CN115627108B - 一种阻隔涂布液、可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及软包装技术领域,特别涉及一种阻隔涂布液、可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜及其制备方法。本发明提供一种适用于与聚乳酸薄膜层复合,以制备可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的阻隔涂布液,该阻隔涂布液的组分包括水性丙烯酸树脂、交联剂以及片状阻隔剂;所述水性丙烯酸树脂由至少包括硬单体和软单体的原料组分聚合而成;所述水性丙烯酸树脂的玻璃化转变温度≤338K。本发明提供的阻隔涂布液制备阻隔涂布层,使用该阻隔涂布层复合聚乳酸薄膜层,制得的具有阻隔涂布层和聚乳酸薄膜层的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜,其氧气透过量和水汽透过率显著降低,同时保持良好的热封性能和涂层附着力。
Description
技术领域
本发明涉及软包装技术领域,特别涉及一种阻隔涂布液、可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜及其制备方法。
背景技术
聚乳酸薄膜具有高透、可热封、可降解和生物基来源等优点受到广泛关注。但是,聚乳酸薄膜自身的阻水、阻氧较差,影响其在阻隔性要求高的包装使用。开发出低氧气透过率、低水汽透过率的聚乳酸薄膜可以满足食品包装、香烟包装等阻隔场景的包装应用,实现聚乳酸薄膜高价值化应用。
申请号为201110367058.6、公开日为2012年06月20日的中国发明专利,其提供了一种阻隔性的双轴拉伸聚乳酸复合薄膜及制备方法。该复合薄膜由两个聚乳酸层和设在两个聚乳酸层中间的阻隔层组成,所述阻隔层为全生物降解并具有气体阻隔性的二氧化碳共聚物,其制备方法采用多层共挤逐次或同步双轴拉伸工艺。该复合薄膜完全可生物降解,具有极好的对氧气、二氧化碳、湿气的阻隔性。
申请号为201911053732.6、公开日为2020年02月11日的中国发明专利,其公开了一种涂布型高阻隔双向拉伸聚乳酸薄膜及其制备方法。该涂布薄膜结构由内至外依次是高阻隔涂层、底涂层、基材层;基材层是由三层共挤双向拉伸PLA薄膜组成,分别为A层、B层和C层;高阻隔涂层为耐水改性的PVA涂层。其生产工序简单,采用绿色环保材料,该薄膜性能优异,在高阻隔涂层很薄的情况下,仍然具有很好的阻隔效果。
阻隔性能提升的聚乳酸薄膜,其热封特性能是否能够良好保持也影响其使用和应用,虽然,上述现有方案对聚乳酸薄膜的阻水和阻氧性能进行改进提升,但是,并未提及热封特性和阻隔特性结合的应用技术开发。
发明内容
为解决背景技术中提到的背景技术中现有技术的不足,本发明提供一种适用于与聚乳酸薄膜层复合,以制备可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的阻隔涂布液,其技术方案如下:
所述阻隔涂布液的组分包括水性丙烯酸树脂、交联剂以及片状阻隔剂;所述水性丙烯酸树脂由至少包括硬单体和软单体的原料组分聚合而成;
所述水性丙烯酸树脂的玻璃化转变温度≤338K。
在一实施例中,所述水性丙烯酸树脂的组分包括n种单体,所述单体包括软单体和硬单体,所述n大于或等于2;
所述硬单体和所述软单体的质量分数满足如下计算公式:
其中,Tg为所述水性丙烯酸树脂的玻璃化转化温度,其中W1、W2、W3……Wn为每种单体占单体总量的质量分数,所述Tg1、Tg2、Tg3……Tgn为每种单体的均聚物对应的玻璃化转变温度。
在一实施例中,所述硬单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或多种组合;
所述软单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正辛酯中的一种或多种组合。
在一实施例中,所述水性丙烯酸树脂、片状阻隔剂的质量比为(98~99.9):(0.1~2);
所述水性丙烯酸树脂与交联剂的质量比为100:(0.5~3)。
在一实施例中,所述阻隔涂布液由片状阻隔剂分散液和交联剂分散于水性丙烯酸树脂中制得;
