CN111040596B - 一种用于制备复合包装材料的涂布乳胶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于制备复合包装材料的涂布乳胶，所述的涂布乳胶包含有50‑90％的水性聚氨酯乳液，5‰‑1％的消泡剂，5％‑43％的白色颜填料，0‑3％的固化剂，0.1‰‑5‰的流平剂，0.5‰‑5‰的润湿剂，5‰‑2％的分散剂。本发明涂布乳胶所制备的复合包装材料，不仅具备防水、防油、热封等功能，同时解决了现有的发泡复合纸所存在的印刷面有较大的凹凸不平感和明显的网辊加工痕迹，导致印刷效果不能达到在一个平面所形成的印刷效果状态的问题。

Description

一种用于制备复合包装材料的涂布乳胶
本发明为2019年6月6日申请的，申请号为2019104893408，发明名称为：“一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料”的分案申请。
技术领域
本发明属于食品级包装材料技术领域，具体涉及一种用于制备复合包装材料的涂布乳胶。
背景技术
食品包装材料除了保护食品，使食品在流通过程中，防止外来因素的损害，保持食品本身稳定质量外，如果包装材料印刷后具有良好的印刷效果，更可有效吸引消费，具有物质成本以外的价值。在食品包装材料领域中，有的液态食品需要包装材料具有防水、防油、热封和隔热功能，如泡面、冷饮和热饮等。现有市场上为该类食品包装需求而普遍来使用淋膜纸，所谓淋膜纸就是将聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)等塑料粒子通过流延等工艺加工在纸张表面的复合材料；该类纸张的主要特点就是可以防油、防水(相对的)、且可以热封。淋膜纸再通过发泡工艺，使淋膜层也就是PE或PP层发泡，该层经过发泡后形成孔状结构，可以阻止热量的通过，进而形成一种防烫隔热产品。但现有淋膜纸存在发泡点密集且发泡时气体容易将PE或PP层冲破造成发泡层破坏的缺点，导致印刷效果不理想。而且，当淋膜纸作为食品包装材料时往往希望在印刷层形成平整光滑的面，以期得到良好的印刷效果。
发明人之前的研究了一种发泡复合纸(申请号为2017103747585的中国发明专利)，所提供的发泡复合纸，包括第一层阻隔层的中密度聚乙烯MDPE层，第二层的食品级包装用纸和第三层发泡层的低密度聚乙烯LDPE层；更进一步的，在第三层发泡层低密度聚乙烯LDPE层的外侧上还涂布有涂布乳胶，包含有丙烯酸酯聚合物33-55％，消泡剂1％-2％，氧化钛(粒径5-20μm)24％-35％，去离子水20％-30％；
其制备方法如下：
1)将丙烯酸酯聚合物、消泡剂、氧化钛(粒径5-20μm)、去离子水加入到分散搅拌釜中，在25-35℃，转速500-5500r/min下搅拌分散不少于2小时；
2)将搅拌后的混合物放入凹印机料槽中，在20m/min-120m/min车速下进行凹印作业，将涂布胶乳转移到食品级淋膜纸上，在25-165℃的条件下烘干涂布制备出新型发泡复合纸。
该发泡复合纸虽然克服了现有淋膜纸的发泡层因发泡点密集且发炮时气体容易将PE或PP层冲破造成发泡层破坏的缺点，进而为印刷提供完整连续的印刷面，保持了良好的印刷效果和视觉效果，但申请人在使用的过程中发现，该发泡复合纸所能够提供的印刷面还是有较大的凹凸不平感和明显的网辊加工痕迹，导致印刷效果不能达到在一个平面所形成的印刷效果状态；其次该发泡复合纸涂布胶乳具有抑制发泡的不良效果，即发泡后发泡厚度不够高，这就导致了隔热效果的下降；而且该发泡复合纸涂布胶乳在加工到淋膜纸后，其对淋膜纸热塑性树脂层的附着力不足，在下一步印刷工艺过程中，容易因为设备与纸的摩擦而导致涂布层剥离。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制备复合包装材料的涂布乳胶，使印刷层能够形成更为平整光滑的印刷平面的同时不影响发泡复合纸发泡效果和基本的隔热防烫功能，还解决了涂布层与淋膜纸热塑性树脂层附着力不足的问题。
