CN111172810A - 一种可生物完全降解热封纸及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可生物完全降解热封纸及其制备方法与应用。本发明通过将植物纤维进行碎解、打浆，然后，加入施胶剂、湿强剂、防水剂、防油剂，得到混合的纸浆；接着，将混合的纸浆与疏散分解的聚乳酸纤维混合，在网前箱添加助留剂，在造纸机上进行抄造，得到可生物完全降解热封纸。通过将上述的可生物完全降解热封纸在压光机上压光，得到可生物完全降解阻隔纸。本发明采用纸浆与聚乳酸纤维抄造纸张，聚乳酸纤维纵向均匀分布在纸张上，大幅提升纸张的阻隔性能。采用本发明方法生产热封纸，具有成本低，生产工艺简单的优点，得到的热封纸具有良好的热封性。

Description

一种可生物完全降解热封纸及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于特种纸领域，尤其涉及一种可生物完全降解热封纸及其制备方法与应用。
背景技术
由于生态环境问题日益严峻，环保成为主流价值观，塑料包装因不完全可回收性和可生物降解性会导致严重的生态问题逐渐受到限制。聚乳酸作为可再生资源来源的生物聚合物能够摆脱对石油的依赖，被越来越多的应用在植物纤维纸张表面，采用热熔聚乳酸颗粒涂覆成膜或淋膜方式，达到赋予纸张阻隔性能和热封性能。由于聚乳酸是以有机酸乳酸为原料生产，本身成本昂贵，后续覆膜、淋膜、涂布的方式会进一步提高生产成本，这些因素限制了该纸张的使用。
现有大规模生产的可生物完全降解阻隔纸主要采用聚乳酸(PLA)颗粒，熔融后采用与聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)覆膜、淋膜相同的方法进行覆膜或淋膜，也有如CN103774490A所述将聚乳酸颗粒涂布到纸面上，再热压成膜的方法。由于在相同膜厚度情况下，聚乳酸膜的阻隔性较传统非降解聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲基乙二醇酯(PET)薄膜差，有必要进一步提升其阻隔性能。CN107687111A通过阳离子瓜尔胶预处理PLA纤维，虽然一定程度上提高了竹纤维/PLA纤维纸张的强度，但是纸张强度离实际包装需要还有一定的差距。现有的热封包装纸大多采用PLA纤维通过无纺布生产，用于制作小茶包等，由于原料成本和采用无纺布生产，成本较高，不利于推广使用。
因此，如何采用植物纤维与PLA纤维开发一种生产工艺简单，热封性能好，阻隔性能更好，强度满足包装需求的可生物完全降解热封纸及其相关应用具有重要的意义。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可生物完全降解热封纸的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法得到的可生物完全降解热封纸。
本发明的再一目的在于提供上述可生物完全降解热封纸的应用。
为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：
一种可生物完全降解热封纸的制备方法，优选包括如下步骤：
(1)将植物纤维原料置于碎浆机进行碎解：浆浓控制在质量浓度为3～8％，碎解时间为5～40min，得到浆料；
(2)将步骤(1)得到的浆料经过盘磨打浆机打浆，得到打浆度为25～75°SR的纸浆；
(3)向步骤(2)得到的纸浆中依次加入施胶剂、湿强剂、防水剂、防油剂，混合，搅拌时间为10～40min，得到混合的纸浆；
(4)将聚乳酸纤维置于碎浆机中进行疏解分散，浆浓控制在质量浓度为0.5％～5％，搅拌时间为5～40min；
(5)将步骤(3)得到混合的纸浆与步骤(4)得到疏散分解的聚乳酸纤维混合，在网前箱添加助留剂，在造纸机上进行抄造，得到可生物完全降解热封纸。
步骤(1)中所述的植物纤维为各类植物纤维的漂白浆；包括针叶木浆、阔叶木浆、棉浆、麻浆、竹浆等植物纤维的漂白浆；优选为漂白针叶木浆、漂白麻浆、漂白竹浆或漂白阔叶木浆。
步骤(1)中所述的碎浆机的转子线速优选为900m/min。
步骤(1)中所述的浆浓优选控制在质量浓度为2.5～4％。
步骤(1)中所述的碎解时间优选为25～35min；更优选为30～35min。
