一种层状结构纸基复合薄膜及其层压复合加工系统

本发明涉及层状产品及层压复合装置领域，具体涉及一种层状结构纸基复合薄膜及其层压复合加工系统。

背景技术：

1、真空绝热板（vacuum insulation panel简称vip）是近年开发的真空保温材料中的一种，是由填充芯材与真空保护表层复合而成，它有效地避免空气对流引起的热传递，主要用于保温绝热，如冰箱、深冷冰柜、电热水器、自动贩卖机、冷冻箱、冷藏集装箱、建筑墙体保温和lng（液化气）、半导体晶片等各领域的储运等。

2、市面上的vip结构主要由三部分组成：芯部的隔热材料（下称芯材）、气体吸附材料和封闭的阻隔膜；通过最大限度提高内部真空度来隔绝热传导，达到保温、节能的目的。阻隔膜作为封装材料，是板内形成真空环境的屏障，起着包覆隔绝、防止渗透、隔热、防水、隔气体的作用。

3、其中，阻隔膜通常分为外保护层、阻隔层和内密封层；内密封层一般由低密度或高密度的聚乙烯（pe）膜组成，用于热封并将芯材封装在阻隔膜袋内，与阻隔膜的其他层一起起到对芯材的密封作用。阻隔层可以是铝膜（al）或多层金属涂层，其目的是防止气体和水分透过。外保护层选择有足够强度的材料，保证在运输和安装过程中不会被撕裂。高阻隔膜材料因阻隔性能优异，且成本低廉、使用方便、透明度好、印刷适应性强、机械性能好等优点，在市场上广泛应用于食品、药品、化学品等产品包装，电子器件封装、半导体晶片储运，燃料电池隔膜等领域。

4、现有技术中的阻隔层采用金属铝材料，能够达到优良的阻氧阻水汽性能，但是具有较高的导热系数，导致存在如下缺陷：1、由于真空绝热板（vip）的芯材为非均匀材料，热量沿封口处阻隔膜的平面方向传导，例如，热量更容易沿高导热的金属铝层传递，从而在vip封边处形成热桥效应。2、在热封过程中，若内密封层（如pe层）被压破或熔融不充分，可能导致封口处两侧的金属铝膜相互直接接触。一旦铝层直接接触，沿膜平面方向传导的热量将极度增大，等效导热系数急剧上升，从而显著加剧热桥效应。

5、为了解决上述技术问题，发明人着手研发纸基阻隔层，曾经在纸基层上采用至少三次涂布工艺形成具备阻氧阻湿功能的阻隔膜，而每层涂布后都必须经过加热烘干，生产流程长、能量消耗巨大，生产效率受限。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种层状结构纸基复合薄膜及其层压复合加工系统，以解决现有技术阻隔膜在多次涂料涂布后需要多次烘干，生产效率受限的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种层状结构纸基复合薄膜，包括阻隔层，阻隔层包括基纸层和分别设置在基纸层双面的基础阻隔功能涂层，设置有基础阻隔功能涂层的纸基层的印刷表面粗糙度小于1.2μm；基础阻隔功能涂层上设置有等离子体增强化学气相沉积氧化硅层。

4、有益效果：

5、1、本发明通过在基纸层表面设置基础阻隔功能涂层，一方面提供初始阻隔性能，另一方面有效修饰纸面、降低印刷表面粗糙度；然后采用等离子体增强化学气相沉积技术，直接沉积纳米级的氧化硅薄膜作为核心阻隔层。该工艺利用湿法涂布和干法镀膜工艺相结合，仅在第一次涂布基础阻隔功能涂层的工序中采用涂布工艺，后续采用沉积氧化硅层，省去了多次涂布、干燥程序，从根本上解决了多层水性涂布工艺高能耗、低效率的技术难题，实现了纸基高阻隔材料的绿色、高效制备。

6、2、等离子体增强化学气相沉积技术（pecvd）在塑料膜上特别是pet膜上沉积技术比较成熟，而在纸基材料上如何进行有效沉降还鲜少报道；本技术可以通过涂布的方式将基础阻隔功能涂层涂布在纸基材料上，有效修饰纸面、降低印刷表面粗糙度然后再沉积氧化硅层，进而达到较好的阻隔效果。发明人实验发现，对于没有任何涂层的高紧度原纸，沉积氧化硅后对阻隔性能并没有明显改善，氧气透过率依然超过设备量程，水蒸气透过率仅降低12%；而对于含有基础阻隔功能涂层的原纸再沉积氧化硅，阻氧和阻湿性能均得到显著改善，氧气透过率和水蒸气透过率降低率都超过了90%。因此，在无涂层纸面直接沉积氧化硅达不到有效改善阻隔性能的目的，而本技术另辟蹊径，在基纸层上设置基础阻隔功能涂层然后再沉积氧化硅层，达到了有效改善阻隔性能的目的。

