一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜及其制备方法 |
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申请号 | CN202410084921.4 | 申请日 | 2024-01-19 | 公开(公告)号 | CN117903481A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
申请人 | 佛山市彩龙镀膜包装材料有限公司; | 发明人 | 林善华; 魏国华; 陈永群; | ||||
摘要 | 本 申请 公开了一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯 镀 氧 化 铝 膜及其制备方法,涉及 包装 材料领域。其中,包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜包括依次设置的PET基膜层、镀氧化铝层以及改性聚乙烯醇涂层;改性聚乙烯醇涂层由改性聚乙烯醇涂料制得,改性聚乙烯醇涂料由包括改性聚乙烯醇乳液、改性纳米填料、稀释剂的原料组分制得;改性聚乙烯醇乳液由包括 醋酸 乙烯酯、端乙烯基端羟基 硅 油、4‑乙烯基苄胺的原料组分经共聚后醇解得到;改性纳米填料由包括纳米填料、环氧基硅烷 偶联剂 的原料组分制得。本申请中的聚酯镀氧化铝膜具有耐高温蒸煮、耐低温且 耐磨性 好的特点,可提高聚酯镀氧化铝膜的氧气和 水 蒸汽 阻隔 稳定性 。 | ||||||
权利要求 | 1.一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,其特征在于:包括依次设置的PET基膜层(1)、镀氧化铝层(2)以及改性聚乙烯醇涂层(3); |
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说明书全文 | 一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜及其制备方法技术领域背景技术[0002] 镀氧化铝膜通常包括基膜层、镀氧化铝层与涂层,具备了优良的包装性能,广泛应用于食品、药品、化妆品等行业的包装领域。 [0005] 涂层位于镀氧化铝层背离基膜层的一侧,它能增强镀氧化铝膜的耐磨性、耐候性和耐化学腐蚀性,主要起保护镀氧化铝层的作用。 [0006] 目前,常用的涂层有聚乙烯醇涂层,聚乙烯醇涂层具有优异的成膜性和粘结性,但耐蒸煮性差,对于需要在高温下蒸煮作消毒处理的镀氧化铝膜,容易发生层间剥离的问题。其次,镀氧化铝膜对涂层的耐低温性能也有较高要求,以满足镀氧化铝膜在较低温环境中的应用。此外,涂层作为聚酯镀氧化铝膜的外层材料,容易受摩擦作用,故涂层的耐磨性能也直接影响镀氧化铝膜的阻隔稳定性。 发明内容 [0007] 为了改善相关技术中镀铝膜耐蒸煮性差、耐低温性差以及耐磨性差的问题,本申请提供一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜及其制备方法。 [0008] 第一方面,本申请提供的一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜采用如下的技术方案:一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,包括依次设置的PET基膜层、镀氧化铝层以及改性聚乙烯醇涂层; 所述改性聚乙烯醇涂层由改性聚乙烯醇涂料制得,所述改性聚乙烯醇涂料由包括改性聚乙烯醇乳液、改性纳米填料、稀释剂的原料组分制得,所述改性聚乙烯醇乳液、改性纳米填料、稀释剂的重量比为(45‑55):(10‑20):35; 所述改性聚乙烯醇乳液由包括醋酸乙烯酯、端乙烯基端羟基硅油、4‑乙烯基苄胺的原料组分经共聚后醇解得到,所述醋酸乙烯酯、端乙烯基端羟基硅油、4‑乙烯基苄胺的重量比为(65‑75):(8‑12):(10‑15); 所述改性纳米填料由包括纳米填料、环氧基硅烷偶联剂的原料组分制得。 [0009] 本申请中,聚酯镀氧化铝膜至少包括PET基膜层、镀氧化铝层以及改性聚乙烯醇涂层三层结构,其中,改性聚乙烯醇涂层为本申请的关键发明点。与现有的涂层相比,本申请的改性聚乙烯醇涂层具有耐高温蒸煮、耐磨性高、耐低温性能好、与镀氧化铝层附着牢度好的特点,能够改善聚酯镀铝膜的耐蒸煮性、耐低温性与耐磨性,有利于提高聚酯镀铝膜阻隔性能的稳定性。 [0010] 具体地,本申请中,改性聚乙烯醇涂层由包括改性聚乙烯醇乳液、改性纳米填料、稀释剂的原料组分制得,改性聚乙烯醇乳液由包括醋酸乙烯酯、端乙烯基端羟基硅油、4‑乙烯基苄胺的原料组分经共聚后醇解得到,通过端乙烯基端羟基硅油、4‑乙烯基苄胺两者协同对聚乙烯醇进行改性,能够获得兼具耐蒸煮性能与耐低温性能,且与镀氧化铝层附着牢度高的改性聚乙烯醇涂层。另外,改性纳米填料由包括纳米填料、环氧基硅烷偶联剂的原料组分制得,与采用氨基硅烷偶联剂或者异氰酸酯硅烷偶联剂等对纳米填料进行改性相比,采用环氧基硅烷偶联剂对纳米填料进行改性,不仅有效改善了纳米填料在改性聚乙烯醇乳液中的分散性,还提高了纳米填料在改性聚乙烯醇涂层中的结合稳定性,有利于获得耐磨性能好的改性聚乙烯醇涂层,而改性聚乙烯醇涂层耐磨性提高,也有利于提高聚酯镀氧化铝膜阻隔性能的稳定性。 [0011] 优选的,所述端乙烯基端羟基硅油采用端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷、端乙烯基端羟基聚二乙基硅氧烷中的至少一种。 [0012] 优选的,所述端乙烯基端羟基硅油中硅氧烷链段的聚合度为4‑6。 [0013] 本申请中,端乙烯基端羟基硅油中硅氧烷链段的聚合度为4‑6时,改性聚乙烯醇乳液兼具较好的耐蒸煮性能与耐磨性能,有利于进一步提高改性聚乙烯醇涂层的耐磨性。 [0014] 优选的,所述改性聚乙烯醇乳液的制备方法包括以下步骤:在乙醇中加入乳化剂,制得乳化剂溶液; 往乳化剂溶液中加入醋酸乙烯酯总重量的45‑55%、端乙烯基端羟基硅油以及4‑乙烯基苄胺,搅拌均匀后,升温至65‑75℃,滴加引发剂溶液,保温反应1‑2h后,然后加入剩余的醋酸乙烯酯,继续在65‑75℃的环境中反应1‑2h,得到醋酸乙烯酯‑端乙烯基端羟基硅油‑4‑乙烯基苄胺的共聚物乳液; 往醋酸乙烯酯‑端乙烯基端羟基硅油‑4‑乙烯基苄胺的共聚物乳 液中加入氢氧化钠质量浓度为3‑4%的氢氧化钠‑乙醇溶液,在50‑55℃进行醇解反应,得到改性聚乙烯醇乳液。 [0015] 本申请中,采用上述方法制备得到的改性聚乙烯醇乳液,有效改善了现有技术中聚乙烯醇涂层的耐蒸煮性能,同时还能够改善现有聚乙烯醇涂层的耐磨性能,有利于提高聚酯镀氧化铝膜阻隔性能的稳定性。 [0016] 优选的,所述乳化剂溶液的掺入量为所述醋酸乙烯酯总重量的60‑70%,所述醋酸乙烯酯‑端乙烯基端羟基硅油‑4‑乙烯基苄胺的共聚物乳液与氢氧化钠的乙醇溶液的重量比为100:(2.5‑3.0)。 [0017] 优选的,所述改性纳米填料的制备方法包括以下步骤:将环氧基硅烷偶联剂分散于质量浓度为20‑30%的乙醇溶液中,搅拌均 匀,得到环氧基硅烷偶联剂溶液; 将纳米填料加入环氧基硅烷偶联剂溶液中,搅拌处理1.5‑2h,过滤并干燥,得到改性纳米填料。 [0018] 本申请中,采用上述方法对纳米填料进行改性得到的改性纳米填料在改性聚乙烯醇乳液中的分散稳定性好,且具有步骤简单方便、对设备要求低的特点。 [0019] 优选的,所述环氧基硅烷偶联剂与所述乙醇溶液的重量比为(10‑15):100,所述纳米填料与所述环氧基硅烷偶联剂溶液的重量比为(4‑8):100。 [0020] 本申请中,环氧基硅烷偶联剂与乙醇溶液的重量比为(10‑15):100,纳米填料与环氧基硅烷偶联剂溶液的重量比为(4‑8):100时,有利于进一步提高改性纳米填料在改性聚乙烯醇乳液中的分散稳定性。 [0021] 优选的,所述稀释剂采用质量浓度为50‑70%的乙醇溶液。 [0023] 第二方面,本申请提供的一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜的制备方法采用如下的技术方案:一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜的制备方法,包括以下步骤: S1、将PET基膜层送入真空镀铝设备,抽真空,加热铝丝,通入氧气, 在所述PET基膜层上形成镀氧化铝层,得到初镀薄膜;加热铝丝的温度为1320‑ 1340℃,通入氧气的流量为15200‑16300sccm,铝丝直径为1.7‑1.8mm,铝丝的送丝速度为 245‑250mm/min; S2、在所述镀铝层背离所述PET基膜层的一侧涂布改性聚乙烯醇涂料, 干燥,在所述镀氧化铝层上形成改性聚乙烯醇涂层,得到聚酯镀氧化铝薄膜。 [0024] 本申请中,在PET基膜上镀铝形成镀氧化铝层,然后再在镀铝层上涂覆改性聚乙烯醇涂料形成改性聚乙烯醇涂层,改性聚乙烯醇涂层可以对镀氧化铝层进行保护。 [0025] 优选的,所述铝丝的加热温度为1320‑1340℃、直径为1.8mm、送丝速度为240‑250mm/min;所述氧气的流量为15000‑16000scc。 [0027] 综上所述,本申请至少包括以下有益技术效果:本申请中,改性聚乙烯醇涂层由包括改性聚乙烯醇乳液、改性纳米填料、稀释剂的原料组分制得,改性聚乙烯醇乳液由包括醋酸乙烯酯、端乙烯基端羟基硅油、4‑乙烯基苄胺的原料组分经共聚后醇解得到,通过端乙烯基端羟基硅油、4‑乙烯基苄胺两者协同对聚乙烯醇进行改性,能够获得兼具耐蒸煮性能与耐低温性能,且与镀氧化铝层附着牢度高的改性聚乙烯醇涂层。另外,改性纳米填料由包括纳米填料、环氧基硅烷偶联剂的原料组分制得,与采用氨基硅烷偶联剂或者异氰酸酯硅烷偶联剂等对纳米填料进行改性相比,采用环氧基硅烷偶联剂对纳米填料进行改性,不仅有效改善了纳米填料在改性聚乙烯醇乳液中的分散性,还提高了纳米填料在改性聚乙烯醇涂层中的结合稳定性,有利于获得耐磨性能好的改性聚乙烯醇涂层,而改性聚乙烯醇涂层耐磨性提高,也有利于提高聚酯镀氧化铝膜阻隔性能的稳定性。 附图说明 [0028] 图1是本申请一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜的结构示意图。 [0029] 附图标记说明:1、PET基膜层;2、镀氧化铝层;3、改性聚乙烯醇涂层。 具体实施方式[0030] 以下结合附图1与具体的实验对本申请做进一步说明。 [0031] 制备例【制备例1】 一种改性聚乙烯醇涂料,由45kg改性聚乙烯醇乳液、20kg改性纳米填料、35kg稀释剂均匀混合制得。 [0032] 其中,改性聚乙烯醇乳液的制备方法包括以下步骤:在100kg乙醇中加入0.1kg乳化剂OP‑10,制得乳化剂溶液; 往39kg乳化剂溶液中加入29.25kg醋酸乙烯酯、8kg二甲基硅氧烷链段聚合度为10的端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷以及10kg4‑乙烯基苄胺,搅拌均匀后,升温至65℃,滴加 0.01kg质量浓度为1%的过硫酸钠溶液,保温反应2h后,加入35.75kg醋酸乙烯酯,继续在65℃的环境中反应2h,得到醋酸乙烯酯、端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷、4‑乙烯基苄胺三者的共聚物乳液; 往100kg共聚物乳液中加入2.5kg氢氧化钠质量浓度为3%的氢氧化钠‑乙醇溶液,在50℃醇解2h,得到改性聚乙烯醇乳液。 [0033] 改性纳米填料的制备方法包括以下步骤:将10kg环氧基硅烷偶联剂KH560分散于100kg质量浓度为20%的乙醇 溶液中,搅拌均匀,得到环氧基硅烷偶联剂溶液; 将4kg纳米碳酸钙加入100kg环氧基硅烷偶联剂溶液中,搅拌处理2h, 过滤并干燥,得到改性纳米填料。 [0034] 稀释剂采用质量浓度为50%的乙醇溶液。 [0035] 【制备例2】一种改性聚乙烯醇涂料,由45kg改性聚乙烯醇乳液、20kg改性纳米填料、35kg稀释剂均匀混合制得。 [0036] 其中,改性聚乙烯醇乳液的制备方法包括以下步骤:在100kg乙醇中加入0.15kg乳化剂OP‑10,制得乳化剂溶液; 往39kg乳化剂溶液中加入41.25kg醋酸乙烯酯、12kg二甲基硅氧烷链段聚合度为2的端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷以及15kg4‑乙烯基苄胺,搅拌均匀后,升温至75℃,滴加 0.015kg质量浓度为1%的过硫酸钠溶液,保温反应1h后,加入33.75kg醋酸乙烯酯,继续在 75℃的环境中反应1h,得到醋酸乙烯酯、端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷、4‑乙烯基苄胺三者的共聚物乳液; 往100kg共聚物乳液中加入3.0kg氢氧化钠质量浓度4%的氢氧化钠‑乙醇溶液,在 55℃醇解1h,得到改性聚乙烯醇乳液。 [0037] 改性纳米填料的制备方法包括以下步骤:将15kg环氧基硅烷偶联剂KH560分散于100kg质量浓度为20%的乙醇 溶液中,搅拌均匀,得到环氧基硅烷偶联剂溶液; 将8kg纳米碳酸钙加入100kg环氧基硅烷偶联剂溶液中,搅拌处理2h, 过滤并干燥,得到改性纳米填料。 [0038] 稀释剂采用质量浓度为70%的乙醇溶液。 [0039] 【制备例3】一种改性聚乙烯醇涂料,与【制备例1】的区别在于:制备改性聚乙烯醇乳液时,所采用的端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷中二甲基硅氧烷的聚合度不同,本制备例中,端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷中,二甲基硅氧烷的聚合度为5。 [0040] 对比制备例【对比制备例1】 一种改性聚乙烯醇涂料,与【制备例1】的区别在于:改性聚乙烯醇乳液不同。 [0041] 本对比制备例中,制备改性聚乙烯醇乳液时,采用等量的N,N‑二甲基丙烯酰胺代替4‑乙烯基苄胺。 [0042] 【对比制备例2】一种改性聚乙烯醇涂料,与【制备例1】的区别在于:改性聚乙烯醇乳液。 [0043] 本对比制备例中,制备改性聚乙烯醇乳液时,采用等量的二甲基硅氧烷链段聚合度为10的端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷代替4‑乙烯基苄胺。 [0044] 【对比制备例3】一种改性聚乙烯醇涂料,与【制备例1】的区别在于:改性聚乙烯醇乳液不同。 [0045] 本对比制备例中,制备改性聚乙烯醇乳液时,采用等量的4‑乙烯基苄胺代替二甲基硅氧烷链段聚合度为10的端乙烯基端羟基聚二甲基硅氧烷。 [0046] 【对比制备例4】一种改性聚乙烯醇涂料,与【制备例1】的区别在于:改性纳米填料所采用的硅烷偶联剂不同。 [0047] 本对比制备例中,制备改性纳米填料时,采用等量的氨基硅烷偶联剂KH550代替环氧硅烷偶联剂KH560。实施例 [0048] 【实施例1】一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,参照图1,包括依次设置的PET基膜层1、镀氧化铝层2以及改性聚乙烯醇涂层3。其中,PET基膜层1采用苏州恒力的PET基膜,厚度为12微米,镀氧化铝层22的厚度为100埃,改性聚乙烯醇涂层3的厚度为2μm。 [0049] 本实施例中,聚酯镀氧化铝膜的制备方法包括以下步骤:S1、将PET基膜层1送入真空镀铝设备,抽真空,加热铝丝,通入氧气,在PET基膜层1上形成镀氧化铝层2,得到初镀薄膜;加热铝丝的温度为1320℃,通入氧气的流量为 15200sccm,铝丝直径为1.8mm,铝丝的送丝速度为245mm/min; S2、在镀铝层2背离PET基膜层1的一侧涂布【制备例1】制得的改性聚乙烯醇涂料,干燥,在镀氧化铝层2上形成改性聚乙烯醇涂层3,得到聚酯镀氧化铝薄膜。 [0050] 【实施例2】一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,参照图1,包括依次设置的PET基膜层1、镀氧化铝层2以及改性聚乙烯醇涂层3。其中,PET基膜层1采用苏州恒力的PET基膜,厚度为12微米,镀氧化铝层2的厚度为100埃,改性聚乙烯醇涂层3的厚度为2μm。 [0051] 本实施例中,聚酯镀铝膜的制备方法包括以下步骤:S1、将PET基膜层1送入真空镀铝设备,抽真空,加热铝丝,通入氧气,在PET基膜层1上形成镀氧化铝层2,得到初镀薄膜;加热铝丝的温度为1340℃,通入氧气的流量为 16300sccm,铝丝直径为1.8mm,铝丝的送丝速度为250mm/min; S2、在镀氧化铝层2背离PET基膜层1的一侧涂布【制备例2】制得的改性聚乙烯醇涂料,干燥,在镀氧化铝层2上形成改性聚乙烯醇涂层3,得到聚酯镀氧化铝薄膜。 [0052] 【实施例3】一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,与【实施例1】的区别在于:S2步骤中,所采用的改性聚乙烯醇涂料为【制备例3】中制得的改性聚乙烯醇涂料。 [0053] 对比例【对比例1】 一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,与【实施例1】的区别在于:S2步骤中,所采用的改性聚乙烯醇涂料为【对比制备例1】中制得的改性聚乙烯醇涂料。 [0054] 【对比例2】一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,与【实施例1】的区别在于:S2步骤中,所采用的改性聚乙烯醇涂料为【对比制备例2】中制得的改性聚乙烯醇涂料。 [0055] 【对比例3】一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,与【实施例1】的区别在于:S2步骤中,所采用的改性聚乙烯醇涂料为【对比制备例3】中制得的改性聚乙烯醇涂料。 [0056] 【对比例4】一种包含改性聚乙烯醇涂层的聚酯镀氧化铝膜,与【实施例1】的区别在于:S2步骤中,所采用的改性聚乙烯醇涂料为【对比制备例4】中制得的改性聚乙烯醇涂料。 [0057] 性能检测试验1.耐蒸煮性能:将各实施例与对比例中的聚酯镀氧化铝膜热封制成200mm×120mm的小袋,充入袋容积三分之二的水后排气密封好,放入高压灭菌锅中,水煮15min,高压灭菌锅的温度分别为121℃和135℃,15min后减压冷却至室温取出,检查小袋有无明显变形、层间剥离的异常现象,并将结果记录至表1。 [0058] 2.耐低温性:将各实施例与对比例制得的聚酯镀氧化铝膜于温度为‑15℃的环境中放置72h,观察聚酯镀铝膜上的涂层是否开裂,并记录在下表1中。 [0059] 3.耐磨性能:采用耐磨测试仪对各实施例与对比例中制得的聚酯镀氧化铝膜中改性聚乙烯醇涂层进行研磨,研磨次数为20000次,测试研磨前后的聚酯镀氧化铝膜的氧气透过率与水蒸气透过率,并记录在下表2中。其中,氧气透过率的测试根据ASTM D 3985进行,水蒸气透过率的测试根据ASTM F 1249进行;且氧气透过率≤0.3cc/㎡.day为满足要求,水蒸气透过率≤0.3g/㎡.day为满足要求。 [0060] 表1试样 耐蒸煮性 低温是否开裂 实施例1 无变形分层 无开裂 实施例2 无变形分层 无开裂 实施例3 无变形分层 无开裂 对比例1 分层 无开裂 对比例2 分层 无开裂 对比例3 分层 开裂 对比例4 无变形分层 无开裂 表2 对比实施例1与对比例1‑2可知:采用N,N‑二甲基丙烯酰胺或端乙烯基端羟基硅油代替4‑乙烯基苄胺时,改性聚乙烯醇涂层的耐高温性差,聚酯镀氧化铝膜经高温蒸煮后容易发生分层。此外,改性聚乙烯醇涂层的耐磨性也降低,聚酯镀氧化铝膜经研磨后的氧气透过率和水蒸气透过率均显著增大,说明聚酯镀氧化铝膜的阻氧性能与阻水性能下降。 [0061] 对比实施例1与对比例3可知:采用4‑乙烯基苄胺代替端乙烯基端羟基硅油时,改性聚乙烯醇涂层与镀氧化铝层之间的附着牢度降低,导致聚酯镀氧化铝膜经高温蒸煮后也容易发生分层。此外,改性聚乙烯醇涂层的硬度高,耐磨性提升,但是,改性聚乙烯醇涂层的韧性下降,耐低温性能差。 [0062] 对比实施例1与对比例4可知:制备改性纳米填料时,采用氨基硅烷偶联剂KH550代替环氧硅烷偶联剂KH560时,聚酯镀铝膜耐高温蒸煮也耐低温,但是,聚酯镀氧化铝膜中的改性聚乙烯醇涂层的耐磨性降低,聚酯镀氧化铝膜经研磨后的氧气透过率和水蒸气透过率增大,聚酯镀氧化铝膜的阻燃性能与阻水性能下降。 |