CN109679519B - 植物基可降解胶带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物基可降解胶带，所述植物基可降解胶带包括离型层、基材层以及胶粘层；所述离型层由包括硅油的原料制备而成；所述基材层由包括淀粉、植物胶、可降解纤维、偶联剂、增塑剂、润滑剂以及稳定剂的原料备而成；所述胶粘层由植物类胶黏剂制备而成。上述可降解胶带及其制备方法，通过胶带原料的选择以及制备工艺使制得的胶带可降解，大大降低了胶带的大量使用对环境造成的污染。进一步地，在回收使用胶带的纸箱时，可减少去除胶带步骤，以降低纸箱回收的回收成本，提高对纸箱的回收利用率，降低了对自然资源的消耗。

Description

植物基可降解胶带及其制备方法
技术领域
本发明属于包装封装技术领域，具体涉及一种植物基可降解胶带及其制备方法。
背景技术
胶带是由基材和粘结剂两部分组成，通过粘结使两个或多个不相连的物体连接在一起。胶带用途广泛，美观简单，方便机械操作等特点，用途十分广泛，用量也很大。尤其是随着电子商务的发展，快递行业中胶带的用量逐渐增大，例如，来自国家邮政局公布的2016年统计的数据显示，按照平均每个包括使用1米长胶带计算，整个2015年中国快递业包装物至少消耗了30多亿条编织袋、99.22亿个包装箱、169.85亿米胶带，仅胶带就可以绕地球赤道425圈。
其中，快递包装中需要大量消耗的胶带大多使用的是不可降解胶带，使用不可降解胶带一方面胶带会造成严重的环境污染，另一方面也给粘结有不可降解胶带的包装箱回收造成困难，提高回收成本。
发明内容
本发明针对使用传统的胶带不可降解，容易造成严重的环境污染的问题，提供一种可降解胶带及其制备方法。
本发明公开了一种可降解胶带，所述植物基可降解胶带包括离型层、基材层以及胶粘层；
所述离型层由包括硅油的原料制备而成；
所述基材层由包括淀粉、植物胶、可降解纤维、偶联剂、增塑剂、润滑剂以及稳定剂的原料备而成；
所述胶粘层由植物类胶黏剂制备而成。
在其中一个实施例中，所述基材层包括以下重量份数的组分：
淀粉30～50份；
植物胶20～40份；
可降解纤维5～20份；
偶联剂1.0～3.0份；
增塑剂0.5～2.0份；
润滑剂0.1～0.5份；以及，
稳定剂0.1～0.5份。
在其中一个实施例中，所述植物胶包括阿拉伯树胶、羧甲基纤维素胶以及瓜尔豆胶。
在其中一个实施例中，所述植物胶包括以下重量份数的组分：
阿拉伯树胶10～25份；
羧甲基纤维素胶4～7份；以及，
瓜尔豆胶6～8份。
在其中一个实施例中，所述可降解纤维包括生物可降解聚酯纤维以及海藻纤维中的任意一种或几种。
在其中一个实施例中，所述植物类胶黏剂包括以下重量份数的组分：
阿拉伯树胶7～13份；
瓜尔豆胶3～7份；
松香2～4份；
明胶2～4份；以及，
水110～250份。
在其中一个实施例中，所述基材层为一层或两层，在基材层与胶粘层之间或在两层基材层中间设有加强筋，所述加强筋呈网状或波浪状分布于所述基材层上。
本发明还提供了一种上述的植物基可降解胶带的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将植物胶加入水中溶解20h～28h，搅拌均匀，制得第一混合物；
将淀粉、可降解纤维、偶联剂、增塑剂以及所述第一混合物于100℃～120℃搅拌20min～30min后，加入润滑剂以及稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；
将所述第二混合物挤出吹膜，制得基材层；
在所述基材层的一侧涂覆离型层材料，制备离型层；
在所述基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层。
在其中一个实施例中，所述胶粘层材料的制备方法包括：
将瓜尔豆胶、明胶以及水混合静置22h～26h，制得第一胶液；
