CN114922004A - 一种热封袋环保新材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热封袋环保新材料及其制备方法，该方法包括如下步骤：将一种或几种植物纤维原料分别进行打浆处理，然后按照一定比例混合；将上述打浆后的浆料加水稀释至浓度为0.1%~0.5%，并向稀释后的浆料中加入水溶性PVA纤维、湿强剂和施胶剂，然后充分搅拌均匀，上网成型，形成待粘合的纸页；其中，水溶性PVA纤维、湿强剂和施胶剂的添加量以占绝干本色针叶木浆和绝干本色竹浆之和的质量百分数计，水溶性PVA纤维添加量为1%~11%，湿强剂的添加量为0.5%~2.0%，施胶剂的添加量为0.05%~0.35%。本发明公开的纸袋用纸物理强度好、绿色环保、具有一定的抗水性，并且可热封。

Description

一种热封袋环保新材料及其制备方法
技术领域
本发明属于环保新材料领域，具体涉及一种热封袋环保新材料及其制备方法。
背景技术
一次性塑料购物袋大多采用聚乙烯或聚丙烯塑料薄膜制成，因其使用方便，价格便宜，得到广泛应用。但塑料购物袋不易生物降解，丢弃之后很难处理，导致白色垃圾泛滥成灾，对环境造成严重的污染。
近年来，沿海地区的海鱼因误食塑料袋死亡的事件时有发生，引起了国家环境保护部门的重视。因此，限制不可降解塑料袋的使用，并寻求可生物降解替代品已成为广大研究工作者的共识。到2025年底，我国绝大部分地区禁止使用不可降解塑料袋。“限塑令”的号召使纸质用品重新被重视起来。
但以纸代塑存在很多技术上的挑战，如纸袋的湿强度不如塑料袋，纸袋不可热封等问题使纸袋的应用受到了限制。
PVA纤维是一种环保型的绿色产品，能在较短的时间内降解，可以用作纸张增强剂来增加纸张的抗张强度、耐破强度和撕裂强度等，还可以增加美纹纸原纸的层间结合强度。如何使用PVA纤维制作性能优异的热封袋是值得研究的。
发明内容
为了解决这些问题，我们探索了PAE、AKD和PVA纤维在纸袋用纸上的应用，发现若在浆内添加一定量的水溶性PVA纤维，当纸页在遇水并在一定温度和压力的条件下能互相粘连在一起，即在满足温度、水和压力的条件下就能将纸页粘在一起，这样就可能实现纸袋的热封。
本发明为了在满足纸张强度的同时降低生产成本，所以选用了本色针叶木浆配用一定比例的本色竹浆为纤维原料。并通过浆内添加PAE和AKD提高纸袋用纸的湿抗张强度和抗水性，扩大了纸袋纸的应用范围。利用PVA纤维的水溶性特点，将其添加在纸浆内，在增强纸张强度的同时实现纸袋用纸的热封性，满足了消费者对纸袋密封的需求。
本发明的目的在于提供一种热封袋环保新材料及其制备方法。采用该方法能够改善纸袋用纸的湿强度和防水性，并且能够实现纸袋的热封。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种热封袋环保新材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将一种或几种植物纤维原料分别进行打浆处理，然后按照一定比例混合；
S2、将上述打浆后的浆料加水稀释至浓度为0.1%~0.5%，并向稀释后的浆料中加入水溶性PVA纤维、湿强剂和施胶剂，然后充分搅拌均匀，上网成型，形成待粘合的纸页；
其中，水溶性PVA纤维、湿强剂和施胶剂的添加量以占绝干本色针叶木浆和绝干本色竹浆之和的质量百分数计，水溶性PVA纤维添加量为1%~11%，湿强剂的添加量为0.5%~2.0%，施胶剂的添加量为0.05%~0.35%。
进一步地，还包括如下步骤：
S3、纸页需要粘合时，用清水涂抹在需要粘合的部位，然后进行热压，即可将纸页粘合在一起。
进一步地，S1中，所述植物纤维原料为本色针叶木浆和本色竹浆，本色针叶木浆绝干质量百分比为60%~100%，本色竹浆绝干质量百分比为0~40%。
进一步地，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2 mm，本色针叶木浆的打浆度为13 ˚SR~40 ˚SR，本色竹浆的打浆度为17 ˚SR~30 ˚SR。
进一步地，S2中，搅拌时间为5-10min。
进一步地，S3中，纸页粘合时，用清水涂抹在需要粘合的部位，然后在一定压力下热封，温度为90 ℃~115 ℃，时间为6 s~40 s，即可将纸页粘合。
