一种便于回收的一次性纸杯及其制备方法与流程

本发明涉及一次性纸质用品领域，特别涉及一种便于回收的一次性纸杯及其制备方法。

背景技术：

生活中我们经常会使用到各种一次性纸杯，目前每年全球约消耗2,000亿个纸杯，纸杯因携带方便，不少快餐店、奶茶铺、咖啡店都提供纸质饮料杯。在人们的印象中，纸杯回收再利用很容易，比如可以加工成再生纸，然而事实并非如此。

现在使用最普遍的是纸塑杯，外面是一层纸，里面是一层淋膜纸，是一种内聚乙烯塑料膜。外层虽然是纸，但接触食品的却是内层塑料膜，因此这种杯子是定义为纸杯还是塑料杯，存有争议。

英国最近公布的一项调查指出，纸杯虽然主要由白纸板制成，但由于纸杯内侧有一层薄薄的聚乙烯塑料淋膜难以分离，很难进行回收再利用。

在我国，纸杯的回收再利用同样面临尴尬，我国每年要销售100亿只一次性纸杯。这些纸杯被废弃后，回收企业都不愿意要，因为纸杯外面涂了一层聚乙烯塑料淋膜，很难分离，而塑料只有薄薄一层，仅占纸杯重量的5％，塑料厂也不愿意要，最终只能当作垃圾焚烧。

纸杯在生产中为了达到隔水效果，会在内壁涂一层聚乙烯隔水膜，聚乙烯是食物加工中最安全的化学物质，但如果所选用的材料不好或加工工艺不过关，在聚乙烯热熔或涂抹到纸杯过程中，可能会氧化为羰基化合物。

羰基化合物在常温下不易挥发，但在纸杯倒入热水时，就可能挥发出来，所以人们会闻到有怪味，长期摄入这种有机化合物，对人体一定是有害的。

技术实现要素：

为解决以上提到的纸杯与聚乙烯淋膜纸难以分离而不便回收以及聚乙烯淋膜容易氧化生成羰基化合物的问题，本发明提供一种便于回收的一次性纸杯及其制备方法，纸杯采用白卡纸作为基材，所述白卡纸上涂覆有沉淀辅助层，所述沉淀辅助层上涂覆有PE淋膜；其中，所述沉淀辅助层由以下重量份配比的原料制得：

其中，PE淋膜作为纸杯的内层使用。

进一步地，所述增粘剂为食品级增粘剂。

进一步地，所述增粘剂为明胶和糯米粉的混合物，其中：明胶3-15份，糯米粉2-10份。

进一步地，所述沉淀辅助层由以下重量份配比的原料制得：

进一步地，所述植物纤维选自木屑、竹屑、稻壳、麦壳、花生壳、大豆壳、甘蔗渣、水稻秸秆、麦草、棉杆、麻秆纤维中的至少一种。

进一步地，所述炭粉选自煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳中至少一种材料所制成的活性炭粉末。

进一步地，所述钛白粉选自食品级钛白粉。

进一步地，所述沉淀辅助层涂覆的厚度为白卡纸厚度的0.5-1.2倍。

一种如以上任一项所述的一种便于回收的一次性纸杯的制备方法为：

步骤1：将钛白粉、植物纤维和水在50℃下以100rpm-200rpm的转速搅拌混合20min-50min，形成混合物A；

步骤2：在40℃下，往混合物A中加入陶瓷粉、牡蛎壳粉和水，以150rpm-250rpm的转速搅拌混合20min-60min，形成混合物B；

步骤3：将步骤2中形成的混合物B冷却至室温，加入炭粉和水以300rpm-350rpm的转速搅拌混合25min-70min，形成混合物C；

步骤4：将步骤3中的混合物C加热至60℃-110℃，加入增粘剂和水，以450rpm-600rpm的转速搅拌混合55min-300min至粘稠状，冷却至室温，得到沉淀辅助层材料；

步骤5：将步骤4中得到的沉淀辅助层材料通过涂膜机均匀涂覆在白卡纸上，并冷却干燥，即完成沉淀辅助层的涂覆；

步骤6：在步骤5完成沉淀辅助层的涂覆后，再用涂膜机将PE淋膜涂覆在沉淀辅助层上，冷却并干燥，即完成纸杯材料的制备；

步骤7：将步骤6中制备的纸杯材料制成一次性纸杯。

本发明提供的一种便于回收的一次性纸杯及其制备方法，采用本方法制备的纸杯在回收时，PE淋膜与白卡纸容易分离，便于白卡纸的回收再利用；通过将PE淋膜涂覆在沉淀辅助层上，沉淀辅助层中的炭粉的还原性以及吸附性，能够减少PE淋膜氧化而生成羰基化合物。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为通过本发明制备的一种便于回收的一次性纸杯材料结构示意图；

