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一种淋膜用复合BioPBS树脂和制备淋膜纸的工艺的制作方法

2020-05-28 21:07:38 lihaigang 1

本发明涉及有机高分子化合物技术领域,尤其是涉及一种淋膜用复合BioPBS树脂和制备淋膜纸的工艺。



背景技术:

聚丁二酸丁二醇酯(PBS),也称聚丁烯琥珀酸酯或聚琥珀酸丁二酯,它的主链中含有易水解的酯键,且主链柔顺,是一种具有完全生物降解性能的半晶热塑性树脂,熔点114℃,结晶度在40~60%之间。它的性能介于聚乙烯和聚丙烯之间,可直接作为塑料加工。它具有良好的加工性能,可以在普通的设备上进行成型加工,也可以进行注塑、吹塑、吹膜、吸塑、层压、发泡、纺丝等成型加工。由于聚丁二酸丁二醇酯具有良好的生物可降解性能,可作为全生物可降解材料,应用于餐饮用具、日杂用品、农用材料、生物医用高分子材料等方面,也可以作为材料玩具、家电、日化、食品、药品的包装材料。

使用生物基聚丁二酸丁二醇酯(BioPBS)通过淋膜工艺生产BioPBS生物可降解淋膜纸以下简称淋膜纸。生物基聚丁二酸丁二醇酯以熔融料的方式淋膜于纸面上并在纸面上形成淋膜层。

但是在现有技术中淋膜纸具有生产适应性差和剥离强度差的问题。其中生产适应性差包括如下问题,一、由于熔融料挤出不稳定,生产时纸面的两端会出现间断性缺料情况,即部分纸面无熔融BioPBS。二、BioPBS熔融料的淋膜克重波动大,纸面的两侧克重高中间克重低,偏差达8g/m2。三、淋膜克重高,淋膜克重设置在25-30g/m2,即使保持在该淋膜克重下生产,两端也有间断性缺料情况,即部分纸面无熔融BioPBS的情况。淋膜克重越低,抽料、间断性缺料异常越严重。四、BioPBS熔融料挤出外观出现很多小的晶点,影响淋膜纸的成品质量。剥离强度差的问题为BioPBS熔融料挤出涂覆于纸面上,较容易将BioPBS淋膜层与纸面剥离,并且在BioPBS淋膜层上很少有纸毛粘连。使用拉力仪器检测剥离强度在0.2-0.9N/15mm,数据波动大而不稳定。



技术实现要素:

本发明第一方面的目的在于提供一种淋膜用复合BioPBS树脂,以解决现有技术中存在的生产适应性差和剥离强度差的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:

本发明提供的一种淋膜用复合BioPBS树脂,以质量百分占比计,包括如下质量比的材料制备而成,BioPBS树脂PZ71PM:BioPBS树脂FZ91PM:抗氧化剂:脱膜剂=(5%-90%):(5%-90%):(1%-5%):(1%-5%)。

本发明的有益效果是通过淋膜用复合BioPBS树脂各材料的配比,能够使复合BioPBS树脂在制作淋膜时挤出的熔融料挤出稳定,从而提高淋膜层克重的均匀性;提高淋膜层的脱缸效果和剥离强度;进而提高淋膜纸的生产适应性和剥离强度。

在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。

进一步的,所述的一种淋膜用复合BioPBS树脂,所述抗氧化剂包括抗氧化剂MZ7A0101或抗氧化剂MB92AM;所述脱膜剂包括脱膜剂MB71BM或脱膜剂MZ7C0201。

进一步的,所述的一种淋膜用复合BioPBS树脂,所述BioPBS树脂PZ71PM:BioPBS树脂FZ91PM:抗氧化剂:脱膜剂=(48%-56%):(40%-48%):(1%-3%):(1%-3%)。

本发明第二方面的目的在于提供一种制备淋膜纸的工艺,以解决现有技术中存在的生产适应性差和剥离强度差的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:

