CN111676729B - 一种无铝内衬纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卷烟包装材料技术领域，针对内衬纸阻隔性、光泽度不佳的问题，提供一种无铝内衬纸的制备方法，在涂料罐中加入聚乙烯醇溶液和含有碳酸钙的改性云母粉，超声分散后调至酸性，再加水溶性壳聚糖、结冷胶水溶液加热搅拌得面涂层涂料；以水性环保涂料为背涂层涂料；原纸通过涂布机在两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，再经抹平辊、烘箱得到无铝内衬纸。本发明聚乙烯醇和水溶性壳聚糖交联形成致密网络结构，改性云母石提高面涂层光泽度，碳酸钙使改性云母石分散均匀，酸化处理后还能促进交联、诱导结冷胶形成致密网状结构，提高面涂层的阻隔性。

Description

一种无铝内衬纸的制备方法
技术领域
本发明涉及卷烟包装材料技术领域，尤其涉及一种无铝内衬纸的制备方法。
背景技术
烟用内衬纸是衬于卷烟软盒或硬盒内层的包装纸，作为卷烟的初始包装层，起到保香、保润、遮光等阻隔作用，同时展示出美观性。内衬纸的种类不少，目前多采用压延铝箔复合内衬纸或真空镀铝内衬纸。
压延铝箔纸由纸基、粘合剂和铝箔压延而成，具有对水、气、光的高阻隔性和防腐性，当温度急剧变化时，材料不会发生任何变形，是目前广泛使用的卷烟内衬纸。其生产工艺是采用辊涂法将铝箔与纸进行湿法贴合，将配制的适当粘度或浓度的水溶性(或以水为分散性的粘合剂)，均匀定量地涂布于第一基材铝箔上。在胶层处于湿状态下，通过贴合辊与第二基材(多孔性高吸湿的衬纸)相互粘合。但压延铝箔复合内衬纸用过后不能降解，会造成环境污染，且铝箔很薄，难以回收利用，致使资源的巨大浪费。
真空镀铝纸是采用直接喷镀法或转移法生产，铝膜薄而均匀、光学效果好，对光和紫外线等有良好的屏蔽及反射作用，能有效地防止光对烟丝内容物的老化。其生产工艺是将卷筒纸或其它基材装到真空镀铝机上直接镀铝，真空镀铝机成本价格昂贵，耗电量巨大，也进一步造成产品生产成本高，同时真空直镀纸对纸基要求非常严格，只能使用进口原纸，且配套设备要求极为苛刻，其高电耗也不适应现在的节能环保产业政策。
以上两种工艺均需要消耗金属铝，本着从降低生产成本、保护环境、可持续发展的角度出发，应大力提倡和引导烟用内衬纸的涂层材料向易降解、更经济的方向发展。目前，国内烟用无铝内衬纸生产方法的改进还相对滞后，中国专利CN102127879A提到一种涂布加香环保卷烟内衬纸，通过在内衬纸原纸的一面或两面涂布以烟草提取物为主要原料的涂布液，不仅能使烟支防潮、保香，还可通过挥发自然烟香，使烟盒内香气丰满，进而增加烟支嗅香和改善吸味。但该专利主要强调增加内衬纸的香味，衬纸涂布技术单一，未涉及提高内衬纸阻隔性和增加金属质感等问题，据此需要一种理想的解决方案。
发明内容
本发明为了克服现有技术中烟用内衬纸的阻隔性、金属质感不佳的问题，提供一种无铝内衬纸的制备方法，在聚乙烯醇中加入水溶性壳聚糖相互交联形成致密网络结构，还加入改性云母石赋予面涂层金属光泽，改性云母石中含碳酸钙可以使改性云母石分散更均匀，酸化处理后还能促进交联、诱导结冷胶形成致密的三维网状结构，覆盖在最外侧，提高面涂层的阻隔性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种无铝内衬纸的制备方法，包括以下步骤：(1)制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数4-6％的聚乙烯醇水溶液和改性云母粉，改性云母粉中含有碳酸钙，超声分散后调pH至3-5，继续超声10-30min后加入水溶性壳聚糖搅拌均匀，接着加入质量分数0.5-0.8％的结冷胶水溶液，60-70℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料；
(2)制备背涂层涂料：以水性环保涂料作为背涂层涂料；
(3)涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化，得到无铝内衬纸。
本发明面涂层采用聚乙烯醇为原料，在纸张表面有优秀的附着力，无异味、无毒性，以水为溶剂，安全环保。添加云母粉是为了赋予面涂层金属光泽，使得面涂层具有银灰色金属质感效果，同时云母粉独特的二维片状阻隔、化学结构的稳定性等性能有效地提高涂层的抗渗透性。改性云母粉中含有碳酸钙，酸处理后碳酸钙分解成CO2和Ca2+，CO2气体逸出会在聚乙烯醇分子结构中形成孔隙或凹槽，有利于改性云母粉进入聚乙烯醇分子结构中，使改性云母粉分散更均匀。聚乙烯醇的分子量为17-22万，水溶性壳聚糖的分子量为5-9万，水溶性壳聚糖可以填充到聚乙烯醇的网络结构中，水溶性壳聚糖中的羟基、氨基可以和聚乙烯醇的羟基形成氢键，聚乙烯醇和水溶性壳聚糖交联后形成致密的网络结构，对水蒸气及空气均有良好的阻隔性提高涂层的阻隔性。Ca2+体积小，可以自由灵活地分散在聚乙烯醇的分子结构中，其阳离子的性质增强了分子间氢键和静电引力作用，还能促进水溶性壳聚糖中的羟基、氨基和聚乙烯醇的羟基的氢键交联强度，从而提高体系的黏度。最后加入结冷胶，结冷胶在Ca2+诱导下形成具有致密的三维网状结构，覆盖在最外侧，填补之前CO2气体逸出在聚乙烯醇分子结构中形成孔隙，形成稳定的致密膜层。结冷胶透光度好，不易影响改性云母粉的光泽。
