CN111019601B - 一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶及制备方法，所述热熔胶是将漂白、清洗、干燥后的细化稻壳粉、豌豆淀粉、顺酐、DCP、水混合后高速加热搅拌制成混合物料，然后加入白油，接着将得到的物料在冷混锅制成冷却硬块，接着将聚乙烯醇、可溶盐、甘油为原料制成的塑化颗粒，再将冷却硬块粉碎后与塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂以混合后经螺杆挤出成型而制得。本发明提供的热熔胶原料易得，工艺简单，成本低廉，既具有热熔性又具备水溶性，可广泛用于粘合纸包装，容易降解，且容易在水环境中快速软化分散，利于纸包装的回收。

Description

一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶及制备方法
技术领域
本发明涉及热熔胶技术领域，特别是涉及一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶及制备方法。
背景技术
热熔胶是一种可塑性的粘合剂，在一定温度范围内其物理状态随温度改变而改变，而化学特性不变，其无毒无味，属环保型化学产品。因其产品本身系固体，便于包装、运输、存储、无溶剂、无污染、无毒型；以及生产工艺简单，高附加值，黏合强度大、速度快等优点而备受青睐。热熔胶是以热塑性树脂为主要成分，以增粘剂、增塑剂、抗氧化剂、阻燃剂及填料为添加成分经熔融混合而制成的不含溶剂的固体状粘合剂。目前热熔胶已制备成各种粒状、棒状、薄膜状等形式用于多个领域，对各种材料均有较高的适应性。
随着热熔胶开发应用的普遍与深入，热熔胶的应用范围不断扩大，原料的选择也有单一的热熔粘接拓展为功能性的粘接。目前热熔胶市场主要以EVA为基础原料制备热熔胶，另外还有聚乙烯类、聚丙烯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、乙烯-丙烯酸乙酯共聚树脂类、聚酯类、聚氨酯类等。热熔胶粘合剂在实用中除了主成分外还需要添加极少量的添加剂，用以提高热熔胶的实用性能。
目前，各种包装废纸均进行废纸回利用，要求纸制品所使用的粘合剂也须满足回收及不污染的要求。热熔胶在各种包装纸盒、书本装订中有大量的应用。然而，这些基础热熔胶材料均为非降解聚合物，大量的用于各种纸包装盒、书本的粘接使用，由于难以降解，造成纸板、纸张难以回收。研究人员试图将可生物降解塑料用于做热熔胶用于纸包装等的粘接。如聚乳酸、聚己内酯等。但在尝试后发现存在较多的问题：一方面聚乳酸、聚己内酯热熔流动性较差，影响快速粘接；另一方面聚乳酸、聚己内酯成本高、而且降解周期长，其用于纸板包装粘接仍然影响纸的回收。由此，开发用于纸包装的低成本、绿色、环保、快速在水体系降解的热熔胶对纸包装的回收尤为重要。
中国发明专利申请号201710975110.3公开了一种包装用热熔胶，以质量份数计，其制备原料至少包括：EVA树脂35份、增粘树脂30-50份、粘度调节剂10-20份、抗氧剂0.5-1.5份；该发明的包装用热熔胶具有环保无毒、不含重金属、固化速度快、耐低温性能优、对较高面纸强度纸箱的粘结强度高等优点。中国发明专利申请号201410807544.9公开了一种纸用EVA热熔胶，其成分及质量份为：EVA树脂18-22份、低分子量聚乙烯2-4份、热塑性酚醛树脂18-22份、DBP8-10份和碳酸钙4-6份；制备过程是将EVA树脂、低分子量聚乙烯、热塑性酚醛树脂、DBP、碳酸钙混合，在60℃下搅拌20min，再缓慢加热至温度达到120℃，恒温20min后自然冷却，冷却至常温后即完成制备。
为了解决热熔胶在用于纸类粘接后影响纸张回收的问题，有必要提出一种新型纸包装专用热熔胶，进而促进了热熔胶在纸包装中的应用，其自身的可降解性可有效满足纸类的回收利用。
发明内容
针对目前热熔胶用于纸板粘接造成纸板难以回收的问题，为了实现热熔胶在水体系中快速降解，以满足纸包装能够有效地回收，本发明提出一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶及制备方法，从而实现了热熔胶的有效生物降解，在用于纸包装时不影响之类的回收利用。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶，，所述热熔胶是将漂白、清洗、干燥后的细化稻壳粉、豌豆淀粉、顺酐、DCP、水混合后高速加热搅拌制成混合物料，然后加入白油，接着将得到的物料在冷混锅制成冷却硬块，接着将聚乙烯醇、可溶盐、甘油为原料制成的塑化颗粒，再将冷却硬块粉碎后与塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂以混合后经螺杆挤出成型而制得。