所述片状阻隔剂预选采用偶联剂处理,并分散于分散溶剂中制得所述片状阻隔剂分散液。
在一实施例中,所述交联剂包括马来酸酐、异氰酸酯、聚酯多元醇缩水甘油醚中的一种或多种组合;
所述片状阻隔剂包括蒙脱土、二氧化钛、石墨烯、二氧化硅、云母、滑石中的一种或多种组合;
所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种组合。
在一实施例中,所述片状阻隔剂的中位粒径尺寸为3μm~20μm。
本发明还提供一种可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜,其括阻隔涂布层和聚乳酸薄膜层;所述阻隔涂布层采用如上所述的阻隔涂布液制得。
在一实施例中,所述聚乳酸薄膜层为具有热封功能表层的多层共挤出的双向拉伸聚乳酸薄膜;所述阻隔涂布层的厚度为1μm~3μm。
本发明还提供一种如上所述的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的制备方法,其包括以下步骤:
S100、制备阻隔涂布液:
S110、将硬单体、软单体、乳化剂和水混合均匀后加入到反应釜中;在常压且在80℃~90℃下,加入引发剂进行聚合反应;待反应结束后,维持温度在80℃~90℃,并加入还原剂、中和剂进行保温中和2~4h,得到水性丙烯酸树脂;
S120、将片状阻隔剂进行偶联剂处理后,均匀分散于分散溶剂中制得所述片状阻隔剂分散液;将片状阻隔剂分散液加入到水性丙烯酸树脂中,并加入交联剂,混合均匀即得阻隔涂布液;
S200、将聚乳酸薄膜层进行电晕处理,将阻隔涂布液涂布于所述聚乳酸薄膜层上,经70~120℃干燥、熟化还有,制得可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜。
与现有技术相比,本发明提供的一种阻隔涂布液、可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜及其制备方法,具有以下优异效果:
本发明提供的阻隔涂布液制备阻隔涂布层,使用该阻隔涂布层复合聚乳酸薄膜层,制得的具有阻隔涂布层和聚乳酸薄膜层的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜,其具有良好的阻氧、阻湿性能,同时保持良好的阻隔涂布层附着性,且不影响聚乳酸薄膜的热封性能,其特别适于在食品包装膜、香烟用包装膜等有阻隔要求的软包装应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的膜层结构示意图。
附图标记:
10阻隔涂布层20聚乳酸薄膜层
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种适用于与聚乳酸薄膜层20复合,以制备可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的阻隔涂布液,其技术方案如下:
所述阻隔涂布液的组分包括水性丙烯酸树脂、交联剂以及片状阻隔剂;所述水性丙烯酸树脂由至少包括硬单体和软单体的原料组分聚合而成;所述水性丙烯酸树脂的玻璃化转变温度≤338K。
其中,所述水性丙烯酸树脂、片状阻隔剂的质量比为(98~99.9):(0.1~2);所述水性丙烯酸树脂与交联剂的质量比为100:(0.5~3)。水性丙烯酸树脂与片状阻隔剂的比值,具体换算为合成水性丙烯酸树脂的单体的总质量和与阻隔剂的比值。
其中,所述阻隔涂布液的制备过程优选实施方案如下:
步骤(1):将硬单体、软单体、乳化剂和水混合均匀后加入到反应釜中;在常压且在80℃~90℃下,加入引发剂进行聚合反应;待反应结束后,维持温度在80℃~90℃,并加入还原剂、中和剂进行保温中和2~4h,得到水性丙烯酸树脂;
步骤(2):将片状阻隔剂进行偶联剂处理后,均匀分散于分散溶剂中制得所述片状阻隔剂分散液;将片状阻隔剂分散液加入到水性丙烯酸树脂中,并加入交联剂,混合均匀即得阻隔涂布液;
对于上述制备过程的原料种类和配方优选选择如下:
所述交联剂可优选马来酸酐、异氰酸酯、聚酯多元醇缩水甘油醚中的一种或多种组合。
优选所述水性丙烯酸树脂的原料配方和种类选择如下:
对于软单体和硬单体:
