CN106756748A - 一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法 - Google Patents

一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法 Download PDF

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Abstract

一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，将直径为0.01-50微米的小球均匀分散在液态胶粘剂中制备涂布液，在纸张和塑料膜表面均匀涂布一层直径为0.01-50微米的小球，固化后，小球附着在纸张或塑料膜表面，形成微纳米粗糙表面结构；在小球层表面用真空蒸镀或磁控溅射方法沉积一层铝或将膜材与铝箔复合；形成复合铝纸或铝塑复合膜；在富氧环境下放置7-10天后，复合铝纸或铝塑复合膜的铝层具有疏水性能，水接触角大于140°，水滚动角小于10°；复合铝纸或铝塑复合膜用作液态物质或膏状物质包装材料，液态和膏状被包装物质从包装中很容易取出，被包装的液态或膏状在铝层表面附着量很少。

Description

一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，属于包装材料领域。
背景技术
表面润湿性是固体表面的一项重要特征，通常以接触角来表征液体对固体的润湿程度。固体表面与水的接触角大于90°时称为疏水表面，大于150°时称为超疏水表面。疏水和超疏水表面具有防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀等优点，可广泛应用于农业、军工、建筑、交通、纺织、医疗、防腐及日常生活等领域，因此得到了广泛的研究，提出了很多疏水和超疏水表面的制备方法，然而，目前多数技术都存在对设备和工艺要求过高，不适合大面积疏水表面的制备等问题，限制了疏水和超疏水表面的工业化应用。
本专利申请提出一种通过涂布小球，然后表面镀铝或复合铝箔的办法保护形成的微纳米粗糙结构，解决了大面积工业化制备和超疏水表面的耐久性问题。获得的复合铝纸和铝塑复合膜铝层表面的水接触角大于140°，滚动角小于10°，已经接近超疏水的性能指标，用作包装液态或膏状物质时，液态或膏状被包装物质几乎不粘附铝层面，粘附量很小。
发明内容
本专利申请提出一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，具体的步骤：
步骤一，将直径为0.01-50微米的小球均匀分散在液态胶粘剂中制备涂布液，在纸张和塑料膜表面均匀涂布一层直径为0.01-50微米的小球，经过干燥固化后，小球附着在纸张或塑料膜表面，形成微纳米粗糙结构表面；
步骤二，在小球层表面用真空蒸镀或磁控溅射方法沉积一层铝或将膜材与铝箔复合；形成铝纸复合纸和铝塑复合膜；
步骤三，将获得的复合铝纸或铝塑复合膜在富氧环境下放置7-10天，使铝层应力松弛并在表面形成致密的氧化铝膜；
步骤四，将制备的复合铝纸或铝塑复合膜用作液态物质或膏状物质包装材料，液态和膏状被包装物质从包装中很容易取出，液态或膏状被包装物质在铝层上附着量很少。
图1是本专利申请提出的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料的结构示意图，1是常用纸和塑料膜，称为基材层；2是涂布液固化后粘附小球的胶层；3是固化后形成小球层，表面具有微纳米粗糙结构；4是铝层，镀铝或与铝箔复合后表面仍保持原来的小球形成的微纳米粗糙结构。
图2是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，5是涂布的小球密集堆。小球密集堆在基材表面随机分布，小球密集堆与推之间的间距30-200微米。
图3是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，6是涂布的小球。小球在基材表面均匀分布，覆盖了整个基材。
图4是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，7是涂布的小球。采用了大小不同的小球，小球覆盖了整个基材。
图5是本专利申请中纳米尺寸二氧化硅小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，8是涂布的小球。小球覆盖了整个基材。
在纸张和塑料膜表面均匀涂布的一层直径为0.01-50微米的小球，小球材质是聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯或玻璃或二氧化硅或二氧化钛或氧化锌或碳酸钙或氧化铝。
涂布后再在微小球层上面用真空蒸镀或磁控溅射方法制备一层厚度为30至500nm之间的任一值的铝层，或者将涂布后的微小球层上面复合一层厚度为0.2至1微米的铝箔。沉积铝层或复合铝箔后，在铝层表面仍然具有微纳米粗糙结构，铝层或铝箔保护了微小球形成的粗糙结构不容易被破坏，从而提高了表面疏水性能的耐久性。而且，复合的铝层进一步提高了产品复合铝纸和铝塑复合膜对氧气和水蒸汽的阻隔性。
纸张的材质包括铜版纸、牛皮纸和各种卡纸、纸板；塑料膜的材质包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚碳酸酯。
依靠微米或纳米尺寸的小球形成的粗糙结构，实现复合纸和复合塑料膜上铝层表面水接触角大于140°，水滚动角小于10°的疏水性能。
将制备的复合铝纸或铝塑复合膜用作液态物质或膏状物质包装材料，液态和膏状被包装物质从包装中很容易取出，包装材料铝层表面附着的液态或膏状被包装物质的量很少。
