CN104118156A - 一种高阻隔环保涂布内衬纸及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高阻隔环保涂布内衬纸及其制造方法,包括石头纸层、石头纸上表面的油墨层以及该油墨层表面上的高阻隔层,共三层结构;所述的石头纸基材克重为55~80g/m2;所述的油墨层是由水性大豆油墨烘干后形成的涂层;所述的阻隔层是由改性聚乙烯醇涂料涂布在基材纸表面上烘干后形成的涂层;所述的改性聚乙烯醇涂料由含有下述重量含量的原料聚合而成:聚乙烯醇4~7%、碳纳米纤维5~9%、香茅醛3~6%、催化剂3-7%,消泡剂2~7%,软化水70~79%。这种内衬纸具有优异的阻隔性能、良好的挺度和强度,而且环保、生产成本低,可完全取代传统的复合内衬纸或镀铝内衬纸。
Description
技术领域
本发明涉及一种高阻隔环保涂布内衬纸及其制造方法,属于卷烟包装技术领域。
技术背景
卷烟内衬纸是包装于卷烟烟支和烟包小盒之间的纸张,其主要作用是防潮保香。目前国内外市场上使用的香烟内衬纸有:1、铝箔复合内衬纸,如专利申请CN1378013A,其生产工艺简单,主要由铝箔和原纸和复合胶经过复合设备加工分切而成,其成型性强,阻隔性能好。但所使用的铝箔不易于降解和回收利用,不符合建立环境友好型社会的要求;2、无铝涂布内衬纸,如专利申请CN1888308A,其生产的内衬纸虽有一定的气体阻隔性,但其使用的是木浆型原纸,在造纸原料上需要砍伐大量的森林资源,且造纸过程中产生大量的废水对环境造成严重的二次污染。
石头纸作为一种介于纸张和塑料之间的新型材料,以储量大、分布广的石灰石矿产资源为主要原材料(碳酸钙含量为70~80%),以高分子聚合物为辅料(含量为20~30%)制成。具有成本低,不会产生污染等优点。近年来石头纸已在卷烟包装材料上初步得到应用,如专利申请CN 102424206 A,其特点是在石头纸表面上进行直接或转移镀铝,使石头纸达到防潮保香等效果。但是由于镀铝技术工艺复杂,生产成本较高,而且因为石头纸在制造过程中没有加入纤维,故镀铝后的内衬纸挺度较小,折叠后反弹较大,难以满足现代高速卷烟生产需求(500~800包/min)。
发明内容
针对目前衬纸存在的上述缺陷,本发明旨在提供一种高阻隔环保涂布内衬纸及其制造方法。通过在石头纸上印刷一层水性油墨再涂布阻隔涂层经烘干而成,可取代传统的复合内衬纸或镀铝内衬纸,且同样具有优异的阻隔作用,气体透过率<3000cm3/(m2·d·Pa),水蒸气透过率<1000(g/m2·24h),均小于国家行业标准。其创新点在于:一是在阻隔涂料中添加了适量的香茅醛,香茅醛不仅可以和聚乙烯醇形成高度致密的交联结构,而且还能封闭聚乙烯醇的部分羟基,从而大大增强涂料高分子链的阻隔性和耐水性,并且使得涂层烘干后内衬纸具备较好水气阻隔性。二是让发生交联后的PVA涂料与少量碳纳米纤维共混,一方面,可在表面形成一层稳定的气体薄膜,制成疏性界面,使得涂层烘干后内衬纸的水汽阻隔性进一步大幅度地提高;另一方面,碳纳米纤维的加入使得内衬纸的挺度和强度均得到了很大程度的改善(见表1)。
本发明提供的高阻隔环保涂布内衬纸,其结构为石头纸层、石头纸上表面的油墨层以及该油墨层表面上的高阻隔层,共三层结构(见附图1);所述的油墨层是由水性大豆油墨烘干后形成的涂层;所述的阻隔层是由改性聚乙烯醇(以下简称PVOH)涂料涂布在基材纸表面上烘干后形成的涂层;所述的改性PVOH涂料由含有下述重量含量的原料聚合而成:聚乙烯醇4~7%、碳纳米纤维5~9%、香茅醛3~6%、催化剂3-7%,,消泡剂2~7%,软化水70~79%;
所述的石头纸基材为专利CN102060564A、CN102060569A涉及的石头纸,克重为55~80g/m2;
所述的油墨层上墨量为3.0~5.0g/m2;
所述的阻隔层涂布量为4.0~7.0g/m2;
所述的聚乙烯醇聚合度为1800-2100,醇解度为99%;
所述的催化剂为柠檬酸、对甲苯磺酸、磷酸、马来酸的一种或任意组合;
所述的消泡剂为乙醇或有机硅消泡剂;
所述的内衬纸总克重为62-92g/m2。
相应地,本发明还提供一种高阻隔环保涂布内衬纸的制造方法,该方法包括如下步骤:
1、改性PVOH涂料的制备:
将4~7%的聚乙烯醇加入70-79%的软水中,开启搅拌加热,温度为28-38℃,转速为100-160转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到90-95℃度时保持0.5-1小时至完全溶解,后降温,当温度降到75-80℃后,加入消泡剂2~7%。再加入香茅醛3~6%和催化剂3-7%,并将搅拌速度提至100-200转/分钟,恒温2-5小时,最后加入碳纳米纤维5~9%,搅拌待充分混合,待反应完毕,即制得改性PVOH涂料。
2、涂布内衬纸的制造:
在13~20N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到35~40℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为45~90线/cm,上墨量为3.2~5.0g/m2,烘箱温度设定为108~110℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为45~90线/cm,涂布量为4.0~7.0g/m2,温度设定为100~120℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为60~80N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制得本发明的高阻隔环保型涂布内衬纸。
