗水性较差、生物降解过快等缺点(郭帅,龙柱,赵昱,等.废旧棉纤维纸基地膜的制备及强度性能研究[j].化工新型材料,2016,44(2):3.doi:cnki:sun:hgxc.0.2016-02-046.；李辉.可降解纤维素基地膜的制备与性能研究[d].齐鲁工业大学,2019.；吕国华,白文波,国金义,宋吉青.我国纸地膜的研究现状与发展趋势分析[j].农机化研究,2012,34(09):249-252.doi:10.13427/j.cnki.njyi.2012.09.003.；周景辉,朱宏伟.纸地膜的研究及应用概况[j].中国造纸,2002(05):58-60.)。
[0004]
因此，制备一种能有效利用资源，工艺流程简单并降低生产成本的涂料将成为涂布法生产大棚地膜纸的首要选择。


技术实现要素：

[0005]
针对上述问题，本发明旨在提供一种低定量大棚地膜纸专用涂料及其制备方法，以解决涂布法生产大棚地膜纸中的技术问题。
[0006]
本发明提供一种大棚地膜纸水性涂料，其包括以下重量份原料：黑色色浆20～30份；丁苯胶乳或水性聚氨酯胶粘剂25～35份、pvdc和eaa防水阻湿剂5～8份、羧甲基纤维素及改性壳聚糖干强剂1～2份(羧甲基纤维素和改性壳聚糖干强剂质量比为4-6：1)，聚醚消泡剂0.1～0.5份、六偏磷酸钠分散剂0.5～1份，次磷酸钠疏水剂1～2份，蒸馏水100份。
[0007]
本发明提供所述大棚地膜纸水性涂料的制备方法，其包括如下步骤：
[0008]
步骤(1)：将蒸馏水、六偏磷酸钠，用高速分散机搅拌，使分散剂溶解；
[0009]
步骤(2)：加入黑色色浆缓慢倒入分散机中继续分散，得到混合均匀的颜料分散液；
[0010]
步骤(3)：在颜料分散液中，加入pvdc或eaa防水阻湿剂，继续用高速分散机搅拌，混合均匀；
[0011]
步骤(4)：加入羧甲基纤维素及改性壳聚糖再混合分散，观测涂料状态，滴加聚醚
消泡剂；
[0012]
步骤(5)：称取丁苯胶乳或水性聚氨酯胶粘剂，继续搅拌；
[0013]
步骤(6)：最后加入次磷酸钠疏水剂，混合均匀制得目标涂料。
[0014]
具体地，所述步骤(1)中高速分散机以800-1200r/min的速度搅拌5-15min。
[0015]
优选地，所述步骤(2)中用高速剪切分散机以4000-6000r/min的速度搅拌20-30min。
[0016]
另外优选地，所述步骤(3)中pvdc或eaa用高速分散机先以2500-3500r/min的速度搅拌15-25min，混合均匀后加入羧甲基纤维素及改性壳聚糖再以2000-3000r/min的速度混合分散15-25min，观测涂料状态，滴加聚醚消泡剂。
[0017]
优选地，所述步骤(4)中用高速剪切分散机以2500-3500r/min的速度搅拌10-20min；所述步骤(5)中用高速剪切分散机以1500-2500r/min的速度搅拌5-15min。
[0018]
更优选地，所述的黑色色浆主要成分为高色素型炭黑，如此有利于增加涂层的表面强度，提高涂布纸张的不透明度，且降低了涂料原料的成本。
[0019]
具体地，所制备的目标涂料固含量为20％-30％。
[0020]
本发明的一个具体例子中，所述制备方法，包括如下步骤：
[0021]
步骤(1)：将上述重量份的蒸馏水、六偏磷酸钠，用高速分散机以1000r/min的速度搅拌10min，使分散剂溶解；
[0022]
步骤(2)：加入上述重量份的黑色色浆缓慢倒入分散机中以5000r/min的速度搅拌25min，得到混合均匀的颜料分散液；
[0023]
步骤(3)：颜料分散结束后，加入上述重量份的pvdc及eaa防水阻湿剂，用高速分散机以3000r/min的速度搅拌20min，混合均匀后加入上述重量份的羧甲基纤维素及改性壳聚糖，以2500r/min的速度混合分散20min观测涂料状态，适量滴加聚醚消泡剂。
[0024]
步骤(4)：称取上述重量份的丁苯胶乳及水性聚氨酯胶粘剂，以3000r/min的速度继续搅拌15min。
[0025]
步骤(5)：最后加入上述重量份的次磷酸钠疏水剂，以2000r/min的速度搅拌10min，混合均匀制得目标涂料。
[0026]
本发明提供根据所述的制备方法得到的大棚地膜纸水性涂料。
[0027]
进而提供所述的大棚地膜纸水性涂料在制备大棚地膜纸中的应用，优选地，在大棚地膜纸中涂覆所述大棚地膜纸水性涂料的涂布量为4g/m
2-6g/m2，使得大棚地膜纸不透明度≥95.0％。
[0028]