优选的，所述可溶盐为氯化钾、硫酸钾、碳酸钾、硝酸钾、氯化钠、硫酸钠、碳酸钠中的一种或两种以上的组合。
优选的，所述增粘树脂为BN-1。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010中的一种。
优选的，所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种。
本发明还提供了一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，具体制备方法如下：
（1）将稻壳经双氧水漂白处理，然后清洗干燥，接着加入涡旋气流微粉机中进行细化处理，得到粒径为800-1000目的稻壳粉；
（2）将颗粒粒径≤20μm的豌豆淀粉与稻壳粉、聚乙烯醇、顺酐、DCP、水加入高速混合机，然后加热搅拌至淀粉糊化，接着升高温度排水，再将白油分散在物料中，得到混合物料；
（3）将混合物料排放至冷混锅中，然后低速搅拌冷却粉碎，最终变为类似于松香树脂的硬块，得到冷却物料；
（4）将聚乙烯醇、可溶盐、甘油混合后加入螺杆挤出机中，经预挤出塑化，得到塑化颗粒；
（5）将冷却物料粉碎后与塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂混合加入螺杆挤出机中，经螺杆挤出成型，即得一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶。
优选的，步骤（1）中所述双氧水漂白处理的温度为90-100℃，时间为1-2h。
优选的，步骤（2）中所述加热搅拌至淀粉糊化的温度为80-90℃，转速为500-800rpm，时间为30-40min；所述升温排水的温度为100℃，时间为20-30min。
优选的，步骤（2）中所述混合物料制备中，稻壳粉、豌豆淀粉、聚乙烯醇、顺酐、DCP、水、白油的质量比例为100:20-25:15-30:0.5-1:0.01-0.02:50-80:5-20。
优选的，步骤（4）中所述塑化颗粒制备中，聚乙烯醇、可溶盐、甘油的质量比例为100:10-15:3-5。
优选的，，步骤（5）中所述螺杆挤出采用同向双螺杆挤出机成型，温度控制为120-140℃。
优选的，步骤（5）中所述热熔胶制备中，冷却物料、塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂的质量比例为100:20-25:3-5:1-3:0.01-0.03:0.5-1。
公知的，稻壳作为稻米加工的副产品，来源广泛，价格低廉，富含纤维素、木质素、二氧化硅，无毒害，易于降解。本发明将稻壳经双氧水漂白后干燥细化为稻壳粉，作为热熔胶的重要填料，不但利于热熔胶与纸包装的结合，而且其生物降解性不影响直纸包装的回收。
进一步的，将细化稻壳粉与豌豆淀粉、聚乙烯醇、顺酐、DCP和水混合加热高速搅拌，使得淀粉糊化，淀粉糊化温度控制在80-90℃，优选为85℃，使得顺酐和淀粉进行酯化反应，并且反应极为充分，同时与稻壳粉形成均相生物质，过量的顺酐赋予淀粉-稻壳良好的热流动性、热粘合性，升高温度至100℃排水，接着将白油分散在物料中，然后将物料排放至冷混锅，低速搅拌冷却，由于使用较高用量的顺酐，淀粉在糊化时随着搅拌时间的延长逐渐变稀，糊化后，即使排水后物料也呈稀粘状，经冷锅冷却粉碎后变为类似于松香树脂的硬块，便于粉碎后与其他物料进行充分混合。
更进一步的，将聚乙烯醇、可溶盐、甘油制成塑化颗粒，然后与粉碎的冷却物料、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂混合挤出成型得到热熔胶。聚乙烯醇既具有热塑性，同时含有的可溶盐促进在水中的溶解；BN-1增粘树脂是一种热塑性的非反应型增粘树脂，是一种高效的增粘剂，除能明显改善胶料粘性外，兼有增塑软化、分散效果，有助于各类粉料的均匀分散，提高制品的综合性能。上述物料混合后利用同向双螺杆挤出成型，控制温度在120-140℃之间，可以根据具体需要进行挤出造粒或挤出成型为胶棒、胶膜等热熔胶产品；所得热熔胶兼具热熔性和水溶性，该热熔胶用于粘合纸包装，容易降解，且容易在水环境中快速软化分散，利于纸包装的回收。