取上述制得的内衬纸样品进行检测,其性能对比如表1所示,与未涂阻隔层的石头纸基材相比,本发明的内衬纸水蒸气阻隔性能增强19倍左右、气体阻隔性能增强9.5倍左右、挺度增强22倍左右。另外,本发明的内衬纸水蒸气透过率为421~509g/(m2·24h),与普通PVOH阻隔型石头纸(水蒸气透过率为6443g/m2·24h)相比,其水汽阻隔性能增强14倍左右;其气体阻隔性能(1200~1500cm3/(m2·d·Pa))比普通PVOH阻隔型石头纸(2874cm3/m2·d·Pa),强2倍左右;并且本发明内衬纸的挺度(10~12mN/m)亦较普通PVOH阻隔型石头纸(1.5mN/m)强7倍左右。由此可见,本发明的高阻隔环保涂布内衬纸具有突出的水汽阻隔性能和气体阻隔性能,并且其挺度也得到了大幅度的提高。虽然本发明的内衬纸的挺度(10~12mN/m)与真空镀铝的石头纸(20mN/m)尚有些差距,但是其水蒸气阻隔性能(421~509g/m2·24h)与真空镀铝(200g/(m2·24h))接近,并且其气体阻隔性能最优可以达到1200cm3/(m2·d·Pa),较真空镀铝(1300cm3/m2·d·Pa)有了明显的改善。同时,本发明的内衬纸上机性能好,次品率低,其阻隔性能完全能与真空镀铝的石头纸相媲美。
表1本发明的高阻隔涂布内衬纸与其他内衬纸的性能对比
注:普通PVOH指的是未加入香茅醛和碳纳米纤维的PVOH涂料。
本发明的有益效果:(1)使用的基材为石头纸,其来源广,成本低,不会产生污染,且在头纸的生产过程中无需砍伐大量的森林资源,是环保的绿色产品;(2)自主研发的改性PVOH涂料涂布后可形成高度致密的交联结构,能够渗透到石头张的亚表层中,这样能够大幅度提高石头张对气体、水蒸汽的阻隔性能,达到接近含铝内衬纸一样的阻隔效果,同时使用本产品可以大量节约资源匮乏的有色金属铝,符合国家建立节约型社会的产业政策;(3)加入少量碳纳米纤维与改性PVOH涂料涂布后形成的交联结构共混,可在表面形成一层稳定的气体薄膜,制成疏性界面,使得涂层烘干后内衬纸的水气阻隔性进一步大大改善,同时碳纳米纤维的加入还使得内衬纸的挺度和强度均得到了大幅度的提高(4)由于在印刷层表面增加光油层,赋予内衬纸优异的光泽度和良好的装饰效果,有效地拓展了石头纸的应用领域,推动了烟用包装朝着绿色、环保、价廉、质优的方向发展。
附图说明
附图1为环保涂布内衬纸的结构图
图中:1为石头纸层,2为油墨层,3为高阻隔层。
具体实施方式:
实施例一
将5.5%的聚乙烯醇加入70%的软水中,开启搅拌加热,温度为29℃,转速为120转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到95℃度时保持0.7小时至完全溶解,后降温,当温度降到76℃后,加入消泡剂7%。再加入香茅醛8%和催化剂4%,并将搅拌速度提至110转/分钟,恒温4.5小时,最后加入碳纳米纤维5.5%,搅拌待充分混合。待反应完毕即制得PVOH涂料。
在15N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到35℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为50线/cm,上墨量为3.9g/m2,烘箱温度设定为109℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为55线/cm,涂布量为4.0g/m2,温度设定为100℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为60N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制成本发明的环保型涂布内衬纸。
经检测,本发明制得的高阻隔环保涂布内衬纸的水蒸气体透过率为452g/(m2·24h)(GB1037-88),气体透过量为1289cm3/(m2·d·Pa)(GB/T1038-2000),挺度(横向)为10.2mN/m(GB/T22364-2008)。
实施例二
将6.2%的聚乙烯醇加入71%的软水中,开启搅拌加热,温度为28℃,转速为145转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到93℃度时保持0.5小时至完全溶解,后降温,当温度降到75℃后,加入消泡剂3%。再加入香茅醛7%和催化剂4.8%,并将搅拌速度提至100转/分钟,恒温2小时,最后加入碳纳米纤维8%,搅拌待充分混合。待反应完毕即制得PVOH涂料。
在13N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到39℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为45线/cm,上墨量为3.2g/m2,烘箱温度设定为108℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为45线/cm,涂布量为5.0g/m2,温度设定为105℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为75N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制成本发明的环保型涂布内衬纸。
