CN111218173A - 一种高阻隔烟用纳米保润涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高阻隔烟用纳米保润涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高阻隔烟用纳米保润涂料及其制备方法和应用，纳米保润涂料由以下原料制备而成：去离子水：80‑95份，聚乙烯醇：5‑20份，三硬脂酸甘油酯:3‑12份，羧甲基纤维素：3‑5份，乳化剂：1‑5份，消泡剂：0.1‑0.6份。先将去离子水、聚乙烯醇和消泡剂搅拌溶解形成溶液，然后将三硬脂酸甘油酯和乳化剂搅拌形成溶液，将两种溶液混合，搅拌、剪切形成乳液，然后超声均质、静置熟化，得到纳米保润涂料，该涂料涂覆于烟用内衬软纸或者烟用卡纸上。本发明制备的纳米保润涂料具有较强防潮保润功能的涂料，将该涂料涂布于包装纸后，可明显降低纸张的水蒸气透过率，能够最大限度的保持内部烟支水分和香气的稳定。

Description

一种高阻隔烟用纳米保润涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及卷烟包装材料领域，具体地说，涉及一种具有高阻隔特性的纳米保润涂料及其制备方法和应用。
背景技术
卷烟产品在储存、运输以及不同环境下开包放置过程中对水分和香气的维持能力是影响其感官品质的重要因素，因此卷烟的保润技术研究一直受到人们的广泛关注。《烟草行业中长期科技发展规划纲要(2006～2020)》把卷烟保润技术研究确定为重大专项之一。与国外知名卷烟产品相比，中式卷烟大部分产品普遍存在烟丝水分散失快、烟气干燥、辛辣、刺喉、生痰多等问题，因此如何提高卷烟的保润性能已成为行业内亟待解决的难题。
迄今为止，国内外有关保润技术的研究主要集中在烟草保润剂的开发与应用上。但是对于卷烟产品来说，它的保润效果会受到烟丝、辅材以及包装等多个方面的影响。尤其是卷烟盒包材料，它不仅使产品具有美观特性，而且还能对烟支水分及香气等产生较大的影响。研究人员通过对盒装卷烟贮存期间烟丝含水率的变化进行分析，发现现有的盒包材料虽然能够减缓水分的转移速度，但并不能阻止水分的交换。这使得卷烟产品在不同的区域环境下，由于外界温湿度的变化，烟支出现水分流失或者吸潮等现象，影响消费者的感官体验。因此提升卷烟包装材料的阻隔性能，为烟支构筑一个相对稳定的外部环境具有重要的意义。
虽然现在很多卷烟产品都推出了保湿包，但是这种包装通常为纸塑铝结构，不仅成本较高，而且存在铝材消耗量大、不能降解、环保性差等问题。因此研究并开发具有优异阻隔特性并且绿色环保可降解的烟用保润涂料具有广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种具有高阻隔特性的纳米保润涂料及其制备方法和应用，解决卷烟产品的保润、防潮等问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种高阻隔烟用纳米保润涂料，该涂料由包含以下按重量份计量的原料制备而成：
去离子水：80-95份；
聚乙烯醇：5-20份；
三硬脂酸甘油酯:3-12份；
羧甲基纤维素：3-5份；
乳化剂：1-5份；
消泡剂：0.1-0.6份。
所述的高阻隔烟用纳米保润涂料使用的聚乙烯醇优选为0588、0488中的一种或者两种混合物。
所述的高阻隔烟用纳米保润涂料使用的乳化剂优选为OP-10、OP-20、吐温60、吐温80、司盘60、司盘80中的一种或者两种混合物。
所述的高阻隔烟用纳米保润涂料使用的消泡剂优选为水性聚醚消泡剂。
第二方面，本发明提供了所述的高阻隔烟用纳米保润涂料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按比例称取去离子水、聚乙烯醇和消泡剂，设定搅拌速度为200rpm，升温至90℃，然后恒温搅拌溶解5-6h；
(2)按比例称取羧甲基纤维素，加入步骤(1)得到的溶液中，继续加热搅拌混合40-60min；
(3)按比例称取三硬脂酸甘油酯和乳化剂，设定搅拌速度为300-500rpm，升温至90℃，然后恒温搅拌混合30-40min；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的溶液混合在一起，设定搅拌速度为1500-2000rpm，升温至90℃，然后恒温搅拌混合3-3.5h；