作为优选，聚乙烯醇20-40份，改性云母粉40-60份，水溶性壳聚糖2-4份，结冷胶0.05-0.16份。改性云母粉用量过大会影响成膜的强度，所以需要控制在合理范围内。结冷胶的用量过大会造成不必要的浪费，凝胶厚了之后也会一定程度影响光泽度，所以发明人经过实验筛选出了结冷胶的合理用量。
作为优选，改性云母粉的粒径控制在2μm以下占50％以上。改性云母粉粒径的控制可以增加涂层的细腻性，使涂布过程中涂料的流平性更好。
作为优选，改性云母粉的制备方法如下：
1)将钛酸酯偶联剂分散在等质量的白油中，加入云母粉，钛酸酯偶联剂用量为云母粉质量的1-1.5％，边搅拌边加热，于70-90℃下反应10-20min；
2)在反应产物中加入碳酸钙搅拌5min，静置2h，其中碳酸钙用量为云母粉质量的2-4.5％，碳酸钙粉体粒径为700-900nm；
3)超声分散后研磨得到改性云母粉。
钛酸酯偶联剂包裹在云母粉颗粒表面，钛酸酯偶联剂又能与聚乙烯醇进行化学反应结合在一起，从而提高云母粉和聚乙烯醇的相容性。纳米级的碳酸钙分散在云母粉之间，有利于研磨得到小粒径的改性云母粉，防止改性云母粉颗粒重聚。其中碳酸钙的粒径和用量都会影响成膜性能，是经过尽心筛选后得到的数值范围。
作为优选，水性环保涂料为水溶性丙烯酸酯涂料。水溶性丙烯酸酯涂料采用具有活性可交联官能基团的共聚树脂制成，成膜时会交联形成体型结构的致密膜，成膜阻隔性好。
作为优选，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量：正面6-10g/m2、反面3-5g/m2。刮刀涂布不要求涂料柔软和流动性强，适合本发明含改性云母粉的涂料的涂布，且使涂布过程中涂层均匀。
作为优选，步骤(3)中原纸经过所述烘箱烘干后还依次经历了超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切的步骤，最后得到无铝内衬纸。超级压光工艺相较于普通压光辊数多、线压力大，能获得更高的平滑度和光泽度。
因此，本发明的有益效果为：在聚乙烯醇中加入水溶性壳聚糖相互交联形成致密网络结构，还加入改性云母石赋予面涂层金属光泽，改性云母石中含碳酸钙可以使改性云母石分散更均匀，酸化处理后还能促进交联、诱导结冷胶形成具有致密的三维网状结构，覆盖在最外侧，提高在聚乙烯醇中加入水溶性壳聚糖相互交联形成致密网络结构，还加入改性云母石赋予面涂层金属光泽，改性云母石中含碳酸钙可以使改性云母石分散更均匀，酸化处理后还能促进交联、诱导结冷胶形成致密的三维网状结构，覆盖在最外侧，提高面涂层的阻隔性。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种无铝内衬纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性云母石：
1)将钛酸酯偶联剂分散在等质量的白油中，加入云母粉，钛酸酯偶联剂用量为云母粉质量的1％，边搅拌边加热，于80℃下反应15min；
2)在反应产物中加入碳酸钙搅拌5min，静置2h，其中碳酸钙用量为云母粉质量的2.5％，碳酸钙粉体粒径为700nm；
3)超声分散后研磨得到改性云母粉，粒径在2μm以下占50％以上。
(2)制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数6％的聚乙烯醇水溶液和改性云母粉，超声分散后调pH至3，继续超声10min后加入水溶性壳聚糖搅拌均匀，接着加入质量分数0.5％的结冷胶水溶液，65℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料，其中各成分的用量按质量份数计为，聚乙烯醇30份，改性云母粉40份，水溶性壳聚糖2份，结冷胶0.16份。
(3)制备背涂层涂料：以水溶性丙烯酸酯涂料作为背涂层涂料。
(4)涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量为，正面8g/m2、反面4g/m2，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化、超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切得到无铝内衬纸。
实施例2
一种无铝内衬纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性云母石：
1)将钛酸酯偶联剂分散在等质量的白油中，加入云母粉，钛酸酯偶联剂用量为云母粉质量的1.5％，边搅拌边加热，于90℃下反应10min；
2)在反应产物中加入碳酸钙搅拌5min，静置2h，其中碳酸钙用量为云母粉质量的2％，碳酸钙粉体粒径为800nm；
3)超声分散后研磨得到改性云母粉，粒径在2μm以下占50％以上。