本发明的有益效果：
[0029]
(1)本发明的一种低定量大棚地膜纸专用涂料，选择使用黑色色浆而非炭黑粉末作为颜料的组分，有利于防止粉尘对生产环境的影响，增加生产设备的使用寿命，有效提高炭黑的利用率，防止资源浪费并减少环境污染。
[0030]
(2)本发明使用丁苯胶乳及水性聚氨酯作为胶黏剂，丁苯胶乳具有优异的防水防油特性，可与颜料均匀混合。两种胶粘剂皆可增加涂料的黏度，减少涂料制备过程中产生的泡沫，使涂料具有较好的纤维覆盖率和较高的透气度。
[0031]
(3)本发明添加了pvdc及eaa防水阻湿剂，皆为高阻隔、强韧性和良好化学稳定性的理想材料，具有优异的阻湿、防水性能，可降低水蒸气透过量，在涂层、包装及防腐行业独
树一帜。已被广泛应用于表面涂层，食品、药物包装及机械零件、军用战略物资防锈等领域，是目前全球范围的涂层、包装及防腐行业中一种极有生命力的高分子材料。羧甲基纤维素及改性壳聚糖干强剂，有助于提高成纸强度。
[0032]
(4)本发明的一种大棚地膜纸水性涂料，制备工艺简单、生产成本低，涂料可溶于水，粘度可控，适用于涂布或施胶工艺生产大棚地膜纸。
附图说明
[0033]
图1为根据发明内容所制备的实施例涂料。
[0034]
图2为将实施例涂料涂布在普通牛皮纸上所制备的大棚地膜纸样品。
[0035]
图3为通过刮刀涂布的方式制备涂布纸。
具体实施方式
[0036]
以下结合实施例对本发明作进一步说明。所制备的涂料见附图1.
[0037]
实施例1
[0038]
(1)将200g蒸馏水、1g六偏磷酸钠，用高速分散机以1000r/min的的速度搅拌10min，使分散剂溶解。
[0039]
(2)依次加入47.5g炭黑，以5000r/min的速度继续搅拌25min，使颜料充分分散。
[0040]
(3)加入33.34g eaa乳液(固含量30％)以3000r/min的速度搅拌20min。
[0041]
(4)加入2g羧甲基纤维素和0.4g改性壳聚糖，以2500r/min的速度混合分散20min，适量滴加聚醚消泡剂。
[0042]
(5)加入120.11g丁苯胶乳(固含量50％)以3000r/min的速度搅拌15min。
[0043]
(6)加入1.5g次磷酸钠疏水剂，以2000r/min的速度搅拌10min，混合均匀制得目标涂料。
[0044]
实施例2
[0045]
(1)将200g蒸馏水、1g六偏磷酸钠，用高速分散机以1000r/min的的速度搅拌10min，使分散剂溶解。
[0046]
(2)依次加入47.5g炭黑，以5000r/min的速度继续搅拌25min，使颜料充分分散。
[0047]
(3)加入16.67g pvdc乳液(固含量60％)以3000r/min的速度搅拌20min。
[0048]
(4)加入2g羧甲基纤维素和0.4g改性壳聚糖，以2500r/min的速度混合分散20min，适量滴加聚醚消泡剂。
[0049]
(5)加入120.11g丁苯胶乳(固含量50％)以3000r/min的速度搅拌15min。
[0050]
(6)加入1.5g次磷酸钠疏水剂，以2000r/min的速度搅拌10min，混合均匀制得目标涂料。
[0051]
实施例3
[0052]
(1)将200g蒸馏水、1g六偏磷酸钠，用高速分散机以1000r/min的速度搅拌10min，使分散剂溶解。
[0053]
(2)依次加入47.5g炭黑，以5000r/min的速度继续搅拌25min，使颜料充分分散。
[0054]
(3)加入16.67g eaa乳液(固含量30％)，8.34g pvdc乳液(固含量60％)以3000r/min的速度搅拌20min。
[0055]
(4)加入2g羧甲基纤维素和0.4g改性壳聚糖，以2500r/min的速度混合分散20min，适量滴加聚醚消泡剂。
[0056]
(5)加入120.11g丁苯胶乳(固含量50％)以3000r/min的速度搅拌15min。
[0057]
(6)加入1.5g次磷酸钠疏水剂，以2000r/min的速度搅拌10min，混合均匀制得目标涂料。
[0058]
性质性能测试
[0059]
序号涂料名称固含量(％)粘度(mpa.s)1实施例130.253282实施例231.567703实施例330.86213
[0060]
应用实施例
[0061]
采用实施例1、实施例2和实施例3涂料以及刮刀涂布的方式(见附图3)对60g普通牛皮纸进行涂布。所制成的样品见图2。
[0062]
(1)水蒸气透过率检测
[0063]
