TWI698341B

TWI698341B - 矽膠塗層複合紙基材，以及由其所製成的紙吸管

Info

Publication number: TWI698341B
Application number: TW108134592A
Authority: TW
Inventors: 林世立
Original assignee: 翔緯科技股份有限公司
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-07-11
Also published as: TW202112559A

Abstract

本發明關於一種複合紙基材，其包括三層以食品級黏著劑加以黏合且覆設有食品級矽膠膜層的紙材。本發明亦關於由該複合紙基材所製成的紙吸管。藉由覆設所述食品級矽膠膜層，本案紙吸管可以有效地阻隔紙基材令人不悅的味道，維持使用者吸取飲料時的口感。另外，本案紙吸管遇酸性飲料不容易軟化，且符合環保規範。

Description

矽膠塗層複合紙基材，以及由其所製成的紙吸管

本發明關於一種紙基材，特別是一種覆設有食品級矽膠膜層的複合紙基材，其尤其適用於製作紙吸管。本發明也關於由該複合紙基材所製成的紙吸管。

塑膠吸管、塑膠袋等一次性塑膠製品在使用上非常方便，成本也不高，早已成為現代人的生活必須品。但是，由於人們已經養成了在使用這些塑膠製品後即隨手丟棄的習慣，不僅造成塑膠垃圾回收系統的負荷，更對於自然環境產生巨大污染。據估計，臺灣地區每年丟掉約30億根塑膠吸管，而且塑膠吸管在歷年淨灘廢棄物排名上也持續名列前5名。因此，順應歐美各大城市陸續限制使用塑膠吸管的潮流，中華民國行政院環保署也規定自西元2019年7月1日起，政府部門、學校、百貨公司、購物中心和連鎖速食店，內用餐飲不得提供一次性塑膠吸管。行政院環保署更進一步鼓勵大家使用環保吸管，以降低塑膠吸管對於環境的危害。

以一次性使用吸管而言，紙吸管不論是製造過程造成的污染，或是使用完畢後的分解，其所造成的環境負擔相較於塑膠吸管皆更輕微。因此，隨著環保意識抬頭，紙吸管已有逐漸取代塑膠吸管的趨勢。然而，紙吸管也被發現普遍有強度不足以戳入飲料杯封膜、使用時逐漸溶解軟化等缺點。尤其是，習用紙吸管在使用時會散發出紙漿和接著劑的特殊味道，嚴重影響飲品口感。

為了克服上述產業問題，業界目前多半採用在紙材表面貼合聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）或聚苯乙烯（PS）等材質的塑膠膜，或是在紙材上淋膜。但是，PE和PP不耐熱，不適合吸取熱飲，而PVC和PS覆膜的紙吸管則另有溶出塑化劑的潛在問題。中華民國新型專利公告號M573192揭露一種紙吸管，其由內、外兩層紙基材螺旋捲繞而成，這兩層紙基材中間夾設有一黏著層加以黏固，但紙基材暴露出來的表面則未覆設塗層。中華民國新型專利公告號M578979也揭露一種紙吸管，其包括一紙片層，而該紙片層的內、外表面分別覆設有一未述明材質的淋膜層。中華民國發明專利公告號I663942揭露一種紙吸管，其塗覆有由聚胺酯共聚物、丙烯酸酯共聚物、羧基丁苯膠乳、1,2-丙二醇和奈米氧化物所構成的塗層。

雖然業界已針對上述產業問題提出了許多改良方案，但消費者對於能夠有效阻隔紙材氣味、隔熱效果佳且具有高機械強度的紙吸管，仍然存在有殷切的需求。

為了滿足上述產業需求，本案發明人努力地進行紙吸管的研究發展。本案發明人意外地發現到，在適當的紙基材上覆設食品級矽膠膜層，例如覆設黏度介於50,000釐泊至200,000釐泊（25°C）的食品級矽膠膜層，可以有效地阻隔紙材令人不悅的味道，維持使用者吸取飲料時的口感，也能夠有效防水，避免紙吸管接觸飲料後快速軟化，而聚矽氧烷耐高溫且不導熱的化學特性，也使得本案紙吸管適合吸取熱飲。矽膠膜層的低化學活性，使得本案吸管不會與酸性飲料發生反應而發生溶解或軟化。