(2)制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数4％的聚乙烯醇水溶液和改性云母粉，超声分散后调pH至5，继续超声30min后加入水溶性壳聚糖搅拌均匀，接着加入质量分数0.7％的结冷胶水溶液，60℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料，其中各成分的用量按质量份数计为，聚乙烯醇20份，改性云母粉60份，水溶性壳聚糖4份，结冷胶0.05份。
(3)制备背涂层涂料：以水溶性丙烯酸酯涂料作为背涂层涂料。
(4)涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量为，正面6g/m2、反面5g/m2，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化、超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切得到无铝内衬纸。
实施例3
一种无铝内衬纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性云母石：
1)将钛酸酯偶联剂分散在等质量的白油中，加入云母粉，钛酸酯偶联剂用量为云母粉质量的1.2％，边搅拌边加热，于70℃下反应20min；
2)在反应产物中加入碳酸钙搅拌5min，静置2h，其中碳酸钙用量为云母粉质量的4.5％，碳酸钙粉体粒径为900nm；
3)超声分散后研磨得到改性云母粉，粒径在2μm以下占50％以上。
(2)制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数5％的聚乙烯醇水溶液和改性云母粉，超声分散后调pH至4，继续超声20min后加入水溶性壳聚糖搅拌均匀，接着加入质量分数0.8％的结冷胶水溶液，70℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料，其中各成分的用量按质量份数计为，聚乙烯醇40份，改性云母粉50份，水溶性壳聚糖3份，结冷胶0.1份。
(3)制备背涂层涂料：以水溶性丙烯酸酯涂料作为背涂层涂料。
(4)涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量为，正面6g/m2、反面5g/m2，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化、超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切得到无铝内衬纸。
实施例4(与3比云母粉超标)
同实施例3，区别在于改性云母粉用量为55份。
实施例5(与3比结冷胶超标)
同实施例3，区别在于结冷胶用量为0.3份。
对比例1
一种无铝内衬纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数5％的聚乙烯醇水溶液和普通云母粉，超声分散20min后加入水溶性壳聚糖搅拌均匀，70℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料，其中各成分的用量按质量份数计为，聚乙烯醇40份，云母粉50份，水溶性壳聚糖3份。
(2)制备背涂层涂料：以水溶性丙烯酸酯涂料作为背涂层涂料。
(3)涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量为，正面6g/m2、反面5g/m2，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化、超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切得到无铝内衬纸。
对比例2
一种无铝内衬纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性云母石：
1)将钛酸酯偶联剂分散在等质量的白油中，加入云母粉，钛酸酯偶联剂用量为云母粉质量的1.2％，边搅拌边加热，于70℃下反应20min；
2)在反应产物中加入碳酸钙搅拌5min，静置2h，其中碳酸钙用量为云母粉质量的4.5％，碳酸钙粉体粒径为900nm；
3)超声分散后研磨得到改性云母粉，粒径在2μm以下占50％以上。
(2)制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数5％的聚乙烯醇水溶液和改性云母粉，超声分散后调pH至4，继续超声20min后加入质量分数0.8％的结冷胶水溶液，70℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料，其中各成分的用量按质量份数计为，聚乙烯醇40份，改性云母粉50份，结冷胶0.1份。
(3)制备背涂层涂料：以水溶性丙烯酸酯涂料作为背涂层涂料。
(4)涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量为，正面6g/m2、反面5g/m2，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化、超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切得到无铝内衬纸。
对比例3