依据gb/t 16928-1997在水蒸气透过仪上进行测试，具体测试步骤如下：
[0064]
①
纸样预处理：纸样在实验前按照gb/t2918规定执行，保证纸样无皱折、针孔、污渍；满足试样的最小尺寸要求，方便裁剪与密封；纸样厚度应均匀。
[0065]
②
取样与装夹：将纸样平放在切割垫板上，用取样器进行裁样，在标准透湿杯上按照顺序装夹纸样。
[0066]
③
测试：采用减重法测试纸样的水蒸气透过率。
[0067]
(2)cobb值测定
[0068]
依据gb/t 1540-2002在可勃吸收性试验仪上进行测试，具体测试步骤如下：
[0069]
①
纸样采取、处理和制备：按gb/t450采取样品，按gb/t10739进行温湿处理，将处理后的纸样裁剪成(125
±
5)mm方形试样。
②
测试：采用翻转式测试纸样的吸水量，并计算cobb值。
[0070]
(3)撕裂度测定
[0071]
依据gb/t455－2002在撕裂度仪(四川长江j-sly1000)上进行测试，具体测试步骤如下：
[0072]
①
纸样采取、处理和制备：按gb/t450采取样品，确保所取试样没有折痕、皱纹或其他明显缺陷，按gb/t10739进行温湿处理。式样的大小应为(63
±
0.5)mm
×
(50
±
2)mm，应按样品的纵横向分别切取试样。如果纸张纵向与样品的短边平行，则进行横向试验，反之进行纵向试验，每个方向应至少做5次有效试验。
[0073]
②
测试：采用撕裂度仪测试纸样的撕裂度，并计算撕裂指数。
[0074]
(4)纵向裂断长测定
[0075]
依据gb/t12914-2018在抗张强度试验仪(四川长江dcp-kz300)上进行测试，具体测试步骤如下：
[0076]
①
纸样采取、处理和制备：按gb/t450采取样品，按gb/t10739进行温湿处理。从无损伤的纸和纸板试样上，切取宽度为(15
±
0.1)mm，长度足够夹持在两夹头之间的试样条。避免用手接触位于两夹头之间的试样部分，试样的两长边应平直，在整个夹持长度内其平
行度误差应不超过
±
0.1mm，试样切口应整齐、无损伤。一次切取足够数量的试样条。
[0077]
②
将夹头距离调节到规定的初始试验长度并将试样夹在夹头上，注意不应用手接触试样两夹持线之间的试验区域。摆正并夹紧试样，不留任何松弛，不产生明显应变。保证试样平行于所施加的张力方向。
[0078]
③
测试：开始试验直至试样断裂。记录所施加的最大抗张力，伸长量(单位为mm)，计算抗张强度、纵向裂断长。
[0079]
(5)湿强度测定
[0080]
依据gb/t 465.2-2008进在抗张强度试验仪(四川长江dcp-kz300)上进行测试，具体测试步骤如下：
[0081]
①
纸样采取、处理和制备：按gb/t450采取样品，将试样浸渍于符合gb/t10739规定的水中，浸渍10min，将试样从盘中取出，用滤纸或吸墨纸轻轻吸去试样表面的水。
[0082]
②
测试：将试样浸水后，再吸去表面水份，迅速置于抗张强度试验仪上，测定抗张强度，计算湿强度。
[0083]
(6)透光率测定
[0084]
在紫外分光光度计上进行测试，具体测试步骤如下：
[0085]
①
纸样采取、处理和制备：从无损伤的纸和纸板试样上，切取宽度为(15
±
0.1)mm，长度为(40
±
0.1)mm试样条。
[0086]
②
测试：采用积分球模式，在波长为550nm和850nm下，对样品的透光率进行定点测量。
[0087]
其结果如表1所示。
[0088]
表1定量60g普通牛皮纸实验数据
[0089][0090][0091]
由表中可知，其能够显著提高了原纸的阻湿、抗水及透光率，在低涂布量下涂布纸的各项指标均达到了a类本色地膜纸的标准要求。当实施例1、实施例2和实施例3涂料单面涂布量分别为3.48g/m2、6.51g/m2、5.83g/m2时，即1号、4号和7号样品的水蒸气透过量由原纸的1987g/(m2.24h)下降到393、548、以及499g/(m2.24h)，符合a类地膜纸的阻湿要求；且
120s cobb值为9～16g/m2，达到抗水值低于20的要求。研究实验中，为了更准确反映样品的遮光性能，采用紫外分光光度计分别测量了纸样在550nm和850nm处的透光率。由测试结果可知，实施例1、实施例2和实施例3涂料涂布的纸张在550nm和850nm的透光率仅为0～1.6％，均低于5％，符合遮光要求。
[0092]
增加涂布量可进一步降低水蒸气透过量和透光率，但cobb值随涂布量的增加而增加，抗水性能有所下降。