7、优选的，作为一种改进，还包括外保护层和内密封层，阻隔层位于外保护层和内密封层之间。

8、有益效果：外保护层可以对里层起到保护作用，给比较柔软的纸基复合膜提供强有力的支撑，让整个包装材料更挺括、不易皱。

9、优选的，作为一种改进，内密封层包括热封bopp膜，外保护层包括阻湿pet膜。

10、有益效果：保证阻隔效果的同时，具备优异的耐老化性能。

11、优选的，作为一种改进，热封bopp膜与阻隔层之间还设有阻湿pet膜。

12、有益效果：进一步提升阻隔及耐老化性能。

13、优选的，作为一种改进，基础阻隔功能涂层涂料包括水洗高岭土、丁苯胶乳、聚乙烯醇，水洗高岭土的份数＞丁苯胶乳的份数＞聚乙烯醇的份数；所述聚乙烯醇为2.5~5份，所述丁苯胶乳的份数为聚乙烯醇份数的 8~12倍，水洗高岭土的用量为丁苯胶乳用量的1.2~1.5倍。

14、有益效果：经发明人实验发现，当pva用量小于2.5份时，涂料成膜性不足，涂层内部结合力下降，干燥后涂层易出现微裂纹或针孔缺陷，导致基础阻隔性能降低。当pva用量大于5份时，涂料粘度过高，严重影响涂布流平性和均匀性，易产生涂布条纹或厚度不均；同时干燥负荷增大，生产效率降低，且涂层柔韧性下降，易脆裂。

15、当丁苯胶乳用量少于pva份数的8倍时，涂料体系粘度过或高固含量过低容易导致涂布条痕、胶黏剂大量迁移等各种涂布障碍，阻隔性能提升受阻；当大于pva份数的12倍时，涂料的保水性不足会导致涂层固化过快产生胶黏剂大量迁移问题严重影响涂层致密性不利于阻隔性能提升。水洗高岭土用量少于丁苯胶乳份数的1.2倍时，涂层中无机颜料占比偏低，涂层干燥后表面湿粘黏现象严重，同时也不利于提升涂层宏观和微观两个维度的表面平滑度，严重制约后续的沉积氧化硅的沉积效果；当用量大于丁苯胶乳的1.5倍时，颜料体积浓度超过了颜料最佳体积浓度，干燥后涂层孔隙率和渗透性明显增加，不利于最终涂层阻隔性能提升。

16、综上，当水洗高岭、丁苯胶乳、pva采用上述范围要求时，三者可形成最佳的协同效应。

17、优选的，作为一种改进，设置有基础阻隔功能涂层的纸基层经过高温压光处理，印刷表面粗糙度小于1.2μm。

18、有益效果：经高温压光处理后，纸基层印刷表面粗糙度小于1.2μm，在此平滑表面上进一步沉积pecvd氧化硅层，可使氧气透过率和水蒸气透过率均较未沉积前显著降低，从而实现超高阻隔性能。

19、优选的，作为一种改进，等离子体增强化学气相沉积氧化硅层厚度为50~100纳米；基础阻隔功能涂层每面的涂布量为a，25≥a≥10g/m2/面。

20、有益效果：

21、1、基础阻隔功能涂层一方面提供基础阻氧阻隔性能，另一方面有效对纸面进行整饰显著提高纸基材料的表面性能为后续沉积pecvd氧化硅层提供充实基础。经实验，涂布量高于25g/m2/面虽然阻隔功能性和表面性能都会有所提高，但增加了涂布量，生产效率会显著下降；低于10g/m2/面则会导致表面整饰性能和阻隔性能提供不足。

22、2、等离子体增强化学气相沉积氧化硅层厚度低于50nm后，氧化硅纳米颗粒排列致密性不够，孔隙率高阻隔性能不足；高于100nm后纳米颗粒堆砌厚度过厚所形成涂层脆性增加，加工使用过程容易产出涂层开裂涂层缺陷率增加，影响阻隔性能提升。

23、本技术还提供了一种层压复合加工系统，包括依次设置的基纸层涂布单元、压光机、等离子体增强化学气相沉积设备、多层膜复合单元。

24、有益效果：本技术利用上述设备，前三组设备用于形成阻隔膜，最后一步用于组合形成纸基复合薄膜；打破了纸基材料制备阻隔膜时需要多次湿涂布、多次烘干而言，本技术不仅能耗低，而且各工序连续生产效率更高，更利于推广。

25、优选的，作为一种改进，基纸层涂布单元为涂布机，用于对基纸层涂布基础阻隔功能涂层；沉积设备包括等离子体增强化学气相沉积设备；多层膜复合单元包括无溶剂复合机。

26、有益效果：发明人曾对溶剂胶黏剂的干式复合、单组分无溶剂复合和双组分无溶剂复合对纸基复合阻隔膜的影响进行研究，发现三种复合方式对性能影响最大的就是层间结合强度和热封剥离强度，干式复合可以获得更高的层间结合强度和热封剥离强度，但复合后会出现明显发硬现象；但是采用无溶剂复合几乎没有发硬现象发生，因此采用无溶剂复合的方式更优。