本发明提供的一种制备淋膜纸的工艺,S1,将淋膜用复合BioPBS树脂混合搅拌,进入螺筒中并逐渐升温至220-270℃并保持以使淋膜用复合BioPBS树脂为熔融料。S2,将熔融料输送至挤出模具挤出并涂覆于纸面上形成淋膜层,涂覆初始提高淋膜克重,运行稳定后逐渐降低至预设标准克重。S3,涂覆有所述淋膜层的纸面依次经压力为0.4-0.6MPa的复合辊和冷却水温为16-22℃的冷缸冷却压合成型为淋膜纸。其中淋膜用复合BioPBS树脂为本发明第一方面所述的淋膜用复合BioPBS树脂。

本发明的有益效果是通过步骤S1至S3,能够使挤出的熔融料挤出稳定,从而提高淋膜层克重的均匀性;提高淋膜层的脱缸效果和剥离强度;进而提高淋膜纸的生产适应性和剥离强度。

进一步的,所述的制备淋膜纸的工艺,所述步骤S2还包括用于稳定所述淋膜层在幅宽方向两侧的小边厚度而调整位于挤出模具的模唇两侧的导流片和Y型铜条。

进一步的,所述的制备淋膜纸的工艺,所述步骤S2还包括缩小所述挤出模具的模唇间隙。

进一步的,所述的制备淋膜纸的工艺,所述步骤S3中还包括在使用前对所述冷缸表面清洁干净。

进一步的,所述的制备淋膜纸的工艺,,所述步骤S3中用以避免所述淋膜层粘贴所述冷缸可降低所述冷却水温或/和增加脱膜剂的质量百分占比。

进一步的,所述的制备淋膜纸的工艺,所述步骤S2和S3中,所述纸面的输送生产速度为100±50m/min。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明淋膜纸复合制作结构示意图;

图2是本发明挤出模具调节过程结构示意图;

图3是本发明与图2对应的小边厚度变化示意图。

图中1-原纸,2-复合辊,3-挤出模具,4-挤出熔融料,5-淋膜层,6-冷缸,7-整流器,8-导流片,9-Y型铜条。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。

本发明第一方面提供了一种淋膜用复合BioPBS树脂,以质量百分占比计,包括如下质量比的材料制备而成,BioPBS树脂PZ71PM:BioPBS树脂FZ91PM:抗氧化剂:脱膜剂=(5%-90%):(5%-90%):(1%-5%):(1%-5%)。

具体的,淋膜用复合BioPBS树脂通过淋膜机对基材进行涂覆,以淋膜层涂覆于基材上。基材可以采用原纸。

BioPBS树脂PZ71PM和BioPBS树脂FZ91PM分别为泰国PTTMCC公司研发生产的BioPBS树脂的两种型号,为现有技术,在此不再赘述。其中BioPBS树脂PZ71PM的粘性比BioPBS树脂FZ91PM粘性好,BioPBS树脂PZ71PM所占比例越高所制备的淋膜层与纸面的剥离强度越好,但是复合BioPBS树脂在涂覆纸面时以熔融状态从挤出模具的挤出料缩幅严重,从而导致挤出涂覆缺料、抽料问题,稳定性差,生产报废多成本高,难以进入量产。但是BioPBS树脂FZ91PM稳定性好,挤出料稳定,但粘性较差,淋膜层与纸面的剥离强度差,无法满足产品品质要求。抗氧化剂和脱膜剂的添加有利于淋膜层的抗氧化和在淋膜机上的脱膜工艺。

通过合理设置BioPBS树脂PZ71PM和BioPBS树脂FZ91PM的比例,从而能够降低挤出料缩料、淋膜漏涂和淋膜层克重不稳定,并能够改善淋膜层粘缸的现象,提高淋膜层与基材接触面的剥离强度。

复合BioPBS树脂所制作的BioPBS生物可降解淋膜纸,以下简称BioPBS淋膜纸,是一种环保材料,成型产品在使用过程中性能稳定,使用后在掩埋、堆肥、土壤、水和活化污泥等环境下被微生物或动植物体内的酶最终分解为二氧化碳和水,对环境友好,是替代传统PE淋膜纸产品产生“白色污染”的最好材料。且与PE淋膜纸一样,BioPBS淋膜纸也具有很好的耐热性能,热变形温度接近100℃。BioPBS淋膜纸应用广泛,用于制备冷热饮容器和餐盒等包装容器领域(可以使用温度区间是-30-100℃)。BioPBS淋膜纸的加工温度比传统PE淋膜纸低,从而节约设备能耗。

