WO2020052676A1

WO2020052676A1 - 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料及其制备方法

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Publication number: WO2020052676A1
Application number: PCT/CN2019/105827
Authority: WO
Inventors: 崔跃飞
Original assignee: 华南理工大学
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2020-03-19
Also published as: CN109505193A

Abstract

一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，包括聚乙烯醇(PVA)、羟丙基纤维素(HPC)、甘油、乙二醇、淀粉、沉淀法二氧化硅、滑石粉、消泡剂、流平剂和水。其制备方法为：各组分计量后加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至95℃，在搅拌下保温2-4小时，然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温，在室温下继续搅拌0.5小时，出料即为一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

Description

一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及纸基复合材料用水溶性涂覆材料的制备及应用领域，具体涉及一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 我国的软包装兴起于上世纪 70年代末。随着包装设备的引进，软包装及其复合包装材料迅速发展起来。所谓复合包装材料是由两种或两种以上不同性能的材料通过层合、共挤等方法结合在一起组成的具有二维结构的包装材料。复合包装材料在微观结构上遵循扬长避短的结合，发挥所组成物质的优点，扩大使用范围、提高经济效益，使它成为一种更实用、更完备的包装材料。纸塑复合包装材料以其阻光、安全卫生、使用方便和成本低廉等特点，已被世界各国广泛应用于食品、药品、化学品及日用品包装及一次性消费包装、一次性便利袋等领域，且每年都在大幅度递增。因此，对纸塑复合包装材料材质、结构及国内外回收利用等方面的研究具有十分重要的意义。

[0003] 纸塑复合包装材料是一种以纸为基本结构材料，与另一种或一种以上薄膜材料，经过一次或多次复合工艺而组合在一起，从而构成一定功能的复合材料，其具有高强度、防水性好、外观漂亮等特点，是目前最流行的包装材料之一。

[0004] 通常薄膜采用 BOPP\PET\CPP\PE等为基材，纸张则采用精制复合专用纸。纸塑复合包装材料可以说是一种环保产品。根据用途、工艺等情况不同大约有几十种分类，常用到软包装领域的有牛皮纸、白牛皮纸、软棉纸、原纸、珠光纸等，定量从 25g/m ²到 80g/m ²不等。

[0005] 目前，纸塑复合材料的生产工艺一般有： ①通过粘合剂实现纸质材料与塑料粘合进行复合；又可分为干法复合和湿法复合，干法复合是采用无溶剂型粘合剂进行复合；如专利 CN106009155A、 CN2635356、 CN1445084等；湿法是采用溶剂型或水性粘合剂进行复合；如专利 CN106584918A、 CN105365282A、 CN1053 28965 A _^ CN105313411A、 CN105291526A、 CN105328964A、 CN102069602A、 CN101638559等②直接在纸质材料上进行淋涂涂覆复合。如专利 CN106256706A 、 CN202480505U等。

[0006] 未来，纸塑复合包装材料将主要向两方面发展：

[0007] 1.功能性纸塑复合包装材料

[0008] 由普通四边封袋子向自立袋方向发展；向插嘴袋、易撕拉链袋方向发展；向独立小包装方向发展；向环保型包装袋方向发展；溯源系统的强制建立实施，纸塑包装袋将向一袋一码方向发展等。

[0009] 2.低温封口纸塑复合包装材料

[0010] 未来包装机械要求简单方便，节约能源，提高速度，增加效率，以适应现代大批量包装的需要，其中使用低温封口包装材料是必要条件。随着包装需求的不断增加，现代化商品对包装提出了更多的要求，这在很大程度上促进了包装材料的创新发展，从简单的纸包装，到单层的塑料包装，再发展到纸塑复合包装材料。未来，纸塑复合包装材料必将向着系列化、多功能、高性能、特殊功能等方向发展，呈现百花齐放的市场局面。

