CN217099263U - 一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构，复合薄膜材料从表层往里层依次包括纤维素层、PLA镀铝层、PBAT层、夹持在纤维素层与PLA镀铝层之间的第一胶粘剂层和夹持在PLA镀铝层与PBAT层之间的第二胶粘剂层，纤维素层、第一胶粘剂层、PLA镀铝层、第二胶粘剂层和PBAT层之间通过复合成膜技术结合在一起。本实用新型具有印刷适应性、耐温性，但延伸性差、不具热封性的纤维素层与阻隔性能高的PLA镀铝膜复合在一起，复合后再与有热封性和延伸性的PBAT层相复合在一起，相互之间性能互补，可制成具备表面润湿张力良好的，耐温可热封，并适应低温冷冻、高阻隔条件等性能需求的复合薄膜材料；除PLA镀铝层外可完全降解，可降解部分可降解率90％以上。

Description

一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构

技术领域

本实用新型涉及可降解复合薄膜材料技术领域，尤其涉及到一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构。

背景技术

目前，环保概念和限塑令推行下，可生物降解包装薄膜是市场上炙手可热的包装材料，并逐步取代不可降解塑料薄膜，可降解可堆肥薄膜材料目前由于分子结构等原因大多数阻水性差，而且在一些特定使用环境下，例如需要一定的耐温性能时，不能满足其功能性需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，解决了可降解材料需要在耐温和透湿方面阻隔性能上的不足，提供一种解决非降解塑料污染环境问题的办法，同时满足功能性包装应用的可降解镀铝复合薄膜材料结构，拓展其应用范围。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种表层耐温的可生物降解高阻隔复合薄膜材料结构，所述复合薄膜材料从表层往里层依次包括纤维素层、PLA镀铝层、PBAT层、夹持在所述纤维素层与PLA镀铝层之间的第一胶粘剂层和夹持在所述PLA镀铝层与PBAT层之间的第二胶粘剂层，所述纤维素层、第一胶粘剂层、PLA镀铝层、第二胶粘剂层和PBAT层之间通过复合成膜技术结合在一起。

优选地，在所述纤维素层与第一胶粘剂层之间还设置有印刷层，所述印刷层设置在所述纤维素层的内表面上。

优选地，所述PLA镀铝层的厚度为12UM-60UM。

优选地，在所述纤维素层的外表面上还可设置有PVDC涂层。

优选地，所述纤维素层可被牛皮纸层替代。

本方案将具有印刷适应性、耐温性，但延伸性差、不具热封性的纤维素层与阻隔性能高的PLA镀铝膜通过第一胶粘剂层复合在一起，复合后再与有热封性和延伸性的PBAT层再通过第二胶粘剂层相复合在一起，相互之间性能互补，可制成具备表面润湿张力良好的，耐温可热封，并适应低温冷冻、高阻隔条件等性能需求的复合薄膜材料；除PLA镀铝层外的材料层完全源于可降解原料，可降解部分可降解率90％以上，节能环保。

附图说明：

图1为本实用新型的复合薄膜材料结构示意图一；

图2为本实用新型的复合薄膜材料结构意图二；

图3为本实用新型的制备流程示意图；

图4为本实用新型干式复合方法工序流程简易示意图；

图5为本实用新型无溶剂复合方法工序流程简易示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例1：

如图1所示，本实施例所述的一种表层耐温的可生物降解高阻隔复合薄膜材料结构，所述复合薄膜材料1从表层往里层依次包括纤维素层2、PLA镀铝层3、PBAT层4、夹持在所述纤维素层2与PLA镀铝层3之间的第一胶粘剂层5和夹持在所述PLA镀铝层3与PBAT层4之间的第二胶粘剂层6，所述纤维素层2、第一胶粘剂层5、PLA镀铝层3、第二胶粘剂层6和PBAT层4之间通过复合成膜技术结合在一起。

所述纤维素层2俗称玻璃纸，英文名cellophane(赛璐玢)具有良好的印刷适性。玻璃纸①可降解：经过浙江工商大学测试表明“该膜制品埋土45天时，薄膜的碎解极为严重，挖取时，与泥土一起崩裂，无法获得膜进行降解失重率的测定”；②无毒、无味，膜制品在燃烧时没有浓烟和恶臭；③有良好的绝缘性(表面电阻8.2×107Ω)，不带静电，不易沾尘，有非常好的印刷适应性；④有良好的透气性：平均透氧率为67.018cc/㎡.day，由于是纤维素组成，膜有毛细孔空隙透气，适合水果、蔬菜等的保鲜贮藏。⑤耐高温：烘箱200℃，持温24小时，不变形。所述然纤维素层24应用于本实用新型厚度在10UM至50UM 之间。