淋膜用复合BioPBS树脂的制备可以参阅本发明第二方面所述的制备淋膜纸的工艺,在此不再赘述。

作为可选地实施方式,抗氧化剂包括抗氧化剂MZ7A0101或抗氧化剂MB92AM。脱膜剂包括脱膜剂MB71BM或脱膜剂MZ7C0201。

具体的,抗氧化剂用于改善熔融料的挤出效果,外观质量。其中抗氧化剂MZ7A0101更适合于BioPBS树脂PZ71PM,抗氧化剂MB92AM更适合于BioPBS树脂FZ91PM。

脱模剂用于成型淋膜纸改善脱缸,也就是脱离冷缸的效果。添加比例越高脱模效果越好,但是对剥离强度会越低。

抗氧化剂MZ7A0101和抗氧化剂MB92AM,及脱膜剂MB71BM和脱膜剂MZ7C0201均为泰国PTTMCC公司针对本发明的BioPBS树脂PZ71PM和BioPBS树脂FZ91PM所提供的抗氧化剂和脱膜剂,为现有技术,在此不再赘述。

作为可选地实施方式,BioPBS树脂PZ71PM:BioPBS树脂FZ91PM:抗氧化剂:脱膜剂=(48%-56%):(40%-48%):(1%-3%):(1%-3%)。

具体的,如下表1为BioPBS树脂PZ71PM:BioPBS树脂FZ91PM:抗氧化剂MZ7A0101:脱膜剂MB71BM=48%:48%:2%:2%的淋膜层与纸面剥离强度和定量检测数据表。

表1



表1中品名规格中740为淋膜纸的幅宽740mm,280为原纸的克重280g/m2,20为涂覆BioPBS克重为20g/m2。BioPBS定量为每平方米纸面上涂覆BioPBS的质量。其中,对剥离强度和定量的检测分别取4组,每组取5个样品进行测试。每个品名规格对应最后一行数据为每组5个样品的均值。

从表1中可以得知,剥离强度在0.2-0.4N/15mm范围内,BioPBS定量偏差在18-23g/m2范围,从而在降低BioPBS定量的情况下能够保证生产的稳定性。

如下表2为BioPBS树脂PZ71PM:BioPBS树脂FZ91PM:抗氧化剂MB92AM:脱膜剂MZ7C0201=56%:40%:2%:2%的淋膜层与纸面剥离强度和定量检测数据表。

表2


此文为转载,如有问题,请联系删除。

表2中663*(BioPBS20+280+BioPBS20)表示淋膜纸的幅宽为663mm,克重为280g/m2的原纸两面均涂覆BioPBS克重为20g/m2。740*(300+BioPBS20)表示表示淋膜纸的幅宽为740mm,克重为300g/m2的原纸单面涂覆BioPBS克重为20g/m2。758*(230+BioPBS20)表示淋膜纸的幅宽为758mm,克重为230g/m2的原纸单面涂覆BioPBS克重为20g/m2。643*(280+BioPBS20)表示淋膜纸的幅宽为643mm,克重为280g/m2的原纸单面涂覆BioPBS克重为20g/m2

由表2中可以得知,剥离强度在1N/15mm以上,BioPBS定量偏差在18.6-21.8g/m2范围。

由表1和表2对比可知,其一,通过提高PZ71PM质量百分占比,降低FZ91PM的质量百分比,能够提高剥离强度;其二,淋膜克重更趋于稳定,淋膜克重均匀性更好;其三,从生产实验中直观对比,调整脱模型号,脱缸效果更好,与现有技术中的聚乙烯淋膜纸也就是PE淋膜纸脱缸效果无差异。

本发明第二方面提供了一种制备淋膜纸的工艺,包括如下步骤,S1,将淋膜用复合BioPBS树脂混合搅拌,进入螺筒中并逐渐升温至220-270℃并保持以使淋膜用复合BioPBS树脂为熔融料。S2,将熔融料输送至挤出模具挤出并涂覆于纸面上形成淋膜层,涂覆初始提高淋膜克重,运行稳定后逐渐降低至预设标准克重。S3,涂覆有所述淋膜层的纸面依次经压力为0.4-0.6MPa的复合辊和冷却水温为16-22℃的冷缸冷却压合成型为淋膜纸。其中淋膜用复合BioPBS树脂为本发明第一方面所述的淋膜用复合BioPBS树脂。