现有的热熔胶用于纸板粘接造成纸板难以回收的问题，限制了其应用。鉴于此，本发明提出一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶及制备方法，将稻壳经双氧水漂白处理，然后清洗干燥，经涡旋气流微粉机细化；将细化稻壳粉、豌豆淀粉、顺酐、DCP、水加入高速混合机，设置高速混合机的温度，高速搅拌至淀粉糊化，升高温度排水，同时加入白油将白油分散在物料中，然后将物料排放至冷混锅，低速搅拌冷却，经冷锅冷却粉碎后变为类似于松香树脂的硬块；将聚乙烯醇与可溶盐、甘油经螺杆挤出机预挤出塑化，得到塑化颗粒；将冷却物料、塑化颗粒与EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂混合，经螺杆挤出成型，得到纸包装专用低成本生物降解热熔胶。本发明提供的热熔胶原料易得，工艺简单，成本低廉，既具有热熔性又具备水溶性，可广泛用于粘合纸包装，容易降解，且容易在水环境中快速软化分散，利于纸包装的回收。
本发明提出一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、本发明制备得到的热熔胶利用稻壳作为低成本填料，不但利于热熔胶与纸包装的结合，而且不影响直纸包装的回收。
2、本发明制得的既具有热熔性又具备水溶性，加入的可溶盐后，在该热熔胶用于粘合纸包装，容易降解，且由于可溶盐在水中的溶解性，使得容易在水环境中快速软化分散，利于纸包装的回收。
3、本发明制得的产品可广范应用于书本装订、纸板粘接、包装封边等领域，原料易得，制备工艺简单，成本低于市面传统热熔胶20-30%，便于推广应用。
附图说明
图1：实施例1得到的热熔胶粒子图；
图2：实施例1得到的热熔胶浸泡于冷水中的软化分散情况。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将稻壳在温度为95℃下经双氧水漂白处理1.5h，然后清洗干燥，接着加入涡旋气流微粉机中进行细化处理，得到平均粒径为900目的稻壳粉；
（2）将22kg平均颗粒粒径为15μm的豌豆淀粉与100kg稻壳粉、22kg聚乙烯醇、0.8kg顺酐、0.015kgDCP、65kg水加入高速混合机，然后在温度为85℃、转速为650rpm下搅拌35min至淀粉糊化，接着升高温度至100℃排水25min，再将12kg白油分散在物料中，得到混合物料；
（3）将混合物料排放至冷混锅中，然后低速搅拌冷却粉碎，最终变为类似于松香树脂的硬块，得到冷却物料；
（4）将100kg聚乙烯醇、12kg氯化钾、4kg甘油混合后加入螺杆挤出机中，经预挤出塑化，得到塑化颗粒；
（5）将100kg冷却物料粉碎后与22kg塑化颗粒、4kgEVA250、2kgBN-1增粘树脂、0.02kg抗氧剂1076、0.8kg硬脂酸钙8混合加入螺杆挤出机中，经螺杆挤出成型，即得一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶。
实施例2
（1）将稻壳在温度为92℃下经双氧水漂白处理2h，然后清洗干燥，接着加入涡旋气流微粉机中进行细化处理，得到平均粒径为800目的稻壳粉；
（2）将21kg平均颗粒粒径为10μm的豌豆淀粉与100kg稻壳粉、18kg聚乙烯醇、0.6kg顺酐、0.013kgDCP、60kg水加入高速混合机，然后在温度为82℃、转速为600rpm下搅拌38min至淀粉糊化，接着升高温度至100℃排水22min，再将10kg白油分散在物料中，得到混合物料；
（3）将混合物料排放至冷混锅中，然后低速搅拌冷却粉碎，最终变为类似于松香树脂的硬块，得到冷却物料；
（4）将100kg聚乙烯醇、11kg硫酸钾、3.5kg甘油混合后加入螺杆挤出机中，经预挤出塑化，得到塑化颗粒；
（5）将100kg冷却物料粉碎后与21kg塑化颗粒、3.5kgEVA250、1.5kgBN-1增粘树脂、0.015kg抗氧剂1010、0.6kg硬脂酸锌混合加入螺杆挤出机中，经螺杆挤出成型，即得一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶。
