CN114148109A - 一种可降解碳带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种可降解碳带，其特征在于，包括纸基以及依次附着于纸基表面的粘结层、防渗转移膜层、和转印显色层；所述粘结层由涂覆在纸基表面的粘结剂制成；所述转印显色层由以下重量百分比的原料制成：粘结剂70~90%、植物染料10‑30%。相较于现有的热转印碳带，本发明可降解碳带表现出较高的耐刮擦性、一定的耐物化腐蚀性、较高的标签适应性及清晰度，且无毒无害，粘结层、防渗转移膜层和转印显色层在生物堆肥及相关降解酶、菌的辅助作用下可被完全分解，纸基可回收再利用，避免了对环境的污染，符合绿色工业的理念。

Description

一种可降解碳带及其制备方法
技术领域
本发明属于热转印技术领域，具体涉及一种可降解碳带及其制备方法。
背景技术
随着热转印技术的成熟和普及，条码碳带已被应用于各个行业及领域，且打印成本实际 上已经要比印刷的成本还要低廉。主要优势表现为：1)运用系统集成解决方案，以条码标签 为媒介，全面提升采购、生产、仓储、物流、销售等管理系统；2)电脑编辑，打印内容及打 印效果比起印刷毫不逊色；3)可以根据需要，选择抗高温、抗腐蚀或者粘贴型强的标签打印； 4)可以打印序列号码，追踪产品；5)可以连接公司数据库资料，进行快速提取资料打印；6) 可以运用于生产流水线上，随时追踪产品生产，避免余料；7)利用条码优势，配合扫描枪使 用，做到减少人工处理时间从而降低成本等。
同时近年来，塑料废弃物管理问题的热度一直居高不下，塑料废弃物污染问题已经成为 了全社会、全产业链共同关注的热点问题。随着人们对白色污染、海洋塑料垃圾污染危害的 认识不断加深，全球多个国家先后颁布了禁塑、限塑令，一时间陷入了“谈塑色变”。然而 通过解析目前市场流通的条码碳带，发现它们均包含爽滑耐热层、带基(BOPET薄膜)和转 印显色层等通用性结构；且BOPET塑料薄膜作为条码碳带产品的承载物，是条码碳带产品 必不可少的一部分，由此不可避免将产生塑料废弃物。
基于此，可降解碳带的开发和应用推广也将是必然趋势。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可降解碳带及其制备方法。本发明尝试将 可降解材料应用于热转印行业，以期解决报废膜带的再处理问题，相较于现有的热转印碳带， 本发明可降解碳带表现出较高的耐刮擦性、一定的耐物化腐蚀性、较高的标签适应性及清晰 度，且无毒无害，粘结层、防渗转移膜层、转印显色层在生物堆肥及相关降解酶、菌的辅助 作用下可被完全分解，纸基可回收再利用，避免了对环境的污染，符合绿色工业的理念。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可降解碳带，其包括纸基以及依次附着于纸基表面的粘结层、防渗转移膜层、和转 印显色层；所述粘结层由涂覆在纸基表面的粘结剂制成；所述转印显色层由以下重量百分比 的原料制成：粘结剂70～90％、植物染料10-30％。所述防渗转移膜层一侧与附着于纸基表面 的粘结层通过覆膜工艺复合于纸基的表面、防渗转移膜层的另一侧涂布转印显色层。所述碳 带的粘结层、防渗转移膜层、转印显色层在生物堆肥及相关降解酶、菌的辅助作用下可被完 全分解，纸基可回收再利用。
具体的，所述粘结剂为聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、 聚8-己内酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)、聚羟基乙酸(PGA)等中的一种或两种以上任意比 例的混合物。
进一步的，所述植物染料为五倍子黑、柿叶黑、冬青叶黑、鼠尾叶黑、乌桕叶黑等中的 一种或两种以上任意比例的混合物。