该方法采用涂布方式在纸张或常用塑料膜表面涂布一层小球形成微纳米粗糙结构，然后在表面沉积铝或复合铝箔保护形成的微纳米粗糙结构，克服了常用超疏水表面制备的工艺复杂，成本高难以工业化批量生产的缺陷以及表面微纳米结构在使用过程中容易被破坏而导致疏水性质不能持续保持的重大应用缺陷，将之用作液态或膏状物质的包装材料克服了常用包装材料表面粘附过多的被包装液态或膏状物质的缺陷。
附图说明
图1是本专利申请提出的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料的结构示意图，图中1是基材层，2是涂布液固化后粘附小球的胶层，3是固化后形成小球层，4是铝层。
图2是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，图中5是涂布的小球密集堆。
图3是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，6是涂布的小球。
图4是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，7是涂布的小球。
图5是本专利申请中纳米尺寸二氧化硅小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合铝纸或铝塑复合膜表面的扫描电镜照片，8是涂布的小球。
具体实施方式
下面用具体的实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
用卷到卷方式在牛皮纸表面涂布一层直径为10-30微米的聚甲基丙烯酸甲酯微球，微球在纸张表面的分布与图2相近，固化后，在微球的表面层用真空蒸镀方法沉积一层厚度为100nm左右的铝层，在富氧条件下室温放置7天后，测试复合铝纸铝层面的水接触角147°，水滚动角为5°。在复合铝纸的纸面印刷图文，然后分切制袋，用作粘性中药药膏的包装袋，复合铝纸的铝层接触中药药膏，取出药膏后，包装袋内铝层几乎不粘附被包装的粘性中药药膏。
实施例2
用卷到卷方式在18微米厚的聚乙烯薄膜表面涂布一层直径为10-30微米的玻璃微球，微球在聚乙烯薄膜表面的分布与图3相近，固化后，在微球的表面层用真空蒸镀方法沉积一层厚度为200nm左右的铝层，在富氧条件下室温放置7天后，测试铝塑复合膜铝层面的水接触角153°，水滚动角为4°。在铝塑复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作牛奶的包装袋，铝塑复合膜的铝层接触牛奶，牛奶饮用完毕后，包装袋内铝层几乎不粘附被包装的牛奶。
实施例3
用卷到卷方式在12微米厚的聚丙烯薄膜表面涂布一层直径为10-30微米的聚甲基丙烯酸甲酯微球，微球在聚丙烯薄膜表面的分布与图4相近，固化后，在微球的表面层用磁控溅射方法方法沉积一层厚度为150nm左右的铝层，在富氧条件下室温放置10天后，测试铝塑复合膜铝层面的水接触角156°，水滚动角为3°。在铝塑复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作酸奶的包装盖膜，铝塑复合膜的铝层接触酸奶，撕开酸奶杯的盖膜，酸奶杯盖膜内铝层几乎不粘附被包装的酸奶。
实施例4
在白卡纸表面涂布一层直径为10-30微米的聚苯乙烯微球，微球在纸张表面的分布与图1相近，固化后，在微球的表面层用磁控溅射方法方法沉积一层厚度为300nm左右的铝层，在富氧条件下室温放置7天后，测试复合铝纸铝层面的水接触角145°，水滚动角为8°。在复合铝纸的纸面印刷图文，然后分切制袋，用作果汁包装袋，复合铝纸的铝层接触果汁，饮用果汁后，包装袋内铝层几乎不粘附被包装的果汁。
实施例5
用卷到卷方式在12微米厚的聚乙烯醋酸乙烯酯薄膜表面涂布一层直径为10-30纳米的二氧化硅微球，微球在聚乙烯醋酸乙烯酯薄膜表面的分布与图5相近，固化后，在微球的表面层用真空蒸镀方法沉积一层厚度为100nm左右的铝层，在富氧条件下室温放置10天后，测试铝塑复合膜铝层面的水接触角141°，水滚动角为8°。在铝塑复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作酸奶的包装盖膜，铝塑复合膜的铝层接触酸奶，撕开酸奶杯的盖膜，酸奶杯盖膜内铝层几乎不粘附被包装的酸奶。
实施例6
用卷到卷方式在12微米厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜表面涂布一层直径为10-30微米的有机硅微球，微球在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜表面的分布与图3相近，固化后，在微球的表面层直接复合一层厚度为300nm左右的铝箔，在富氧条件下室温放置7天后，测试铝塑复合膜铝层面的水接触角155°，水滚动角为4°。在铝塑复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作八宝粥的包装袋，铝塑复合膜的铝层接触八宝粥，八宝粥取出后，铝塑膜内铝层几乎不粘附被包装的八宝粥。
综合以上的实施例，本申请提出在纸张和塑料基材上涂布一层小球，构筑表面微纳粗糙结构，然后在小球层表面制备一层铝层，经过表面氧化后，保护表面微纳粗糙结构，提高表面疏水性能的耐久性，同时易于工业化大批量生产。以上实施例仅用于说明而非限制本专利申请的技术方案，本领域技术人员可以理解，对本专利申请的技术方案进行各种变动和等效替换，比如更换材质，将球形纳米尺寸二氧化化硅更换成二氧化钛、氧化铝、氧化锌粉体，而不背离本专利申请技术方案的原理和范围，均应涵盖在本专利申请权利要求的范围之中。