PLA主要成分是源于玉米/甘蔗/木薯提取合成的聚乳酸通过双向拉伸工艺制成的透明薄膜产品，PLA抗拉强度高、挺度好、平整度好，表面印刷性能好，相对天然纤维素的耐温性更好。

所述PLA镀铝层3，采用PLA聚乳酸降解改性薄膜通过真空镀铝工艺加工而成，具有较高的水气与氧气阻隔性，如果用在软包装中，本实用新型的所述PLA 镀铝层3厚度一般为12UM-60UM。

所述PBAT层4是综合性能良好的可降解材料，可以是淀粉、PBAT、PBS、 PBSA、PCL、无机粉体、PHA、PLA聚乳酸、PPC、PGA等的配比或单种材质生产而成的可降解薄膜材料。其中PLA源于玉米/甘蔗/木薯提取葡萄糖合成聚乳酸为生物机材质；PBAT属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和抗冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性，是目前生物降解塑料研究中非常活跃和市场应用广泛的降解材料之一。PBAT、PBS、PBSA、PCL、PPC、PGA源于大自然提取或石油提炼的石油基材质，都具备良好的热封性，在本实用新型中作为热封层使用。

所述第一胶粘剂层5和第二胶粘剂层6是聚氨酯粘合剂或其他环保胶粘剂，可通过传统干式复合或无溶剂复合将上述所述纤维素层2、PLA镀铝层3和PBAT 层4进行贴合成一体。复合用的粘合剂可以是：1、二元酸聚酯多元醇类型胶水； 2、聚氨脂胶；3、也可是一种水性环境友好型丙烯酸酯压敏胶，用于电子保护膜胶粘剂。它克服了传统油性压敏胶使用后难降解，对环境造成污染的问题，并且在太阳光、温度、水和微生物等外界因素作用下，可快速降解，最终分解为二氧化碳和水。做功能性包装时粘合剂需具有阻隔性、耐寒性，能承受制膜制袋后对阻隔水分蒸发的要求，也可承受低温冷藏或冷冻保存的环境要求(有较低的脆化温度)；要能承受内容物及外部环境中各种介质的侵蚀，应无毒、无异味、无臭气，具良好的流动性、流平性，在复合薄膜材料1之间有良好的粘接力。

如表1所示，所述纤维素层2具有印刷适应性，阻隔性佳，但延伸性差；所述PBAT层4耐温性较差，但具有热封性和延伸性；PLA镀铝层3具有阻隔性，在本实用新型中作为阻隔功能层使用。三种材料除PLA镀铝膜外，是源于生物原料的可降解材料，通过胶粘剂贴合成一体，性能互补，制备成型后满足耐温可热封、低温冷冻及高阻隔的包装材料需求，并且可按需求进行印刷，提高产品附加值的可降解包装薄膜材料。

制成后的复合薄膜材料1厚度在40UM至350UM之间，产成品耐温、抗拉伸等性能提高，达到一般塑料薄膜的包装性能。

制成后的复合薄膜材料1可制成食品包装袋(复合强度≥1N)、抽真空包装袋(热封强度≥10N以上)、冷冻袋(-15℃)或日用品包装袋特别是防潮包装应用，及各行业包装应用的可降解薄膜材料。

表1单层产品与复合薄膜产品性能对比

如图2所示，在所述纤维素层2与第一胶粘剂层5之间还设置有印刷层7，所述印刷层7设置在所述纤维素层2的内表面上，本所述复合薄膜材料1可采用表印或里印工艺在所述纤维素层2印刷文字、图案，提高产品附加值。所述复合薄膜材料1采用里印印刷后和其他材料层复合，由于油墨夹在膜层的之间，油墨层免受直接摩擦、划伤以及各种腐蚀性物质的污染破坏，既能减少可降解薄膜印刷中渗色、掉色问题，又避免了油墨给食品、药品带来卫生安全影响，可达到食品、药品的环保和安全要求。

如所述印刷层7的PBAT层4对电晕强度有要求，可对所述纤维素层2与PBAT 层4表面另作电晕处理，增强所述印刷层77油墨或第一胶粘剂与第二胶粘剂层 66的附着力

在所述纤维素层2的外表面可增加防水功能的涂层，改变纤维材质本身的吸潮缺陷，在高湿环境中阻隔水份从表面渗入影响本实用新型材料组合中纤维素层2的性能，提升包装材料的综合性能，增加在所述纤维素层2外表面上的能提高阻隔性能的涂层材料可以是PVDC涂层或者硅油涂层。