一种无铝内衬纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性云母石：
1)将钛酸酯偶联剂分散在等质量的白油中，加入云母粉，钛酸酯偶联剂用量为云母粉质量的1.2％，边搅拌边加热，于70℃下反应20min；
2)在反应产物中加入碳酸钙搅拌5min，静置2h，其中碳酸钙用量为云母粉质量的4.5％，碳酸钙粉体粒径为900nm；
3)超声分散后研磨得到改性云母粉，粒径在2μm以下占50％以上。
(2)制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数5％的聚乙烯醇水溶液和改性云母粉，超声分散后调pH至4，继续超声20min后加入水溶性壳聚糖搅拌均匀，70℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料，其中各成分的用量按质量份数计为，聚乙烯醇40份，改性云母粉50份，水溶性壳聚糖3份。
(3)制备背涂层涂料：以水溶性丙烯酸酯涂料作为背涂层涂料。
(4)涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量为，正面6g/m2、反面5g/m2，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化、超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切得到无铝内衬纸。
结果检测
利用本发明方法制得的无铝内衬纸(实施例1-5)均符合下列条件：1)紧度1.0-1.3g/cm3；2)纵向抗张强度≥3.0kN/m；3)正面平滑度≥1200s；4)正面光泽度≥60％；5)背面Cobb值≤25g/m2；6)透气度≤8.0CU。
为验证本发明对无铝内衬纸的阻隔性和光泽度的优化，测试内衬纸正面的透气度、光泽度和内衬纸的成型度，透气度检验根据GB/T12655-1998检测，成型度按GB/T10739-2002，eqvISO187:1990，即温度(23±1)℃，湿度(50±2)％检测，结果如下：
Figure BDA0002486381370000071
分析上表：实施例1-3为本发明的较优方案，具有优良的透气度和光泽度。实施例4与实施例3相比，改性云母粉用量超出优选范围，成型度略有下降，但是透气度升高，不利于成膜的阻隔性。实施例5与实施例3相比，结冷胶的用量超出优选范围，显然可以降低透气度，但是对光泽度的影响较大，所以在透气度满足条件的要求下，也是出于节约材料考虑，结冷胶的用量控制在0.16份以下即可。对比例1与实施例3相比，采用未经改性的普通云母粉，一方面云母粉分散均匀性下降，另一方面未添加碳酸钙，碳酸钙所发挥的作用也就消失了，导致透气度、光泽度都下降。对比例2与实施例3相比，未添加水溶性壳聚糖，透气度略有提升，说明水溶性壳聚糖与聚乙烯醇的交联对调高成膜的阻隔性是有效的。对比例3与实施例3相比，为添加结冷胶，透气性度较高，正如前文分析的，碳酸钙会导致聚乙烯醇产生孔隙缺陷，结冷胶的添加是有必要的，可以填补这些缺陷，提高成膜阻隔性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种无铝内衬纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备面涂层涂料：在涂料罐中加入质量分数4-6%的聚乙烯醇水溶液和改性云母粉，改性云母粉中含有碳酸钙，超声分散后调pH至3-5，继续超声10-30 min后加入水溶性壳聚糖搅拌均匀，接着加入质量分数0.5-0.8%的结冷胶水溶液，60-70 ℃下搅拌均匀，制得面涂层涂料；按质量份数计，聚乙烯醇20-40份，改性云母粉40-60份，水溶性壳聚糖2-4份，结冷胶0.05-0.16份；改性云母粉的粒径控制在2 μm以下占50%以上；
（2）制备背涂层涂料：以水性环保涂料作为背涂层涂料；
（3）涂布加工：放卷机上的原纸依次通过两个涂布机在原纸两面分别涂布面涂层涂料和背涂层涂料，再经过抹平辊使涂料厚度均匀，然后经过烘箱烘干使涂料固化，得到无铝内衬纸；
改性云母粉的制备方法如下：1）将钛酸酯偶联剂分散在等质量的白油中，加入云母粉，钛酸酯偶联剂用量为云母粉质量的1-1.5%，边搅拌边加热，于70-90 ℃下反应10-20 min；
2）在反应产物中加入碳酸钙搅拌、静置，其中碳酸钙用量为云母粉质量的2-4.5%，碳酸钙粉体粒径为700-900 nm；
3）超声分散后研磨得到改性云母粉。
2.根据权利要求1所述的一种无铝内衬纸的制备方法，其特征在于，水性环保涂料为水溶性丙烯酸酯涂料。
3.根据权利要求1所述的一种无铝内衬纸的制备方法，其特征在于，采用刮刀涂布涂料，涂料的涂布量：正面6-10 g/m2、反面3-5 g/m2。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种无铝内衬纸的制备方法，其特征在于，步骤（3）中原纸经过所述烘箱烘干后还依次经历了超级压光、裁边、用轮转印刷机印刷图案、分切的步骤，最后得到无铝内衬纸。
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