具体的,制作淋膜纸的设备采用江苏来义包装机械有限公司研制的LY-ASP100-1400-P型单面挤出PBS专用复合机。螺筒用于将复合BioPBS树脂混合加热并输送至挤出模具。为了使复合BioPBS树脂混合和加热均匀,沿复合BioPBS树脂在螺筒中的输送方向分段设置逐步提高温度的多个加热区,一般可以采用外区段式加热模块加热的五个加热区,将颗粒状的复合BioPBS树脂材料软化、熔融到流体状。第一加热区的加热温度为140-180℃,第二加热区的加热温度为170-220℃,第三加热区的加热温度为200-240℃,第四加热区的加热温度为220-260℃,第五加热区的加热温度为220-270℃。从而使复合BioPBS熔融料通过驱动装置带动螺筒内的螺杆推送至温度保持在220-270℃的滤网系统进行杂质过滤。熔融料均匀塑化后经滤网系统的网孔挤出,从而提高熔融均匀性和改善塑化效果。从网孔被挤出的熔融料沿熔融料输送方向依次连接的内部温度保持在220-270℃的连接流道和模颈,模颈与挤出模具连接,将熔融料输送至挤出模具。为了提高熔融料的流动性,挤出模具内部保持在220-270℃。也就是熔融料的温度保持在220-270℃的范围内,温度偏低,降低熔融料塑化效果从而降低剥离强度;温度偏高,熔融料熔融后会部分分解,破坏熔融料熔融材料分子结构,并从挤出模挤出后形成的淋膜层漏涂或缩料,克重不均匀,影响淋膜层的外观和剥离强度。

步骤S1中复合BioPBS树脂颗粒混合搅拌树脂在输送过程中逐步加热并混合。拌时间必须保证在10分钟以上,从而确保能够混合均匀。

步骤S2中,涂覆初始提高淋膜克重,运行稳定后逐渐降低至预设标准克重。从而避免挤出模具挤出的熔融料所形成的淋膜层不稳定,纸面的淋膜两侧抽料严重所导致的漏涂膜和淋膜层克重不稳定。具体的,在整台设备开机初期,淋膜预设标准克重可以采用18±3g/m2,而涂覆初始淋膜的克重可以设定在20g/m2或21g/m2,以提高淋膜克重,并在设备运行稳定后逐渐降低淋膜克重至标准克重18g/m2

步骤S3中,如图1所示,其中图1是本发明淋膜纸复合制作结构示意图。复合辊2和冷缸6相邻设置,其间的空隙用于输送淋膜纸。在制作过程中,挤出模具3位于复合辊2和冷缸6之间的原纸1的纸面之上,也就是纸面的复合部位置。挤出模具3将熔融料4挤出涂覆于纸面上形成淋膜层,复合辊2和冷缸6压合冷却淋膜层和原纸1,从而形成淋膜纸。

将复合辊的压力设置为0.4-0.6MPa,从而提高淋膜层与纸面的连接力,增加剥离强度。压力过大,对复合辊的损耗越大,降低复合辊的使用寿命;压力过小,复合辊未起到压合效果,降低剥离强度。

冷缸中的冷却水温为16-22℃。从而避免淋膜层粘缸而导致的淋膜面出现满版褶皱或缠缸,进而提高脱缸效果。

本发明通过步骤S1至S3,能够使挤出的熔融料挤出稳定,在降低淋膜克重的情况下提高淋膜克重的均匀性;提高淋膜层的脱缸效果和剥离强度;进而提高淋膜纸的生产适应性和剥离强度。

作为可选地实施方式,步骤S2还包括用于稳定所述淋膜层在幅宽方向两侧的小边厚度而调整位于挤出模具的模唇两侧的导流片和Y型铜条。

具体的,如图2至图3所示,其中图2是本发明挤出模具调节过程结构示意图。图3是本发明与图2对应的小边厚度变化示意图。整流器7、导流片8和Y型铜条9从上至下依次安装,并均位于挤出模具的模唇两侧淋膜纸幅宽度方向对称安装。从而对模唇上部的模腔两侧的熔融料起到导流的作用。Y型铜条9具有上下开口并与模腔相连通。前述中已将本发明所采用的设备研制厂家和型号公布,故在此不再赘述具体结构。