实施例3
（1）将稻壳在温度为98℃下经双氧水漂白处理1h，然后清洗干燥，接着加入涡旋气流微粉机中进行细化处理，得到平均粒径为1000目的稻壳粉；
（2）将24kg平均颗粒粒径为18μm的豌豆淀粉与100kg稻壳粉、25kg聚乙烯醇、0.8kg顺酐、0.018kgDCP、70kg水加入高速混合机，然后在温度为88℃、转速为750rpm下搅拌32min至淀粉糊化，接着升高温度至100℃排水28min，再将15kg白油分散在物料中，得到混合物料；
（3）将混合物料排放至冷混锅中，然后低速搅拌冷却粉碎，最终变为类似于松香树脂的硬块，得到冷却物料；
（4）将100kg聚乙烯醇、14kg碳酸钾、4.5kg甘油混合后加入螺杆挤出机中，经预挤出塑化，得到塑化颗粒；
（5）将100kg冷却物料粉碎后与24kg塑化颗粒、4.5kgEVA250、2.5kgBN-1增粘树脂、0.03kg抗氧剂1076、0.9kg硬脂酸钙混合加入螺杆挤出机中，经螺杆挤出成型，即得一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶。
实施例4
（1）将稻壳在温度为90℃下经双氧水漂白处理2h，然后清洗干燥，接着加入涡旋气流微粉机中进行细化处理，得到平均粒径为800目的稻壳粉；
（2）将20kg平均颗粒粒径为10μm的豌豆淀粉与100kg稻壳粉、15kg聚乙烯醇、0.5kg顺酐、0.01kgDCP、50kg水加入高速混合机，然后在温度为80℃、转速为500rpm下搅拌40min至淀粉糊化，接着升高温度至100℃排水20min，再将5kg白油分散在物料中，得到混合物料；
（3）将混合物料排放至冷混锅中，然后低速搅拌冷却粉碎，最终变为类似于松香树脂的硬块，得到冷却物料；
（4）将100kg聚乙烯醇、10kg氯化钠、3kg甘油混合后加入螺杆挤出机中，经预挤出塑化，得到塑化颗粒；
（5）将100kg冷却物料粉碎后与20kg塑化颗粒、3kgEVA250、1kgBN-1增粘树脂、0.01kg抗氧剂1010、0.5kg硬脂酸锌混合加入螺杆挤出机中，经螺杆挤出成型，即得一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶。
实施例5
（1）将稻壳在温度为100℃下经双氧水漂白处理1h，然后清洗干燥，接着加入涡旋气流微粉机中进行细化处理，得到平均粒径为1000目的稻壳粉；
（2）将25kg平均颗粒粒径为20μm的豌豆淀粉与100kg稻壳粉、30kg聚乙烯醇、1kg顺酐、0.02kgDCP、80kg水加入高速混合机，然后在温度为90℃、转速为800rpm下搅拌30min至淀粉糊化，接着升高温度至100℃排水30min，再将20kg白油分散在物料中，得到混合物料；
（3）将混合物料排放至冷混锅中，然后低速搅拌冷却粉碎，最终变为类似于松香树脂的硬块，得到冷却物料；
（4）将100kg聚乙烯醇、15kg碳酸钠、5kg甘油混合后加入螺杆挤出机中，经预挤出塑化，得到塑化颗粒；
（5）将100kg冷却物料粉碎后与25kg塑化颗粒、5kgEVA250、3kgBN-1增粘树脂、0.03kg抗氧剂1010、1kg硬脂酸锌混合加入螺杆挤出机中，经螺杆挤出成型，即得一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶。
对比例1
对比例1为市售EVA热熔胶。
测试方法：
软化点测试：将实施例1-5及对比例1的热熔胶粒按GB/T 15332-1994测试软化点，测试结果如表1所示；
水溶性测试：将实施例1-5及对比例1的热熔胶粒浸泡于冷水中，观察浸泡30min、60min后热熔胶粒在水中软化分散情况，测试结果如表1所示。其中实施例1的情况如附图2所示，由附图2可见，a为实施例1制得的热熔胶粒料在冷水中浸泡30min的照片，胶粒发生溶胀；b为浸泡60min的照片，胶粒在水中分散开。
表1：
Figure 701611DEST_PATH_IMAGE002

Claims (10)