图2为通过本发明制备的纸杯的结构示意图；

图3为通过本发明制备的纸杯在回收打浆时的分离示意图；

图4为对比样在回收打浆时的分离示意图。

附图标记：

1 PE淋膜 2 沉淀辅助层 3 白卡纸

4 第一有色混合层 5 第二有色混合层

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例见表1:

表1

实施例一

步骤1：将22份钛白粉、8份植物纤维和20份水在50℃下以150rpm的转速搅拌混合40min，形成混合物A；

步骤2：在40℃下，往混合物A中加入20份陶瓷粉、15份牡蛎壳粉和15份水，以250rpm的转速搅拌混合60min，形成混合物B；

步骤3：将步骤2中形成的混合物B冷却至室温，加入16份炭粉和5份水以300rpm的转速搅拌混合70min，形成混合物C；

步骤4：将步骤3中形成的混合物C加热至100℃，加入6份明胶、5份糯米粉和10份水，以450rpm的转速搅拌混合100min-200min至粘稠状，冷却至室温，得到沉淀辅助层材料；

步骤5：将步骤4中得到的沉淀辅助层材料通过涂膜机均匀涂覆在0.5mm厚的白卡纸上，涂覆厚度为0.3mm，并冷却干燥，即完成沉淀辅助层的涂覆；

步骤6：在步骤5完成沉淀辅助层的涂覆后，再用涂膜机将PE淋膜涂覆在沉淀辅助层上，冷却并干燥，即完成纸杯材料的制备；

步骤7：将步骤6中制备的纸杯材料制成一次性纸杯。

实施例二

步骤1：将26份钛白粉、9份植物纤维和25份水在50℃下以150rpm的转速搅拌混合40min，形成混合物A；

步骤2：在40℃下，往混合物A中加入23份陶瓷粉、18份牡蛎壳粉和20份水，以250rpm的转速搅拌混合60min，形成混合物B；

步骤3：将步骤2中形成的混合物B冷却至室温，加入18份炭粉和10份水以300rpm的转速搅拌混合70min，形成混合物C；

步骤4：将步骤3中形成的混合物C加热至100℃，加入5份明胶、6份糯米粉和15份水，以450rpm的转速搅拌混合100min-200min至粘稠状，冷却至室温，得到沉淀辅助层材料；

步骤5：将步骤4中得到的沉淀辅助层材料通过涂膜机均匀涂覆在0.5mm厚的白卡纸上，涂覆厚度为0.3mm，并冷却干燥，即完成沉淀辅助层的涂覆；

步骤6：在步骤5完成沉淀辅助层的涂覆后，再用涂膜机涂覆PE淋膜，冷却并干燥，即完成纸杯材料的制备；

步骤7：将步骤6中制备的纸杯材料制成一次性纸杯。

实施例三

步骤1：将28份钛白粉、12份植物纤维和40份水在50℃下以150rpm的转速搅拌混合40min，形成混合物A；

步骤2：在40℃下，往混合物A中加入25份陶瓷粉、16份牡蛎壳粉和25份水，以250rpm的转速搅拌混合60min，形成混合物B；

步骤3：将步骤2中形成的混合物B冷却至室温，加入20份炭粉和20份水以300rpm的转速搅拌混合70min，形成混合物C；

步骤4：将步骤3中形成的混合物C加热至100℃，加入8份明胶、3份糯米粉和15份水，以450rpm的转速搅拌混合100min-200min至粘稠状，冷却至室温，得到沉淀辅助层材料；

步骤5：将步骤4中得到的沉淀辅助层材料通过涂膜机均匀涂覆在0.5mm厚的白卡纸上，涂覆厚度为0.3mm，并冷却干燥，即完成沉淀辅助层的涂覆；

步骤6：在步骤5完成沉淀辅助层的涂覆后，再用涂膜机涂覆PE淋膜，冷却并干燥，即完成纸杯材料的制备；

步骤7：将步骤6中制备的纸杯材料制成一次性纸杯。

其中，陶瓷粉优选为氧化铝陶瓷粉，氧化铝陶瓷粉无毒无味，具有粒度稳定、磨耗度低、耐腐蚀、耐高温的特点，能够提高纸杯的使用寿命；

且陶瓷粉和使用的牡蛎壳粉的密度均大于一般纸的密度，如陶瓷粉为3.6g/cm³以上，而一般纸的密度为0.7g/cm³-1.4g/cm³，因此陶瓷粉和牡蛎壳粉有利于增加沉淀辅助层的密度，PE淋膜附着在沉淀辅助层上，在纸杯的回收工艺中，PE淋膜能与沉淀辅助层一起与纸浆分离。