(5)用高速剪切乳化机对步骤(4)得到的溶液进一步乳化，设定14000rpm下高剪切乳化至少5min；
(6)接着用超声波清洗机对溶液进行超声均质至少1h；
(7)最后将溶液在室温下静置熟化24h以上，得到纳米保润涂料。
第三方面，本发明提供了所述的高阻隔烟用纳米保润涂料的应用方法，具体是将所述纳米保润涂料涂覆于烟用内衬软纸或者烟用卡纸上，然后烘干。具体地说，将配置得到的纳米保润涂料涂覆于50-70g内衬软纸或者220g的卡纸上；然后在50-70℃下烘干。
所述的高阻隔烟用纳米保润涂料的应用方法中，烟用内衬软纸或者烟用卡纸上涂覆的纳米保润涂料的湿涂厚度优选为18-22μm。
该方法中，可对基纸进行一次或多次涂布，每次湿涂厚度优选为18-22μm。
本发明首先配制纳米保润涂料，然后将其在室温下静置熟化24h以上。接着通过涂布设备将涂料涂覆于基纸上，干燥后收卷即得到卷烟用保润包装纸。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明选择成膜性和气体阻隔性较好的聚乙烯醇为基体材料，然后通过添加纤维素和天然油脂(三硬脂酸甘油酯)改善其耐水性和水蒸气阻隔性能，从而得的具有较强防潮保润功能的涂料。
2、将该涂料涂布于包装纸后，可明显降低纸张的水蒸气透过率，能够最大限度的保持内部烟支水分和香气的稳定。
3、涂料制备过程简单，便于工业化生产。
4、所选原料廉价易得、符合行业安全性要求且绿色可降解、不会对环境造成污染。
附图说明
图1为涂布不同浓度的纳米保润涂料的纸张水蒸气透过量对比图。
图2为涂布不同层数的纳米保润涂料的纸张水蒸气透过量对比图。
图3为经过乳液GTS-60、GTS-70、GTS-80、GTS-90、GTS-100涂布后的纸张水蒸气透过量对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
(1)分别称取90g去离子水、10g聚乙烯醇0588、0.2g的水性聚醚消泡剂，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为200rpm，恒温搅拌溶解时间5h。然后加入2g的羧甲基纤维素，继续加热搅拌混合40min。
(2)称取一定量的三硬脂酸甘油酯和吐温80(其中吐温80的添加量为三硬脂酸甘油酯总质量的20％)，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为500rpm，恒温搅拌混合30min。
(3)将步骤(1)制得的溶液和步骤(2)制得的溶液进行混合，配置成三硬脂酸甘油酯添加量依次为10％、20％、30％、40％、50％、60％(g/g，三硬脂酸甘油酯/聚乙烯醇)的复合乳液(按照添加量不同依次命名为GTS-10、GTS-20、GTS-30、GTS-40、GTS-50、GTS-60)，然后在90℃下进行搅拌混合，设定搅拌速度为2000rpm，恒温搅拌混合时间3h。
(4)用高速剪切乳化机依次对步骤(3)得到的复合乳液进一步乳化，设定14000rpm下高剪切乳化5min，然后接着用超声波清洗机对其进行超声均质1h。
(5)最后将乳液在室温下静置熟化24h。
(6)将制备得到的乳液GTS-10、GTS-20、GTS-30、GTS-40、GTS-50、GTS-60，依次涂布于220g的白卡纸上，控制涂布厚度为22um，然后将纸张在50℃下烘干。
(7)分别测试GTS-10、GTS-20、GTS-30、GTS-40、GTS-50、GTS-60涂布纸的水蒸气透过性能，测试温度为38℃，湿度为90％RH，同一组样品测试三组平行样，结果取平均值。
未经涂布的白卡纸和经过不同乳液涂布后的纸张水蒸气透过量如图1所示。
从图1可以看出，经过涂布后的卡纸水蒸气透过量明显下降，且GTS-60涂布纸的透湿量最低，相比于未涂布的白卡纸降低了大约58％。
实施例2：
(1)分别称取90g去离子水、10g聚乙烯醇0588、0.2g的消泡剂，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为200rpm，恒温搅拌溶解时间5h。然后加入2g的羧甲基纤维素，继续加热搅拌混合40min。