具体的，所述粘结剂由以下重量百分比的原料组成：聚乳酸(PLA)50％、聚羟基脂肪 酸酯(PHA)30％、聚羟基乙酸(PGA)20％；或者聚丁二酸丁二醇酯(PBS)28％、聚乳酸(PLA)65％、聚乙烯醇(PVA)7％。
具体的，所述转印显色层由以下重量百分比的原料组成：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)30-50％、聚乙烯醇(PVA)或聚羟基脂肪酸酯(PHA)35-45％、植物染料15-25％。如，可以 是如下重量百分比的原料：PBS 50％、PVA 35％、植物染料15％；或者PBS 30％、PHA 45％、 植物染料25％。
上述的可降解碳带中，所述纸基为3.0-5.0μm的格拉辛底纸。最佳优选厚4.0μm的格拉 辛底纸，纸基主要作用在于较通用型碳带的BOPET带基可被回收再利用，较可降解薄膜带 基具备较强的抗拉伸性能。
上述的可降解碳带中，所述防渗转印膜层优选为厚1.0-3.0μm的聚乳酸合成薄膜。最佳 优选厚2.0μm的聚乳酸合成薄膜，防渗转印膜层的主要作用在于阻止转印显色层油墨渗入至 纸基孔隙中，避免造成物料涂布不均匀及生产工艺不稳定；同时在打印过程中，在高温作用 下，薄膜撕裂，随同打印内容一起转印至承载物上，保护打印内容在一定的程度上不受水、 酒精及溶剂侵蚀，保有高解像率、强耐刮擦性、持久的耐候性。
一种上述可降解碳带的制备方法，其包括以下步骤：
1)浆料制备
粘结层浆料：取粘结剂溶解于乙醇与水的混合溶剂中，以质量比计，乙醇：水：粘结层各 物料质量加和＝5：1：3-5；
转印显色层浆料：取粘结剂溶解于乙醇与水的混合溶剂中，然后再加入植物染料并分散均 匀，以质量比计，乙醇：水：转印显色层各物料质量加和＝7：1：1-3；
2)涂布粘结层：在纸基的一面涂布所述粘结层浆料，70-80℃条件下烘干，涂布量控制在 0.2～0.4g/m2；
3)涂布复合防渗转印膜层：在50-60℃的条件下将纸基涂有粘结层的一面朝向防渗转印膜 并进行复合；
4)涂布转印显色层：在步骤3)复合后的防渗转印膜的另一面上涂布转印显色层浆料， 60-70℃条件下烘干，厚度控制在1.5～2.0μm，即得可降解碳带产品。
粘结层的作用在于粘结，并要求在加热打印时有较好的纸张及薄膜粘附性，本发明中， 粘结层需要将防渗转印膜层通过覆膜工艺复合于纸基表面，在实验过程中检测发现：若粘结 剂涂布量小于0.2g/m2，不利于防渗转印膜层与纸基的复合，而粘结剂涂布量大于0.4g/m2， 则会不利于防渗转印膜层的转印，导致转印印迹的耐刮擦性、耐物化腐蚀性等显著下降，因 此本发明选择粘结层涂布量控制在0.2～0.4g/m2，优选0.3g/m2。
本发明对于转印显色层厚度也有一定要求，当转印显色层厚度小于1.5μm时，打印印迹 遮盖度较低，打印显色内容效果较差，不能起到信息记录作用，而当转印显色层厚度大于 2.0μm时，涂层与防渗转印膜层的粘结力降低，易造成转印显色层脱落，因而转印显色层最 佳的厚度范围为1.5～2.0μm，此时会确保良好的产品质量和打印效果；
本发明对于转印显色层植物染料含量也有一定要求，当转印显色层植物染料含量小于 10％时，转印显色层中的粘结剂含量偏高，与防渗转移膜层牢度偏大，转印显色层与承载物 的结合变高，易导致打印内容不能完全转印；转印显色层植物染料含量大于30％时，转印显 色层中的粘结剂含量偏低，转印显色层与承印物的结合变差，因而转印显色层植物染料含量 为10％～30％，此时会确保良好的产品质量和打印效果。
