CN107187689A - 生物可降解涂层纸杯及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物可降解涂层纸杯及其生产方法，涉及纸杯技术领域，以解决现有技术中存在的纸杯涂层降解速度慢的技术问题。该生物可降解涂层纸杯，包括杯身与杯底，所述杯底连接在所述杯身下端，所述杯身与杯底两者内表面之间的空间能容纳液体，所述杯身上端的边缘形成开口；所述杯身与杯底各自均包括基材以及生物可降解材料涂层，所述生物可降解材料涂层形成所述杯身与杯底的内表面。
Description
技术领域
本发明涉及纸杯技术领域，尤其是涉及一种生物可降解涂层纸杯及其生产方法。
背景技术
现有纸杯在生产中为了达到功能性隔水效果，会在内壁涂附一层隔水涂层。常规纸杯材料主要由原纸与涂层构成，当前主要涂层可分为以下两类：①石油基：传统塑料：PE(聚乙烯)，PP(聚丙烯)，PS(聚苯乙烯)，PC(聚碳酸酯)，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，尼龙等；②淀粉与PE混合基：Bio-PE(生物聚乙烯)Bio-PP(生物聚丙烯)Bio-PA(生物聚酰胺)PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)。石油机材料综合性能优良，是人们生产和生活中的主要材料。
目前市场主流纸杯其涂层主要为低密度聚乙烯(LDPE)，生产的纸杯被称作PE涂层纸杯，其材料分子结构非常稳定，很难被自然界的光和热降解，常规环境下约需要200年。若加速其分解，则需要高温焚烧等方式(＞240℃)其降解为乙烯(常温气态)，同时也伴有各种有害氧化产物。当前生产和生活中PE涂层纸杯生产及使用量巨大，PE合成高分子材料使用废弃后较难降解，造成生态环境污染，且污染呈现扩大趋势。此类污染可归结为白色污染，白色污染是指对废塑料污染环境现象的一种形象称谓，具体是指用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的包装袋、农用地膜、一次性餐具、塑料瓶等塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难于降解处理，给生态环境和景观造成不可逆的污染。其主要以①视觉污染：在城市、旅游区、水体和道路旁散落的废旧塑料包装物给人们的视觉带来不良刺激，影响城市、风景点的整体美感，破坏市容、景色；②潜在危害：侵占土地过多、污染空气、污染水体、火灾隐患、很难降解，造成长期深层次生态环境问题。
面对日益严重的白色污染问题，人们希望寻找一种能替代现行PE涂层纸杯，又不造成白色污染的塑料替代品，针对PE涂层纸杯难降解等一系列问题，国内纸制品行业开发应用PLA作为涂层的纸杯；PLA是生物降解塑料聚乳酸的英文简写，全写为：polylacticeacid。利用来自于谷物或其它有机物的发酵糖可以生产乳酸，而乳酸可以通过聚合反应得到一种线形脂肪族聚酯--聚乳酸(PLA)。PLA的降解分为两个阶段，第一阶段是它的酯基团逐步水解成为乳酸和其它小分子，然后这些小分子被环境中的微生物所分解，因为降解分步进行，降解速度慢。PLA经常和淀粉共混以增强其可降解性能并降低成本。一些生产者也经常使用一些别的可降解聚酯与PLA共混来；但是这种共混产物硬脆，可塑性差，因此还要加入一些增塑剂如甘油和山梨糖醇使其变得柔软一些。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物可降解涂层纸杯及其生产方法，以解决现有技术中存在的纸杯涂层降解速度慢的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种生物可降解涂层纸杯，包括杯身与杯底，所述杯底连接在所述杯身下端，所述杯身与杯底两者内表面之间的空间能容纳液体，所述杯身上端的边缘形成开口；所述杯身与杯底各自均包括基材以及生物可降解材料涂层，所述生物可降解材料涂层形成所述杯身与杯底的内表面。
