一种可回收包装材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及包装材料技术领域，具体涉及一种可回收包装材料及其制备方法。

背景技术

传统复合包装制品往往都是多种不同材料复合而成（比如PET/PA/PE、PET/PE、PET/AL/PE、BOPP/PE等），由于不同材料有不同的特性，在回收处理时非常不便，难以保证良好的分离效果，回收成本很高，导致无人愿意回收利用，造成白色污染；而且将不同材质复合时通常需要使用胶黏剂，在加工时胶黏剂中的溶剂会挥发，不仅危害操作人员的健康，也会对环境造成不利影响，此外生产出的包装材料也会因残留溶剂而散发异味，如果用来包装食品，会污染食品，因此使用安全性差。

专利CN213157258U公开的一种可回收的复合吹塑或者吸塑包装材料，包括面层、中间支撑层、密封内层以及将各层复合在一起的两层胶粘层，面层的材质为聚对苯二甲酸乙二酯（PET），中间支撑层的材质为非结晶化的聚对苯二甲酸乙二酯（APET），密封层的材质为PET与乙烯-乙烯醇的多层共挤物，其中面层和中间支撑层化学成分相同、物理性能不同，且占总片材质量的90%以上，可直接回收降级使用。该专利通过采用相同化学结构质量占比90%以上的材料，有效降低包装材料回收难度，但是仍旧需要使用胶黏剂，无法解决前述胶粘剂存在的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种可回收包装材料，该包装材料容易回收利用，省去了胶黏剂的使用，且薄膜间结合牢固。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种可回收包装材料，包括聚酯薄膜、改性聚酯薄膜以及图案层；所述图案层设置在所述聚酯薄膜或者改性聚酯薄膜的表面，且处于所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜之间；所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜通过热压复合；所述改性聚酯薄膜的原料改性聚酯由纯聚酯切片与第三单体改性切片共混制成，所述第三单体改性切片由对苯二甲酸、乙二醇与第三单体聚合而成，所述第三单体为二羧酸类、羟基羧酸类、二醇类、偏苯三酸、均苯三酸、三羟甲基丙烷、甘油中的一种或者多种。其中，聚酯薄膜即PET薄膜；共混制备改性聚酯时，原料第三单体改性切片可以是一种，也可以是多种；所述第三单体的重量占共混物总重量的1%－40%。

为了降低回收难度，本发明包装材料首先采用单一聚酯材质，在此基础上为了克服传统复合包装材料中胶粘剂存在的问题，考虑采用热压复合替代胶粘层的作用将薄膜进行粘接。热压复合是通过加热使得薄膜表面呈熔融状态，利用熔融状态下薄膜间的相互粘结力将薄膜复合的工艺，虽然也是一种常见的薄膜间的复合工艺，但是应用范围有限，需要寻找在熔融状态下相互粘结力好的薄膜材质。如果是普通的两层PET薄膜，是无法热压粘合的，而通过本发明的改性聚酯薄膜可以有效解决该问题，本发明由纯聚酯切片与第三单体改性切片共混制成的改性聚酯，首先与聚酯同类，容易回收重复利用；其次与聚酯有非常好的热粘合性能，与油墨（图案层大多通过印刷油墨形成）也有非常好的热粘合性能，还具有良好的自身热封性，因此本发明包装材料利用热压复合即可实现薄膜间的粘接，而且粘接效果比使用胶黏剂还要牢固很多，省去了胶黏剂、避免有害溶剂的释放的同时确保了薄膜间的接合强度，优势显著。

优选的，所述图案层由油墨印刷在聚酯薄膜上形成。改性聚酯膜在热压时表面会处于熔融状态，若是将图案层印刷在改性聚酯膜上，热压时印刷图案很可能会受到破坏；而聚酯薄膜在热压时表面状态相对稳定，图案层印刷在聚酯薄膜上在热压时不会受到破坏，能够确保热压复合不影响印刷效果。

优选的，所述油墨含有油墨树脂，所述油墨树脂为聚氨酯、聚酯、聚酰胺中的一种或者多种，这几种油墨树脂与改性聚酯薄膜的粘结效果更佳，具体市售品列举如下：DIC公司的UNIVERSAL E系列、洋紫荆公司的GSA系列、洋紫荆公司的GTK系列、洋紫荆的GV-NT系列。