和现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明可降解碳带，尝试将可降解材料应用于热转印行业，解决报废膜带的再处理问题。 相较于通用型碳带，可降解碳带是将凹版印刷工艺和覆膜工艺相结合，即将涂好粘结层的纸 基一侧通过覆膜工艺与聚乳酸合成薄膜进行复合，再通过凹版印刷工艺在聚乳酸合成薄膜的 另一侧涂布转印显色层。此外，本发明提供的可降解碳带与通用型碳带的结构设计和使用性 能也有所不同：本发明可降解碳带的结构设计为纸基、粘结剂层、防渗转移膜层、转印显色 层，而通用型碳带为带基(BOPET薄膜)、离型层和顶涂层，在使用性能上可降解碳带表现 为较好的耐刮擦性、一定的耐物化腐蚀性、较高的标签适应性及清晰度，而且本发明通过将 可降解材料和热转印技术相结合，较通用型碳带，本发明碳带产品无毒无害，各涂层在生物 堆肥及相关降解酶、菌的辅助作用下可被完全分解，纸基可回收再利用，避免了对环境的污 染，符合绿色工业的理念。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发 明的技术方案作出进一步的说明。
介绍具体实施例前，对本发明所提供的可降解碳带的具体制备过程简要介绍如下：本发 明所提供的可降解碳带在结构上主要分为四层，分别为纸基、粘结层、防渗转移膜层、转印 显色层。制备时，使用凹版涂布机通过凹版涂布的方式在纸基的一面涂布粘结层，再通过覆 膜机将纸基涂有粘结层的一面与防渗转印膜一面进行复合，最后再通过凹版印刷工艺在防渗 转印膜的另一面涂布转印显色层，即得可降解碳带产品。
需要说明的是，为便于比较和说明本发明所提供的可降解碳带的具体技术效果，下述各 实施例及对比例中，所采用的防渗转印膜层均为河南卓立膜材料股份有限公司所生产的一种 厚2.0μm的聚乳酸合成薄膜产品，所采用的纸基均为河南省江河纸业有限责任公司所提供的 4.0μm的格拉辛底纸，所用植物染料均为五倍子黑。
需要说明的是，为确保一个良好的堆肥化降解测试，作如下设定：在混有有机肥的沙土 中添加蛋白酶K、青霉菌、腐殖菌等，在可通空气的容器中密封存放；下述各实施例及对比 例的堆肥化降解方案中各原料按质量比计，沙土：有机肥：蛋白酶K：青霉菌：腐殖菌＝1000： 200：0.5：1：2；其中，沙土中水分含量应为60％；沙土pH为7.5。
下述实施例中，所涉及到的各原料及厂家信息列举如下：
植物染料：五倍子黑，购自红河贝叶五经生物科技有限公司；
粘结剂：聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，浙江银佳降解新材料有限公司；
聚8-己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)，东莞市雄启新材料科技有限公司；
聚乙烯醇(PVA)、聚羟基乙酸(PGA)，东莞市宝润工程塑料有限公司；
蛋白酶K：北京索莱宝科技有限公司，货号P9460；
青霉菌(BNCC117714)、腐殖菌(BNCC144633，特异腐质霉)：北纳生物-河南省工业微 生物菌种工程技术研究中心；
有机肥：石家庄百稼兴肥业有限公司，型号1290。
还需要说明的是，下述各实施例中配比均为质量配比。
实施例1～8
各实施例中具体物料配比情况如下表所示。
Figure BDA0003344490960000051
Figure BDA0003344490960000061
上述可降解碳带的制备方法，其包括以下步骤：
1)粘结层的制备：
粘结层中的粘结剂，采用乙醇与水的混合溶剂进行溶解，同时采用加热方式辅助溶解(加 热温度：70±5℃)，溶解完全后，冷却至室温，得到粘结层浆料；其中以质量比计，乙醇： 水：粘结剂层各物料质量加和＝5：1：4，然后采用凹版涂布机，在纸基的一面涂布所述粘结 层浆料，70-80℃下烘干，涂布量控制在0.2-0.4g/m2(具体涂布量参见各实施例)；
2)涂布复合防渗转印膜层：
在50-60℃的条件下将纸基涂有粘结层的一面朝向防渗转印膜并利用覆膜机进行复合；
3)转印显色层的制备：