步骤(2)中所述的打浆度优选为35～42°SR；更优选为35～38°SR。
步骤(3)中所述的施胶剂优选为烷基烯酮二聚体(AKD)或烯基琥珀酸酐(ASA)；更优选为AKD。
步骤(3)中所述的施胶剂的用量优选为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～3％；更优选为0.8～1.5％；最优选为0.8～1.0％。
步骤(3)中所述的湿强剂优选为PAE。
步骤(3)中所述的湿强剂的用量优选为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～4％；更优选为1.8～2.5％；最优选为2.2～2.5％。
步骤(3)中所述的防水剂优选为苯乙烯丙烯酸酯(SAE)共聚乳液。
步骤(3)中所述的防水剂的用量优选为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～3％；更优选为1.8～3％；最优选为1.8～2.5％。
步骤(3)中所述的防油剂优选为甲基丙烯酸十二氟庚酯。
步骤(3)中所述的防油剂的用量优选为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～4％；更优选为0～3％；最优选为0％。
步骤(3)中所述的搅拌时间优选为30～35min；更优选为30min。
步骤(4)中所述的聚乳酸纤维优选为采用聚乳酸所制得的纤维或聚乳酸改性产品所制得的纤维。
步骤(4)中所述的聚乳酸纤维的长度优选为0.5mm～8mm；更优选为3mm～6mm；最优选为3mm～4mm。
步骤(4)中所述的浆浓优选控制在质量浓度为0.8～1.5％；更优选控制在质量浓度为1.2～1.5％。
步骤(4)中所述的搅拌时间优选为35min。
步骤(5)中所述的纸浆与所述的聚乳酸纤维的质量比(绝干质量)优选为1:9～9:1；更优选为1:9～4:6；最优选为1:9～2:8。
步骤(5)中所述的助留剂优选为分子量为500～900万的阳离子聚丙烯酰胺；更优选为分子量为600～800万的阳离子聚丙烯酰胺；最优选为分子量为600～700万的阳离子聚丙烯酰胺。
步骤(5)中所述的助留剂的用量优选为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0.05～0.08％；更优选为0.06～0.08％。
步骤(5)中所述的抄造优选以30～300g/m2的定量进行抄造；更优选以180～280g/m2的定量进行抄造；最优选以250～280g/m2的定量进行抄造。
一种可生物完全降解热封纸，通过上述制备方法得到。
所述的可生物完全降解热封纸在热封包装领域中的应用。
所述的可生物完全降解热封纸在制备可生物完全降解阻隔纸中的应用。
一种可生物完全降解阻隔纸，通过将上述的可生物完全降解热封纸在压光机上压光得到。
所述的压光的具体条件优选为：压光温度为50℃～350℃，压光线压力为30～400kN/m；更优选为压光温度为280℃～300℃，压光线压力为350～400kN/m。
所述的可生物完全降解阻隔纸在食品包装领域中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明生产的可生物完全降解纸张具有更好的强度性能，通过添加施胶剂、防水剂、防油剂赋予纸张更好的功能性，通过热压光的方式，使得聚乳酸颗粒与植物纤维很好地熔合在一起，极大地提高了纸张的强度，扩大了纸张的使用范围。
(2)与传统的将PLA颗粒热熔，然后涂覆、淋膜在纸张表面的方法相比，本发明采用纸浆与聚乳酸纤维抄造纸张，阻隔性更好的聚乳酸纤维纵向均匀分布在纸张整个厚度方向，极大地提升了纸张的阻隔性能。
(3)采用本发明方法生产热封纸，具有成本低，生产工艺简单的优点，得到的热封纸具有良好的热封性；本发明通过采用纸浆替代一部分聚乳酸纤维，并采用造纸法替代无纺布法，均大幅度降低生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本实施例中所用的AKD购于山东开普勒生物科技有限公司；PAE购于湖北嘉韵化工科技有限公司；苯乙烯丙烯酸酯共聚乳液购于河南北龙卧化工产品有限公司；聚乳酸(PLA)纤维购于美国NatureWorks公司；阳离子聚丙烯酰胺购于江苏富淼科技股份有限公司。
实施例1
