CN117126581B - 一种用于包装材料的陶瓷涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于包装材料的陶瓷涂料及其制备方法和应用，涉及包装材料技术领域。该陶瓷涂料包括以下重量份的组分：多孔陶瓷粉体40‑65份，水性环氧树脂10‑17份，固化剂1‑3份，聚丙烯酰胺2‑5份，蒙脱土5‑8份，水性分散剂0.5‑2份，去离子水16‑25份。本申请提供的陶瓷涂料解决了现有包装材料的阻隔性能和保鲜性能差的问题，可提高包装材料的防潮保鲜性能。

Description

一种用于包装材料的陶瓷涂料及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及包装材料技术领域，具体涉及一种用于包装材料的陶瓷涂料及其制备方法和应用。
背景技术
塑料包装及塑料包装产品在市场上占据较大的份额，特别是复合塑料软包装，已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域。其中，以提供防潮和保鲜功能的食品包装所占比例最大，尽管这些产品给人们生活带来了极大的便利，但塑料包装的不易降解对环境造成了非常大的污染。而其他材质的包装材料很难达到塑料包装的防潮保鲜性能。
在传统的卷烟包装中虽然采用纸质材料，但需要在内衬纸的表面镀铝，才能用于卷烟的防水、防潮、并防止烟草的香味散发。镀铝纸不仅消耗金属铝，易造成环境污染，而且不能再生利用且自然分解时间长，焚烧处理时，铝膜加热生成氧化铝，形成结块，难以处理。
因此，在包装材料选材环保的基础上，提高环保包装材料的阻隔性能和保鲜性能，才能降低塑料膜、镀铝纸等带来的污染问题。
发明内容
本申请通过提供一种用于包装材料的陶瓷涂料及其制备方法和应用，解决了现有包装材料的阻隔性能和保鲜性能差的问题，可提高包装材料的防潮保鲜性能。
为达到上述目的，本申请主要提供如下技术方案：
本申请提供了一种用于包装材料的陶瓷涂料，所述陶瓷涂料包括以下重量份的组分：
多孔陶瓷粉体40-65份，水性环氧树脂10-17份，固化剂1-3份，聚丙烯酰胺2-5份，蒙脱土5-8份，水性分散剂0.5-2份，去离子水16-25份。
优选地，所述多孔陶瓷粉体的粒径为100-1000目，多孔陶瓷粉体的孔径为1-50nm，比表面积为250-350m2·g-1。
优选地，所述多孔陶瓷粉体通过以下步骤制备得到：
(1)将20-35重量份的赤玉土、20-25重量份的红陶土、10-15重量份的高岭土按比例混合后进行研磨，过50目标准筛得到混合陶土粉；
(2)将40-65重量份的陶土粉、10-18重量份的凹凸棒土、5-15重量份的竹炭粉和2-10重量份的改性粉煤灰混合并研磨，过200目筛，得到陶瓷基料；
(3)将陶瓷基料进行水洗，再压滤成型，并进行晒干处理，得到陶瓷坯体；
(4)将陶瓷坯体进行分次烧结；
(5)将烧结后的陶瓷材料研磨至100-1000目的陶瓷粉体。
优选地，所述分次烧结包括：
第一次烧结的温度为400-550℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为2-3小时，自然冷却至室温；
第二次烧结的温度为650-850℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为9-10小时，自然冷却至室温；
第三次烧结的温度为1000-1100℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为40-50小时。
优选地，所述水性分散剂选自水性聚羧酸铵盐型分散剂、三乙醇胺型分散剂、丙烯酸酯共聚物型分散剂中的一种或多种。
优选地，所述固化剂选自脂肪族多胺或脂环族多胺。
优选地，所述水性环氧树脂选自双酚A型环氧树脂或酚醛型环氧树脂。
本申请提供了上述的陶瓷涂料的制备方法，包括：
将水性分散剂、多孔陶瓷粉体、聚丙烯酰胺、蒙脱土和去离子水放入到搅拌机中混合均匀，再转入研磨机中进行研磨，形成料浆细度不高于100μm的陶瓷粉体料浆；
将水性环氧树脂加入到陶瓷粉体料浆中，搅拌均匀；再加入固化剂，继续搅拌均匀，即得到所述陶瓷涂料。