优选的，所述二羧酸类为脂肪族二羧酸、芳香族二羧酸、酯环族二羧酸或者它们的酯衍生物；所述羟基羧酸类为羟基羧酸或羟基羧酸的酯衍生物；所述二醇类为脂肪族二醇、芳香族二醇、芳香族二醇的环氧乙烷加成物、二甘醇，三甘醇、二聚二醇或者1,4 环己烷二甲醇。更加具体的，所述脂肪族二羧酸如草酸、琥珀酸、己二酸、戊二酸、葵二酸、马来酸、二聚酸等；所述芳香族二羧酸如间苯二甲酸、邻苯二甲酸、2,6奈二酸、二苯基－4，4－二羧酸、二苯氧基乙烷二羧酸等；所述酯环族二羧酸如环己烷二羧酸等；所述羟基羧酸如羟基己酸、对羟基安息香酸等；所述脂肪族二醇如丙二醇、1,2－丙二醇、1,3－丙二醇、丁二醇、新戊二醇等。

本发明的目的之二是提供上述可回收包装材料的制备方法，包括以下步骤：

S1. 印刷：以聚酯薄膜为基材，在印刷机上按设计图案在聚酯薄膜上逐色印刷油墨；

S2. 热压复合：将改性聚酯薄膜与印刷好的聚酯薄膜分别预热、速热后将两者辊压复合，然后冷却，即得到可回收包装材料。实际应用时，将热压复合好的复合膜裁切成规定宽幅的半成品，再根据不同需求制成相应的袋型即可。

优选的，步骤S1中，聚酯薄膜的厚度为5-60μm，聚酯薄膜的表面张力为45-60达因，印刷速度为80-400m/min。

优选的，步骤S2中，预热温度为50-100℃，速热温度为100-250℃，辊压复合温度为100-250℃，冷却温度为10-60℃。

优选的，步骤S2中，改性聚酯薄膜与聚酯薄膜的输送速度为50-450m/min，辊压时压力为0.5-8Mpa。

优选的，步骤S2中，辊压复合时使用的压辊表面经过镀铬或者氟处理，以在压辊表面形成防粘涂层，避免热压时薄膜黏在压辊上。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用改性聚酯薄膜与聚酯薄膜复合，采用聚酯单一材质，容易加工处理，可回收重复利用，有效减少塑料污染，节约资源。

2、本发明改性聚酯膜与聚酯膜、油墨层都具有非常好的热粘合性能，且具有良好的自身热封性，适用于热压复合，无需胶黏剂粘合，避免了有害溶剂的释放，绿色节能，使用安全性得到保障。

3、本发明热压复合制成的包装材料层间粘结效果明显优于传统的使用胶黏剂的复合包装制品：传统的复合包装制品剥离强度一般在1-1.5N/15mm，本发明的包装材料油墨区剥离强度≥2N/mm，非油墨区无法剥离。

4、本发明包装材料可拓展到三层以上的结构，工艺简单，改造方便，可满足多样的需求。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

一种可回收包装材料，包括聚酯薄膜、改性聚酯薄膜以及图案层；所述图案层处于所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜之间，由油墨印刷在聚酯薄膜上形成；所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜通过热压复合。本实施例中，所述改性聚酯薄膜的原料改性聚酯是先由对苯二甲酸、乙二醇和马来酸聚合得到马来酸改性切片，其中，马来酸占聚合物的质量分数为20%，苯二甲酸与乙二醇的质量比为2:1；再由纯聚酯切片与马来酸改性切片共混制成，其中马来酸改性切片占混合物的质量分数为80%。改性聚酯薄膜是将纯聚酯切片与马来酸改性切片混合重融后挤出制得。所述油墨为聚氨酯油墨，即含有聚氨酯树脂的油墨，具体型号为洋紫荆GSA8210。

上述可回收包装材料的制备方法如下：

S1. 印刷：以聚酯薄膜为基材，聚酯薄膜的厚度为30μm；在凹版印刷机上按设计图案在聚酯薄膜上逐色印刷油墨；印刷过程聚酯薄膜的表面张力为50达因，印刷速度为200m/min。

S2. 热压复合：在热压复合设备中将改性聚酯薄膜与印刷好的聚酯薄膜分别预热至75℃；再分别速热至150℃；然后将改性聚酯薄膜与聚酯薄膜牵引至两个表面镀铬的压辊之间进行辊压复合；整个热压复合过程薄膜的输送速度为200m/min，辊压时压力为4.5Mpa，辊压复合温度为200℃；辊压复合后得到的复合膜经冷却辊冷却至30℃，即得到可回收包装材料。