一种可生物完全降解热封纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)将漂白针叶木浆置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行碎解：浆浓控制在质量浓度为3％，碎解时间为30min，得到浆料；
(2)将步骤(1)得到的浆料经过盘磨打浆机打浆，得到打浆度为42°SR的纸浆；
(3)向步骤(2)得到的纸浆中依次加入绝干纸浆重量1.5％的烷基烯酮二聚体(AKD)作为施胶剂、绝干纸浆重量2％的聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)作为湿强剂、绝干纸浆重量3％的苯乙烯丙烯酸酯(SAE)共聚乳液作为防水剂、绝干纸浆重量3％的甲基丙烯酸十二氟庚酯作为防油剂，混合，搅拌35min，得到混合的纸浆；
(4)将纤维长度为4mm的聚乳酸(PLA)纤维置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行疏散分解，浆浓控制在质量浓度为1.2％，搅拌时间为35min，得到疏散分解的PLA纤维；
(5)将步骤(3)得到混合的纸浆与步骤(4)得到疏散分解的PLA纤维混合(其中，绝干纸浆与绝干PLA纤维的质量比为4:6)，在网前箱添加纸浆绝干质量0.05％的分子量为800万的阳离子聚丙烯酰胺作为助留剂，在造纸机上进行抄造成定量为200g/m2的纸张，得到可生物完全降解热封纸。
一种可生物完全降解阻隔纸的制备方法，通过将上述的可生物完全降解热封纸采用压光机压光(压光温度为300℃，压光线压力为400kN/m)，得到可生物完全降解阻隔纸。
实施例2
一种可生物完全降解热封纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)将漂白竹浆置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行碎解：浆浓控制在质量浓度为3.5％，碎解时间为25min，得到浆料；
(2)将步骤(1)得到的浆料经过盘磨打浆机打浆，得到打浆度为38°SR的纸浆；
(3)向步骤(2)得到的纸浆中依次加入绝干纸浆重量1.3％的烷基烯酮二聚体(AKD)作为施胶剂、绝干纸浆重量1.8％的聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)作为湿强剂、绝干纸浆重量2.5％的苯乙烯丙烯酸酯(SAE)共聚乳液作为防水剂、绝干纸浆重量2.5％的甲基丙烯酸十二氟庚酯作为防油剂，混合，搅拌35min，得到混合的纸浆；
(4)将纤维长度为6mm的聚乳酸(PLA)纤维置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行疏散分解，浆浓控制在质量浓度为0.8％，搅拌时间为35min，得到疏散分解的PLA纤维；
(5)将步骤(3)得到混合的纸浆与步骤(4)得到疏散分解的PLA纤维混合(其中，绝干纸浆与绝干PLA纤维的质量比为3:7)，在网前箱添加纸浆绝干质量0.08％的分子量为700万的阳离子聚丙烯酰胺作为助留剂，在造纸机上进行抄造成定量为180g/m2的纸张，得到可生物完全降解热封纸。
一种可生物完全降解阻隔纸的制备方法，通过将上述的可生物完全降解热封纸采用压光机压光(压光温度为280℃，压光线压力为350kN/m)，得到可生物完全降解阻隔纸。
实施例3
一种可生物完全降解热封纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)将漂白阔叶木浆置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行碎解：浆浓控制在质量浓度为4％，碎解时间为35min，得到浆料；
(2)将步骤(1)得到的浆料经过盘磨打浆机打浆，得到打浆度为35°SR的纸浆；
(3)向步骤(2)得到的纸浆中依次加入绝干纸浆重量1.0％的烷基烯酮二聚体(AKD)作为施胶剂、绝干纸浆重量2.2％的聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)作为湿强剂、绝干纸浆重量2.5％的苯乙烯丙烯酸酯(SAE)共聚乳液作为防水剂，混合，搅拌30min，得到混合的纸浆；