所述水性丙烯酸树脂的组分包括n种单体,所述单体包括软单体和硬单体,所述n大于或等于2;所述硬单体和所述软单体的质量分数满足如下计算公式:
其中,Tg为所述水性丙烯酸树脂的玻璃化转化温度,其中W1、W2、W3……Wn为每种单体占单体总量的质量分数,所述Tg1、Tg2、Tg3……Tgn为每种单体的均聚物对应的玻璃化转变温度。
所述硬单体可优选甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或多种组合;所述软单体可优选丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正辛酯中的一种或多种组合。
对于其他原料:
优选所述水性丙烯酸树脂中的引发剂质量分数为0.05~0.1%;所述引发剂可优选过硫酸盐、亚硫酸氢钠中的至少一种。所述还原剂可优选吊白块,所述中和剂可优选氨水。
优选所述片状阻隔剂分散液的原料配方和种类选择如下:
所述片状阻隔剂包括蒙脱土、二氧化钛、石墨烯、二氧化硅、云母、滑石中的一种或多种组合,其中,所述片状阻隔剂的中位粒径尺寸为3μm~20μm;所述偶联剂可优选硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种组合;所述分散溶剂可优选水和乙醇的混合溶液。
基于上述提供的阻隔涂布液,本发明还提供一种可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜,其方案如下:其包括阻隔涂布层10和聚乳酸薄膜层20;所述阻隔涂布层10采用如上所述的阻隔涂布液制得。其中,优选地,所述聚乳酸薄膜层20为具有热封功能表层的多层共挤出的双向拉伸聚乳酸薄膜。优选地,所述阻隔涂布层10的厚度为1μm~3μm。
所述可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的制备过程优选实施方案如下:
将表层具有热封性能的聚乳酸薄膜层20进行电晕处理,将阻隔涂布液涂布于热封型双向拉伸聚乳酸薄膜层20上,经70~120℃干燥、熟化还有,制得可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜。
本发明还提供以下实施例和对比例:
实施例1
可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的制备过程如下:
(1)阻隔涂布液制备:
将72g甲基丙烯酸甲酯(均聚物的Tg=378K)、13g丙烯酸正丁酯(均聚物的Tg=219K)、15g丙烯酸乙酯(均聚物的Tg=251K)、1.5g乳化剂和85g水快速搅拌混合均匀后加入到反应釜中。在常压、80℃下,边搅拌边缓慢滴加3g质量分数为3.2%亚硫酸氢钠溶液,进行聚合反应。反应3h后,维持温度,加入0.05g吊白块、4g氨水进行保温中和2h,得到水性丙烯酸树脂。
(2)将10g质量分数为5%的片状云母(中位粒径7μm)分散液按比例缓慢滴加到所得的全部水性丙烯酸树脂中,同时加入1.1g异氰酸酯,持续搅拌1h后得到阻隔涂布液,放出备用。所得丙烯酸树脂的Tg=323K。所述分散液中的溶剂为水和乙醇按体积比1:0.5的混合溶液。
(3)可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜制备:
将市售的25μm热封型双向拉伸聚乳酸薄膜进行电晕处理。将步骤(1)得到的涂布液涂布于该热封型双向拉伸聚乳酸薄膜上,经110℃干燥、熟化,阻隔涂布层10厚度2μm,得到阻隔涂布层10和聚乳酸薄膜层20复合的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜。
其中,所述市售的25μm热封型双向拉伸聚乳酸薄膜层20具体采用
牌号ESL的薄膜,此外,根据公式:
计算:
即0.002959<0.003096
该实施例的计算结果满足上述公式。
实施例2
可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的制备过程如下:
1)阻隔涂布液制备:
将60g甲基丙烯酸(均聚物的Tg=458K)、16g丙烯酸正丁酯(均聚物的Tg=219K)、24g丙烯酸正辛酯(均聚物的Tg=258K)、1.8g乳化剂和85g水快速搅拌混合均匀后加入到反应釜中。在常压、80℃下,边搅拌边缓慢滴加3g质量分数为3.2%亚硫酸氢钠溶液,进行聚合反应。反应3h后,维持温度,加入0.1g吊白块、5g氨水进行保温中和3h,得到水性丙烯酸树脂。
(2)将10g质量分数为3%的蒙脱土(中位粒径9um)分散液按比例缓慢滴加到所得的全部水性丙烯酸树脂中,同时加入1.1g异氰酸酯,持续搅拌1h后得到阻隔涂布液,放出备用。所得丙烯酸树脂的Tg=337K。所述分散液中的溶剂为水和乙醇按体积比1:0.5的混合溶液。
(3)可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜制备:
将市售的25μm热封型双向拉伸聚乳酸薄膜进行电晕处理。将步骤(1)得到的涂布液涂布于该热封型双向拉伸聚乳酸薄膜上,经115℃干燥、熟化,阻隔涂布层10厚度2.6μm,得到阻隔涂布层10和聚乳酸薄膜层20复合的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜。
其中,所述市售的25μm热封型双向拉伸聚乳酸薄膜层20具体采用牌号ESL的薄膜,根据公式:/>计算,该实施例的计算结果满足上述公式。
对比例1
25um热封型双向拉伸聚乳酸薄膜,其中,所述热封型双向拉伸聚乳酸薄膜具体采用市售的ESL。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于:其使用的硬单体为88g甲基丙烯酸(均聚物的Tg=485K),软单体为5g丙烯酸正丁酯(均聚物的Tg=219K)、7g丙烯酸乙酯(均聚物的Tg=251K),其余组分、制备方法和薄膜厚度均相同。所得丙烯酸树脂的Tg=353K。
对比例3
对比例3与实施例1的区别为选用聚氨酯作为涂层树脂,即采用聚氨酯替代实施例1中阻隔涂布层10中所使用的水性丙烯酸树脂,其余片状阻隔液、制备方法、薄膜厚度均参数相同。
根据公式:计算,对比例3的不符合上述公式。
将实施例和对比例制备得到的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜进行性能测试,结果如下表1所示:
表1实施例与对比例性能测试表
其中,表1中的测试项目具体为:
1、氧气透过量
根据GB/T 1038-2000进行薄膜氧气透过量测试。
2、水汽透过量
根据GB/T 1037-1988进行薄膜水蒸气透光量测试。
3、薄膜热封强度测试
根据QB/T 2358-98进行薄膜热封强度测试,热封温度85℃,热封压力为135kpa,热封时间为2s。
4、涂层附着力测试
根据GB9286进行薄膜涂层附着力测试。
从表1的测试结果可以得出:
对比例1采用传统的热封型双向拉伸聚乳酸薄膜,没有与阻隔涂布液制得的阻隔涂布层10复合,实施例1-2与对比例1相比,实施例1-2制得的产品的阻氧、阻湿性能显著提升。
与实施例1-2相比,对比例2产品的热封性能显著下降;实施例1-2中使用的水性丙烯酸树脂的玻璃化转变温度Tg更低,在制得的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜产品进行热封时,丙烯酸涂层的Tg更低,在进行热封时,表面涂层(即阻隔涂布层10)更容易受热软化,因此不影响其热封特性。
与实施例1-2相比,对比例3产品无热封性能,对比例3采用聚氨酯涂层树脂,而聚氨酯涂层树脂在烘干熟化后,形成热固型的涂层树脂,导致其无法再受热软化,因此无热封性能。
综上所述,本发明提供的阻隔涂布液制备阻隔涂布层10,使用该阻隔涂布层10复合聚乳酸薄膜层20,制得的具有阻隔涂布层10和聚乳酸薄膜层20的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜,其氧气透过量和水汽透过率显著降低,同时保持良好的热封性能和涂层附着力,其特别适于在食品包装膜、香烟用包装膜等有阻隔要求的软包装应用。
需要说明的是:
本文所述中位粒径,即为D50,其为常规的颗粒尺寸表达方式:指的是一个样品的累计粒度分布数达到50%时所对应的粒径,它的物理意义是粒径小于该值的颗粒占50%。