将阿拉伯树胶与pH为5.0～6.5的酸溶液混合静置22h～26h，制得第二胶液；
将松香与pH为10.5～12的碱溶液混合静置22h～26h，制得第三胶液；
将所述第二胶液与所述第三胶液搅拌混合20min～30min，调节pH至6.5～7.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
在其中一个实施例中，所述基材层为两层且设有加强筋时，两层所述基材层以及所述加强筋通过胶粘层材料粘结在一起。
上述可降解胶带及其制备方法，通过胶带原料的选择以及制备工艺使制得的胶带可降解，大大降低了胶带的大量使用对环境造成的污染。进一步地，在回收使用胶带的纸箱时，可减少去除胶带步骤，以降低纸箱回收的回收成本，提高对纸箱的回收利用率，降低了对自然资源的消耗。
附图说明
图1本发明可降解胶带一实施例的结构示意图。
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，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
本发明提供的一种植物基可降解胶带，植物基可降解胶带包括离型层、基材层以及胶粘层；
离型层由包括硅油的原料制备而成；
基材层由包括淀粉、植物胶、可降解纤维、偶联剂、增塑剂、润滑剂以及稳定剂的原料备而成；
胶粘层由植物类胶黏剂制备而成。
上述植物基可降解胶带及其制备方法，通过胶带原料的选择以及制备工艺使制得的胶带可降解，大大降低了胶带的大量使用对环境造成的污染。进一步地，在回收使用胶带的纸箱时，可减少去除胶带步骤，以降低纸箱回收的回收成本，提高对纸箱的回收利用率，降低了对自然资源的消耗。
传统的快递使用的胶带多为透明胶带，其基材层主要有聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等高分子化合物，这些高分子材料都是不可降解的，大量使用这样的胶带将给环境带来严重的危害和负担，而且也给纸箱的回收再利用造成了严重的困难。传统地，牛皮纸胶带虽然是一种绿色可降解胶带，然而由于牛皮纸胶带成本高昂，目前使用牛皮纸胶带的用户较少。本发明通过研究认为，若是使用全绿色可降解材料，使制得的胶带能够全面降解，并且能够降低胶带的成本，将极大地减少传统的高分子聚合物胶带，也降低了用户的使用成本。本发明从来源广泛、成本低廉的材料入手，成功研制成一种植物来源材料的可降解胶带，基材层材料主体为淀粉和植物胶，淀粉内部、植物胶内部以及淀粉与植物胶的活性基团之间能够发生交联，呈现多维网状反应，从而构成基材层的骨架，而可降解纤维分散分布于淀粉以及植物胶之间，主要用于提升制备的基材层的强度，使其具有优良的力学性能，满足使用该胶带进行封装的强度要求。更进一步地，胶粘层由植物类胶黏剂制备而成，植物类胶黏剂与基材层的淀粉、植物胶具有相似的结构单元，从而在涂覆胶粘层后能够部分摄入基材层中，提高胶粘层与基材层的附着力。
基材层的组分配比对于制得的基材层性能具有重要的影响，例如，研究发现，随着基材层中可分可降解纤维含量增高，其成本将逐渐增高，基材层的强度反而呈现先上升后下降的趋势，发明人认为可能是由于可降解纤维过多反而不容易与淀粉、植物胶建立较强的相互联系，导致基材层的强度下降。研究发现，当基材层包括以下重量份数的组分：淀粉30～50份；植物胶20～40份；可降解纤维5～20份；偶联剂1.0～3.0份；增塑剂0.5～2份；润滑剂0.1～0.5份；以及稳定剂0.1～0.5份时，制得的基材层力学性能较好，抗拉力较高，能够满足纸箱封装等的强度要求。更进一步地，当基材层包括以下重量份数的组分：淀粉35～45份；植物胶25～35份；可降解纤维10～15份；偶联剂1.5～2.5份；增塑剂1.0～1.5份；润滑剂0.2～0.4份以及稳定剂0.2～0.4份时，其力学更能具有更优异的表现。当基材层包括以下重量份数的组分：淀粉40份；植物胶30份；可降解纤维12.5份；偶联剂2.0份；增塑剂1.2份；润滑剂0.3份以及稳定剂0.3份，基材层具有最优地的力学性能。