[0011] 综上所述，不难看出，目前成熟生产的纸塑材料，包含有纸基材料、粘合剂材料层和塑料薄膜层；其中除了纸基材料属于环保和环境友好材料外，其他复合到纸基材料上的粘合层和塑料层并不具备环保要求，甚至在使用后的纸基材料回收上会造成很大困扰，不容易把这些不环保的材料层分离出来，也就导致纸基材料回收的困难增大或成本增大。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0012] 本发明的目的在于提供一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料及其制备方法，所述可再循环利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料环保、安全，具有优异的热封粘合性，并能够实现纸塑复合材料的可再生循环利用。

[0013] 本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。 [0014] 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，以重量份数计，至少包括如下组分：

[0015] 聚乙烯醇（PVA） 100

[0016] 羟丙基纤维素（HPC） 10-30

[0017] 甘油 10-20

[0018] 乙二醇 5-15

[0019] 淀粉 5-10

[0020] 沉淀法二氧化硅 2-6

[0021] 滑石粉 5-15

[0022] 消泡剂 0.3-0.8

[0023] 流平剂 0.5-2.0

[0024] 水 450-600。

[0025] 优选的，所述聚乙烯醇（PVA）为完全醇解型聚乙烯醇；该完全醇解型聚乙烯醇的聚合度为 1100 2000、醇解度为 99%，完全醇解型聚乙烯醇具有冷水不溶而热水可溶的特性。

[0026] 优选的，所述羟丙基纤维素（HPC）是摩尔取代度（MS） >3.0, 取代度（DS） > 2.0，聚合度在 100-300之间的高取代度羟丙基纤维素（H-HPC），高取代度羟丙基纤维素（H-HPC）是一种良好的热塑性天然高分子,具有优良的成膜性，优良的粘结性，成膜非常坚韧，光泽性良好；呈化学惰性，难与其他物质发生化学反应；无药理作用，无毒，对生理无害。

[0027] 优选的，所述甘油作为增塑剂，用作聚乙烯醇（PVA）增塑。

[0028] 优选的，所述乙二醇作为羟丙基纤维素（HPC）的良溶剂，用作增溶作用，不加乙二醇，混合溶液体系不稳定，当加入乙二醇后混合溶液均匀稳定。

[0029] 优选的，所述淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉中的一种，作为体积填料加入。

[0030] 优选的，所述沉淀法二氧化硅、滑石粉在本发明中作为一种填料加入，其作用在于为纸基表面提供填坑补平等作用，使涂覆成膜后的膜面更平整。

[0031] 优选的，所述消泡剂为水溶性消泡剂。

[0032] 优选的，所述水是工业去离子水。 [0033] 本发明还包括一种如上所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料的制备方法，所述制备方法包括如下具体步骤：

[0034] ①将各组分加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至 95°C，在搅拌下保温 2-4小时；

[0035] ②然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温；

[0036] ③在室温下继续搅拌 0.5小时,出料即为一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

[0037] 本发明还提供了一种如上所述的水溶性涂覆材料在纸塑复合材料中的应用，该应用包括将所述的水溶性涂覆材料通过涂覆机涂覆到纸基材料表面，经干燥、压光、收卷后即为一种可再循环利用的纸塑复合材料。

发明的有益效果

有益效果

[0038] 本发明与目前现有的纸塑复合材料的制备方法和应用对比有如下特征和优点： ①复合涂层完全使用水作介质，生产中不使用任何有机溶剂，环保、安全； ②所使用的涂覆胶即是与纸基材料的粘合剂又是复合的成膜材料；与纸基材料具有优异的粘合性； ③与纸基材料复合成膜后，复合膜层具有热封性，在纸塑材料制备包装袋可以实现机械热封制袋，效率高； ④适合制备各种纸基包装材料，特别适合制备一次性使用的如购物袋、一次性包装袋、便利袋等快消品的包装和消费； ⑤使用完后可以直接回收再生造纸，不需把涂层膜分离，因为此涂层膜可以在热水下水溶，并可作为纸纤维的补强剂进入造纸过程，实现完全可再生循环利用，是一种真正意义上的环保可再生纸塑复合材料。