本申请还提供了上述陶瓷涂料在包装材料中的应用，包括：将陶瓷涂料涂覆在包装基材上，在室温或40-60℃下进行固化和干燥以形成陶瓷涂层。
优选地，所述包装基材为烟用内衬基纸，所述陶瓷涂层的厚度为10-50μm。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请提供的陶瓷涂料采用多孔陶瓷粉体制备得到，将其涂覆在包装材料表面时，形成致密的陶瓷涂层，同时具有纳米孔径的多孔结构，既可有效地防止氧气、水汽、光线等外界因素进入包装内，并具有极高的耐热性、耐磨性和抗化学腐蚀性能，可以有效地防止包装内物品受到高温、磨损和化学药品等因素的影响，又能平衡包装内的水分，达到增润保湿的作用，还能吸附有害气体。
本申请采用水性环氧树脂和固化剂作为陶瓷涂料的粘结组分，能在包装材料上形成柔性陶瓷膜，在对包装材料进行折叠和成型时，使柔性陶瓷膜不易脱落和裂开，提高了包装材料的质量。
本申请提供的陶瓷涂料添加吸水性组分聚丙烯酰胺和蒙脱土，一方面能够对包装内的水分起到吸附缓冲的作用，从而提高包装材料的增润保湿作用，另一方面可以吸收粘结组分环氧树脂中的水分，可使水汽难以从陶瓷粉体之间的环氧树脂中渗透，从而提高陶瓷涂层的水汽阻隔性。
具体实施方式
为更进一步阐述本申请为达成预定申请目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
需要说明的是，本申请中不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。应当理解，本申请实施例是对本申请方案的解释说明，不作为对本申请保护范围的限定。
本申请提供了一种用于包装材料的陶瓷涂料，该陶瓷涂料包括以下重量份的组分：
多孔陶瓷粉体40-65份，水性环氧树脂10-17份，固化剂1-3份，聚丙烯酰胺1-3份，蒙脱土7-12份，水性分散剂0.5-2份，水16-25份。
优选地，多孔陶瓷粉体的粒径为100-1000目，多孔陶瓷粉体的孔径为1-50nm，比表面积为250-350m2·g-1。
具体地，多孔陶瓷粉体通过以下步骤制备得到：
(1)将20-35重量份的赤玉土、20-25重量份的红陶土、10-15重量份的高岭土按比例混合后进行研磨，过50目标准筛得到混合陶土粉；
(2)将40-65重量份的陶土粉、10-18重量份的凹凸棒土、5-15重量份的竹炭粉和2-10重量份的改性粉煤灰混合并研磨，过200目筛，得到陶瓷基料；
(3)将陶瓷基料进行水洗，再压滤成型，并进行晒干处理，得到陶瓷坯体；
(4)将陶瓷坯体进行分次烧结；
(5)将烧结后的陶瓷材料研磨至100-1000目的陶瓷粉体。
优选地，上述分次烧结包括：
第一次烧结的温度为400-550℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为2-3小时，自然冷却至室温；
第二次烧结的温度为650-850℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为9-10小时，自然冷却至室温；
第三次烧结的温度为1000-1100℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为40-50小时。
在本申请中，以多孔陶瓷粉体作为主要填料的陶瓷涂料，经过涂覆和固化后能在包装材料上形成致密的陶瓷涂层，同时具有纳米孔径的多孔结构，既可有效地防止氧气、水汽、光线等外界因素进入包装内，并具有极高的耐热性、耐磨性和抗化学腐蚀性能，可以有效地防止包装内物品受到高温、磨损和化学药品等因素的影响，又能平衡包装内的水分，达到增润保湿的作用，还能吸附有害气体。
在本申请中，采用水性环氧树脂和固化剂作为陶瓷涂料的粘结组分，能在包装材料上形成柔性陶瓷膜，在对包装材料进行折叠和成型时，使柔性陶瓷膜不易脱落和裂开，提高了包装材料的质量；同时，相比其它胶粘剂如丙烯酸树脂等，环氧树脂形成的涂层具有更高的水汽阻隔性，从而可进一步提高陶瓷涂层的阻隔性能。具体地，水性环氧树脂可选自双酚A型环氧树脂或酚醛型环氧树脂；固化剂选自脂肪族多胺或脂环族多胺，包括但不限于乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、异佛尔酮二胺、四乙烯五胺等。
