一种具有双疏表面的复合纸和复合塑料膜包装材料制备方法与流程

本发明涉及一种具有双疏表面的复合纸和复合塑料膜包装材料制备方法，属于包装材料领域。

背景技术：

表面润湿性是固体材料表面的一项重要特征，通常以接触角来表征液体对固体的润湿程度，固体表面与水的接触角大于90°时称为疏水表面，大于150°时称为超疏水表面。固体表面与油的接触角大于90°时称为疏油表面，大于150°时称为超疏油表面。双疏表面是指与水和油的接触角都大于90°的表面，双疏表面具有防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀等优点，可广泛应用于农业、军工、建筑、交通、纺织、医疗、防腐及日常生活等领域，因此得到了广泛的研究，对双疏表面和超双疏表面提出了很多技术制备方法，然而，目前多数技术都存在对设备和工艺要求过高，不适合大面积双疏表面的制备等问题，限制了双疏表面的工业化应用。

本专利申请提出一种通过涂布小球，然后再在小球层表面涂布具有低表面能的有机硅树脂或含氟树脂的办法保护形成的微纳米表面粗糙结构，解决了大面积工业化制备和双疏水表面的耐久性问题。用本专利申请获得的复合纸和复合塑料膜没达到超疏水和超疏油的性能标准，但水接触角和油接触角接近超双疏的性能，用作包装液态或膏状物质时，液态和膏状被包装物质在双疏面上的粘附几乎没有，粘附量很小。

技术实现要素：

本专利申请提出一种具有双疏表面的复合纸和复合塑料膜包装材料制备方法，具体的步骤：

步骤一，将直径为0.01-50微米的小球均匀分散在液态胶粘剂中制备涂布液， 在纸张和塑料膜表面均匀涂布一层直径为0.01-50微米的小球，经过干燥固化后，小球附着在纸张或塑料膜表面，形成微纳米粗糙结构表面；

步骤二，在小球层表面涂布具有低表面能的有机硅树脂或含氟树脂溶液，热或光固化后形成厚度为30至500nm的低表面能膜层，保护形成的微纳米粗糙结构；

步骤三，将制备的复合纸或复合塑料膜放置7-10天，松弛应力；

步骤四，将制备的复合纸或复合塑料膜用作液态物质或膏状物质包装材料，液态和膏状被包装物质从包装中很容易取出，被包装的液态或膏状物质在双疏表面层附着量很少。

图1是本专利申请提出的复合纸和复合塑料膜包装材料的结构示意图，1是常用纸和塑料膜，称为基材层；2是涂布液固化后粘附小球的胶层；3是固化后形成小球层，表面具有微纳米粗糙结构；4是涂布形成的低表面能层，该低表面能层厚度均匀，涂布低表面能层后，复合纸或复合塑料膜表面仍保持原来小球形成的微纳米粗糙结构。

图2是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片。5是涂布的小球密集堆。小球密集堆在基材表面随机分布，小球密集堆与推之间的间距30-200微米。

图3是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片。6是涂布的小球。小球在基材表面均匀分布，覆盖了整个基材。

图4是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片。7是涂布的小球。采用了大小不同的小球，小球覆盖了整个基材。

图5是本专利申请中纳米尺寸二氧化硅小球在纸张或塑料膜基材表面具有 代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片，8是涂布的小球。小球覆盖了整个基材。

在纸张和塑料膜表面均匀涂布的一层直径为0.01-50微米的小球，小球材质是聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯或玻璃或二氧化硅或二氧化钛或氧化锌或碳酸钙或氧化铝。

在小球层表面涂布具有低表面能的有机硅树脂或含氟树脂溶液，固化后形成厚度为30至500nm的低表面能膜层，保护小球形成的微纳米粗糙结构不容易被破坏，而且进一步提高了表面疏水疏油性能的耐久性。而且，低表面能膜层进一步提高了复合纸和复合塑料膜对氧气和水蒸汽的阻隔性。

纸张的材质包括铜版纸、牛皮纸和各种卡纸、纸板；塑料膜的材质包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚碳酸酯。

依靠微米或纳米尺寸的小球形成的粗糙结构以及表面的有机硅或含氟树脂低表面能层，实现复合纸和复合塑料膜的低表面能面具有双疏性能。水接触角大于140°，水滚动角小于10°；用正十六烷进行油接触角测试，接触角大于130°，油滚动角小于10°。

将制备的复合纸或复合塑料膜用作液态物质或膏状物质包装材料，液态和膏状被包装物质从包装中很容易取出，包装材料双疏表面附着的液态或膏状被包装物质的量很少。

该方法采用涂布方式在纸张或常用塑料膜表面涂布一层小球形成微纳米粗糙结构，然后在小球层表面制备一层低表面能膜保护小球形成的微纳米粗糙结构，克服了常用双疏表面制备的工艺复杂，成本高难以工业化批量生产的缺陷以及表面微纳米结构在使用过程中容易被破坏而导致双疏性质不能持续保持的应用缺陷，将之用作液态或膏状物质的包装材料克服了常用包装材料表面粘附 过多的被包装液态或膏状物质的缺陷。