可选地，淀粉包括玉米淀粉和木薯淀粉。玉米淀粉与木薯淀粉的质量比为1:1～3:1，木薯淀粉中支链淀粉与直链淀粉的比率达80:20，从而能木薯淀粉与玉米淀粉组成较好的支链淀粉与直链淀粉的比率，从而提高基材层材料之间的相互作用。
作为一种可选实施方式，植物胶包括阿拉伯树胶、羧甲基纤维素胶以及瓜尔豆胶。进一步地，植物胶包括以下重量份数的组分：阿拉伯树胶10～25份；羧甲基纤维素胶4～7份；以及瓜尔豆胶6～8份。阿拉伯树胶、羧甲基纤维素胶以及瓜尔豆胶均是比较常见的植物胶，但是三者单独使用时各有优缺点，无法实现与淀粉作用形成基材层主要骨架的目的。而本发明通过三种植物胶按一定比例混合，实现相互间的交互作用促使改性，从而使混合后的植物胶具有较高活性的基团，再进一步与淀粉以及可降解作用。更进一步地，羧甲基纤维素还能够增强基材层的抗张力以及抗压破裂能力，提高基材层的柔性。
作为一种可选实施方式，可降解纤维包括生物可降解聚酯纤维以及海藻纤维中的任意一种或几种。可降解聚酯纤维以及海藻纤维均具有较强的抗撕拉特性，通过加入这些可降解纤维，能够增强制备的基材层的抗拉伸能力，提高胶带的强度。
作为一种可选实施方式，植物类胶黏剂包括以下重量份数的组分：阿拉伯树胶7～13份；瓜尔豆胶3～7份；松香2～4份；明胶2～4份；以及水110～250份。作为制备胶粘层原料的植物类胶黏剂，需要有较强的粘结强度，不仅对待粘贴的物品具有较高的粘结强度，对于其载体的基材层也应具有较高的粘结强度。本发明的胶粘层原料选用与基材层的植物胶相同的阿拉伯树胶和瓜尔豆胶，能够利用相似相溶原理使基材层的阿拉伯树胶、瓜尔豆胶与胶粘层的阿拉伯树胶以及瓜尔豆胶形成一体的体系，提升胶粘层与基材层的粘结力。
可选地，偶联剂为铝钛酸脂偶联剂、硼酸脂偶联剂、硅烷偶联剂中的任意一种或几种。增塑剂为丙三醇或大豆油。稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钙锌中的任意一种或几种。润滑剂为石蜡。
作为一种可选实施方式，基材层为一层或两层，在基材层与胶粘层之间或在两层基材层中间设有加强筋，加强筋呈网状或波浪状分布于基材层上。通过设置加强筋，能够提升胶带的抗拉伸强度，使其具有优异的力学性质。可选地，加强筋沿可降解胶带的长度方向设置。请参阅图1所示(图中虚线表示隐藏于基材层间的部分)，在胶带长度方向设置单根加强筋，加强筋呈波浪型位于两层基材层之间，加强筋能够在胶带长度方向以及宽度方向具有一定的增强作用。进一步可选地，波浪形加强筋的波峰以及波谷部分突出基材层，优选地，突出部分可容纳一般人的手指，从而可实现徒手撕除胶带，便于拆开粘贴本发明胶带的包装。当需要撕除胶带时，手指伸入加强筋突出基材层的部分，勾住并撕除加强筋。在撕除加强筋时将破坏基材层，从而能够十分方便地拆开胶带覆盖部分。
本发明还提供一实施方式的上述可降解胶带的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将植物胶加入水中溶解20h～28h，搅拌均匀，制得第一混合物；
将淀粉、可降解纤维、偶联剂、增塑剂以及第一混合物加于100℃～120℃搅拌20min～30min后，加入润滑剂以及稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；
将第二混合物挤出吹膜，制得基材层；
在基材层的一侧涂覆离型层材料，制备离型层；
在基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层。
植物胶与基材层其他组分具有不同的性质，为了提高植物胶的粘结性，使植物胶在水中充分溶解有助于提升植物胶的粘结性能。
作为一种可选实施方式，胶粘层材料的制备方法包括：
将瓜尔豆胶、明胶以及水混合静置22h～26h，制得第一胶液；
将阿拉伯树胶与pH为5.0～6.5的酸溶液混合静置22h～26h，制得第二胶液；