在本申请中，在陶瓷涂料中添加吸水性组分聚丙烯酰胺和蒙脱土，一方面能够对包装内的水分起到吸附缓冲的作用，从而提高包装材料的增润保湿作用，另一方面可以吸收粘结组分环氧树脂中的水分，可使水汽难以从陶瓷粉体之间的环氧树脂中渗透，从而提高陶瓷涂层的水汽阻隔性。
在本申请中，陶瓷涂料中加入的聚丙烯酰胺为100-2000目的粉末，蒙脱土的目数为100-1000目。
在本申请中，水性分散剂选自水性聚羧酸铵盐型分散剂、三乙醇胺型分散剂、丙烯酸酯共聚物型分散剂中的一种或多种。
在本申请中，上述陶瓷涂料通过以下步骤制备得到：
将水性分散剂、多孔陶瓷粉体、聚丙烯酰胺、蒙脱土和去离子水放入到搅拌机中混合均匀，再转入研磨机中进行研磨，形成料浆细度不高于100μm的陶瓷粉体料浆；
将水性环氧树脂加入到陶瓷粉体料浆中，搅拌均匀；再加入固化剂，继续搅拌均匀，即得到陶瓷涂料。
本申请还提供了上述陶瓷涂料在包装材料中的应用，包括：将陶瓷涂料涂覆在包装基材上，在室温或40-60℃下进行固化和干燥以形成陶瓷涂层。其中，陶瓷涂料在包装基材上的喷涂量可根据需要进行调整，包装基材可为纸、塑料、竹、木材或钢板等。
上述陶瓷涂料可涂覆于烟用内衬基纸上，制成烟用镀陶内衬纸，该烟用镀陶内衬纸作为无铝内衬纸，既具有常规镀铝内衬纸的隔水防潮作用，而且能够平衡包装内的水分，起到对烟支增润保湿的作用。
优选地，当陶瓷涂料涂覆于烟用内衬基纸时，形成的陶瓷涂层的厚度为10-50μm。当烟用内衬基纸上的陶瓷涂层低于10μm时，涂层过薄，则大大降低陶瓷涂层隔水防潮和增润保湿的作用；当烟用内衬基纸上的陶瓷涂层高于50μm时，涂层过厚，则加大内衬纸在折叠和成型过程中陶瓷涂层裂开和剥落的风险。
实施例1
(1)多孔陶瓷粉体的制备：
将30重量份的赤玉土、25重量份的红陶土、12重量份的高岭土按比例混合后进行研磨，过50目标准筛得到陶土粉；
将60重量份的陶土粉、15重量份的凹凸棒土、5重量份的竹炭粉和10重量份的盐酸改性粉煤灰混合并研磨，过200目筛，得到陶瓷基料；
将陶瓷基料进行四次水洗，除去泥沙和水溶性重金属，再压滤成型，并进行晒干处理，得到陶瓷坯体；
将陶瓷坯体进行分次烧结：第一次烧结的温度为550℃，升温速率为15℃/min，保温时间为3小时，自然冷却至室温；第二次烧结的温度为850℃，升温速率为15℃/min，保温时间为10小时，自然冷却至室温；第三次烧结的温度为1100℃，升温速率为10℃/min，保温时间为40小时。
将烧结后的陶瓷材料研磨至500目的陶瓷粉体，经检测，该陶瓷粉体的比表面积为328m2·g-1，平均孔径为19.3nm。
(2)陶瓷涂料的制备：
按重量份计，将0.5份型号为PM-DISPERSANT 5050的水性分散剂、50份上述制备的多孔陶瓷粉体、3份1000目的聚丙烯酰胺粉末、6份1000目的蒙脱土和25份去离子水放入到搅拌机中混合均匀，再转入研磨机中进行研磨，形成料浆细度不高于100μm的陶瓷粉体料浆；将12份型号为湛新BECKOPOX VEP 2381W/55WA的水性环氧树脂加入到陶瓷粉体料浆中，搅拌30min；再加入2份三乙烯四胺，继续搅拌20min，即得到陶瓷涂料。
(3)烟用内衬纸的制备：
将上述陶瓷涂料均匀涂覆在烟用内衬基纸上，再放入热风干燥箱中进行固化和热风干燥，热风干燥箱的温度为50℃，干燥时间为8h，形成的陶瓷涂层的厚度为38μm，取出冷却至室温即得烟用镀陶内衬纸。
实施例2
(1)多孔陶瓷粉体的制备：
将20重量份的赤玉土、20重量份的红陶土、12重量份的高岭土按比例混合后进行研磨，过50目标准筛得到陶土粉；
将40重量份的陶土粉、10重量份的凹凸棒土、10重量份的竹炭粉和3重量份的盐酸改性粉煤灰混合并研磨，过200目筛，得到陶瓷基料；
将陶瓷基料进行四次水洗，除去泥沙和水溶性重金属，再压滤成型，并进行晒干处理，得到陶瓷坯体；
将陶瓷坯体进行分次烧结：第一次烧结的温度为550℃，升温速率为15℃/min，保温时间为2小时，自然冷却至室温；第二次烧结的温度为650℃，升温速率为15℃/min，保温时间为10小时，自然冷却至室温；第三次烧结的温度为1100℃，升温速率为15℃/min，保温时间为为45小时。