经检测,本发明制得的高阻隔环保涂布内衬纸的水蒸气体透过率为468g/(m2·24h)(GB1037-88),气体透过量为1302cm3/(m2·d·Pa)(GB/T1038-2000),挺度(横向)为10.9mN/m(GB/T22364-2008)。
实施例三
将6%的聚乙烯醇加入72.5%的软水中,开启搅拌加热,温度为31℃,转速为100转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到90℃度时保持0.8小时至完全溶解,后降温,当温度降到77℃后,加入消泡剂4.1%。再加入香茅醛5.3%和催化剂3.7%,并将搅拌速度提至130转/分钟,恒温4小时,最后加入碳纳米纤维8.4%,搅拌待充分混合。待反应完毕即制得PVOH涂料。
在18N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到37℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为60线/cm,上墨量为4.2g/m2,烘箱温度设定为109℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为70线/cm,涂布量为6.5g/m2,温度设定为120℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为80N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制成本发明的环保型涂布内衬纸。
经检测,本发明制得的高阻隔环保涂布内衬纸的水蒸气体透过率为481g/(m2·24h)(GB1037-88),气体透过量为1400cm3/(m2·d·Pa)(GB/T1038-2000),挺度(横向)为11.8mN/m(GB/T22364-2008)。
实施例四
将7%的聚乙烯醇加入73.5%的软水中,开启搅拌加热,温度为30℃,转速为148转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到92.5℃度时保持1小时至完全溶解,后降温,当温度降到80℃后,加入消泡剂2.1%。再加入香茅醛5.6%和催化剂3%,并将搅拌速度提至180转/分钟,恒温2.5小时,最后加入碳纳米纤维8.8%,搅拌待充分混合。待反应完毕即制得PVOH涂料。
在19N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到36℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为90线/cm,上墨量为3.3g/m2,烘箱温度设定为110℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为90线/cm,涂布量为7.0g/m2,温度设定为110℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为77N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制成本发明的环保型涂布内衬纸。
经检测,本发明制得的高阻隔环保涂布内衬纸的水蒸气体透过率为439g/(m2·24h)(GB1037-88),气体透过量为1237cm3/(m2·d·Pa)(GB/T1038-2000),挺度(横向)为10mN/m(GB/T22364-2008)。
实施例五
将4.4%的聚乙烯醇加入78.5%的软水中,开启搅拌加热,温度为36℃,转速为150转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到91℃度时保持0.9小时至完全溶解,后降温,当温度降到79℃后,加入消泡剂2%。再加入香茅醛4.1%和催化剂6%,并将搅拌速度提至200转/分钟,恒温3小时,最后加入碳纳米纤维5%,搅拌待充分混合。待反应完毕即制得PVOH涂料。
在20N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到40℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为70线/cm,上墨量为5.0g/m2,烘箱温度设定为109℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为60线/cm,涂布量为6.0g/m2,温度设定为115℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为69N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制成本发明的环保型涂布内衬纸。
经检测,本发明制得的高阻隔环保涂布内衬纸的水蒸气体透过率为492g/(m2·24h)(GB1037-88),气体透过量为1491cm3/(m2·d·Pa)(GB/T1038-2000),挺度(横向)为12mN/m(GB/T22364-2008)。
实施例六
将4.5%的聚乙烯醇加入72%的软水中,开启搅拌加热,温度为38℃,转速为135转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到90.8℃度时保持0.6小时至完全溶解,后降温,当温度降到78℃后,加入消泡剂3.5%。再加入香茅醛4%和催化剂7%,并将搅拌速度提至190转/分钟,恒温3小时,最后加入碳纳米纤维9%,搅拌待充分混合。待反应完毕即制得PVOH涂料。
