CN103556528A - 环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物及其制备方法；所述涂料组合物包括以下重量份的各组分：自交联丙烯酸乳液30～55份，水性聚氨酯20～35份，助溶剂10～25份，去离子水15～40份，润湿剂0.2份，流平剂0.2份，消泡剂0.1份。制备时，将自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜，低速搅拌均匀；将助溶剂和去离子水混合均匀后，搅拌加入反应釜中，低速搅拌；依次加入润湿剂、流平剂，中速搅拌；加入消泡剂，高速搅拌，过滤，即可。本发明的涂料组合物形成的涂层阻隔性优异、阻隔性能稳定，并且只需涂布一次(厚度≥3μm)阻隔性就能达到要求，涂料应用设备简单，无需要特殊涂布设备。

Description

环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料领域，具体涉及一种环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物及其制备方法。

背景技术

内衬纸作为卷烟包装材料的重要组成部分之一，主要起保香气、防潮的作用，因此要求烟衬纸对空气和水蒸气有一定的阻隔性；目前市场上烟衬纸主要有铝箔复合内衬、转移镀铝内衬、真空直镀内衬三种形式，三者的共同点就是均包含一层铝以达到阻隔的作用。但存在以下不足：(1)均要消耗有色金属铝，特别是铝箔复合烟衬，而铝属于不可再生资源；(2)产品使用后不能完全降解，使用铝难以回收造成资源浪费；(3)生产铝箔或镀铝工艺所使用设备成本高、耗电量大；(4)生产工艺复杂，成本高；

据此，无铝化成了今后内衬纸的发展方向，但无铝衬纸能否得到应用和推广的关键因素就其阻隔性能否达到现有衬纸水平，因此开发一种环保型、高阻隔性涂料，通过在原纸表面涂布该涂料来提高无铝衬纸的阻隔性具有重要的意义。

通过对现有文献的检索发现，中国专利CN102966001公开了一种无铝卷烟衬纸及其生产方法，其阻隔性主要由阻隔层中的聚乙烯醇和琼脂决定，但因聚乙烯醇的吸水性，在高湿度环境下其阻隔性会大大降低；另外，琼脂的加入会导致涂料粘度大甚至凝胶，需特殊设备(逆向涂布)才能涂布；中国专利CN102943416公开了一种具有高阻隔性能的易降解卷烟内衬纸，其阻隔层中包含聚偏二氯乙烯(PVDC)，PVDC中含有氯元素，在废弃物焚烧处理时会产生氯气、二恶英等有毒气体，另外其要求阻隔层厚度>5μm，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷提供一种环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

本发明涉及一种环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，包括以下重量份的各组分：

优选地，所述的自交联丙烯酸乳液的重均分子量Mw范围为10万～20万；玻璃化转变温度(Tg)范围30℃～60℃；最低成膜温度(MFT)低于90℃；在≥100℃加热≥10s条件下能发生交联反应，形成三维网状结构，在阻隔层中起到骨架的作用，且该结构在高湿、相对较高的温度都能保持结构的稳定。

优选地，所述的水性聚氨酯重均分子量Mw范围为1万～3万；分子链的软段部分为规整结构；软段部分结构越规整，在成膜过程中易形成晶体结构，晶体化越明显，涂层阻隔性越好。在成膜过程中，因其分子量较小，可以填充到自交联丙烯酸三维网络结构当中；软段部分结构规整容易形成部分结晶，致使所成膜中自由体积减少，而自由体积是水蒸气、气体分子通过涂层的主要通道，因此自由体积的减少，能提高涂层的阻隔性；另外聚氨酯分子之间、聚氨酯和自交联丙烯酸之间可以形成氢键、静电、范德华力力等分子间的作用力，这将进一步提涂层的凝聚密度，阻隔性进一步得到提高。

优选地，所述的助溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇醚类中的一种或几种。

优选地，所述的润湿剂为阴离子型润湿剂或非离子型润湿剂。

优选地，所述的消泡剂为改性聚硅氧烷、非离子型界面活性剂、改性硅酮类消泡剂中的一种或几种。

本发明还涉及前述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、按照所述组分及重量份备料；

步骤B、将所述自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜中，低速搅拌均匀；

步骤C、将所述助溶剂和去离子水混合均匀后，在搅拌的情况下加入到反应釜中，低速搅拌5～10min；

步骤D、向反应釜中依次加入所述润湿剂、流平剂，中速搅拌10～20min；

步骤E、向反应釜中加入所述消泡剂，高速搅拌30～40min；检测得到样品的固含、粘度，最后过滤，得到环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料。