将烧结后的陶瓷材料研磨至500目的陶瓷粉体，经检测，该陶瓷粉体的比表面积为317m2·g-1，平均孔径为15.6nm。
(2)陶瓷涂料的制备：
按重量份计，将1份型号为ADDITOL-VXW 6208的水性分散剂、65份上述制备的多孔陶瓷粉体、3份1000目的聚丙烯酰胺粉末、8份1000目的蒙脱土和25份去离子水放入到搅拌机中混合均匀，再转入研磨机中进行研磨，形成料浆细度不高于100μm的陶瓷粉体料浆；将15份型号为湛新BECKOPOX VEP 2381W/55WA的水性环氧树脂加入到陶瓷粉体料浆中，搅拌30min；再加入3份四乙烯五胺，继续搅拌20min，即得到陶瓷涂料。
(3)烟用内衬纸的制备：
将上述陶瓷涂料均匀涂覆在烟用内衬基纸上，再放入热风干燥箱中进行固化和热风干燥，热风干燥箱的温度为50℃，干燥时间为8h，形成的陶瓷涂层的厚度为46μm，取出冷却至室温即得烟用镀陶内衬纸。
实施例3
(1)陶瓷涂料的制备：
按重量份计，将2份型号为ADDITOL-VXW 6208的水性分散剂、45份实施例1制备的多孔陶瓷粉体、5份1000目的聚丙烯酰胺粉末、5份1000目的蒙脱土和20份去离子水放入到搅拌机中混合均匀，再转入研磨机中进行研磨，形成料浆细度不高于100μm的陶瓷粉体料浆；将10份型号为DOW DEN431的水性环氧树脂加入到陶瓷粉体料浆中，搅拌30min；再加入1份三乙烯四胺，继续搅拌20min，即得到陶瓷涂料。
(2)烟用内衬纸的制备：
将上述陶瓷涂料均匀涂覆在烟用内衬基纸上，再放入热风干燥箱中进行固化和热风干燥，热风干燥箱的温度为50℃，干燥时间为8h，形成的陶瓷涂层的厚度为21μm，取出冷却至室温即得烟用镀陶内衬纸。
实施例4
(1)陶瓷涂料的制备：
按重量份计，将1.5份型号为PM－DISPERSANT 5050的水性分散剂、42份实施例2制备的多孔陶瓷粉体、2份1000目的聚丙烯酰胺粉末、6份1000目的蒙脱土和23份去离子水放入到搅拌机中混合均匀，再转入研磨机中进行研磨，形成料浆细度不高于100μm的陶瓷粉体料浆；将14份型号为DOW DEN431的水性环氧树脂加入到陶瓷粉体料浆中，搅拌30min；再加入3份乙二胺，继续搅拌20min，即得到陶瓷涂料。
(2)烟用内衬纸的制备：
将上述陶瓷涂料均匀涂覆在烟用内衬基纸上，再放入热风干燥箱中进行固化和热风干燥，热风干燥箱的温度为50℃，干燥时间为8h，形成的陶瓷涂层的厚度为43μm，取出冷却至室温即得烟用镀陶内衬纸。
对比例1
与实施例1不同之处为，本对比例的陶瓷涂料的组分中不包含聚丙烯酰胺和蒙脱土。
性能评价测试
将实施例1-4和对比例1中的烟用镀陶内衬纸分别按GB/T 26253-2010《塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定》进行水蒸气透过率进行测试，并将真空镀铝内衬纸作为空白样进行对比。
将实施例1-4和对比例1中的烟用镀陶内衬纸和真空镀铝内衬纸分别用于同一批烟丝的卷烟包装，并在同一天制成卷烟样品，其中卷烟的初始含水率为12.5％。将上述卷烟样品分别放置恒温恒湿的高湿度环境(温度为22℃，相对湿度为80％)以及干燥环境(温度为22℃，相对湿度为30％)中平衡30天，然后拆包并置于相同环境48h后，按照GB/T22838.8—2009进行烟支含水率检测，并采用GC-MS对烟支中的主要香气成分含量进行检测。
表1.内衬纸的性能检测结果
从表1可以看出，采用实施例1-4的陶瓷涂料制备的镀陶内衬纸的水蒸气透过率均低于20g·m-2·d-1，且远远低于真空镀铝内衬纸，说明陶瓷涂料具有很好的防潮性能，能阻隔外部的空气和水分。
实施例1-4中的镀陶内衬纸用于烟支包装时，当拆包后置于潮湿环境中，烟支的含水率增长远远低于真空镀铝内衬纸，说明本申请提供的陶瓷涂料具有良好的防潮性能，一是由于陶瓷涂层的致密结构，对水汽具有良好的阻隔效果，另外，由于多孔陶瓷粉体具有较大的比表面积和合适的孔径，其能够对周围环境中的水分起到吸附作用，同时陶瓷涂料中的聚丙烯酰胺和蒙脱土对水汽也能起到吸附缓冲作用，从而阻止水分进入到烟支内。