转印显色层中的粘结剂，采用乙醇与水的混合溶剂进行溶解，同时采用加热方式辅助溶 解(加热温度：70±5℃)，溶解完全后，冷却至40℃再加入植物染料，高速分散均匀，得到 转印显色层浆料；其中以质量比计，乙醇：水：转印显色层各物料质量加和＝7：1：2，然后 采用凹版涂布机，在复合后的防渗转印膜的另一面上涂布所述转印显色层浆料，60-70℃条件 下烘干，厚度控制在1.5～2.0μm(具体厚度参见各实施例)，即得可降解碳带产品。
本发明在研究过程中，为得到粘结层合适涂布量和转印显色层中所用物料的合适配比， 通过调整涂布耗墨量和各物料用量进行了一些对照试验，现选取部分典型的对照试验来作为 对比例，具体如下：
对比例1与对比例2是针粘结层中粘结剂涂布量所设置的对照，其中对比例1所设置粘 结层涂布量仅有0.1g/m2(涂布量偏少)，而对比例2粘结剂层涂布量设定为0.5g/m2(涂布 量较高)；
对比例3与对比例4是针对转印显色层中涂层厚度情况所设置对照，其中对比例3所设 置涂层厚度仅有1.0μm(厚度过低)，而对比例4涂层厚度为2.4μm(厚度过高)；
对比例5与对比例6针对转印显色层中植物染料占比情况进行设置，其中对比例5植物 染料占比较低(占比5％)，对比例6植物染料占比较高(占比35％)；
具体各对比例物料配比情况如下表所示。
需要说明的是，对比例所设置配方的可降解碳带采用与上述实施例1～8相同方法制备而 成，各物料配比同样以质量配比计。
对比例1～6具体物料配比情况如下表所示。
Figure BDA0003344490960000071
Figure BDA0003344490960000081
下面，对上述各实施例以及对比例所制备的可降解碳带，采用热转印打印机打印条码、 字母和文字等，对其解像率进行实际检测；采用解码器对其识别性进行实际检测；采用耐磨 试验机对其耐刮擦性及耐物化腐蚀性进行评价；采用烘箱及冰箱储存对其耐候耐久性能进行 评价；采用剥离强度试验机进行覆和牢度测试；采用生物堆肥方式进行降解程度测试。
所涉及到的各机器型号及检测方法列举如下：
热敏打印机：Zebra 105SL按2inch/s速度以合适打印温度进行打印；
解码器：Hand&Held QC800；
剥离强度试验机：BLD-200N电子剥离试验机，以180°的角度剥离，剥离长度约100mm， 剥离速度300mm/min；
耐磨试验机：DED-004-A确定耐刮磨的位置，固定待检测样本，以压力200N，速度60次/min、行程60mm进行摩擦测试，以摩擦后字迹开始模糊为结束；确定耐物化腐蚀测试的位置，固定待检测样本，以压力200N，速度60次/min、行程60mm分别进行耐酸碱、耐酒 精摩擦测试，以摩擦后字迹开始模糊为结束；
烘箱及冰箱：将样本分别置于40℃烘箱及-20℃冰箱中120h。
打印检测：打印内容清晰可见无残缺；冰箱及烘箱放置，打印内容清晰可见无残缺，优。
降解测试：在混有有机肥的沙土中添加蛋白酶K、青霉菌、腐殖菌等作为实验沙土(沙 土、有机肥、蛋白酶K、青霉菌、腐殖菌质量比为1000：200：0.5：1：2；其中，沙土中水 分含量应为60％；沙土pH为7.5)。分别将规格为10cm×10cm的碳带和纸基(用作对照) 样本置于实验沙土中180d，然后取出，使用清水清理后，将样本置于100℃烘箱中2h，分别 称量碳带和纸基样本的残余物重量，利用放置实验沙土前、后碳带与纸基的重量之差的比值 来计算降解率。
热转印打印机实际打印结果表明：在2IPS条件下，打印内容清晰、解像率高，耐刮擦、 耐物化腐蚀性、耐候性及覆和牢度优异，具备可应用性。对解像识别率、刮擦性、物化腐蚀 性、耐候耐久性和覆和牢度等性能及涂层降解测试的具体检测结果如下表所示。
Figure BDA0003344490960000091
表中“○”表示符合要求，“×”表示不符合要求。