将松香与pH为10.5～12的碱溶液混合静置22h～26h，制得第三胶液；
将第二胶液与第三胶液搅拌混合20min～30min，调节pH至6.5～7.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
作为一种可选实施方式，基材层为两层且设有加强筋时，两层基材层以及加强筋通过胶粘层材料粘结在一起。
实施例1
将10.0kg阿拉伯树胶、4.0kg羧甲基纤维素、6.0kg瓜尔豆胶加入200L水中溶解20h，搅拌均匀，制得第一混合物；将15.0kg玉米淀粉、15.0kg木薯淀粉、2.5kg海藻纤维、2.5kg生物可降解聚酯纤维、1.0kg偶联剂、0.5kg增塑剂、第一混合物于100℃温度条件下搅拌20min后，加入0.1kg润滑剂以及0.1kg稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；将第二混合物挤出吹膜，制得基材层。
将3.0kg瓜尔豆胶、2.0kg明胶以及50L水混合静置22h，制得第一胶液；将7.0kg阿拉伯树胶与pH为5.0的碳酸水溶液混合静置22h，制得第二胶液；将2.0kg松香与pH为10.5的氢氧化钠水溶液混合静置22h，制得第三胶液；将第二胶液与第三胶液搅拌混合20min，调节pH至6.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
在基材层的一侧涂覆硅油，制备离型层；在基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层，干燥后获得可降解胶带。
实施例2
将25.0kg阿拉伯树胶、7.0kg羧甲基纤维素、8.0kg瓜尔豆胶加入400L水中溶解28h，搅拌均匀，制得第一混合物；将37.0kg玉米淀粉、13.0kg木薯淀粉、5.0kg海藻纤维、20.0kg生物可降解聚酯纤维、3.0kg偶联剂、2.0kg增塑剂、第一混合物于120℃温度条件下搅拌30min后，加入0.5kg润滑剂以及0.5kg稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；将第二混合物挤出吹膜，制得基材层。
将7.0kg瓜尔豆胶、4.0kg明胶以及100L水混合静置28h，制得第一胶液；将13.0kg阿拉伯树胶与pH为6.5的碳酸水溶液混合静置28h，制得第二胶液；将4.0kg松香与pH为11.5的氢氧化钠水溶液混合静置28h，制得第三胶液；将第二胶液与第三胶液搅拌混合30min，调节pH至7.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
在基材层的一侧涂覆硅油，制备离型层；在基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层，干燥后获得可降解胶带。
实施例3
将12.5kg阿拉伯树胶、5.0kg羧甲基纤维素、7.5kg瓜尔豆胶加入200L水中溶解20h，搅拌均匀，制得第一混合物；将20.0kg玉米淀粉、15.0kg木薯淀粉、5kg海藻纤维、5kg生物可降解聚酯纤维、1.50kg偶联剂、1.0kg增塑剂、第一混合物于100℃温度条件下搅拌20min后，加入0.2kg润滑剂以及0.2kg稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；将第二混合物挤出吹膜，制得基材层。
将3.0kg瓜尔豆胶、2.0kg明胶以及50L水混合静置22h，制得第一胶液；将7.0kg阿拉伯树胶与pH为5.0的碳酸水溶液混合静置22h，制得第二胶液；将2.0kg松香与pH为10.5的氢氧化钠水溶液混合静置22h，制得第三胶液；将第二胶液与第三胶液搅拌混合20min，调节pH至6.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
