熱封生態(tài)包裝紙的研究與應(yīng)用

劉青山 佛山市新飛衛(wèi)生材料有限公司

一 塑料帶來(lái)的挑戰(zhàn)

塑料制品價(jià)格便宜，因此使用非常廣泛。衛(wèi)生用品行業(yè)里，除了絨毛漿、熱熔膠之外，其他組成部分——底膜、包膜、非織造布基材等實(shí)際上都是塑料。廣泛存在的塑料帶來(lái)了幾個(gè)很大的挑戰(zhàn)，如白色污染、微塑料和資源消耗等。

白色污染主要由于我國(guó)塑料的回收利用率低，不到30%，且在逐年下降造成的。而且，回收材料最終還是需要采取焚燒、填埋等處理辦法。

微塑料是指直徑小于5mm的塑料碎屑和顆粒。塑料的廢棄物進(jìn)入環(huán)境后，在物理（機(jī)械磨損、土壤翻耕、水體擾動(dòng)、波浪擊打、風(fēng)力搬運(yùn)）、化學(xué)（紫外光輻射、凍融循環(huán)）和生物（植物根系生長(zhǎng)、動(dòng)物攝食與排泄、微生物降解）過(guò)程的作用下發(fā)生風(fēng)化、裂解、降解，進(jìn)而形成塑料碎片或微塑料。微塑料自身的疏水特性可使其吸附（或富集）環(huán)境中疏水性有機(jī)污染物，被動(dòng)物攝食、植物吸收，從而帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)。

資源消耗是指塑料等合成樹脂的主要原料來(lái)源于石油、煤、天然氣等不可再生資源。根據(jù)BP公司2021年世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒，2020年底，已探明的石油、煤、天然氣按現(xiàn)在的消耗速率約可使用53.5年、139.0年和48.8年。

塑料帶來(lái)的上述挑戰(zhàn)和問(wèn)題如此嚴(yán)重，因此解決之道尤為重要。一是3R（源頭減量、再利用和回收），二是使用可生物降解材料，本文介紹的包裝材料——熱封生態(tài)包裝紙就是根據(jù)這一思路研發(fā)而成。

二 熱封生態(tài)包裝紙結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝

熱封生態(tài)包裝紙是一種復(fù)合材料，包括三層，結(jié)構(gòu)見圖1，分別為基材——特殊定制基紙，底涂層——聚乙烯醇（PVA），面涂層——絲素蛋白、多元醇等。

圖1 熱封生態(tài)包裝紙結(jié)構(gòu)

1 基材：特殊定制基紙

圖2 熱封生態(tài)包裝紙基材

特性：

（1）以針葉木漿為主，添加15%棉纖維且含專有特殊的可降解增強(qiáng)纖維，具備抗拉、耐破、耐折疊性和高韌性，同時(shí)可降解；

（2）添加多種功能性助劑，具備良好的阻水抗油性能且無(wú)毒；

（3）應(yīng)用真空?qǐng)A網(wǎng)紊流上漿成形高速造紙機(jī)，可降低定量和能耗；

（4）漿網(wǎng)速比接近1：1，纖維配向角不同于普通圓網(wǎng)造紙機(jī)，縱橫拉力比小于2：1，基紙橫向裂斷長(zhǎng)達(dá)到4.5km，耐破度大幅提高；

在造紙生產(chǎn)工藝中，叩解后加入熱熔纖維，纖維以伸展形態(tài)均勻分布。經(jīng)過(guò)120℃貼缸干燥后，纖維進(jìn)一步軟化并使之與木漿纖維結(jié)合更加緊密?；埻ㄟ^(guò)涂布后，熱熔纖維與絲素蛋白、PVA等在封口溫度和壓力作用下熱熔粘合，可緊密封合，使基紙?jiān)谕坎己缶邆涓玫臒岱庑阅堋?/p>

組成和工藝：從圖3中可見，基材的組成呈金字塔結(jié)構(gòu)，底層為針葉木漿和棉纖維，中層為特種可降解增強(qiáng)熱熔纖維，上層為各種功能性添加劑。生產(chǎn)工藝使用真空?qǐng)A網(wǎng)成形紙機(jī)，生產(chǎn)出的基材性能指標(biāo)詳見表1。

圖3 熱封生態(tài)包裝紙基材組成

表1 熱封生態(tài)包裝紙基材性能指標(biāo)

2 面涂層

特性：

（1）含蠶絲蛋白，可降解，可溶于水；

（2）含丙烯酸酯類聚合物，具有水溶性；

（3）可單/雙面涂布，且涂布量可控。

生產(chǎn)工藝：熱封生態(tài)包裝紙涂布分兩次進(jìn)行，分別為底涂層涂布和面涂層涂布，詳見圖4。工藝條件為：一次烘干溫度50～90℃，二次烘干溫度70～120℃，車速為200～300m/min，涂布量為2～5g/m2。

圖4 熱封生態(tài)包裝紙涂層生產(chǎn)工藝流程

三 熱封生態(tài)包裝紙性能

1 可生物降解

經(jīng)過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測(cè)，新飛熱封生態(tài)包裝紙經(jīng)過(guò)103天的堆肥，生物降解率超過(guò)了90%。生物降解試驗(yàn)中的二氧化碳釋放量和分解百分率測(cè)試結(jié)果見圖5和圖6。主要是產(chǎn)品的纖維原料由可降解的針葉木漿和棉纖維構(gòu)成，底涂層聚乙烯醇（PVA）可水溶解后生物降解，面涂層里面含有的絲素蛋白因來(lái)源于桑蠶絲，自然可以生物降解。