[0093]
此外，涂布改善了原纸的耐破指数和湿强度。经实施例1、实施例2和实施例3涂料涂布，原纸的耐破指数提高了0.5～38％，湿强度提高了3～4.4倍。
[0094]
分析表数据可知，采用实施例1、实施例2和实施例3涂料对双胶纸的性能提升效果与普通牛皮纸相当，涂布量对纸张各项指标的影响规律与牛皮纸类似。涂布后，水蒸气透过量由2207g/(m2.24h)下降到412～784g/(m2.24h)，cobb值为6～24g/m2，透光率为0～2.1％，耐破指数提高了7～21％，湿强度提高了0.7～4.71倍。
[0095]
综上可知，采用实施例1、实施例2和实施例3涂料的低涂布量涂布方案时，水蒸气透过量、cobb值(120s)、纸张的耐破指数、湿强度和透光率等性能均有提高。

技术特征：
1.一种大棚地膜纸水性涂料，其特征在于：包括以下重量份原料：黑色色浆20~30份；丁苯胶乳或水性聚氨酯胶粘剂25~35份、pvdc和eaa防水阻湿剂5~8份、羧甲基纤维素及改性壳聚糖干强剂1~2份（羧甲基纤维素和改性壳聚糖干强剂质量比为4-6：1），聚醚消泡剂0.1~0.5份、六偏磷酸钠分散剂0.5~1份，次磷酸钠疏水剂1~2份，蒸馏水100份。2.权利要求1所述大棚地膜纸水性涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤（1）：将蒸馏水、六偏磷酸钠，用高速分散机搅拌，使分散剂溶解；步骤（2）：加入黑色色浆缓慢倒入分散机中继续分散，得到混合均匀的颜料分散液；步骤（3）：在颜料分散液中，加入pvdc或eaa防水阻湿剂，继续用高速分散机搅拌，混合均匀；步骤（4）：加入羧甲基纤维素及改性壳聚糖再混合分散，观测涂料状态，滴加聚醚消泡剂；步骤（5）：称取丁苯胶乳或水性聚氨酯胶粘剂，继续搅拌；步骤（6）：最后加入次磷酸钠疏水剂，混合均匀制得目标涂料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中高速分散机以800-1200r/min的速度搅拌5-15min。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中用高速剪切分散机以4000-6000r/min的速度搅拌20-30min。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中pvdc或eaa用高速分散机先以2500-3500r/min的速度搅拌15-25min，混合均匀后加入羧甲基纤维素及改性壳聚糖再以2000-3000r/min的速度混合分散15-25min，观测涂料状态，滴加聚醚消泡剂。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中用高速剪切分散机以2500-3500r/min的速度搅拌10-20min；所述步骤（5）中用高速剪切分散机以1500-2500r/min的速度搅拌5-15min。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的黑色色浆主要成分为高色素型炭黑。8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所制备的目标涂料固含量为20%-30%。9.根据权利要求1至8任一项所述的制备方法得到的大棚地膜纸水性涂料。10.如权利要求9所述的大棚地膜纸水性涂料在制备大棚地膜纸中的应用，优选地，在大棚地膜纸中涂覆所述大棚地膜纸水性涂料的涂布量为4g/m
2-6g/m2，使得大棚地膜纸不透明度≥95.0%。

技术总结
本发明涉及造纸涂料和大棚地膜纸技术领域，具体涉及一种低定量大棚地膜纸专用涂料及其制备方法。所述包括以下重量份原料：黑色色浆20~30份；丁苯胶乳及水性聚氨酯胶粘剂25~35份、PVDC及EAA防水阻湿剂5~8份、羧甲基纤维素及改性壳聚糖干强剂1~2份，聚醚消泡剂0.1~0.5份、六偏磷酸钠分散剂0.5~1份，次磷酸钠疏水剂1~2份，蒸馏水100份。本发明的涂料，制备工艺简单、生产成本低，涂料可溶于水，粘度可控，适用于涂布或施胶工艺生产大棚地膜纸。于涂布或施胶工艺生产大棚地膜纸。


技术研发人员：许凤 游婷婷 杨力源 王东兴 慈晓雷
受保护的技术使用者：山东世纪阳光纸业集团有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/9