进一步地，S3之前还包括：将纸张置于100~110℃的烘箱中，放置时间为25~45min。
本发明还涉及的一种热封袋环保新材料，根据上述的制备方法制得。
步骤S1中，本色针叶木浆用于提高纸袋用纸的强度性能，本色竹浆与本色针叶木浆复配能够在保证纸袋用纸强度的同时降低成本。
步骤S3中，所述当纸页需要粘合时，用清水代替胶类物质涂抹在需要粘合的部位，然后在一定压力下，温度为90 ℃~115 ℃，时间为6 s~40 s，即可将纸页粘合。
本发明各原料所起的作用如下：
本发明采用的原料有本色针叶木浆、本色竹浆、聚酰胺环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体和水溶性PVA纤维。
本色针叶木浆和本色竹浆为常用的造纸纤维原料，本色针叶木浆能够提供纸张较高的物理强度性能，本色竹浆与本色针叶木浆复配，能够在保证纸张物理强度的同时降低成本；
本发明采用的聚酰胺环氧氯丙烷为湿强剂的一种，用于改善纸张的湿强度；
本发明采用的烷基烯酮二聚体为施胶剂的一种，用于改善纸张的防水性；
本发明采用的水溶性PVA纤维是一种绿色环保的可降解材料，可提高纸张的强度性能，本发明首次利用其水溶性的特点通过湿热压的工艺方法实现纸袋用纸的热封性。
在实验过程中，会出现纸页无法粘合的现象，可能的原因和解决措施如下：
第一：AKD未完全熟化；为了使纸袋用纸具备防水性，在浆内添加了AKD，AKD是一种反应型施胶剂，需要一定的熟化期。在实验过程中可将纸张放置在100-110℃的烘箱中来加速熟化，放置时间约为半小时左右。如果待AKD未完全熟化而立即进行热封，涂清水时会导致水立即渗入到纸页内部，纸页表面的水就会减少，不利于水溶性PVA纤维的熔融铺展；进而，在S2之后设置的热处理并非是常规手段。
第二：水溶性PVA纤维分布不匀；本发明通过增加浆料搅拌时间、降低浆料浓度或水溶性PVA纤维与木材纤维一起混合打浆的方法有效解决了水溶性PVA纤维分布不匀导致粘合部位的有效粘合面积少的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
水溶性PVA纤维一般添加在浆内用来增强纸张的强度，本发明将其添加在浆内，然后在水、温度和压力的共同作用下实现了纸张的热封，使得本发明的纸袋用纸强度性能较好，防水性较好；干、湿抗张指数和水接触角表现优异。
与塑料袋相比，本发明的纸袋用纸所需热封温度较低。塑料袋在150 ℃~200 ℃才可实现热封，而本发明的纸袋用纸在105~110℃即可热封，且采用的原料均可降解，热封工艺简单易行，生产效率高。
与其它纸袋用纸相比，在纸袋成型时，粘合部位无需再额外涂抹胶水类物质，只需在粘合部位的表面涂抹清水，然后再经过热压即可使纸张粘合在一起，粘合强度能够满足轻工行业标准QB/T 4379-2019要求的2.50 kN/m。并且能够满足消费者对纸袋密封的需求，拓宽了纸袋的应用领域。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本发明除非另有说明，否则百分号代表的均为质量分数。比例为质量比例，浓度为质量浓度。
PFI磨：挪威PFI公司；标准疏解器：普利赛斯国际贸易有限公司；肖伯尔打浆度仪：瑞典L&W公司；纸页成型器：奥地利PTI公司；自动薄膜封口机：茗鸣淘包装机械有限公司；万能拉力试验机：力试（上海）科学仪器有限公司。
实施例1
本实施例的热封纸袋用纸的制备方法，包括以下步骤：
（1）将本色针叶木浆和本色竹浆分别进行打浆处理，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2 mm，本色针叶木浆的打浆度为32 ˚SR，本色竹浆的打浆度为27 ˚SR；然后按照本色针叶木将与本色竹浆的绝干质量比为7:3混合；
（2）将上述打浆后的浆料加水稀释至浓度为0.2%，并向稀释后的浆料中加入7%的水溶性PVA纤维、1.5%的聚酰胺环氧氯丙烷和0.3%的烷基烯酮二聚体（均相对于绝干浆质量），然后搅拌5 min，上网成型；
（3）将纸张置于105℃的烘箱中，放置时间为30 min；
（4）用清水代替胶类物质涂抹于纸页需要粘合的部位，然后借助自动薄膜封口机进行热封，温度设置为105 ℃，时间为13 s。