在17N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到38℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为80线/cm,上墨量为3.7g/m2,烘箱温度设定为110℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为80线/cm,涂布量为5.5g/m2,温度设定为117℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为78N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制成本发明的环保型涂布内衬纸。
经检测,本发明制得的高阻隔环保涂布内衬纸的水蒸气体透过率为421g/(m2·24h)(GB1037-88),气体透过量为1200cm3/(m2·d·Pa)(GB/T1038-2000),挺度(横向)为11.6mN/m(GB/T22364-2008)。
实施例七
将4%的聚乙烯醇加入79%的软水中,开启搅拌加热,温度为35℃,转速为160转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到94℃度时保持0.5小时至完全溶解,后降温,当温度降到76.5℃后,加入消泡剂5%。再加入香茅醛4%和催化剂3.2%,并将搅拌速度提至150转/分钟,恒温5小时,最后加入碳纳米纤维4.8%,搅拌待充分混合。待反应完毕即制得PVOH涂料。
在16N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到36.5℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为85线/cm,上墨量为4.8g/m2,烘箱温度设定为108℃。然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为85线/cm,涂布量为4.5g/m2,温度设定为108℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为62N。最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制成本发明的环保型涂布内衬纸。
经检测,本发明制得的高阻隔环保涂布内衬纸的水蒸气体透过率为509g/(m2·24h)(GB1037-88),气体透过量为1500cm3/(m2·d·Pa)(GB/T1038-2000),挺度(横向)为11.3mN/m(GB/T22364-2008)。
Claims (8)
1.一种高阻隔环保涂布内衬纸,结构为石头纸层、石头纸上表面的油墨层以及该油墨层表面上的高阻隔层三层结构;所述的油墨层是由水性大豆油墨烘干后形成的涂层;所述的阻隔层是由改性聚乙烯醇涂料涂布在基材纸表面上烘干后形成的涂层;其特征在于:所述的改性聚乙烯醇涂料由含有下述重量含量的原料聚合而成:聚乙烯醇4~7%、碳纳米纤维5~9%、香茅醛3~6%、催化剂3-7%,,消泡剂2~7%,软化水70~79%。
2.如权利要求1所述的高阻隔环保涂布内衬纸,其特征在于:所述的聚乙烯醇的聚合度为1800-2100,醇解度为99%。
3.如权利要求1所述的高阻隔环保涂布内衬纸,其特征在于:所述的催化剂为柠檬酸、对甲苯磺酸、磷酸、马来酸的一种或任意组合。
4.如权利要求1所述的高阻隔环保涂布内衬纸,其特征在于:所述的消泡剂为乙醇或有机硅消泡剂。
5.如权利要求1所述的高阻隔环保涂布内衬纸,其特征在于:所述的内衬纸总克重为62-92g/m2。
6.如权利要求1所述的高阻隔环保涂布内衬纸的制造方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:
(1)改性PVOH涂料的制备
将4~7%的聚乙烯醇加入70-79%的软水中,开启搅拌加热,温度为28-38℃,转速为100-160转/分钟,使其分散均匀后再升温加速溶解,当温度达到90-95℃度时保持0.5-1小时至完全溶解,后降温,当温度降到75-80℃后,加入消泡剂2~7%;再加入香茅醛3~6%和催化剂3-7%,并将搅拌速度提至100-200转/分钟,恒温2-5小时,最后加入碳纳米纤维5~9%,搅拌待充分混合,待反应完毕,即制得改性PVOH涂料;
(2)涂布内衬纸的制造
在13~20N的恒定放卷张力下,把卷筒形石头纸基材平整地展放成连续、而又能稳定地运行,经预热处理使表面温度达到35~40℃后,在基材纸表面上通过金属网纹辊印刷上一层水性油墨,印刷辊线数为45~90线/cm,上墨量为3.2~5.0g/m2,烘箱温度设定为108~110℃;然后再用经过陶瓷网纹辊改性后的高阻隔PVOH涂料在油墨层表面上均匀涂布,涂布辊线数为45~90线/cm,涂布量为4.0~7.0g/m2,温度设定为100~120℃,经烘干后进行收卷。收卷张力设定为60~80N;最后根据客户需要进行压纹分切成不同规格的产品,即可制得本发明的高阻隔环保型涂布内衬纸。
7.如权利要求6所述的高阻隔环保涂布内衬纸的制造方法,其特征在于:所述油墨层的上墨量为3.0~5.0g/m2。
8.如权利要求6所述的高阻隔环保涂布内衬纸的制造方法,其特征在于:所述阻隔层的涂布量为4.0~7.0g/m2。
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