优选的，所述生物可降解防水材料为聚丁二酸丁二醇酯。
优选的，所述生物可降解防水材料为聚丁二酸丁二醇酯、抗氧化剂和脱模剂的混合物。
优选的，所述杯身与杯底两者的外表面也涂布有所述生物可降解材料涂层。
优选的，所述杯身的基材包括瓦楞纸和原纸，所述瓦楞纸粘合在所述原纸的一面上，所述原纸的另一面上设有生物可降解材料涂层。
优选的，所述瓦楞纸为单瓦楞纸、双瓦楞纸、横瓦纸或S瓦纸；
优选的，所述杯身侧面设有两把手，两个所述把手在所述杯身的宽度方向上对称设置，任一所述把手关于所述把手与所述杯身的连接部转动，当所述生物可降解涂层纸杯未使用时，所述把手贴合在所述杯身上，当所述生物可降解涂层纸杯使用时，所述把手呈展开状。
优选的，所述杯底为圆形，所述圆形杯底的周边向外延伸出圆环形凸棱，所述杯底的外表面淋膜防水涂层。
一种生物可降解涂层纸杯的生产方法，包括以下步骤：
淋膜步骤：通过流延法将原纸的一个表面淋膜上生物可降解材料涂层；
瓦楞步骤：将原纸未淋膜上生物可降解材料涂层的表面粘合瓦楞纸；
成型步骤；将纸杯纸轧切成纸杯形状。
优选的，所述瓦楞步骤与成型步骤之间还包括印刷步骤，所述印刷步骤为在所述纸杯纸的外表面印刷图案或标记。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述生物可降解涂层纸杯的结构示意图；
图2是本发明所述生物可降解涂层纸杯的仰视图；
图3是本发明所述生物可降解涂层纸杯的纸杯纸的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种生物可降解涂层纸杯，包括杯身1与杯底2，所述杯底2连接在所述杯身1下端，所述杯身1与杯底2两者内表面之间的空间能容纳液体，所述杯身1上端的边缘形成开口11；所述杯身1与杯底2各自均包括基材以及生物可降解材料涂层，所述生物可降解材料涂层形成所述杯身1与杯底2的内表面。
作为可选的实施方式，所述生物可降解防水材料为聚丁二酸丁二醇酯。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)由丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得，树脂呈乳白色，无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水；具有良好的生物相容性和生物可吸收性；耐热性能好，热变形温度和制品使用温度可以超过100℃。其合成原料来源既可以是石油资源，也可以通过生物资源发酵得到。
作为可选的实施方式，所述生物可降解防水材料为聚丁二酸丁二醇酯、抗氧化剂和脱模剂的混合物。
生物可降解防水材料降解条件包括以下情况：
①可生物降解，通过自然发生的微生物如细菌、真菌和藻类降解，产生水；
②可堆肥塑料：EN13432,EN14995,ASTM D6400,ISO17088,AS4736,TIS17088受控条件:60℃；
③裂变解体:12周内分解成2x2mm的小碎片；
④生物降解:≥90％6个月内通过生物作用分解成二氧化碳，水和矿物质。
作为可选的实施方式，所述基材为高品质食品级白卡原纸，所述白卡原纸的应用规格如表1所示。
表1白卡原纸应用规格
作为可选的实施方式，聚丁二酸丁二醇酯，由丁二酸(琥珀酸)和1.4丁二醇经酯化缩聚而得，生物可降解防水材料组成成分如表2所示，特性如下：
①FZ71PM(注塑，附合度更优，更适用于亚洲客户)