优选地，所述低速搅拌的速度为300～500rpm；所述中速搅拌的速度为700～800rpm；所述高速搅拌的速度为1000～1200rpm。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

(1)性能优异：本发明中的涂料形成的涂层阻隔性优异，阻隔性高于目前直镀纸水平；

(2)性能稳定：本发明中的涂料形成的涂层阻隔性能稳定，在高湿环境下能保持稳定；

(3)成本优势：只需涂布一次(厚度≥3μm)阻隔性就能达到要求，涂料应用设备简单，无需要特殊涂布设备；

(4)环保优势：本发明中的涂料为水性体系，不含有机溶剂、不含氯元素、能完全降解。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明中，所述自交联丙烯酸乳液的重均分子量Mw范围为10万～20万；玻璃化转变温度(Tg)范围30℃～60℃；最低成膜温度(MFT)低于90℃；在≥100℃加热≥10s条件下能发生交联反应，形成三维网状结构。所述水性聚氨酯重均分子量Mw范围为1万～3万；分子链的软段部分为规整结构。所述助溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇醚类中的一种或几种；以下实施例中选取乙醇。所述润湿剂为阴离子型润湿剂或非离子型润湿剂；以下实施例中选用阴离子型润湿剂。所述消泡剂为改性聚硅氧烷、非离子型界面活性剂、改性硅酮类消泡剂中的一种或几种；以下实施例中选用改性聚硅氧烷。

实施例1

本实施例的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，包括以下组分及含量(重量份)：

具体制备包括如下步骤：

(1)按照以上组分及含量(重量份)备料；

(2)自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜中，低速(300～500rpm)搅拌均匀；

(3)将助溶剂乙醇和去离子水混合均匀后，在搅拌的情况下加入到反应釜中，300～500rpm搅拌5～10min；

(4)向反应釜中依次加入润湿剂、流平剂，中速(700～800rpm)搅拌10～20min；

(5)向反应釜中加入改性聚硅氧烷消泡剂，高速(1000～1200rpm)搅拌30～40分钟；

(6)检测上述步骤得到样品的固含、粘度，最后过滤得到环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料。

实施例2

本实施例的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，包括以下组分及含量(重量份)：

具体制备包括如下步骤：

(1)按照以上组分及含量(重量份)备料；

(2)自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜中，低速(300～500rpm)搅拌均匀；

(3)将助溶剂异丙醇和去离子水混合均匀后，在搅拌的情况下加入到反应釜中，300～500rpm搅拌5～10min；

(4)向反应釜中依次加入润湿剂、流平剂，中速(700～800rpm)搅拌10～20min；

(5)向反应釜中加入改性硅酮类消泡剂，高速(1000～1200rpm)搅拌30～40分钟；

(6)检测上述步骤得到样品的固含、粘度，最后过滤得到环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料。

实施例3

本实施例的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，包括以下组分及含量(重量份)：

具体制备包括如下步骤：

(1)按照以上组分及含量(重量份)备料；

(2)自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜中，低速(300～500rpm)搅拌均匀；

(3)将助溶剂丙二醇醚和去离子水混合均匀后，在搅拌的情况下加入到反应釜中，300～500rpm搅拌5～10min；

(4)向反应釜中依次加入润湿剂、流平剂，中速(700～800rpm)搅拌10～20min；

(5)向反应釜中加入非离子型界面活性剂型消泡剂，高速(1000～1200rpm)搅拌30～40分钟；

(6)检测上述步骤得到样品的固含、粘度，最后过滤得到环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料。