因此，依據本發明的第一態樣，其提供一種紙基材，特別是一種適用於製作紙吸管的複合紙基材。該複合紙基材包含：一紙質支撐層，包含第一主要表面，以及相對於該第一主要表面的第二主要表面；第一黏著層，其覆設於該第一主要表面，而且由一食品級黏著劑所形成；第一紙基材層，其被覆設於該第一黏著層上；第一矽膠膜層，其被覆設於該第一紙基材層上，而且由一食品級聚矽氧烷所形成；第二黏著層，其覆設於該第二主要表面，而且由該食品級黏著劑所形成；第二紙基材層，其被覆設於該第二黏著層上；以及第二矽膠膜層，其被覆設於該第二紙基材層上，而且由該食品級聚矽氧烷所形成。

在較佳的具體例中，該食品級聚矽氧烷具有一介於50,000釐泊至200,000釐泊（25°C）之間的黏度。在更佳的具體例中，該食品級聚矽氧烷具有一為約100,000釐泊（25°C）的黏度。

在較佳的具體例中，該第一矽膠膜層和該第二矽膠膜層具有一等於或低於20微米的厚度。

在一個較佳的具體例中，該紙質支撐層、該第一紙基材層和該第二紙基材層分別是由選自於銅版原紙、描圖紙、格拉辛紙、牛皮紙和羊皮紙組成的群組中的紙材所構成。在更佳的具體例中，該紙材是選自於銅版原紙。

依據本發明的第二態樣，其提供一種紙吸管，包含一前端開口、一後端開口、以及一沿著一縱長方向延伸且連接該前端開口和該後端開口的連續外壁，藉此界定出一連通該前端開口和該後端開口的中空通道，其中該外壁包含前述複合紙基材，較佳為基本上由前述複合紙基材所組成。

除非另有說明，本案說明書和申請專利範圍中使用的以下術語具有以下定義。應注意的是，在本案說明書和申請專利範圍中使用的不定冠詞“一個”或“一種”旨在表示一個或多於一個，例如“至少一個”、“至少兩個”或“至少三個”，且並不僅僅指單一的一個。另外，申請專利範圍中使用的術語“包括”、“包含”和“具有”是開放式用語，並且不排除未提及的要素。除非另有說明，術語“或”通常涵蓋“和/或”。在整個說明書和申請專利範圍中使用的術語“約”用於描述和表示不會實質上影響本發明的本質的微小變化。

本發明涉及適用於製作紙吸管的複合紙基材，以及運用該複合紙基材所製成的紙吸管。

如圖1所示，本案複合紙基材包含一紙質支撐層1、第一黏著層2、第一紙基材層3、第一矽膠膜層4、第二黏著層5、第二紙基材層6和第二矽膠膜層7等七個薄層。

在本案說明書中，術語“紙”或“紙質”意指由天然植物或動物纖維、例如玻璃等礦物纖維、例如聚酯、聚醯胺或聚丙烯酸酯等人造纖維、抑或是彼等之組合所製成的薄片狀材料。依據本發明，紙質支撐層1、第一紙基材層3和第二紙基材層6是由相同或相異的紙材料所構成，較佳為由實質相同的紙材所構成。在較佳的具體例中，所述紙是由天然植物或動物纖維製成，更佳為選自於由銅版原紙（art base paper）、描圖紙（tracing paper）、格拉辛紙（glassine）、牛皮紙（kraft paper）和羊皮紙（parchment）所組成的群組。最佳為該紙是選自於銅版原紙，意指沒有經過上漿、塗布和其他表面處理的銅版紙，其具有厚度均勻、伸縮性小、強度高等優點。適用於本發明的紙在厚度上並無特別限制，只要具有足夠的機械強度使得紙吸管保持硬挺並且足以戳入飲料杯封膜即可。在使用銅版原紙的較佳具體例中，該銅版原紙具有位於30克/平方米至150克/平方米之範圍內的基重（basis weight），更佳為具有位於60克/平方米至120克/平方米之範圍內的基重，例如具有約120克/平方米的基重，以達到上述目的。