为了使流向挤出模具的模腔两侧的熔融料得到有效分流,在压力作用下从而稳定挤出的淋膜层沿幅宽度方向两侧厚度,也就是淋膜层两侧边的小边厚度较淋膜层厚度平齐,进而避免小边厚度高出于淋膜层厚度,也就是与小边相邻的淋膜层其他部位厚度平齐。

如图2和图3从上至下依次对应所示,首先,整流器7、导流片8和Y型铜条9的位置关系未作调整,流向模腔两侧的熔融料未有效分流,在压力作用下挤出的淋膜层沿幅宽度方向的两侧厚度偏厚,高出于与其相邻的淋膜层厚度。其次,向内推进整流器7或者向外拉出导流片8和Y型铜条9来调节熔融料的流动平衡,从而在模唇两侧较大幅宽范围的调节小边厚度。在一实施例中,可调节小边凸起的幅度范围约10-30mm。再次,向内推进整流器7和导流片8或者向外拉出Y型铜条9来调节熔融料的流动平衡,从而在模唇两侧较小幅宽范围内调节小边厚度。在一实施例中,可调节小边凸起的幅度范围约5-15mm。但是,如导流片8继续向内推动,在一实施例中距离淋膜层的小边边缘5-15mm处会出现凹陷,导致淋膜层小边厚度的缺陷。

作为可选地实施方式,步骤S2还包括缩小挤出模具的模唇间隙。

具体的,缩小挤出模具的模唇间隙从而增加挤出压力,扩大挤出料涂覆面积,进而有利于改善挤出料缩幅,避免淋膜层漏涂覆纸面和淋膜层克重不稳定。挤出模具的模唇间隙一般在0.8-1mm范围内,为了增大挤出压力,可以将模唇间隙设置在0.75mm或0.75mm左右甚至更小间隙。

作为可选地实施方式,步骤S3中还包括在使用前对冷缸表面清洁干净。

具体的,冷缸对淋膜纸起到冷却定型的作用,淋膜层直接与冷缸接触定型后需脱离冷缸,也就是脱缸。为了提高脱缸效果,在整个淋膜设备未开启前,将冷缸表面清洁干净,熔融状态的复合BioPBS树脂从挤出模具以熔体状态挤出涂覆于纸面上,经冷缸压合紧贴于冷缸表面以冷却定型。由于淋膜纸作为食品包装材料使用时需包装卫生质量,故冷缸需医用酒精清洁消毒。

作为可选地实施方式,步骤S3中用以避免淋膜层粘贴冷缸可降低冷却水温或/和增加脱膜剂的质量百分占比。

具体的,步骤S3中淋膜层在冷缸冷却定型后,需脱缸,故第一方面可通过降低冷却水温度以降低冷缸表面温度而提高脱缸效果,但是冷却水温度过低会降低剥离强度,冷却水温度的提高有利于剥离强度的提高,故冷却水温度需在一定范围内降低,从而提高脱缸效果和剥离强度。

第二方面还可以通过增加脱膜剂所占复合BioPBS树脂总量的质量百分占比来提高脱缸效果。其中第一方面和第二方面可以均采用或者取其一采用实施。

作为可选地实施方式,步骤S2和S3中,纸面的输送生产速度为100±50m/min。

具体的,在淋膜纸的制作过程中,纸面也就是用于与淋膜层复合的原纸的输送生产速度越快,淋膜层粘缸越严重和剥离强度也会降低,因淋膜层与冷缸未达到充分的压合接触从而未达到冷却成型的目的。生产速度太低,熔融状态的复合BioPBS树脂作为挤出料在纸面上与冷缸的压合接触时间过长,从而挤出料的温度损失过多,压合后剥离强度会降低。故,将生产速度设置为100±50m/min,从而提高淋膜层的脱缸效果,并能够提高剥离强度。

对于提高淋膜纸的生产适应性和剥离强度也可以通过调整复合BioPBS树脂中各材料配比来实现。

这里首选需要说明的是,“向内”是朝向容置空间中央的方向,“向外”是远离容置空间中央的方向。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横向”、“竖向”、“水平”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。


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