由于颗粒不一定具有球形形状,因此,本文中涉及的片状阻隔剂大小为颗粒的"等效粒径"而不是它们的"直径"(因为直径暗示为球形)。所述片状阻隔剂尺寸为微观颗粒级别,微观颗粒的尺寸不再通过习惯用于宏观颗粒的标准筛分技术来确定。取而代之,它们通过其它的技术例如激光衍射、电阻法或测光沉淀法等方法来确定。本文中片状阻隔剂的尺寸是指由激光衍射方法(或称为激光粒度检测方法)测试确定的颗粒尺寸,通过激光衍射方法测试输出具有数值D50尺寸(尺寸小于该值的颗粒占50%)的累积颗粒尺寸分布,并取粒径D50尺寸数值来衡算粉末尺寸。
本文中,换算所使用的硬单体和软单体对应均聚物的玻璃化转变温度参考下表2所示:
表2
综上,上述实施例中的具体参数或一些常用试剂或原料,为本发明构思下的具体实施例或优选实施例,而非对其限制;本领域技术人员在本发明构思及保护范围内,可以进行适应性调整。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种阻隔涂布液,其特征在于:所述阻隔涂布液的组分包括水性丙烯酸树脂、交联剂以及片状阻隔剂;所述阻隔涂布液由片状阻隔剂分散液和交联剂分散于水性丙烯酸树脂中制得;所述片状阻隔剂预先采用偶联剂处理,并分散于分散溶剂中制得所述片状阻隔剂分散液;
所述水性丙烯酸树脂由至少包括硬单体和软单体的原料组分聚合而成;
所述水性丙烯酸树脂的玻璃化转变温度≤338K;
所述水性丙烯酸树脂的组分包括n种单体,所述单体由软单体和硬单体组成,所述n大于或等于2;所述硬单体和所述软单体的质量分数满足如下计算公式:
其中,Tg为所述水性丙烯酸树脂的玻璃化转化温度,其中W1、W2、W3……W n为每种单体占单体总量的质量分数,所述Tg1、Tg2、Tg3……Tgn为每种单体的均聚物对应的玻璃化转变温度;
其中,所述交联剂包括马来酸酐、异氰酸酯、聚酯多元醇缩水甘油醚中的一种或多种组合;所述片状阻隔剂包括蒙脱土、二氧化钛、石墨烯、二氧化硅、云母、滑石中的一种或多种组合;所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种组合;所述水性丙烯酸树脂、片状阻隔剂的质量比为(98~99.9):(0.1~2);所述水性丙烯酸树脂与交联剂的质量比为100:(0.5~3)。
2.根据权利要求1所述的阻隔涂布液,其特征在于:所述硬单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或多种组合;
所述软单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正辛酯中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的阻隔涂布液,其特征在于:所述片状阻隔剂的中位粒径尺寸为3μm~20μm。
4.一种可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜,其特征在于:包括阻隔涂布层和聚乳酸薄膜层;
所述阻隔涂布层采用如权利要求1-3任一项所述的阻隔涂布液制得。
5.根据权利要求4所述的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜,其特征在于:所述聚乳酸薄膜层为具有热封功能表层的多层共挤出的双向拉伸聚乳酸薄膜;
所述阻隔涂布层的厚度为1μm~3μm。
6.一种如权利要求4-5任一项所述的可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100、制备阻隔涂布液:
S110、将硬单体、软单体、乳化剂和水混合均匀后加入到反应釜中;在常压且在80℃~90℃下,加入引发剂进行聚合反应;待反应结束后,维持温度在80℃~90℃,并加入还原剂、中和剂进行保温中和2~4h,得到水性丙烯酸树脂;
S120、将片状阻隔剂进行偶联剂处理后,均匀分散于分散溶剂中制得所述片状阻隔剂分散液;将片状阻隔剂分散液加入到水性丙烯酸树脂中,并加入交联剂,混合均匀即得阻隔涂布液;
S200、将聚乳酸薄膜层进行电晕处理,将阻隔涂布液涂布于所述聚乳酸薄膜层上,经70~120℃干燥、熟化还有,制得可热封阻隔涂布聚乳酸薄膜。
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