实施例2

一种可回收包装材料，包括聚酯薄膜、改性聚酯薄膜以及图案层；所述图案层处于所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜之间，由油墨印刷在聚酯薄膜上形成；所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜通过热压复合。本实施例中，所述改性聚酯薄膜的原料改性聚酯是先由对苯二甲酸、乙二醇与1,4 环己烷二甲醇聚合得到1,4 环己烷二甲醇改性的切片，其中，1,4 环己烷二甲醇占聚合物的质量分数为25％，苯二甲酸与乙二醇的质量比为2:1；再由纯聚酯切片与1,4 环己烷二甲醇改性切片共混制成，其中1,4 环己烷二甲醇改性切片占混合物的质量分数为60%。改性聚酯薄膜是将纯聚酯切片与1,4 环己烷二甲醇改性切片混合重融后挤出制得。所述油墨为聚酯油墨，即含有聚酯树脂的油墨，具体型号为洋紫荆GTK8299F。

上述可回收包装材料的制备方法如下：

S1. 印刷：以聚酯薄膜为基材，聚酯薄膜的厚度为5μm；在凹版印刷机上按设计图案在聚酯薄膜上逐色印刷油墨，印刷过程聚酯薄膜的表面张力为45达因，印刷速度为80m/min。

S2. 热压复合：在热压复合设备中将改性聚酯薄膜与印刷好的聚酯薄膜分别预热至50℃；再分别速热至100℃；然后将改性聚酯薄膜与聚酯薄膜牵引至两个表面镀铬的压辊之间进行辊压复合；整个热压复合过程薄膜的输送速度为50m/min，辊压时压力为0.5Mpa，辊压复合温度为150℃；辊压复合后得到的复合膜经冷却辊冷却至10℃，即得到可回收包装材料。

实施例3

一种可回收包装材料，包括聚酯薄膜、改性聚酯薄膜以及图案层；所述图案层处于所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜之间，由油墨印刷在聚酯薄膜上形成；所述聚酯薄膜与改性聚酯薄膜通过热压复合。本实施例中，所述改性聚酯薄膜的原料改性聚酯是先由对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸和丙二醇聚合得间苯二甲酸-丙二醇改性切片，其中，间苯二甲酸占总聚合物的质量分数为10%，丙二醇占总聚合物的质量分数为8％，苯二甲酸与乙二醇的质量比为2:1；再由纯聚酯切片与间苯二甲酸-丙二醇改性切片共混制成，其中间苯二甲酸-丙二醇改性切片占混合物的质量分数为70%。改性聚酯薄膜是将纯聚酯切片与间苯二甲酸-丙二醇改性切片混合重融后挤出制得。所述油墨为聚酰胺油墨，即含有聚酰胺树脂的油墨，具体型号为洋紫荆的GV6213P/NT。

上述可回收包装材料的制备方法如下：

S1. 印刷：以聚酯薄膜为基材，聚酯薄膜的厚度为60μm；在凸版印刷机上按设计图案在聚酯薄膜上逐色印刷油墨；印刷过程聚酯薄膜的表面张力为60达因，印刷速度为400m/min。

S2. 热压复合：在热压复合设备中将改性聚酯薄膜与印刷好的聚酯薄膜分别预热至100℃；再分别速热至200℃；然后将改性聚酯薄膜与聚酯薄膜牵引至两个表面镀铬的压辊之间进行辊压复合；整个热压复合过程薄膜的输送速度为450m/min，辊压时压力为8Mpa，辊压复合温度控制为250℃；辊压复合后得到的复合膜经冷却辊冷却至60℃，即得到可回收包装材料。

对比例1

本对比例提供一种传统复合包装制品，为胶粘复合而成的PET/PE结构。

对比例2

本实施提供一种包装材料，以改性聚酯薄膜替代实施例1的聚酯薄膜，即为改性聚酯薄膜-图案层-改性聚酯薄膜结构，图案层和改性聚酯薄膜同实施例1。

对比例3

本实施提供一种包装材料，以聚酯薄膜替代实施例1的改性聚酯薄膜，即为聚酯薄膜-图案层-聚酯薄膜结构，图案层和聚酯薄膜同实施例1。热压复合后两层聚酯薄膜之间存在脱离现象，明显无法通过热压复合粘结。

性能测试：对实施例1-3以及对比例1-2的包装材料进行剥离强度测试，测试方法参照《GB/T21302-2007 包装用复合膜、袋通则》，测试结果如下表所示：

由此可见，本发明的包装材料未使用胶黏剂，但可以获得比传统胶粘复合的包装制品更好的层间粘结效果。

本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所做的任何改变，只要在本发明权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。