在基材层的一侧涂覆硅油，制备离型层；在基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层，干燥后获得可降解胶带。
实施例4
将17.5kg阿拉伯树胶、7.0kg羧甲基纤维素、10.5kg瓜尔豆胶加入200L水中溶解20h，搅拌均匀，制得第一混合物；将20.0kg玉米淀粉、25.0kg木薯淀粉、5kg海藻纤维、5kg生物可降解聚酯纤维、2.5kg偶联剂、1.5kg增塑剂、第一混合物于100℃温度条件下搅拌20min后，加入0.4kg润滑剂以及0.4kg稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；将第二混合物挤出吹膜，制得基材层。
将3.0kg瓜尔豆胶、2.0kg明胶以及50L水混合静置22h，制得第一胶液；将7.0kg阿拉伯树胶与pH为5.0的碳酸水溶液混合静置22h，制得第二胶液；将2.0kg松香与pH为10.5的氢氧化钠水溶液混合静置22h，制得第三胶液；将第二胶液与第三胶液搅拌混合20min，调节pH至6.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
在基材层的一侧涂覆硅油，制备离型层；在基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层，干燥后获得可降解胶带。
实施例5
将15.0kg阿拉伯树胶、8.0kg羧甲基纤维素、7.0kg瓜尔豆胶加入200L水中溶解20h，搅拌均匀，制得第一混合物；将20.0kg玉米淀粉、20.0kg木薯淀粉、7.5kg海藻纤维、5kg生物可降解聚酯纤维、2.0kg偶联剂、1.2kg增塑剂、第一混合物于100℃温度条件下搅拌20min后，加入0.3kg润滑剂以及0.3kg稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；将第二混合物挤出吹膜，制得基材层。
将3.0kg瓜尔豆胶、2.0kg明胶以及50L水混合静置22h，制得第一胶液；将7.0kg阿拉伯树胶与pH为5.0的碳酸水溶液混合静置22h，制得第二胶液；将2.0kg松香与pH为10.5的氢氧化钠水溶液混合静置22h，制得第三胶液；将第二胶液与第三胶液搅拌混合20min，调节pH至6.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
在基材层的一侧涂覆硅油，制备离型层；在基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层，干燥后获得可降解胶带。
实施例6
将10.0kg阿拉伯树胶、4.0kg羧甲基纤维素、6.0kg瓜尔豆胶加入200L水中溶解20h，搅拌均匀，制得第一混合物；将15.0kg玉米淀粉、15.0kg木薯淀粉、2.5kg海藻纤维、2.5kg生物可降解聚酯纤维、1.0kg偶联剂、0.5kg增塑剂、第一混合物于100℃温度条件下搅拌20min后，加入0.1kg润滑剂以及0.1kg稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；将第二混合物挤出吹膜，制得基材层。
将3.0kg瓜尔豆胶、2.0kg明胶以及50L水混合静置22h，制得第一胶液；将7.0kg阿拉伯树胶与pH为5.0的碳酸水溶液混合静置22h，制得第二胶液；将2.0kg松香与pH为10.5的氢氧化钠水溶液混合静置22h，制得第三胶液；将第二胶液与第三胶液搅拌混合20min，调节pH至6.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