从上表结果可以看出：实施例1～8由于各物料配比合适，因而各项性能均能满足检测要 求，其中实施例1、实施例2在实际使用过程中，效果较好；而对比例由于物料配比不够合 适，因而在部分性能检测中效果欠佳，不适于实际生产使用。
由以上可知，本发明提供的可降解碳带，对其涂层结构进行了针对性设计优化，实验检 测表明：本发明可降解碳带产品具有较好的解像率和一定的耐刮擦耐溶剂性能，可满足客户 的正常使用需求。总体而言，本发明将可降解材料与热转印技术相结合，不仅具有使用方便 和环保无毒无污染的特点，同时在性能上具有解像率高、耐刮擦性强、一定的耐溶剂性、耐 候性耐久性、噪音低、涂层无掉粉情况等优良特性，且粘结层、防渗转移膜层、转印显色层 在生物堆肥及相关降解酶、菌的辅助作用下可被完全分解，纸基可回收再利用，避免了对环 境的污染，符合绿色工业的理念，具有很好的推广应用价值。
需要说明的是，上述实施例仅是本发明的部分较优的技术方案，并非对于技术方案的穷 举，本领域技术人员根据发明内容部分所描述内容，对于相关物料的选择及用量基于本领域 常规方式进行适当选择和替换即可得到多种组合方式，而这些组合应当视为本发明技术方案 的一部分，在此不再重复列举及说明。

Claims (8)

1.一种可降解碳带，其特征在于，包括纸基以及依次附着于纸基表面的粘结层、防渗转移膜层、和转印显色层；所述粘结层由涂覆在纸基表面的粘结剂制成；所述转印显色层由以下重量百分比的原料制成：粘结剂70~90%、植物染料10-30%。
2.根据权利要求1所述的可降解碳带，其特征在于，所述粘结剂为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸酯、聚8-己内酯、聚乙烯醇、聚羟基乙酸中的一种或两种以上任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的可降解碳带，其特征在于，所述植物染料为五倍子黑、柿叶黑、冬青叶黑、鼠尾叶黑、乌桕叶黑中的一种或两种以上任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的可降解碳带，其特征在于，所述粘结剂由以下重量百分比的原料组成：聚乳酸50%、聚羟基脂肪酸酯30%、聚羟基乙酸20%；或者聚丁二酸丁二醇酯28%、聚乳酸65%、聚乙烯醇7%。
5.根据权利要求1所述的可降解碳带，其特征在于，所述转印显色层由以下重量百分比的原料组成：聚丁二酸丁二醇酯30-50%、聚乙烯醇或聚羟基脂肪酸酯35-45%、植物染料15-25%。
6.根据权利要求1所述的可降解碳带，其特征在于，所述纸基为格拉辛底纸。
7.根据权利要求1所述的可降解碳带，其特征在于，所述防渗转印膜层为厚1.0-3.0µm的聚乳酸合成薄膜。
8.权利要求1至7任一项所述可降解碳带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）浆料制备
粘结层浆料：取粘结剂溶解于乙醇与水的混合溶剂中，以质量比计，乙醇：水：粘结层各物料质量加和=5：1：3-5；
转印显色层浆料：取粘结剂溶解于乙醇与水的混合溶剂中，然后再加入植物染料并分散均匀，以质量比计，乙醇：水：转印显色层各物料质量加和=7：1：1-3；
2）涂布粘结层：在纸基的一面涂布所述粘结层浆料，70-80℃条件下烘干，涂布量控制在0.2~0.4g/m2；
3）涂布复合防渗转印膜层：在50-60℃的条件下将纸基涂有粘结层的一面朝向防渗转印膜并进行复合；
4）涂布转印显色层：在步骤3）复合后的防渗转印膜的另一面上涂布转印显色层浆料，60-70℃条件下烘干，厚度控制在1.5~2.0µm，即得可降解碳带产品。
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