圖6 生物降解試驗(yàn)中的分解百分率

2 可熱封

新飛生態(tài)包裝紙可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)紙制包裝不具備的熱封性，其熱封性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。一般而言，當(dāng)熱封剝離強(qiáng)度達(dá)到1N/15mm時(shí)，即具備熱封性，新飛生態(tài)包裝紙熱封剝離強(qiáng)度可高達(dá)3.14N/15mm。

圖7 生態(tài)包裝紙應(yīng)用示例

表2 生態(tài)包裝紙熱封實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 衛(wèi)生性能好,滿足食品接觸材料要求

表3是新飛熱封生態(tài)包裝紙按照GB4806.8《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用紙和紙板材料和制品》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行食品接觸用紙檢測(cè)的結(jié)果。由此可見，其衛(wèi)生性能完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以與食品接觸。

表3 熱封生態(tài)包裝紙食品接觸材料性能檢測(cè)結(jié)果

4 力學(xué)性能

新飛對(duì)其生產(chǎn)的熱封生態(tài)包裝紙與原紙、PE膜進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。由表可知，新飛熱封生態(tài)包裝紙的拉伸強(qiáng)度高于原紙和PE膜，斷裂伸長(zhǎng)率低于PE膜。但由于PE膜較薄，在設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，容易變形，不便套印，因此熱封生態(tài)包裝紙與PE膜相比各有千秋。

表4 熱封生態(tài)紙、原紙和PE膜力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果

5 防水、防油、防潮、阻氣性

新飛熱封生態(tài)包裝紙經(jīng)過(guò)涂布，具備防水、防油、防潮和阻氣性。表5是熱封生態(tài)包裝紙的防潮性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，可以看到包裝經(jīng)過(guò)96小時(shí)吸潮后，衛(wèi)生巾產(chǎn)品的吸水率為2.65%，數(shù)值已經(jīng)非常小，說(shuō)明熱封生態(tài)包裝紙基本能達(dá)到與塑料膜相似的包裝效果。

表5 熱封生態(tài)紙防潮性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

四 熱封生態(tài)包裝紙應(yīng)用

1 衛(wèi)生巾、護(hù)墊小包材料

如果采用熱封無(wú)塑生態(tài)包裝紙代替衛(wèi)生巾塑料小包膜，可以節(jié)約使用的塑料為：按每片衛(wèi)生巾（280mm規(guī)格，折中規(guī)格），使用小包膜約0.93898g，則每百萬(wàn)片衛(wèi)生巾可以替代938.98kg塑料。

如果衛(wèi)生巾、護(hù)墊和紙尿褲等衛(wèi)生用品都使用熱封無(wú)塑生態(tài)包裝紙進(jìn)行獨(dú)立包裝，對(duì)于整個(gè)行業(yè)的環(huán)保替代和綠色發(fā)展將具有非常重大的意義。

目前，新飛已經(jīng)向部分國(guó)際、國(guó)內(nèi)品牌客戶推廣熱封生態(tài)包裝紙，客戶上機(jī)測(cè)試效果良好，部分客戶已經(jīng)在開展下一步的評(píng)估及認(rèn)證工作了。

成本方面，熱封無(wú)塑生態(tài)包裝紙與可降解類塑料小包膜相比，成本低，具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2 其他包裝材料

熱封無(wú)塑生態(tài)包裝紙還可應(yīng)用于餐具包裝（一次性刀叉等）、清潔袋（高鐵、飛機(jī)等）、醫(yī)藥用品包裝（口罩等）等。

Q&A問(wèn)答

1 兩層涂層分別起什么作用？

答：兩個(gè)涂層中直接貼附紙面的涂層被稱為底涂層，其作用主要有兩個(gè)方面：一是形成致密表面層，防止面涂層滲透基紙；二是提高紙面平整度，減少面涂層的用量。另外一層涂層則是面涂層，涂在底涂層之上，其作用是直接賦予材料應(yīng)該具有的熱封性，使產(chǎn)品在受熱之后相互之間能夠粘接在一起，再冷卻下來(lái)以后也不易分開。

2 使用熱封包裝紙,衛(wèi)生巾還要用離型紙嗎？

答：使用熱封生態(tài)包裝紙以后，還需要使用離型紙。兩者功能不同，熱封生態(tài)包裝紙的功能主要在于熱封，并不具有離型防粘功能。

3 熱封生態(tài)包裝紙中涂層PVA的作用是什么？

答：PVA即底涂層，其作用見第1個(gè)問(wèn)題的回答。選用PVA的原因是具有水溶性，而且成膜性好。

4 蠶絲蛋白的作用是什么？

答：蠶絲蛋白的作用一是賦予材料熱封性，二是具有生物降解性。

5 特殊定制基紙最低定量可以在多少？

答：熱封生態(tài)包裝紙最低定量為35g/m2。

6 生態(tài)包裝紙是否應(yīng)用在生活用紙包裝領(lǐng)域？與塑料包裝的成本對(duì)比情況怎么樣？

答：熱封生態(tài)包裝紙應(yīng)用范圍可以是衛(wèi)生巾、護(hù)墊、紙巾等生活用紙包裝領(lǐng)域，也可以是食品包裝領(lǐng)域。其成本低于同樣可生物降解的PBAT/PLA膜。