参照轻工行业标准QB/T 4379-2019对纸页的粘合部位进行粘合强度测试，所得结果为4.11 kN/m，高于标准所要求的粘合强度不低于2.50 kN/m。
实施例2
本实施例的热封纸袋用纸的研制方法，包括以下步骤：
（1）将本色针叶木浆和本色竹浆分别进行打浆处理，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2 mm，本色针叶木浆的打浆度为32 ˚SR，本色竹浆的打浆度为27 ˚SR；然后按照本色针叶木将与本色竹浆的绝干质量比为7:3混合；
（2）将上述打浆后的浆料加水稀释至浓度为0.25%，并向稀释后的浆料中加入9%的水溶性PVA纤维、1.5%的聚酰胺环氧氯丙烷和0.3%的烷基烯酮二聚体（均相对于绝干浆质量），然后搅拌7 min，上网成型；
（3）将纸张置于105℃的烘箱中，放置时间为40 min；
（4）用清水代替胶类物质涂抹于纸页需要粘合的部位，然后借助自动薄膜封口机进行热封，温度设置为110 ℃，时间为13 s。
参照轻工行业标准QB/T 4379-2019对纸页的粘合部位进行粘合强度测试，所得结果为4.38 kN/m，高于标准所要求的粘合强度不低于2.50 kN/m。
实施例3
本实施例的热封纸袋用纸的研制方法，包括以下步骤：
（1）将本色针叶木浆和本色竹浆分别进行打浆处理，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2 mm，本色针叶木浆的打浆度为32 ˚SR，本色竹浆的打浆度为27 ˚SR；然后按照本色针叶木将与本色竹浆的绝干质量比为7:3混合；
（2）将上述打浆后的浆料加水稀释至浓度为0.18%，并向稀释后的浆料中加入9%的水溶性PVA纤维、1.5%的聚酰胺环氧氯丙烷和0.3%的烷基烯酮二聚体（均相对于绝干浆质量），然后搅拌9 min，上网成型；
（3）将纸张置于105 ℃的烘箱中，放置时间为45 min；
（4）用清水代替胶类物质涂抹于纸页需要粘合的部位，然后借助自动薄膜封口机进行热封，温度设置为110 ℃，时间为6 s。
参照轻工行业标准QB/T 4379-2019对纸页的粘合部位进行粘合强度测试，所得结果为2.61 kN/m，满足标准所要求的粘合强度不低于2.50 kN/m。
实施例4
本实施例的热封纸袋用纸的研制方法，包括以下步骤：
（1）将本色针叶木浆和本色竹浆分别进行打浆处理，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2 mm，本色针叶木浆的打浆度为32 ˚SR，本色竹浆的打浆度为27 ˚SR；然后按照本色针叶木将与本色竹浆的绝干质量比为7:3混合；
（2）将上述打浆后的浆料加水稀释至浓度为0.2%，并向稀释后的浆料中加入9%的水溶性PVA纤维、1.5%的聚酰胺环氧氯丙烷和0.3%的烷基烯酮二聚体（均相对于绝干浆质量），然后搅拌10 min，上网成型；
（3）将纸张置于105 ℃的烘箱中，放置时间为25 min；
（4）用清水代替胶类物质涂抹于纸页需要粘合的部位，然后借助自动薄膜封口机进行热封，温度设置为110 ℃，时间为40 s。
参照轻工行业标准QB/T 4379-2019对纸页的粘合部位进行粘合强度测试，所得结果为4.60 kN/m，高于标准所要求的粘合强度不低于2.50 kN/m。
综上所述，本发明的热封纸袋用纸热封后的粘合强度能够满足轻工行业标准QB/T4379-2019对粘合强度的要求。
本发明中一些工艺条件的设定和效果的对比如表1所示。
表1
Figure 118832DEST_PATH_IMAGE002
表中，数据1组和2组对比可以看出，PVA纤维的添加可实现纸张的热封。其中的粘合机理是：PVA以水为载体逐渐扩散到纸张的表面和内部，由于PVA分子结构中含有大量的羟基，能够与纸浆纤维形成氢键，从而与纸张基材形成良好的粘结；
数据1组和5组对比还可看出浆内添加PVA纤维能够增强纸张的干、湿抗张强度；
数据1组和4组对比可以说明AKD增加了疏水性，这是由于AKD与纤维表面的羟基发生反应从而产生疏水基团，并向外发生定向排列形成疏水膜，从而使纸张具备疏水性；