当烟支拆包后置于干燥环境中时，采用实施例1-4中的镀陶内衬纸包装的烟支的含水率仅有少量降低，而采用真空镀铝内衬纸的烟支的含水率出现了大幅降低，说明镀陶内衬纸在干燥环境中具有很好的阻隔烟支中的水分挥发流失的作用，同时由于多孔陶瓷粉体具有较大的比表面积和合适的孔径，其能够吸附周围环境多余的水分，并在干燥环境中进行释放，从而起到烟支水分平衡的作用。
采用实施例1-4中的镀陶内衬纸包装的烟支拆包后置于潮湿环境或干燥环境中，其中的主要香气成分的含量均高于真空镀铝内衬纸，说明本申请提供的陶瓷涂料具有很好的保香作用。
对比例1中的陶瓷涂料的组分中不加入聚丙烯酰胺和蒙脱土时，其在潮湿环境和干燥环境下对烟支的防潮保润作用均不如实施例1的陶瓷涂料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于包装材料的陶瓷涂料，其特征在于，所述陶瓷涂料包括以下重量份的组分：
多孔陶瓷粉体40-65份，水性环氧树脂10-17份，固化剂1-3份，聚丙烯酰胺2-5份，蒙脱土5-8份，水性分散剂0.5-2份，去离子水16-25份；
所述多孔陶瓷粉体通过以下步骤制备得到：
(1)将20-35重量份的赤玉土、20-25重量份的红陶土、10-15重量份的高岭土按比例混合后进行研磨，过50目标准筛得到混合陶土粉；
(2)将40-65重量份的陶土粉、10-18重量份的凹凸棒土、5-15重量份的竹炭粉和2-10重量份的改性粉煤灰混合并研磨，过200目筛，得到陶瓷基料；
(3)将陶瓷基料进行水洗，再压滤成型，并进行晒干处理，得到陶瓷坯体；
(4)将陶瓷坯体进行分次烧结；
(5)将烧结后的陶瓷材料研磨至100-1000目的陶瓷粉体。
2.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述多孔陶瓷粉体的粒径为100-1000目，多孔陶瓷粉体的孔径为1-50nm，比表面积为250-350m2·g-1。
3.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述分次烧结包括：
第一次烧结的温度为400-550℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为2-3小时，自然冷却至室温；
第二次烧结的温度为650-850℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为9-10小时，自然冷却至室温；
第三次烧结的温度为1000-1100℃，升温速率为10-15℃/min，保温时间为40-50小时。
4.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述水性分散剂选自水性聚羧酸铵盐型分散剂、三乙醇胺型分散剂、丙烯酸酯共聚物型分散剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述固化剂选自脂肪族多胺或脂环族多胺。
6.根据权利要求1所述的陶瓷涂料，其特征在于，所述水性环氧树脂选自双酚A型环氧树脂或酚醛型环氧树脂。
7.权利要求1-6任一项所述的陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括：
将水性分散剂、多孔陶瓷粉体、聚丙烯酰胺、蒙脱土和去离子水放入到搅拌机中混合均匀，再转入研磨机中进行研磨，形成料浆细度不高于100μm的陶瓷粉体料浆；
将水性环氧树脂加入到陶瓷粉体料浆中，搅拌均匀；再加入固化剂，继续搅拌均匀，即得到所述陶瓷涂料。
8.权利要求1-6任一项所述的陶瓷涂料在包装材料中的应用，其特征在于，包括：将陶瓷涂料涂覆在包装基材上，在室温或40-60℃下进行固化和干燥以形成陶瓷涂层。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述包装基材为烟用内衬基纸，所述陶瓷涂层的厚度为10-50μm。
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