本发所提供的涂布乳胶，是使用水性聚氨酯乳液作为主要组分制备的，
所述的涂布乳胶，还包含有固化剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和分散剂；
其中一种配比，是包含有50-90％的水性聚氨酯乳液，5‰-1％的消泡剂，5％-43％的白色颜填料(粒径5-20μm)，0-3％的固化剂，0.1‰-5‰的流平剂，0.5‰-5‰的润湿剂，5‰-2％的分散剂；
作为实施例的优选，涂布乳胶中水性聚氨酯乳液的质量百分数为88％；消泡质量百分数为8‰；润湿剂质量百分数为1‰；流平剂的质量百分数为1‰；分散剂的质量百分数为1％；固化剂为异氰酸酯类固化剂，优选质量份数为1％；白色颜填料为氧化钛(粒径5-20μm)，质量份数为9％。
本发明所提供的涂布乳胶用于制备食品包装材料用的发泡复合纸(淋膜纸)；
所述的发泡复合纸，从内到外依次为第一层中密度聚乙烯MDPE层，第二层的食品级包装用纸，第三层的低密度聚乙烯LDPE层，且在第三层低密度聚乙烯LDPE层的外侧上还涂布有涂布乳胶；
所述的涂布胶乳涂的涂布量为1-10g/m2，
所述的中密度聚乙烯MDPE为12-28克/m2。
所述的食品级包装用纸为160-350克/m2的包装材料用纸。
本发明涂布乳胶所制备的复合包装材料，不仅具备防水、防油、热封等功能，同时解决了现有的发泡复合纸所存在的印刷面有较大的凹凸不平感和明显的网辊加工痕迹，导致印刷效果不能达到在一个平面所形成的印刷效果状态的问题。其次本发明所制备的复合包装材料不抑制发泡效果，不影响发泡复合纸发泡后所应具备的隔热效果；还解决了涂布层对淋膜纸热塑性树脂层附着力不足的问题，涂布层对淋膜纸热塑性树脂层的附着力大大提高，在下一步印刷工艺过程中，不会因为设备与纸的摩擦而导致涂布层剥离，进一步的不会增加损耗和降低生产效率。
附图说明
图1：本发明制备的具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料层状结构示意图；
图2：本发明制备的复合包装材料制成的产品的立体示意图；
图3：发明申请号为2017103747585所公开的发泡复合纸发泡后的效果图；
图4：实施例3制备的复合包装材料发泡后的效果图
图5：本发明制备的复合包装材料和已有的发泡复合纸印刷发泡后的效果对比图。
图6：已有发泡复合纸涂布层对热塑性树脂层附着力测试效果图；
图7：实施例3制备的复合包装材料涂布层对热塑性树脂层的附着力测试效果图。
具体实施方式
申请人在在使用本公司之前制备的发泡纸的过程中发现该发泡纸所提供的印刷面有较大的凹凸不平感和明显的网辊加工痕迹，导致印刷效果不能达到在一个平面所形成的印刷效果状态，同时该发泡复合纸涂布胶乳有抑制发泡的不良效果，即发泡后发泡厚度不够高，这就导致了隔热效果的下降。而且该发泡复合纸涂布胶乳在加工到淋膜纸后，其对淋膜纸热塑性树脂层的附着力不足，在下一步印刷工艺过程中，容易因为设备与纸的摩擦而导致涂布层剥离，进一步的增加损耗和降低生产效率。
为了克服上述问题，本发明通过对涂布乳胶的筛选和制备方法的优先，提供了一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料，可以有效解决上述发泡复合纸存在的问题。
下面结合附图和实施例对所述技术方案作进一步的说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例制备的发泡复合纸，包括第一层由中密度聚乙烯MDPE组成的阻隔层1，第二层食品级包装用纸层2，第三层由低密度聚乙烯LDPE组成的发泡层3，第四层由涂布胶乳构成的涂布层4，采用凹印工艺将涂布胶乳涂布到第三层发泡层3的外侧。