(4)将纤维长度为4mm的聚乳酸(PLA)纤维置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行疏散分解，浆浓控制在质量浓度为1.2％，搅拌时间为35min，得到疏散分解的PLA纤维；
(5)将步骤(3)得到混合的纸浆与步骤(4)得到疏散分解的PLA纤维混合(其中，绝干纸浆与绝干PLA纤维的质量比为2:8)，在网前箱添加纸浆绝干质量0.06％的分子量为600万的阳离子聚丙烯酰胺作为助留剂，在造纸机上进行抄造成定量为250g/m2的纸张，得到可生物完全降解热封纸。
实施例4
一种可生物完全降解热封纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)将漂白麻浆置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行碎解：浆浓控制在质量浓度为2.5％，碎解时间为30min，得到浆料；
(2)将步骤(1)得到的浆料经过盘磨打浆机打浆，得到打浆度为38°SR的纸浆；
(3)向步骤(2)得到的纸浆中依次加入绝干纸浆重量0.8％的烷基烯酮二聚体(AKD)作为施胶剂、绝干纸浆重量2.5％的聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)作为湿强剂、绝干纸浆重量1.8％的苯乙烯丙烯酸酯(SAE)共聚乳液作为防水剂，混合，搅拌30min，得到混合的纸浆；
(4)将纤维长度为3mm的聚乳酸(PLA)纤维置于碎浆机(转子线速为900m/min)中进行疏散分解，浆浓控制在质量浓度为1.5％，搅拌时间为35min，得到疏散分解的PLA纤维；
(5)将步骤(3)得到混合的纸浆与步骤(4)得到疏散分解的PLA纤维混合(其中，绝干纸浆与绝干PLA纤维的质量比为1:9)，在网前箱添加纸浆绝干质量0.08％的分子量为700万的阳离子聚丙烯酰胺作为助留剂，在造纸机上进行抄造成定量为280g/m2的纸张，得到可生物完全降解热封纸。
效果实施例1实施例1～2制备得到的可生物完全降解阻隔纸的透气性能检测
分别采用TSY-T1H透湿性测试仪、VAC-V1压差法气体渗透仪对实施例1～2制备得到的可生物完全降解阻隔纸进行材料透湿性测试以及材料透氧性测试。材料的透湿性是用水蒸气透过率来表征的，即在一定温度下、一定的水蒸气浓度差下，单位时间内材料单位面积水蒸气透过量，单位为g/m2·24h。材料的透氧性是用透氧量来表征的，即在一定温度下、一定的氧气压差下，单位时间内材料单位面积氧气的透过量，单位为cm3/m2·24h·0.1MPa。结果如表1所示：表明本发明的可生物完全降解阻隔纸具有较好的水蒸气和氧气的阻隔效果。
表1实施例1～2制备得到的可生物完全降解阻隔纸的透湿性及透氧性
序号 透湿性(g/m<sup>2</sup>·24h) 透氧性(cm<sup>3</sup>/m<sup>2</sup>·24h·0.1MPa)
实施例1 813.46 26.34
实施例2 738.41 24.82
效果实施例2实施例3～4制备得到的可生物完全降解热封纸的热封性能测试
采用HST-H3热封试验仪对实施例3～4制备得到的可生物完全降解热封纸进行材料热封性能测试。材料的热封性是用热封强度来表征的，即一定宽度、一定长度热封样的剥离强度，其单位N/15mm。结果如表2所示：表明本发明的可生物完全降解热封纸具有良好的热封性，并且热封强度也较高。
表2实施例3～4制备得到的可生物完全降解热封纸的热封强度
Figure BDA0002358048000000071
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可生物完全降解热封纸的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将植物纤维原料置于碎浆机进行碎解：浆浓控制在质量浓度为3～8％，碎解时间为5～40min，得到浆料；
(2)将步骤(1)得到的浆料经过盘磨打浆机打浆，得到打浆度为25～75°SR的纸浆；
(3)向步骤(2)得到的纸浆中依次加入施胶剂、湿强剂、防水剂、防油剂，混合，搅拌时间为10～40min，得到混合的纸浆；
(4)将聚乳酸纤维置于碎浆机中进行疏解分散，浆浓控制在质量浓度为0.5％～5％，搅拌时间为5～40min；