②FZ91PM(挤出，加工稳定性更优，更适用于欧洲客户)
③MZ7A0101(抗氧化剂)
④MB92AM(抗氧化剂)
⑤MB71BM(脱模剂～防止粘连冷却缸)
⑥MZ7C0201(脱模剂～防止粘连冷却缸)
表2生物可降解防水材料组成成分
作为可选的实施方式，生物可降解涂层纸杯的基材以及生物可降解材料涂层构成生物可降解涂层纸杯纸，生物可降解涂层纸杯纸的质量标准及检测报告其主要检测指标有：①定量②定量差③横幅定量差④厚度⑤横幅厚度差⑥尺寸误差(卷盘直径+幅宽)⑦白度⑧PBS定量差⑨水分⑩挺度平滑度剥离强度灰分尘埃度吸水性边渗水外观异味卫生指标塑化剂指标等，具体检测指标如表3-表4所示。
表3生物可降解涂层纸杯纸定量及剥离强度检测
表4生物可降解涂层纸杯纸透气性、渗水实验指标
其透气标准值：水(WVTR):ASTM E96/E96m-10→温度：38℃/90％RH；氧气(OTR):ASTM D3985-05→温度：23℃/0％RH
作为可选的实施方式，所述杯身1与杯底2两者的外表面也涂布有所述生物可降解材料涂层。
作为可选的实施方式，所述杯身1的基材包括瓦楞纸和原纸41，所述瓦楞纸粘合在所述原纸的一面上，所述原纸的另一面上设有生物可降解材料涂层。瓦楞纸的设置有助于保温以及加强杯体结构。
作为可选的实施方式，所述瓦楞纸43为单瓦楞纸、双瓦楞纸、横瓦纸或S瓦纸；
作为可选的实施方式，所述杯身1侧面设有两把手3，两个所述把手3在所述杯身1的宽度方向上对称设置，任一所述把手3关于所述把手3与所述杯身1的连接部转动，当所述生物可降解涂层纸杯未使用时，所述把手3贴合在所述杯身1上，当所述生物可降解涂层纸杯使用时，所述把手3呈展开状。把手的设置可以便于使用者移动装有热水的杯子，避免烫伤，把手在不使用时，可以与杯体折叠，多个纸杯可以叠码放置，节省空间。
作为可选的实施方式，所述杯底2为圆形，所述圆形杯底2的周边向外延伸出圆环形凸棱21，所述杯底2的外表面淋膜防水涂层42。所述杯底2设置有圆环形凸棱21，可以减小杯体与桌面的接触面积，防水涂层的设置使纸杯置于有水的桌面等环境时，不容易损坏变形。
作为可选的实施方式，所述杯身1的基材包括瓦楞纸和原纸41，所述瓦楞纸的两面均粘合有所述原纸，所述杯身1与杯底2的内表面和外表面均设有所述生物可降解材料涂层形成。外表面设有所述生物可降解材料涂层，使纸杯的耐用性更高，纸杯置于有水的桌面等环境时，不容易损坏变形。
作为可选的实施方式，所述杯身1与杯底2的外表面也设有所述生物可降解材料涂层。
一种生物可降解涂层纸杯的制备方法，包括以下步骤：
淋膜步骤：通过流延法将原纸41的一个表面淋膜上生物可降解材料涂层；
淋膜步骤主要使用淋膜机，淋膜机工作原理：常规淋膜机主要由四个模组组成，分别是主机、镜面辊系统、放料系统、收卷系统。机组以生物可降解材料涂层粒子，添加剂等，采用流延法平膜挤出涂膜工艺，经挤塑成型与卷纸进行淋膜或复合，提高材料的强度，致密性等。
瓦楞步骤：将原纸41未淋膜上生物可降解材料涂层的表面粘合瓦楞纸43；瓦楞纸是由挂面纸和通过瓦楞棍加工而形成的波形的瓦楞纸粘合而成的板状物，一般分为单瓦楞纸或双瓦楞纸，横瓦纸或S瓦纸，粗瓦或细瓦。从而增大防滑系数，提升隔热效果。
成型步骤；将纸杯纸轧切成纸杯形状。成型步骤使用的设备是模切/冲切机以及纸杯成型机，模切/冲切机工作原理是利用钢刀、五金模具等模版，通过压印版施加一定的压力，将印品或纸板轧切成一定形状的杯身纸；模切/冲切工艺参数如表5所示；生物可降解涂层纸杯单淋膜涂层中速成型杯机的纸杯成型工艺如表6所示。
纸杯成型机工作原理纸杯成型机是将生物可降解涂层纸杯纸进行机械加工、粘合所做得的一种纸容器，外观呈口杯形，纸杯成型工艺如表7所示，成品生物可降解涂层纸杯型式检验指标及结果如表8所示。