紙質支撐層1呈薄片狀，包含第一主要表面12，以及相對於第一主要表面12的第二主要表面14。第一主要表面12和第二主要表面14分別覆設有第一黏著層2和第二黏著層5。第一黏著層2和第二黏著層5是由相同或相異的食品級黏著劑所構成，較佳為由相同的食品級黏著劑所構成。在本案說明書中，術語“食品級黏著劑”意指美國食品藥物管理局（FDA）於《美國規章典集》（Code of Federal Regulations）第21篇“食品與藥品”中被定義為可以安全添加於食品中或做為食品接觸材料的黏著劑。適用於本發明的食品級黏著劑包括但不限於以糖類為基質的黏著劑、以澱粉為基質的黏著劑和以聚矽氧烷為基質的黏著劑。第一黏著層2和第二黏著層5是用於將第一紙基材層3和第二紙基材層6黏合於紙質支撐層1。第一黏著層2和第二黏著層5的厚度無一定限制，只要能夠達成穩固黏合之目的即可。

第一矽膠膜層4被覆設於第一紙基材層3上，而第二矽膠膜層7被覆設於第二紙基材層6上。本案所使用的術語“矽膠”，或稱為“聚矽氧烷”（ polysiloxanes），意指以矽-氧鍵（Si-O）為主鏈結構的聚合物，其具有化學式[-R ₂SiO-] _n，其中R代表脂族基團或芳族基團。如相關技術領域中具有通常知識者所熟知，所述“矽膠”具有良好的熱安定性，在高溫下分子的化學鍵不易斷裂也不易分解，所以通常可以在–50°C至200°C之間的寬廣溫度範圍內保持穩定性質。“矽膠”也不容易被紫外光和臭氧所分解，更具有優異的拒水性。“矽膠”的化學活性相當低，在接觸酸性或鹼性物質時不易變質。依據本發明，第一矽膠膜層4和第二矽膠膜層7是由食品級聚矽氧烷所構成。在本案說明書中，術語“食品級聚矽氧烷”意指符合於美國食品藥物管理局（FDA）於《美國規章典集》第21篇“食品與藥品”中所制訂的相關安全規範，而可以做為食品接觸材料的聚矽氧烷。依據本發明，第一矽膠膜層4和第二矽膠膜層7是由相同或相異的聚矽氧烷所構成，較佳為由實質相同的聚矽氧烷所構成。更佳為所述食品級聚矽氧烷具有介於50,000釐泊（centipoises；cPs）至200,000釐泊（25°C）之間的黏度，例如約100,000釐泊（25°C）的黏度。食品級聚矽氧烷屬於商業上可購得的產品，例如日本信越化學工業株式會社所生產的離型劑，其通常包括反應性聚矽氧烷、交聯劑、交聯催化劑和稀釋劑所組成，於使用前調配成成膜混合物並且塗布於基材上，經過加成反應而固化形成膜層。更佳為第一矽膠膜層4和第二矽膠膜層7的厚度等於或低於20微米，例如位於1-10微米的範圍內。

值得注意的是，在使用銅版原紙做為第一紙基材層3和第二紙基材層6的具體例中，本案發明人意外地發現到，在第一、第二紙基材層3、6上覆設具有上述黏度的食品級聚矽氧烷，不僅能夠獲致第一矽膠膜層4和第二矽膠膜層7的優良隔絕性質，還進一步克服了成膜混合物滲過紙纖維而到達基材塗覆面的相對面，導致紙基材與其他薄層黏附不良的問題。雖然不希望被任何理論所拘束，但吾人推測，食品級聚矽氧烷的黏度適宜，加上銅版原紙的纖維緻密，獲致了有利的協乘技術效果。

本發明也涵蓋運用前述複合紙基材所製成的紙吸管。用於製作紙吸管的覆膜、點膠和捲管製程已為相關技術領域中具有通常知識者所熟悉，也多半經由半自動化或全自動化機械來進行生產。在較佳的具體例中，本案紙吸管的製造工序包含下列步驟： A.將一食品級聚矽氧烷的成膜混合物塗布在供用於形成第一和第二紙基材層3, 6的基材上，加以固化而在該紙基材上形成一矽膠膜層；以及 B. 將一食品級黏著劑施加於一紙質支撐層的兩側，並且將步驟A所得到的紙基材螺旋捲繞於該紙質支撐層的兩側，且矽膠膜層背對於該紙質支撐層，從而成一管體。