(5)将步骤(3)得到混合的纸浆与步骤(4)得到疏散分解的聚乳酸纤维混合，在网前箱添加助留剂，在造纸机上进行抄造，得到可生物完全降解热封纸。
2.根据权利要求1所述的可生物完全降解热封纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的植物纤维为各类植物纤维的漂白浆；进一步为漂白针叶木浆、漂白麻浆、漂白竹浆或漂白阔叶木浆；
步骤(3)中所述的施胶剂为AKD或ASA；进一步为AKD；
步骤(3)中所述的施胶剂的用量为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～3％；进一步为0.8～1.5％；更进一步为0.8～1.0％；
步骤(3)中所述的湿强剂为PAE；
步骤(3)中所述的湿强剂的用量为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～4％；进一步为1.8～2.5％；更进一步为2.2～2.5％；
步骤(3)中所述的防水剂为苯乙烯丙烯酸酯共聚乳液；
步骤(3)中所述的防水剂的用量为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～3％；进一步为1.8～3％；更进一步为1.8～2.5％；
步骤(3)中所述的防油剂为甲基丙烯酸十二氟庚酯；
步骤(3)中所述的防油剂的用量为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0～4％；进一步为0～3％；
步骤(4)中所述的聚乳酸纤维为采用聚乳酸所制得的纤维或聚乳酸改性产品所制得的纤维；
步骤(4)中所述的聚乳酸纤维的长度为0.5mm～8mm；进一步为3mm～6mm；更进一步为3mm～4mm；
步骤(5)中所述的助留剂为分子量为500～900万的阳离子聚丙烯酰胺；进一步为分子量为600～800万的阳离子聚丙烯酰胺；更进一步为分子量为600～700万的阳离子聚丙烯酰胺；
步骤(5)中所述的助留剂的用量为所述的纸浆中所含绝干纸浆重量的0.05～0.08％；进一步为0.06～0.08％。
3.根据权利要求1所述的可生物完全降解热封纸的制备方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的纸浆与所述的聚乳酸纤维的质量比为1:9～9:1；进一步为1:9～4:6；更进一步为1:9～2:8。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的可生物完全降解热封纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的碎浆机的转子线速为900m/min；
步骤(1)中所述的浆浓控制在质量浓度为2.5～4％；
步骤(1)中所述的碎解时间为25～35min；进一步为30～35min；
步骤(2)中所述的打浆度为35～42°SR；进一步为35～38°SR；
步骤(3)中所述的搅拌时间为30～35min；进一步为30min；
步骤(4)中所述的浆浓控制在质量浓度为0.8～1.5％；进一步控制在质量浓度为1.2～1.5％；
步骤(4)中所述的搅拌时间为35min；
步骤(5)中所述的抄造以30～300g/m2的定量进行抄造；进一步以180～280g/m2的定量进行抄造；更进一步以250～280g/m2的定量进行抄造。
5.一种可生物完全降解热封纸，通过权利要求1～4中任一项所述的制备方法得到。
6.权利要求5所述的可生物完全降解热封纸在热封包装领域中的应用。
7.权利要求5所述的可生物完全降解热封纸在制备可生物完全降解阻隔纸中的应用。
8.一种可生物完全降解阻隔纸，其特征在于：通过将权利要求5所述的可生物完全降解热封纸在压光机上压光得到。
9.根据权利要求8所述的可生物完全降解阻隔纸，其特征在于：所述的压光的具体条件为：压光温度为50℃～350℃，压光线压力为30～400kN/m；进一步为压光温度为280℃～300℃，压光线压力为350～400kN/m。
10.权利要求8～9中任一项所述的可生物完全降解阻隔纸在食品包装领域中的应用。
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