所述复合薄膜材料1的纤维素层2也可被牛皮纸层替代。

所述牛皮纸层是坚韧耐水的包装用纸，呈棕黄色，用途很广，常用于制作纸袋、信封、作业本、唱片套、卷宗和砂纸等，定量范围为40UM至120UM，有卷筒纸和平板纸中、又有单面光、双面光和带条纹的区别。主要的质量要求是柔韧结实，耐破度高，能承受较大拉力和压力不破裂。牛皮纸具有很高的拉力，有单光、双光、条纹、无纹等。主要用于包装纸、信封、纸袋等和印刷机滚筒包衬等。

表2：多种不同组合的薄膜材料性能对比

如表2对比所示，本实用新型的纤维素层2、PLA镀铝层3和PBAT层4组合相对于组1、组2的具有耐温的表面，相对于组3可进行双面印刷，相对于组 4的具有更低的成本，相对于组5具有更高的生物降解率，相对于组6的具有更长的摆放以及使用寿命，相对于组7具有更好的阻水性能。

选择符合降解要求的PBAT、PLA、PGA、PBSA、纤维素层24与环保型胶粘剂，符合但不限于以下国际权威降解认证：

●德国Germany DIN EN13432

●美国USA BPI ASTM D6400

●澳大利亚Australia ABAM。

复合采用的胶粘剂的性能应符合但不限于下列卫生安全法规:

●中国食品包装材料添加剂法规GB9685-2008

●美国食品药物管理局(FDA)21CFR175.300

●欧盟ROHS有害物质限制指令

如图3所示，适合本复合薄膜材料1的复合方法有两种工艺：干式复合和无溶剂复合。

干式复合方法首先是使用凹版网线辊涂布在薄膜上涂布一层溶剂型胶粘剂，进入复合设备的干燥烘道进行干燥，接着在热压状态下将第一层薄膜纤维素层2 与第二层PLA镀铝膜进行贴合；该2层结构的复合膜，再次经过同样的涂布工序进行二次涂布、干燥，与第三层PBAT层4复合，收卷成型。

干式复合方法适用于多种薄膜的复合，其抗化学腐蚀性能优异，被广泛应用于内容物条件比较苛刻的包装，例如含碱性、酸性、辣、油脂等成分的食物，含有香精、乳化剂等成分的化妆品，含腐蚀性溶剂、农药等成分的化学品等。

干式复合方法具有以下特点：稳定性好、强度好，适合生产普通复合薄膜，也适合生产冷冻、保鲜或高温灭菌等功能型复合膜，是目前应用最广的薄膜复合方法，操作灵活，产出稳定。

干式复合方法：如图4所示，一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料1的干式复合制备方法，所述第一基材经过由胶盘8、刮刀、凹版辊9和橡胶压辊Ⅰ10组成的涂布机构，所述第一基材一般为所述PBAT层4，使所述第一基材表面涂布有所述溶剂型第二胶粘剂层6后，进入干燥烘道11后所述溶剂型第二胶粘剂层6进行干燥去除溶剂和固化，所述干燥烘道11温度在60-85℃之间，然后进入由所述加热钢辊13和橡胶压辊Ⅱ12组成的热压机构，将第二基材热辊压在所述溶剂型第二胶粘剂层6上，使所述PBAT层4、第二胶粘剂层6和PLA镀铝层3之间压合在一起，所述加热钢辊13的温度在70-90℃之间，所述热压机构的复合压力在不破坏薄膜的情况下，可适当提高压力以增强复合强度，最后经过冷却辊14得到复合薄膜Ⅰ16；将所述复合膜Ⅰ16制得的半成品二层膜再做为第三基材与第四基材纤维素层2进行以上程序进行再次复合。

无溶剂复合方法首先是使用涂布辊在第一基材上涂布无溶剂的聚氨酯胶粘剂，无溶剂的聚氨酯胶粘剂在常温下的粘度较高，在随着温度上升粘度急剧下降，具有良好的涂布性能，并能够以空气的水分作为固化剂，有良好的粘接强度，然后在热压状态下，无溶剂的聚氨酯胶粘剂的粘度变小，在第一基材上涂布(上胶量在0.8-4g/㎡)，最后将第二层薄膜与第一层薄膜和胶粘剂热压复合在一起，如此类推的一层覆一层。上胶面的第一基材与第二基材可以更换上胶不影响效果。