Claims (6)

1.一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，包含以下步骤：
步骤一，将直径为0.01-50微米的小球均匀分散在液态胶粘剂中制备涂布液，在纸张和塑料膜表面均匀涂布一层直径为0.01-50微米的小球，经过干燥固化后，小球附着在纸张或塑料膜表面，形成微纳米粗糙结构表面；
步骤二，在小球层表面用真空蒸镀或磁控溅射方法沉积一层铝或将膜材与铝箔复合；形成铝纸复合纸和铝塑复合膜；
步骤三，将获得的复合铝纸或铝塑复合膜在富氧环境下放置7-10天，使铝层应力松弛并在表面形成致密的氧化铝膜；
步骤四，将制备的复合铝纸或铝塑复合膜用作液态物质或膏状物质包装材料，液态和膏状被包装物质从包装中很容易取出，液态或膏状被包装物质在铝层上附着量很少。
2.根据权利要求1所述的一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，其特征在于，在纸张和塑料膜表面均匀涂布一层直径为0.01-50微米的小球，小球材质是聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯或玻璃或二氧化硅或二氧化钛或氧化锌或碳酸钙或氧化铝。
3.根据权利要求1所述的一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，其特征在于，涂布后再在微小球层上面用真空蒸镀或磁控溅射方法制备一层厚度为30至500nm之间的任一值的铝层，或者将涂布后的微小球层上面复合一层厚度为0.2至1微米的铝箔；沉积铝层或复合铝箔后，在铝层表面仍然具有微纳米粗糙结构，铝层或铝箔保护了形成的微小球层粗糙结构不容易被破坏，从而提高了表面蔬水性能的耐久性；而且，复合的铝层进一步提高了产品复合铝纸和铝塑复合膜的对氧气和水蒸汽的阻隔性。
4.根据权利要求1所述的一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，其特征在于，纸张的材质包括铜版纸、牛皮纸和各种卡纸、纸板；塑料膜的材质包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚碳酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，其特征在于，依靠微米或纳米尺寸的小球形成的多级结构，实现复合纸和复合塑料膜上铝层表面水接触角大于140°，水滚动角小于10°的疏水性能。
6.根据权利要求1所述的一种具有疏水表面的复合铝纸和铝塑复合膜包装材料制备方法，其特征在于，将制备的复合铝纸或铝塑复合膜用作液态物质或膏状物质包装材料，液态和膏状被包装物质从包装中很容易取出，包装材料铝层表面附着的液态或膏状被包装物质量很少。
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