1.一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶，其特征在于，所述热熔胶是将漂白、清洗、干燥后的细化稻壳粉、豌豆淀粉、聚乙烯醇、顺酐、DCP、水混合后高速加热搅拌制成混合物，升高温度排水，然后加入白油，接着将得到的物料在冷混锅制成冷却硬块，所述稻壳粉、豌豆淀粉、聚乙烯醇、顺酐、DCP、水、白油的质量比例为100:20-25:15-30:0.5-1:0.01-0.02:50-80:5-20，接着将聚乙烯醇、可溶盐、甘油为原料制成的塑化颗粒，所述聚乙烯醇、可溶盐、甘油的质量比例为100:10-15:3-5，再将冷却硬块粉碎后与塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂混合后经螺杆挤出成型而制得，所述冷却硬块、塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂的质量比例为100:20-25:3-5:1-3:0.01-0.03:0.5-1。
2.根据权利要求1所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶，其特征在于，所述可溶盐为氯化钾、硫酸钾、碳酸钾、硝酸钾、氯化钠、硫酸钠、碳酸钠中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶，其特征在于，所述增粘树脂为BN-1；所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010中的一种；所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种。
4.如权利要求1-3任一权项所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
（1）将稻壳经双氧水漂白处理，然后清洗干燥，接着加入涡旋气流微粉机中进行细化处理，得到粒径为800-1000目的稻壳粉；
（2）将颗粒粒径≤20μm的豌豆淀粉与稻壳粉、聚乙烯醇、顺酐、DCP、水加入高速混合机，然后加热搅拌至淀粉糊化，接着升高温度排水，再将白油分散在物料中，得到混合物料；
（3）将混合物料排放至冷混锅中，然后低速搅拌冷却粉碎，最终变为类似于松香树脂的硬块，得到冷却物料；
（4）将聚乙烯醇、可溶盐、甘油混合后加入螺杆挤出机中，经预挤出塑化，得到塑化颗粒；
（5）将冷却物料粉碎后与塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂混合加入螺杆挤出机中，经螺杆挤出成型，即得一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶。
5.根据权利要求4所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述双氧水漂白处理的温度为90-100℃，时间为1-2h。
6.根据权利要求4所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述加热搅拌至淀粉糊化的温度为80-90℃，转速为500-800rpm，时间为30-40min；所述升温排水的温度为100℃，时间为20-30min。
7.根据权利要求4所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述混合物料制备中，稻壳粉、豌豆淀粉、聚乙烯醇、顺酐、DCP、水、白油的质量比例为100:20-25:15-30:0.5-1:0.01-0.02:50-80:5-20。
8.根据权利要求4所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述塑化颗粒制备中，聚乙烯醇、可溶盐、甘油的质量比例为100:10-15:3-5。
9.根据权利要求4所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述螺杆挤出采用同向双螺杆挤出机成型，温度控制为120-140℃。
10.根据权利要求4所述的一种纸包装专用低成本生物降解热熔胶的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述热熔胶制备中，冷却物料、塑化颗粒、EVA250、增粘树脂、抗氧剂、热稳定剂的质量比例为100:20-25:3-5:1-3:0.01-0.03:0.5-1。
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