将基材层通过放卷架和导辊，加强筋玻璃纤维通过放纱架和导丝棒，另一基材层通过另一个放卷架和导辊，同时牵引涂覆胶黏剂压合，制得复合基材层，在复合基材层的一侧涂覆硅油，制备离型层；在复合材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层，干燥后获得可降解胶带。
对比例1和2分别为市售透明胶带，对比例3和4分别为市售牛皮纸胶带。
按照GB 4852-2002压敏胶带初粘性试验方法(滚球法)、GB/T4851压敏胶黏带持粘性试验方法、GB/T 2792压敏胶带180°剥离强度试验、GB7753-87压敏胶带拉伸性能实验方法公开的方法分别进行初粘性、持粘性、180°剥离强度、拉伸强度/断裂伸长率测试，测试结果如表1所示。
表1胶带性能测试结果
Figure BDA0001925273000000131
从表1的测试结果可以看出，本发明制备的可降解胶带，与市售胶带的性能参数相近，甚至有些性能参数优于市售胶带，本发明的可降解胶带可与市售胶带的用途匹配，可替代现有市售胶带，本发明的可降解胶带可进行生物降解，从而减轻对环境的污染和负担。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种植物基可降解胶带，其特征在于，所述植物基可降解胶带包括离型层、基材层以及胶粘层；
所述离型层由包括硅油的原料制备而成；
所述基材层由包括淀粉、植物胶、可降解纤维、偶联剂、增塑剂、润滑剂以及稳定剂的原料备而成；所述可降解纤维包括生物可降解聚酯纤维以及海藻纤维中的任意一种或几种；
所述胶粘层由植物类胶黏剂制备而成；
所述基材层包括以下重量份数的组分：
淀粉30～50份；
植物胶20～40份；
可降解纤维5～20份；
偶联剂1.0～3.0份；
增塑剂0.5～2.0份；
润滑剂0.1～0.5份；以及，
稳定剂0.1～0.5份；
所述基材层为一层或两层，在基材层与胶粘层之间或在两层基材层中间设有加强筋，所述加强筋呈波浪状分布于所述基材层上；
所述波浪状加强筋的波峰以及波谷部分突出所述基材层；
所述植物类胶黏剂包括以下重量份数的组分：
阿拉伯树胶7～13份；
瓜尔豆胶3～7份；
松香2～4份；
明胶2～4份；以及，
水110～250份。
2.根据权利要求1所述的植物基可降解胶带，其特征在于，所述植物胶包括阿拉伯树胶、羧甲基纤维素胶以及瓜尔豆胶。
3.根据权利要求2所述的植物基可降解胶带，其特征在于，所述植物胶包括以下重量份数的组分：
阿拉伯树胶10～25份；
羧甲基纤维素胶4～7份；以及，
瓜尔豆胶6～8份。
4.一种如权利要求1至3任意一项所述的植物基可降解胶带的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将植物胶加入水中溶解20h～28h，搅拌均匀，制得第一混合物；
将淀粉、可降解纤维、偶联剂、增塑剂以及所述第一混合物于100℃～120℃搅拌20min～30min后，加入润滑剂以及稳定剂搅拌均匀，制得第二混合物；
将所述第二混合物挤出吹膜，制得基材层；
在所述基材层的一侧涂覆离型层材料，制备离型层；
在所述基材层的另一侧涂覆胶粘层材料，制备胶粘层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述胶粘层材料的制备方法包括：
将瓜尔豆胶、明胶以及水混合静置22h～26h，制得第一胶液；
将阿拉伯树胶与pH为5.0～6.5的酸溶液混合静置22h～26h，制得第二胶液；
将松香与pH为10.5～12.0的碱溶液混合静置22h～26h，制得第三胶液；
将所述第二胶液与所述第三胶液搅拌混合20min～30min，调节pH至6.5～7.5后，加入上述第一胶液，制得胶粘层材料。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述基材层为两层且设有加强筋时，两层所述基材层以及所述加强筋通过胶粘层材料粘结在一起。
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