发明实施例

本发明的实施方式

[0039] 以下结合具体实施例对本发明技术方案作进一步具体详细的描述，但本发明的实施方式和保护范围不限于此。

[0040] 下列具体实施例中，所使用的聚乙烯醇 (PVA) 是牌号为 PVA-1199、 PVA-139 9、 PVA-1799、 PVA-2099的聚乙烯醇中的一种或多种，所使用的羟丙基纤维素 (HPC) 为美国 Hercules, Inc _·公司生产的 Klucel-E、 Klucel-L、 Klucel-J中的一种，所使用的消泡剂为广州市万容新材料科技有限公司生产的消泡抑泡剂 SRXP811 、 SRXP812、 FSXP901、 FSXP902中的一种，所使用的流平剂为广州市万容新材料科技有限公司生产 LP0100、 LP050A、 LP050C中的一种。

[0041] 实施例 1

[0042] 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，以重量份数计（例如单位 g），包括如下表 1所示组分：

[0043] 表 1

[] [表 1]

[0044] 将上述各组分别计量好， ①将各组分加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至 95°C，在搅拌下保温 2小时（h） ; ②然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温； ③在室温下继续搅拌 0.5小时（h） ; 出料即为一种可再循环利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

[0045] 将上述水溶性涂覆材料在涂覆机上经过计量涂覆到纸基材料（60g/m ²）表面，干燥、压光、收卷即为一种可再循环利用的纸塑复合材料。基本性能如表 2。

[0046] 表 2.实施例 1基本性能：

[0047]

测滅标准复合前纸基材料

60

(g/m 紙基复合材料 (g/m 81 复合膜层水溶性

135

( 9CTC， S) 纸基复合材料

3. I QB/T 2358--9B 熱圭 f性能 (N/ISoro)

[0048] 从上述实验数据可知，实施例 1制备的一种可再循环利用的纸塑复合材料已经具备热封性，可以进行机器自动化制袋，而且复合在纸基材料表面的涂膜具备热水可完全溶解的特征。

[0049] 实施例 2

[0050] 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，以重量份数计，包括如下表 3所示组分：

[0051] 表 3

[]

[表 2]

[0052] 将上述各组分别计量好， ①将各组分加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至 95°C，在搅拌下保温 4小时（h） ; ②然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温； ③在室温下继续搅拌 0.5小时（h） ; 出料即为一种可再循环利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

[0053] 将上述水溶性涂覆材料在涂覆机上经过计量涂覆到纸基材料（80g/m ²）表面，干燥、压光、收卷即为一种可再循环利用的纸塑复合材料。基本性能如表 4。

[0054] 表 4.实施例 2基本性能：

[0055]

测试标准复合前纸基材料

80

(g/W) 纸基复会猶料 (g/fR²) 112 复合靡层水溶性

153

( t；, S) 纸基复合材料

4, 6 QB/T 2358-98 热圭封性能

[0056] 从上述实验数据可知，实施例 2制备的一种可再循环利用的纸塑复合材料已经具备优良的热封性，可以进行机器自动化制袋，而且复合在纸基材料表面的涂膜具备热水可完全溶解的特征。

[0057] 实施例 3

[0058] 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，以重量份数计，包括如下表 5所示组分：

[0059] 表 5

[]

[表 3]

[0060] 将上述各组分别计量好， ①将各组分加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至 95°C，在搅拌下保温 3小时（h） ; ②然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温； ③在室温下继续搅拌 0.5小时（h） ; 出料即为一种可再循环利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

[0061] 将上述水溶性涂覆材料在涂覆机上经过计量涂覆到纸基材料（45g/m ²）表面，干燥、压光、收卷即为一种可再循环利用的纸塑复合材料。基本性能如表 6。

[0062] 表 6 _·实施例 3基本性能：

[0063] 实施例 3 测试标准复合前纸基材料

_{/ /}

2 _\

Vg/ ffi ) 紙基复合材料 (g/m ) 63 复合騰歷水溶性

ioe

( >9rc , S) 紙基复合材料

材料破坏 QB/T 2358-98 热封性能 ( 5_)

[0064] 从上述实验数据可知，实施例 3制备的一种可再循环利用的纸塑复合材料已经具备优良的热封性，可以进行机器自动化制袋，而且复合在纸基材料表面的涂膜具备热水可完全溶解的特征。