为了克服之前使用的丙烯酸酯类聚合物所存在的问题，申请人首先选择玻璃化温度更低的丙烯酸酯类聚合物乳液，选择玻璃化温度为-10℃的水性丙烯酸酯类乳液88％，涂布层使用的涂布胶乳还包括消泡剂1％，氧化钛(粒径5-20μm)8％，异氰酸酯类固化剂2％，流平剂1‰，润湿剂2‰，分散剂7‰；上述组分加入到分散搅拌釜中，在25-35℃，转速1000r/min下搅拌分散均匀即成涂布胶乳，涂布乳胶用于制备发泡复合包装材料：
其具体制备方法如下：以发泡层3，食品级包装纸层2和阻隔层1组成的19.5+250+39克/平方米的食品级包装淋膜纸做基材，将上述涂布胶乳采用凹印工艺加工在该纸的19.5克发泡层3上，机速为100米/分钟，经85℃温度烘干后形成涂布层4，涂布层4的克重为4g/㎡(干重)，采用红外发泡工艺，发泡温度110-150℃，时间1-5分钟，即制备出发泡复合包装材料。
使用不同水性苯丙乳液类和水性聚氨酯乳液来制备胶乳组分，重复上述的工艺，发现水性丙烯酸酯类聚合物、水性苯丙乳液制备的乳胶效果都不理想。从内涂布层4应具有较高的韧性和拉伸性才有可能不会抑制发泡层的发泡效果的角度进行筛选，最终确定使用水性聚氨酯乳液，且增加涂布层对对淋膜纸热塑性树脂层的附着力。
最终确定的涂布乳胶的组分为：50-90％的水性聚氨酯乳液，5‰-1％的消泡剂，5％-25％的白色颜填料(粒径5-20μm)，0-3％的固化剂，0.1‰-5‰的流平剂，0.5‰-5‰的润湿剂，5‰-2％的分散剂。
实施例2
制备的发泡复合包装材料，包括第一层由中密度聚乙烯MDPE组成的阻隔层1，第二层食品级包装用纸层2，第三层由低密度聚乙烯LDPE组成的发泡层3，
其中，中密度聚乙烯MDPE为12-28克/m2，食品级包装用纸选用160-350克/m2的包装材料用纸；低密度聚乙烯LDPE层为15-45克/m2；
第四层由涂布胶乳构成的涂布层4，采用凹印工艺将涂布层4涂布到第三层发泡层3的外侧。本实施例所使用的涂布层选择玻璃化温度较低的水性聚氨酯乳液，其中涂布层4包括水性聚氨酯乳液88％，消泡剂8‰，氧化钛(粒径5-20μm)9％，异氰酸酯类固化剂1％，流平剂1‰，润湿剂1‰，分散剂1％；
上述组分加入到分散搅拌釜中，在25-35℃，转速1000r/min下搅拌分散均匀即成涂布胶乳，涂布乳胶用于制备发泡复合包装材料：
其具体制备方法为：以发泡层3，食品级包装纸层2和阻隔层1组成的19.5+250+39克/平方米的食品级包装淋膜纸做基材，将上述涂布胶乳采用凹印工艺加工在该纸的19.5克的发泡层3上，机速为100米/分钟，经85℃温度烘干后形成涂布层4，涂布层4的克重为4g/㎡(干重)，采用红外发泡工艺，发泡温度110-150℃，时间1-5分钟，发泡结束后制备出一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料。
图3为申请号为201710374758.5发明制备的一种发泡复合纸发泡后的效果图，图4为本实施例制备的具有平滑连续印刷面的隔热发泡复合纸发泡后的效果图。结果表明，本实施例制备具有平滑连续印刷面的隔热发泡复合包装材料发泡后印刷面更为平整连续光滑，几乎观察不到凹凸不平现象和网辊加工痕迹。
进一步的，在该实施例制备的具有平滑连续印刷面的隔热发泡复合纸，进行印刷后，如图5所示，左图为本实施例制备的具有平滑连续印刷面的隔热发泡复合纸的先印刷再进行发泡后所呈现的效果图，右图为申请号为201710374758.5发明制备的发泡复合纸先印刷再发泡后所呈现的印刷效果图，结果表明本实施例制备的具有平滑连续印刷面的隔热发泡复合纸经过发泡后，其印刷层依然没有被破坏，并且可以媲美在一个平面上印刷所形成的效果；明显已有的发泡复合纸的效果。