无溶剂复合方法的胶粘剂不含有机溶剂，无需烘干装置。

无溶剂复合方法：如图5所示，一种表层耐温的可生物降解镀铝薄膜材料的制备方法，所述第一基材经过由胶盘8、刮刀、涂布辊13和橡胶压辊Ⅰ10组成的涂布机构后，在导辊的带领下，将所述第一基材表面涂布有所述第二胶粘剂层66送到由加热钢辊13和橡胶压辊Ⅱ12组成的热压机构，将第二层基材热辊压在所述第二胶粘剂层6上，使所述PBAT层4、第二胶粘剂层6和PLA镀铝层3之间压合在一起，所述加热钢辊13的温度在65-90℃之间，所述热压机构的复合压力在不破坏薄膜的情况下，应尽可能提高压力，最后经过冷却辊14得到复合薄膜Ⅱ17；将所述复合膜Ⅱ17得到复合薄膜材料111。所得半成品为第三基材再与第四基材再按上述工艺操作，完成三层复合后再进行熟化，制得本产品。

第一胶粘剂层5与第二胶粘剂层6能够分别与纤维素层2、PLA镀铝层3和 PBAT层4粘合在一起，是因为当第一胶粘剂层5与第二胶粘剂层6分别与纤维素层2、PLA镀铝层3和PBAT层4粘合时，在干燥固化或者或加热固化的过程中生成附着力，即在复合过程中，第一胶粘剂层5与第二胶粘剂层6在受压情况下进入纤维素层2、PLA镀铝层3和PBAT层4中形成相互之间的附着力，粘合效果会受到复合过程中的速度、刮刀距离、溶剂配方、压力分布等因素影响。

上述的干式复合方法和无溶剂复合方法所得到的产物复合薄膜Ⅰ16和复合薄膜Ⅱ17都需要经过熟化工艺，熟化过程可选择在40℃-60℃的恒温室中放置6 小时以上，提高温度可加快化学反应的速度。

熟化反应有利于第一胶粘剂层55与第二胶粘剂层66本身的固化，有利于加速第一胶粘剂层55与第二胶粘剂层66中的-NCO基团与所述纤维素层2、PLA 镀铝层3和PBAT层4表面活动氢基团的相互反应。加热还可使所述第一胶粘剂层55与第二胶粘剂层66软化，以增加对所述纤维素层2、PLA镀铝层3和PBAT 层4表面的润湿，有利于分子运动，有利于提高粘接力，使产物制品能够迅速进行正常的后续加工，缩短生产周期在熟化反应完成之前，复合薄膜Ⅰ16和复合薄膜Ⅱ17的剥离强度一直变化，是呈递增-衰减-稳定的过程。

熟化反应过程还可以在25℃的自然环境中持续48小时以上达到熟化的目的。

熟化后的复合薄膜材料11的剥离强度可达到1N-2N以上。

以上复合工艺也可改为淋膜复合法进行复合，本实用新型有做过相应实验效果合格，但生产速度慢。

一种表层耐温的可生物降解镀铝薄膜材料结构制成的包装袋，所述包装袋由制袋机裁切两张大小相仿的所述复合薄膜材料11叠在一起，将其多个边使用温度在100°-250°之间、热封加边切技术进行封边，制成具有一个开口的N+1 条边封包装袋。

制成后的所述包装袋的复合强度≥1.5N,热封强度≥10N。

制成的所述包装袋包装产品后进行第多边的封装，达到产品包装的目的。

同时本复合薄膜材料11可制成卷膜用于卧式或立式自动包装机，在食品、化妆品、日用品、工业用品以及对阻隔性能有需求的包装应用中都能表现优异。

Claims (5)

1.一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构，其特征在于：所述复合薄膜材料从表层往里层依次包括纤维素层、PLA镀铝层、PBAT层、夹持在所述纤维素层与PLA镀铝层之间的第一胶粘剂层和夹持在所述PLA阻隔层与PBAT层之间的第二胶粘剂层，所述纤维素层、第一胶粘剂层、PLA镀铝层、第二胶粘剂层和PBAT层之间通过复合成膜技术结合在一起。

2.根据权利要求1所述的一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构，其特征在于：在所述纤维素层与第一胶粘剂层之间还设置有印刷层，所述印刷层设置在所述纤维素层的内表面上。

3.根据权利要求1所述的一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构，其特征在于：所述PLA镀铝层的厚度为12UM-60UM。

4.根据权利要求1所述的一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构，

其特征在于：在所述纤维素层的外表面上还可设置有PVDC涂层。

5.根据权利要求1所述的一种表层耐温的可生物降解镀铝复合薄膜材料结构，

其特征在于：所述纤维素层可被牛皮纸层替代。

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