(2)分别称取6g三硬脂酸甘油酯和1.2g吐温80，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为500rpm，恒温搅拌混合30min。
(3)将步骤(1)制得的溶液加入步骤(2)制得的溶液中，并在90℃下进行搅拌混合，设定搅拌速度为2000rpm，恒温搅拌混合时间3h。
(4)用高速剪切乳化机对步骤(3)得到的乳液进一步乳化，设定14000rpm下高剪切乳化5min，然后接着用超声波清洗机对其进行超声均质1h。
(5)最后将乳液在室温下静置熟化24h。
(6)将制备得到的乳液涂布于220g的白卡纸上，控制单层涂布厚度为22um，涂布层数依次为单层、两层、三层和四层，纸张烘干温度为50℃。
(7)分别测试不同涂布层数涂布纸的水蒸气透过性能，测试温度为38℃，湿度为90％RH，同一组样品测试三组平行样，结果取平均值。
不同涂布层数涂布纸的水蒸气透过量如图2所示。
从图2可以看出，当涂布层数由单层增加到两层，涂布纸的水蒸气透过量明显下降，继续增加涂布层数，该下降趋势则逐渐变得平缓。
从成本和制备工艺的角度看，选择单层涂布或两层涂布较好。
实施例3：
(1)分别称取90g去离子水、12g聚乙烯醇0588、0.3g的水性聚醚消泡剂，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为200rpm，恒温搅拌溶解时间5h。然后加入3g的羧甲基纤维素，继续加热搅拌混合40min。
(2)称取一定量的三硬脂酸甘油酯和吐温80(其中吐温80的添加量为三硬脂酸甘油酯总质量的30％)，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为500rpm，恒温搅拌混合30min。
(3)将步骤(1)制得的溶液和步骤(2)制得的溶液进行混合，配置成三硬脂酸甘油酯添加量依次为60％、70％、80％、90％、100％(g/g，三硬脂酸甘油酯/聚乙烯醇)的复合乳液(按照添加量不同依次命名为GTS-60、GTS-70、GTS-80、GTS-90、GTS-100)，然后在90℃下进行搅拌混合，设定搅拌速度为2000rpm，恒温搅拌混合时间3h。
(4)用高速剪切乳化机依次对步骤(3)得到的复合乳液进一步乳化，设定14000rpm下高剪切乳化5min，然后接着用超声波清洗机对其进行超声均质1h。
(5)最后将乳液在室温下静置熟化24h。
(6)将乳液进行适当稀释后，用纳米粒径分析仪进行粒径测试，测试温度为25℃，每组样品进行三次循环测试，结果取平均值。
(7)将制备得到的乳液GTS-60、GTS-70、GTS-80、GTS-90、GTS-100，依次涂布于220g的白卡纸上，控制涂布厚度为20um，然后将纸张在50℃下烘干。
(8)分别测试GTS-60、GTS-70、GTS-80、GTS-90、GTS-100涂布纸的水蒸气透过性能，测试温度为38℃，湿度为90％RH，同一组样品测试三组平行样，结果取平均值。
表1不同乳液的粒径对比
样品 GTS-60 GTS-70 GTS-80 GTS-90 GTS-100
粒径(nm) 224.7 337.9 395.6 435.1 496.4
由结果可知，经过相同的乳化工艺，乳液中三硬脂酸甘油酯的添加量越大，其平均粒径也随之大幅增加。这不仅会降低乳液的成膜性，而且粒径越大，乳液的粘度也会越大，其稳定性和上机适应性下降。
经过乳液GTS-60、GTS-70、GTS-80、GTS-90、GTS-100涂布后的纸张水蒸气透过量如图3所示。
从图3可以看出，当乳液中三硬脂酸甘油酯的添加量从60％增加到100％时，涂布纸的水蒸气透过量下降，但是该下降趋势较为平缓。结合粒径的测试结果可知，在实际生产应用中，并不是三硬脂酸甘油酯的添加量越大越好，而要根据实际情况选择合适的配方。
实施例4：
(1)分别称取90g去离子水、10g聚乙烯醇0588、0.2g的水性聚醚消泡剂，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为200rpm，恒温搅拌溶解时间5h。然后加入2g的羧甲基纤维素，继续加热搅拌混合40min。