进一步的检测本实施例制备的复合包装材料的隔热性能，将未实施涂布的食品级包装淋膜纸和本实施例制备的具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料分别制备成相同规格的纸杯，并进行同等条件的发泡工艺处理。然后在杯内注入100℃开水，并分别记录同一时间杯内和杯外的温度，以该温度差作为隔热效果的评价依据。表1为未实施涂布工艺的发泡复合纸制作的纸杯样品耐热效果测试数据，表2为本实施例中制备的具有平滑连续印刷面的隔热发泡复合纸制作的纸杯样品耐热效果测试数据；
表1：未实施涂布工艺的食品级包装淋膜纸制作的纸杯耐热效果测试数据
Figure BDA0002319069290000071
Figure BDA0002319069290000081
表2：本实施例中制备的复合材料制作的纸杯样品耐热效果测试数据
t(min) 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
T/杯内温度(℃) 90 87 84 81 78 76 74 72 70 69
T/杯外温度(℃) 65 66 64 63 61 61 58 57 55 53
杯内外温差 25 21 20 18 17 15 16 15 15 16
由表1和表2可以看出，本实施例制备的复合材料的隔热效果未出现下降，说明制备的具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料的隔热性能不会因增加了涂布层而减弱，进而说明发泡层发泡效果也不会因涂布层受到抑制而导致发泡效果不佳。
并且本实施例的发泡复合纸涂布胶乳在加工到淋膜纸后，增加了涂布层对淋膜纸热塑性树脂层的附着力，在印刷过程中没有任何涂布层被设备剥离的现象。除了实际上机测试外，以印刷经验得到简单的测试方法，将常规透明胶带粘贴到涂布层，压实后从一端撕扯，如图6和图7所示，图6为申请号为201710374758.5发明制备的发泡复合纸涂布层对热塑性树脂层附着力测试效果图，图7本实施例制备的复合包装材料涂布层对热塑性树脂层的附着力测试效果图，结果表明申请号为201710374758.5发明制备的发泡复合纸中的涂布层易从热塑性树脂层完全剥离，而本实施例制备的复合包装材料涂布层没有任何从热塑性树脂层剥离的现象，附着力明显提高。
上述结果表明本发明制备的复合包装材料不仅解决了已有的发泡复合纸所存在的印刷面凹凸不平和明显的网辊加工痕迹，以及导致的印刷效果不能达到在一个平面所形成的印刷效果状态的问题；其次也解决了现有发泡复合纸涂布胶乳具有抑制发泡的不良效果、发泡后发泡厚度不够高，导致隔热效果下降的问题；同时也解决了发泡复合纸涂布胶乳在加工到淋膜纸后，其对淋膜纸热塑性树脂层的附着力不足的问题，与此同时该实施例制备的复合包装材料在下一步印刷工艺过程中，避免了涂布层因为设备与纸的摩擦而导致涂布层的剥离。
实施例3
第一层中密度聚乙烯MDPE组成的阻隔层1，第二层食品级包装用纸层2，第三层由低密度聚乙烯LDPE组成的发泡层3与实施例2一致，本实施例使用的涂布胶乳组成如下：水性聚氨酯乳液88％，消泡剂8‰，氧化钛(粒径5-20μm)9％，流平剂2‰，润湿剂5‰，分散剂1.5％；上述组分加入到分散搅拌釜中，在25-35℃，转速1000r/min下搅拌分散均匀即成涂布胶乳，涂布乳胶用于制备一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料；
其具体制备方法为：以发泡层3，食品级包装纸层2和阻隔层1组成的19.5+250+39克/平方米的食品级包装淋膜纸做基材，将上述涂布胶乳采用凹印工艺加工在该纸的19.5克发泡层3上，机速为100米/分钟，经85℃温度烘干后形成涂布层4，涂布层4的克重为4g/㎡(干重)，采用红外发泡工艺，发泡温度110-150℃，时间1-5分钟，即制备出一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料。结果与实施例2类似，虽然该实施例中涂布胶乳对淋膜纸热塑性树脂层的附着力不如实施例2，但明显优于申请号为201710374758.5发明制备的发泡复合纸。