就上述步驟A而言，成膜混合物的塗布工序可藉由習用濕式塗布工序來進行，例如刮刀式塗布工序、滾輪式塗布工序和浸沾式塗布工序。更佳的具體例是採用刮刀式塗布工序，而此一工序可以運用逗號輪塗布機（comma coater）來執行，藉此在被構形成長條狀的紙基材上塗布等於或低於20微米厚度的成膜混合物。經過烘箱加熱固化後，下機收捲的半成品即為覆設有矽膠膜層的紙基材，亦即圖1所示覆有第一矽膠膜層4的第一紙基材層3，以及覆有第二矽膠膜層7的第二紙基材層6。

就上述步驟B而言，可以使一捲細長條狀的紙質支撐層沿其緃長方向以螺旋方式定速饋入一具習用的螺旋紙管機中，再藉由點膠機構將食品級黏著劑塗布於該紙質支撐層的兩側，並且使兩捲依據步驟A所得到的紙基材同步饋入所述螺旋紙管機，分別黏合於該紙質支撐層的兩側，且矽膠膜層皆背對於該紙質支撐層。在較佳的具體例中，上述三捲紙材是以錯位重疊的方式黏合，亦即位於上方的長條狀紙材與位於下方的長條狀紙材是以在寬度方向上只有部分重疊的方式進行黏合。如圖2所示，由三層紙材相互螺旋捲繞而成管體，使得其外表面是由第一矽膠膜層4所構成，而內表面是由第二矽膠膜層7所構成。較佳為這三層紙材具有介於200克/平方米至300克/平方米的總基重，以具備足夠的機械強度。經裁切成適當長度後即為本案紙吸管，其可依據需要而被構形成具有各種管徑，通常介於6毫米至12毫米之間，例如管徑為6毫米者可廣泛用於吸取各式飲料，而管徑為12毫米者則適用於吸取含顆粒的飲料。

如圖2所示，依據上述製造工序所製得的紙吸管包含一前端開口82、一後端開口84以及一沿著一縱長方向延伸且連接前端開口82和後端開口84的連續外壁86，藉此界定出一連通前端開口82和後端開口84的中空通道88。如圖3所示，其中外壁86在靠近前端開口82和後端開口84處可以被適當裁切，使其在一實質垂直於該縱長方向的徑向上包含下列薄層：一紙質支撐層1，包含第一主要表面12，以及相對於該第一主要表面12的第二主要表面14；第一黏著層2，其覆設於該第一主要表面12，而且由一食品級黏著劑所形成；第一紙基材層3，其被覆設於該第一黏著層2上；第一矽膠膜層4，其被覆設於該第一紙基材層3上，而且由一食品級聚矽氧烷所形成；第二黏著層5，其覆設於該第二主要表面14，而且由該食品級黏著劑所形成；第二紙基材層6，其被覆設於該第二黏著層5上，；以及第二矽膠膜層7，其被覆設於該第二紙基材層6上，而且由該食品級聚矽氧烷所形成。

如圖3所示，在較佳的具體例中，外壁86在該徑向上是基本上由前述薄層所組成。

在較佳的具體例中，後端開口84被建構成一斜口構形，以利本案紙吸管戳入飲料杯封膜。

本案紙吸管的內、外表面皆由矽膠膜層構成，因此可以有效地阻隔紙質基材令人不悅的味道，維持使用者吸取飲料時的口感。矽膠膜層也能夠有效拒水，避免紙吸管接觸飲料後快速軟化。矽膠膜層耐高溫且不導熱的化學特性，使得本案紙吸管適合吸取熱飲，而矽膠膜層的低化學活性使得本案吸管對於酸性飲料呈現惰性，因而不容易在酸性飲料中軟化或溶解。本案紙吸管克服了現有紙吸管的眾多產業問題。

以上諸實施例僅供說明本發明之用，而並非對本發明的限制，相關領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的技術範圍做出的各種變換或變化也應屬於本發明的保護範疇。

1:紙質支撐層

12:第一主要表面

14:第二主要表面

2:第一黏著層

3:第一紙基材層

4:第一矽膠膜層

5:第二黏著層

6:第二紙基材層

7:第二矽膠膜層

82:前端開口

84:後端開口

86:外壁

88:中空通道

圖1是本案複合紙基材中各薄層的示意圖；

圖2為本案紙吸管的示意圖，其中顯示第一紙基材層和第二紙基材層在螺旋捲繞於紙質支撐層後的相對位置，而其他薄層則未繪示出；以及

圖3為圖2中A-A剖面之剖視圖。