附图说明

图1是本专利申请提出的复合纸和复合膜包装材料的结构示意图，图中1是基材层，2是涂布液固化后粘附小球的胶层，3是固化后形成小球层，4是低表面能层。

图2是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片，图中5是涂布的小球密集堆。

图3是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片，6是涂布的小球。

图4是本专利申请中小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片，7是涂布的小球。

图5是本专利申请中纳米尺寸二氧化硅小球在纸张或塑料膜基材表面具有代表性的分布示意图之一，复合纸或复合塑料膜表面的扫描电镜照片，8是涂布的小球。

具体实施方式

下面用具体的实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

用卷到卷方式在牛皮纸表面涂布一层直径为10-30微米的聚甲基丙烯酸甲酯微球，微球在纸张表面的分布与图2相近，固化后，在小球层的表面用涂布方法涂布一层以聚二甲基硅氧烷为主要组成的涂布液，在120℃，30秒固化，形成厚度约为200nm左右的低表面能层，室温放置7天后，测试复合纸低表面能表面的的水接触角143°，水滚动角为4°。用正十六烷测试油接触角为140°，油滚动角为6°。在复合纸的纸面印刷图文，然后分切制袋，用作中药药膏的包装袋，复合纸的双疏层接触粘性中药药膏，使用中药药膏时，取出药膏后，包 装袋内双疏层几乎不粘附被包装的粘性中药药膏。

实施例2

用卷到卷方式在12微米厚的聚乙烯醇薄膜表面涂布一层直径为10-30微米的玻璃微球，微球在聚乙烯醇薄膜表面的分布与图3相近，固化后，在小球层的表面用涂布方法涂布一层以端羟基聚二甲基硅氧烷、正硅酸乙酯和含氢聚甲基硅氧烷为主要组成的乳液，在120℃，60秒固化，形成厚度约为300nm左右的低表面能层，室温放置7天后，测试复合膜低表面能表面的水接触角155°，水滚动角为4°。用正十六烷测试油接触角为135°，油滚动角为8°。在复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作牛奶的包装袋，复合膜的双疏面接触牛奶，牛奶饮用完毕后，包装袋内双疏面几乎不粘附被包装的牛奶。

实施例3

用卷到卷方式在12微米厚的聚丙烯薄膜表面涂布一层直径为10-30微米的聚甲基丙烯酸甲酯微球，微球在聚丙烯薄膜表面的分布与图4相近，固化后，在小球层的表面用涂布方法涂布一层以含有琉基的聚二甲基硅氧烷、端羟基聚二甲基硅氧烷和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、光引发剂、活性稀释剂为主要组成的涂布液，在紫外光照下固化，形成厚度约为80nm左右的低表面能层，室温放置10天后，测试复合膜低表面能表面的水接触角151°，水滚动角为4°。用正十六烷测试油接触角为146°，油滚动角为6°。在复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作酸奶的包装盖膜，复合塑料膜的低表面能层接触酸奶，撕开酸奶杯的盖膜，酸奶杯盖膜内低表面能层表面几乎不粘附被包装的酸奶。

实施例4

用卷到卷方式在12微米厚的聚乙烯薄膜表面涂布一层直径为10-30微米的聚甲基丙烯酸甲酯微球，微球在聚乙烯薄膜表面的分布与图2相近，固化后，在小球层的表面用涂布方法涂布一层以含氟丙烯酸酯、三氟丙基和烯基改性聚 二甲基硅氧烷、甲氧基硅烷封端的聚甲基氢硅氧烷为主要组成的涂布液，在120℃，60秒固化，形成厚度约为250nm左右的低表面能层，室温放置10天后，测试复合膜低表面能表面的水接触角148°，水滚动角为8°。用正十六烷测试油接触角为142°，油滚动角为5°。在复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作果汁的包装袋，复合塑料膜的低表面能层接触果汁，饮用果汁后，包装袋内双疏层表面几乎不粘附被包装的果汁。

实施例5

用卷到卷方式在12微米厚的聚乙烯醋酸乙烯酯薄膜表面涂布一层直径为10-30纳米的二氧化硅微球，微球在聚乙烯醋酸乙烯酯薄膜表面的分布与图5相近，固化后，在小球层的表面用涂布方法涂布一层以乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷、1，3-二乙烯基四甲基二硅氧烷为主要组成的涂布液，在120℃，60秒固化，形成厚度约为150nm左右的低表面能层，室温放置10天后，测试复合膜低表面能表面的水接触角154°，水滚动角为6°。用正十六烷测试油接触角为142°，油滚动角为5°。在复合膜的塑料面印刷图文，然后分切制袋，用作酸奶的包装盖膜，复合膜的低表面能层接触酸奶，撕开酸奶杯的盖膜，酸奶杯盖膜内低表面能层几乎不粘附被包装的酸奶。

综合以上的实施例，本申请提出在纸张和塑料基材上涂布一层小球，构筑表面微纳粗糙结构，然后在小球层表面制备一层低表面能层，保护表面微纳粗糙结构，提高表面双疏性能的耐久性，同时易于工业化大批量生产。以上实施例仅用于说明而非限制本专利申请的技术方案，本领域技术人员可以理解，对本专利申请的技术方案进行各种变动和等效替换，比如更换材质，将球形纳米尺寸二氧化化硅更换成二氧化钛、氧化铝、氧化锌粉体，而不背离本专利申请技术方案的原理和范围，均应涵盖在本专利申请权利要求的范围之中。