实施例4
第一层中密度聚乙烯MDPE组成的阻隔层1，第二层食品级包装用纸层2，第三层由低密度聚乙烯LDPE组成的发泡层3与实施例3一致，本实施例使用的涂布胶乳组成如下：水性聚氨酯乳液50％，消泡剂1％，氧化钛(粒径5-20μm)43％，异氰酸酯类固化剂3％，流平剂5‰，润湿剂5‰，分散剂2％；上述组分加入到分散搅拌釜中，在25-35℃，转速1000r/min下搅拌分散均匀即成涂布胶乳，涂布乳胶用于制备一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料；
其具体制备方法为：以发泡层3，食品级包装纸层2和阻隔层1组成的19.5+250+39克/平方米的食品级包装淋膜纸做基材，将上述涂布胶乳采用凹印工艺加工在该纸的19.5克发泡层3上，机速为100米/分钟，经85℃温度烘干后形成涂布层4，涂布层4的克重为4g/㎡(干重)，采用红外发泡工艺，发泡温度110-150℃，时间1-5分钟，即制备出一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料。
实施例5
第一层中密度聚乙烯MDPE组成的阻隔层1，第二层食品级包装用纸层2，第三层由低密度聚乙烯LDPE组成的发泡层3与实施例3一致，本实施例使用的涂布胶乳组成如下：水性聚氨酯乳液90％，消泡剂8‰，氧化钛(粒径5-20μm)7％，异氰酸酯类固化剂1％，流平剂1‰，润湿剂1‰，分散剂1％；上述组分加入到分散搅拌釜中，在25-35℃，转速1000r/min下搅拌分散均匀即成涂布胶乳，涂布乳胶用于制备一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料；
其具体制备方法为：以发泡层3，食品级包装纸层2和阻隔层1组成的19.5+250+39克/平方米的食品级包装淋膜纸做基材，将上述涂布胶乳采用凹印工艺加工在该纸的19.5克发泡层3上，机速为100米/分钟，经85℃温度烘干后形成涂布层4，涂布层4的克重为4g/㎡(干重)，采用红外发泡工艺，发泡温度110-150℃，时间1-5分钟，即制备出一种具有平滑连续印刷面的隔热防滑高阻隔性的复合包装材料。
实施例3和实施例4制备的复合包装材料的效果进行检测，理化性质与实施例2相似，表明本发明制备的复合包装材料具有相似的理化性质。

Claims (3)

1.一种涂布乳胶，其特征在于，所述的涂布乳胶包含有50-90%的水性聚氨酯乳液，5‰-1%的消泡剂，5%-43%的白色颜填料，0-3%的固化剂，0.1‰-5‰的流平剂，0.5‰-5‰的润湿剂，5‰-2%的分散剂；所述白色颜填料为氧化钛，所述的固化剂为异氰酸酯类固化剂；所述的涂布乳胶用于制备食品包装材料用的发泡复合纸；所述的发泡复合纸，从内到外依次为第一层的中密度聚乙烯MDPE层，第二层的食品级包装用纸，第三层的低密度聚乙烯LDPE层，且在第三层低密度聚乙烯LDPE层的外侧上涂布有涂布乳胶；所述的涂布胶乳涂的涂布量为1-10g/m2，中密度聚乙烯MDPE的涂布量为12-28g/m2。
2.如权利要求1所述的涂布乳胶，其特征在于，所述的涂布乳胶中水性聚氨酯乳液的质量百分数为88%；消泡剂的质量百分数为8‰；润湿剂的质量百分数为1‰；流平剂的质量百分数为1‰；分散剂的质量百分数为1%；固化剂的质量份数为1%；白色颜填料的质量份数为9%。
3.如权利要求1或2所述的涂布乳胶，其特征在于，所述的涂布乳胶中白色颜填料的粒径为5-20μm。
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