对比例1

本对比例的涂料组合物用于与实施例1进行比较，其包括以下组分及含量(重量份)：

具体制备包括如下步骤：

(1)按照以上组分及含量(重量份)备料；

(2)自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜中，低速(300～500rpm)搅拌均匀；

(3)将助溶剂乙醇和去离子水混合均匀后，在搅拌的情况下加入到反应釜中，300～500rpm搅拌5～10min；

(4)向反应釜中依次加入润湿剂、流平剂，中速(700～800rpm)搅拌10～20min；

(5)向反应釜中加入改性聚硅氧烷消泡剂，高速(1000～1200rpm)搅拌30～40分钟；

(6)检测上述步骤得到样品的固含、粘度，最后过滤得到涂料。

对比例2

本对比例的涂料组合物用于与实施例2进行比较，其包括以下组分及含量(重量份)：

具体制备包括如下步骤：

(1)按照以上组分及含量(重量份)备料；

(2)自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜中，低速(300～500rpm)搅拌均匀；

(3)将助溶剂异丙醇和去离子水混合均匀后，在搅拌的情况下加入到反应釜中，300～500rpm搅拌5～10min；

(4)向反应釜中依次加入润湿剂、流平剂，中速(700～800rpm)搅拌10～20min；

(5)向反应釜中加入改性硅酮类消泡剂，高速(1000～1200rpm)搅拌30～40分钟；

(6)检测上述步骤得到样品的固含、粘度，最后过滤得到涂料。

实施例6、性能测试

将按上述实施例1～3以及对比例1、2制成的涂料组合物，直接涂布于烟衬原纸(定量50g/m2)表面，干量1.8～2.5g/m²，经适宜温度(90℃～130℃)与时间(8秒～15秒)的连续烘干固化成膜后，放置24h后，采用GB/T1038和GB/T1037测定其气透过量和水蒸气透过率，以同样底纸做的直镀烟衬纸为对比样，数据如下表1：

表1

由表1可知：实施例1、2、3组合物阻隔性明显好于对比样，其中以实施例2最为明显；而对比例1、2阻隔性无改善，甚至变差。该组合物具有优异的阻隔性主要是基于以下机理：组合物中的自交联丙烯酸在≥100℃条件下，不同分子之间的官能团能发生交联反应，最终形成一个稳定的三维网络结构，在阻隔层中起到骨架的作用，且该结构在高湿、相对较高的温度都能保持结构的稳定。成膜过程中，因其分子量较小，可以填充到自交联丙烯酸三维网络结构当中；软段部分结构规整容易形成部分结晶，致使所成膜中自由体积减少，而自由体积是水蒸气、气体分子通过涂层的主要通道，因此自由体积的减少，能提高涂层的阻隔性；另外聚氨酯分子之间、聚氨酯和自交联丙烯酸之间可以形成氢键、静电、范德华力力等分子间的作用力，这将进一步提涂层的凝聚密度，阻隔性进一步得到提高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，其特征在于，包括以下重量份的各组分：

2.如权利要求1所述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，其特征在于，所述的自交联丙烯酸乳液的重均分子量为10万～20万，玻璃化转变温度为30℃～60℃，最低成膜温度低于90℃，在≥100℃加热10s以上能发生交联反应。

3.如权利要求1所述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，其特征在于，所述的水性聚氨酯的重均分子量为1万～3万，分子链的软段部分为规整结构。

4.如权利要求1所述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，其特征在于，所述的助溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇醚类中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，其特征在于，所述的润湿剂为阴离子型润湿剂或非离子型润湿剂。

6.如权利要求1所述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物，其特征在于，所述的消泡剂为改性聚硅氧烷、非离子型界面活性剂、改性硅酮类消泡剂中的一种或几种。

7.一种如权利要求1所述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A、按照所述组分及重量份备料；

步骤B、将所述自交联丙烯酸乳液、水性聚氨酯投入反应釜中，低速搅拌均匀；

步骤C、将所述助溶剂和去离子水混合均匀后，在搅拌的情况下加入到反应釜中，低速搅拌5～10min；

步骤D、向反应釜中依次加入所述润湿剂、流平剂，中速搅拌10～20min；

步骤E、向反应釜中加入所述消泡剂，高速搅拌30～40min，过滤，即得所述环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合产物。

8.如权利要求7所述的环保型用于无铝衬纸的高阻隔性涂料组合物的制备方法，其特征在于，所述低速搅拌的速度为300～500rpm；所述中速搅拌的速度为700～800rpm；所述高速搅拌的速度为1000～1200rpm。