(2)分别称取6g三硬脂酸甘油酯和1.2g吐温80，并在90℃下搅拌溶解，设定搅拌速度为500rpm，恒温搅拌混合30min。
(3)将步骤(1)制得的溶液加入步骤(2)中，并在90℃下进行搅拌混合，设定搅拌速度为2000rpm，恒温搅拌混合时间3h。
(4)用高速剪切乳化机对步骤(3)得到的乳液进一步乳化，设定14000rpm下高剪切乳化5min，然后接着用超声波清洗机对其进行超声均质1h。
(5)最后将乳液在室温下静置熟化24h以上。
(6)将制备得到的乳液涂布于220g的白卡纸上，控制涂布厚度为22um，纸张烘干温度为50℃，单层涂布。
(7)分别用该涂布型卡纸和未经涂布的卡纸作为包装纸，制备卷烟产品。然后将制备得到的两组样品放置于22℃，90％RH的环境下48h，用烘箱法测试盒内卷烟的含水率，结果如表2和表3所示。烘箱法注意事项：1、在恒温恒湿实验室中进行；2、拆封烟包后立即开始测试；3、样本选取量适当大一些，建议用5-7g烟叶样本测试(行标烘箱法使用2g左右烟叶测试)；4、测试三组取平均值。
表2潮湿环境下烟支含水率对比
样品 烟支水分(％)
未经涂布的包装纸 12.99
涂布型包装纸 12.17
表3干燥环境下烟支含水率对比
样品 烟支水分(％)
未经涂布的包装纸 10.68
涂布型包装纸 11.01
进入环境模拟箱之前，测试两组样品的烟支水分含量均约为11.68％。两组样品在22℃，90％RH的环境下放置48h后，烟支水分含量虽然都有所提升，但是使用涂布型包装纸卷烟的水分含量明显低于未经涂布包装纸的卷烟样品，而干燥环境下使用涂布型包装纸卷烟的水分含量略高于未经涂布包装纸的卷烟样品，说明该涂布层的加入，能够提升包装材料对于水分等极性小分子物质的阻隔性，对烟支起到较好的防潮保润作用。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.一种高阻隔烟用纳米保润涂料，其特征在于由包含以下按重量份计量的原料制备而成：
去离子水：80-95份；
聚乙烯醇：5-20份；
三硬脂酸甘油酯:3-12份；
羧甲基纤维素：3-5份；
乳化剂：1-5份；
消泡剂：0.1-0.6份。
2.根据权利要求1所述的高阻隔烟用纳米保润涂料，其特征在于所述聚乙烯醇为0588、0488中的一种或者两种混合物。
3.根据权利要求1所述的高阻隔烟用纳米保润涂料，其特征在于所述乳化剂为OP-10、OP-20、吐温60、吐温80、司盘60、司盘80中的一种或者两种混合物。
4.根据权利要求1所述的高阻隔烟用纳米保润涂料，其特征在于所述消泡剂为水性聚醚消泡剂。
5.权利要求1～4任意一项所述的高阻隔烟用纳米保润涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按比例称取去离子水、聚乙烯醇和消泡剂，设定搅拌速度为200rpm，升温至90℃，然后恒温搅拌溶解5-6h；
(2)按比例称取羧甲基纤维素，加入步骤(1)得到的溶液中，继续加热搅拌混合40-60min；
(3)按比例称取三硬脂酸甘油酯和乳化剂，设定搅拌速度为300-500rpm，升温至90℃，然后恒温搅拌混合30-40min；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的溶液混合在一起，设定搅拌速度为1500-2000rpm，升温至90℃，然后恒温搅拌混合3-3.5h；
(5)用高速剪切乳化机对步骤(4)得到的溶液进一步乳化，设定14000rpm下高剪切乳化至少5min；
(6)接着用超声波清洗机对溶液进行超声均质至少1h；
(7)最后将溶液在室温下静置熟化24h以上，得到纳米保润涂料。
6.权利要求1～4任意一项所述的高阻隔烟用纳米保润涂料的应用方法，其特征在于将所述纳米保润涂料涂覆于烟用内衬软纸或者烟用卡纸上，然后烘干。
7.根据权利要求6所述的高阻隔烟用纳米保润涂料的应用方法，其特征在于烟用内衬软纸或者烟用卡纸上涂覆的纳米保润涂料的湿涂厚度为18-22μm。
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