[0065] 实施例 4

[0066] 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，以重量份数计，包括如下表 7所示组分：

[0067] 表 7

[]

[表 4]

[0068] 将上述各组分别计量好， ①将各组分加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至 95°C，在搅拌下保温 4小时（h） ; ②然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温； ③在室温下继续搅拌 0.5小时（h） ; 出料即为一种可再循环利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

[0069] 将上述水溶性涂覆材料在涂覆机上经过计量涂覆到纸基材料（35g/m ²）表面，干燥、压光、收卷即为一种可再循环利用的纸塑复合材料。基本性能如表 8。

[0070] 表 8.实施例 4基本性能：

[0071]

测试标准复合前纸基材料

(g/m^s) 纸基复合村料 (g/m²)

复合議层水溶性

(>9crc_s s)

纸基复合材料

材料破坏 QB/T 2358-98 热封性能 (N/15mm)

[0072] 从上述实验数据可知，实施例 4制备的一种可再循环利用的纸塑复合材料已经具备优良的热封性，可以进行机器自动化制袋，而且复合在纸基材料表面的涂膜具备热水可完全溶解的特征。

[0073] 实施例 5

[0074] 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，以重量份数计，包括如下表 9所示组分：

[0075] 表 9

[]

[表 5]

[0076] 将上述各组分别计量好， ①将各组分加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至 95°C，在搅拌下保温 4小时（h） ; ②然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温； ③在室温下继续搅拌 0.5小时（h） ; 出料即为一种可再循环利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

[0077] 将上述水溶性涂覆材料在涂覆机上经过计量涂覆到纸基材料（I25g/m ²）表面，干燥、压光、收卷即为一种可再循环利用的纸塑复合材料。基本性能如表 10

[0078] 表 10.实施例 5基本性能:

[0079]

复含前紙基材料

12§

C_l/m²} 紙基复合材料 (g/m^r) 162 5 复合膜层水溶性

127

(>9trc, s)

紙基复合材料

材料破坏韻 /T 23驗、、雜热圭 t性能 ( N/ 15mm )

[0080] 从上述实验数据可知，实施例 5制备的一种可再循环利用的纸塑复合材料已经具备优良的热封性，可以进行机器自动化制袋，而且复合在纸基材料表面的涂膜具备热水可完全溶解的特征。

[0081] 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，其它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

权利要求书 [权利要求 1] 一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，以重量份数计，其特征在于，至少包括如下组分：

[表 1]

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，其特征在于，所述聚乙烯醇为完全醇解型聚乙烯醇；该完全醇解型聚乙烯醇的聚合度为 1100-2000 _^ 醇解度为 99%。

[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，其特征在于，所述羟丙基纤维素的摩尔取代度 23.0, 取代度 22 .0, 聚合度在 100-300之间。

[权利要求 4] 根据权利要求 1所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，其特征在于，所述甘油作为增塑剂，用作聚乙烯醇增塑。

[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，其特征在于，所述乙二醇作为羟丙基纤维素的良溶剂，主要用作增溶作用。

[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，其特征在于，所述淀粉包括玉米淀粉、木著淀粉中的一种，作为体积填料加入。

[权利要求 7] 根据权利要求 1所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，其特征在于，所述消泡剂为水溶性消泡剂。

[权利要求 8] 根据权利要求 1所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料，其特征在于，所述水是工业去离子水。

[权利要求 9] 一种如权利要求 1~8任一所述的可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

①将各组分分别计量好，加入到带有加热夹套的容器中，在搅拌下升温至 95°C，在搅拌下保温 2-4小时；

②然后停止加热，并通过夹套冷却水冷却至室温；

③在室温下继续搅拌 0.5小时，出料即为一种可循环再生利用的纸塑复合材料用水溶性涂覆材料。

[权利要求 10] 一种如权利要求 1~8任一所述的水溶性涂覆材料在纸塑复合材料中的应用，其特征在于，将所述的水溶性涂覆材料通过涂覆机涂覆到纸基材料表面，经干燥、压光、收卷后即为一种可再循环利用的纸塑复合材料。