数据1组和3组对比证明PAE有助于增强纸张的干、湿抗张指数。这是因为当在纸浆中加入PAE时，PAE会沉积于纤维之间或吸附在纤维的表面，也可能渗透到纤维的表面或内部，在纸页的干燥过程中，PAE自身发生交联或与纤维交联，一方面形成网状结构，限制了纤维间的活动，同时也限制了纤维的润胀和变形，另一方面也增强了纤维之间的结合力；
数据2组和数据5组对比可以看出适当延长热封时间有助于纸张粘合强度的提高，数据5组和数据6组对比可以看出适当提高热封温度也有助于粘合强度的提高，因为增加热封温度和热封时间都会使粘合部位的有效粘合面积增加。
适当降低抄纸时的浆料浓度或增加抄纸前浆料的搅拌时间有利于增加纸张粘合部位的粘合强度。这是因为PVA纤维长度较大，容易发生絮聚，导致抄出的纸张匀度较差，PVA纤维分散不均，无法使纸张良好地粘合。当浆料的浓度降低，PVA纤维的浓度也随之降低，不易发生絮聚，纸张的匀度会有所改善；增加抄纸前浆料的搅拌时间能使PVA纤维充分分散于浆料中也会改善纸张的匀度进而使纸张粘合部位的有效粘合面积增加，粘合强度随之增加。
表2 是否置于烘箱的效果对比
PAE添加量/% AKD添加量/% PVA纤维添加量/% 热封时间/s 热封温度/℃ 是否置于烘箱中 粘合强度/kN·m<sup>-1</sup>
1.5 0.3 9 13 110 是 4.38
1.5 0.3 9 13 110 否 0
本发明采用烘箱解决了AKD与纤维未完全反应的问题，如表2所示。
将抄出的纸张置于烘箱的目的是使AKD加速熟化，使纸张获得更好的疏水效果。若未置于烘箱中就立即将纸张进行热封，此时AKD与纤维还未完全反应，纸张的疏水效果较差，当在纸张表面涂清水时，水会立即渗入到纸张内部，不能作为载体使PVA充分铺展在纸张表面，导致纸张粘合的效果差甚至根本无法相互粘合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热封袋环保新材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将一种或几种植物纤维原料分别进行打浆处理，然后按照一定比例混合；
S2、将上述打浆后的浆料加水稀释至浓度为0.1%~0.5%，并向稀释后的浆料中加入水溶性PVA纤维、湿强剂和施胶剂，然后充分搅拌均匀，上网成型，形成待粘合的纸页；
其中，水溶性PVA纤维、湿强剂和施胶剂的添加量以占绝干本色针叶木浆和绝干本色竹浆之和的质量百分数计，水溶性PVA纤维添加量为1%~11%，湿强剂的添加量为0.5%~2.0%，施胶剂的添加量为0.05%~0.35%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：还包括如下步骤：
S3、纸页需要粘合时，用清水涂抹在需要粘合的部位，然后进行热压，即可将纸页粘合在一起。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
S1中，所述植物纤维原料为本色针叶木浆和本色竹浆，本色针叶木浆绝干质量百分比为60%~100%，本色竹浆绝干质量百分比为0~40%。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2 mm，本色针叶木浆的打浆度为13 ˚SR~40 ˚SR，本色竹浆的打浆度为17 ˚SR~30 ˚SR。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S2中，搅拌时间为5~10min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
S3中，纸页粘合时，用清水涂抹在需要粘合的部位，然后在一定压力下热封，温度为90℃~115 ℃，时间为6 s~40 s，即可将纸页粘合。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：S3之前还包括：将纸张置于100~110℃的烘箱中，放置时间为25~45min。
8.一种热封袋环保新材料，其特征在于：根据权利要求1~7中任一项所述的制备方法制得。
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