表5模切/冲切工艺参数
表6生物可降解涂层纸杯单淋膜涂层中速成型杯机的纸杯成型工艺
表7单层热中速成型杯机的纸杯成型工艺
表8成品生物可降解涂层纸杯型式检验指标及结果
补充说明：其涂层纸杯：①爆口②椭圆③尺寸④口部⑤上部⑥中部⑦下部⑧接缝⑨底部等指标均符合相关标准，且未出现①塌底②压花③起泡④内外污渍现象。
作为可选的实施方式，所述瓦楞步骤与成型步骤之间还包括印刷步骤，所述印刷步骤为在所述纸杯纸的外表面印刷图案或标记。
表9印刷工艺参数
降解实验：
本发明所述的生物可降解涂层纸杯纸，(原纸120um，生物可降解材料涂层20um)降解条件：在土壤中掩埋，50℃，湿度90％，定时取样，2周后断裂强度降低，4周后降解为小碎片，4个月能完全降解。
本发明所述的生物可降解涂层纸杯优点包括：
①耐冲击度及可塑性好；
②线速度>300米/分；
③稳定和较小的内缩量；
④优异的纸张附合度和热封强度，能实现低温热封；
⑤比其他的生物基材料淋膜更薄；
⑥耐热度高，适合热食品服务(可达100℃)，并具有天然纤维的相容性；
⑦室温环境下可降解；
⑧可由造纸厂回收循环利用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种生物可降解涂层纸杯，其特征在于，包括杯身(1)与杯底(2)，所述杯底(2)连接在所述杯身(1)下端，所述杯身(1)与杯底(2)两者内表面之间的空间能容纳液体，所述杯身(1)上端的边缘形成开口(11)；所述杯身(1)与杯底(2)各自均包括基材以及生物可降解材料涂层，所述生物可降解材料涂层形成所述杯身(1)与杯底(2)的内表面。
2.根据权利要求1所述的生物可降解涂层纸杯，其特征在于，所述生物可降解防水材料为聚丁二酸丁二醇酯。
3.根据权利要求1所述的生物可降解涂层纸杯，其特征在于，所述生物可降解防水材料为聚丁二酸丁二醇酯、抗氧化剂和脱模剂的混合物。
4.根据权利要求1所述的生物可降解涂层纸杯，其特征在于，所述杯身(1)与杯底(2)两者的外表面也涂布有所述生物可降解材料涂层。
5.根据权利要求1所述的生物可降解涂层纸杯，其特征在于，所述杯身(1)的基材包括瓦楞纸和原纸(41)，所述瓦楞纸粘合在所述原纸的一面上，所述原纸的另一面上设有生物可降解材料涂层。
6.根据权利要求5所述的生物可降解涂层纸杯，其特征在于，所述瓦楞纸(43)为单瓦楞纸、双瓦楞纸、横瓦纸或S瓦纸。
7.根据权利要求5所述的生物可降解涂层纸杯，其特征在于，所述杯身(1)侧面设有两把手(3)，两个所述把手(3)在所述杯身(1)的宽度方向上对称设置，任一所述把手(3)关于所述把手(3)与所述杯身(1)的连接部转动，当所述生物可降解涂层纸杯未使用时，所述把手(3)贴合在所述杯身(1)上，当所述生物可降解涂层纸杯使用时，所述把手(3)呈展开状。
8.根据权利要求5所述的生物可降解涂层纸杯，其特征在于，所述杯底(2)为圆形，所述圆形杯底(2)的周边向外延伸出圆环形凸棱(21)，所述杯底(2)的外表面淋膜防水涂层(42)。
9.一种权利要求1-8任一所述的生物可降解涂层纸杯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
淋膜步骤：通过流延法将原纸(41)的一个表面淋膜上生物可降解材料涂层；
瓦楞步骤：将原纸(41)未淋膜上生物可降解材料涂层的表面粘合瓦楞纸(43)；
成型步骤；将纸杯纸轧切成纸杯形状。
10.根据权利要求9所述的生物可降解涂层纸杯的制备方法，其特征在于，所述瓦楞步骤与成型步骤之间还包括印刷步骤，所述印刷步骤为在所述纸杯纸的外表面印刷图案或标记。
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