钛白粉具有化学性质稳定、耐磨、耐腐蚀、耐热性的特点，能够防老化，提高纸杯的使用寿命；

钛白粉具有良好的附着力，能够使制备沉淀辅助层与PE淋膜牢固结合；

钛白粉具有良好的吸热能力，当熔融的PE淋膜涂覆在沉淀辅助层时，钛白粉能使PE淋膜的温度迅速降低，减少PE淋膜在高温时发生的氧化反应；

此外钛白粉的密度为3.8g/cm³-4.2g/cm³，钛白粉有利于增加沉淀辅助层的密度，PE淋膜附着在沉淀辅助层上，在纸杯的回收工艺中，PE淋膜能与沉淀辅助层一起与纸浆分离。

通过加入植物纤维，能够使沉淀辅助层的各成分牢固结合，且机械性能更加优异。

炭粉具有良好的还原性与吸附性，根据具体需要，炭粉可以使用活性炭粉末，当熔融的PE淋膜通过涂膜机涂覆在沉淀辅助层上时，炭粉具有的还原性能够很大程度防止PE淋膜发生氧化反应生成羰基化合物；炭粉具有的吸附能力也能吸附PE淋膜使产生羰基化合物，使羰基化合物附着在沉淀辅助层中而不散发至纸杯内部。

明胶具有良好的粘合性，成膜性，增稠性，增粘性和稳定性，使用少量食品级明胶作为增粘剂，能够使沉淀辅助层较牢固地涂覆在白卡纸上；明胶也具有一定的还原性与吸附性，能够一定程度防止PE淋膜发生氧化反应生成羰基化合物，并能很好地吸附PE淋膜产生羰基化合物，使羰基化合物附着在沉淀辅助层中而不散发至纸杯内部。

糯米粉具有良好的增粘性，能够使保证沉淀辅助层的各成分牢固结合，且使沉淀辅助层能较牢固涂覆在白卡纸上。

优选地，糯米粉和明胶形成的增粘剂还可以单独使用，涂在在沉淀辅助层和白卡纸之间，这样在后续回收时，使得沉淀辅助层和白卡纸浸泡后更容易分离。

由于熔融状态的PE淋膜与沉淀辅助层的沾黏性比沉淀辅助层和白卡纸的沾黏性高，因此，本发明制备的沉淀辅助层与PE淋膜的结合牢固度大于沉淀辅助层与白卡纸的结合牢固度。

通过本发明制备的便于回收的一次性纸杯材料如图1所示，将纸杯材料制成的一次性纸杯如图2所示，其中，白卡纸3为纸杯的外层，PE淋膜1作为纸杯的内层，沉淀辅助层2在白卡纸3与PE淋膜1之间。

将相同规格，相同厚度的本发明实施例制备的纸杯与2款市场上售卖的纸杯作为对比样进行测试，得到如表2的实验结果：

表2

测试说明

渗漏性：将纸杯装上等量(装满)，等温度(常温，25℃)的水，测试多长时间会漏水；

耐温性：将纸杯装上等量(装满)，不同温度的水，测试纸杯多长时间会漏水；

兼容性：将纸杯装上等量(装满)，等温度(常温，25℃)的不同液体，测试纸杯多长时间会漏水。

从表2可以看出，通过本发明提供的方法所制备的纸杯在渗漏性方面与市售纸杯相差不大；使用冰水(0℃)，60℃和100℃的水进行耐温性实验，可以看出通过本发明提供的方法所制备的纸杯与市售纸杯相比具有较好的耐寒和耐热性；

使用牛奶，食用油和可乐进行兼容性实验，可以看出通过本发明提供的方法所制备的纸杯与市售纸杯相比，兼容性更好，能够适应不同液体的使用。

将相同规格，相同厚度的本发明实施例制备的纸杯与2款市场上售卖的纸杯放入加热套进行加热实验，测试纸杯在不同的温度下是否有异味散发，实验结果如表3所示：

表3

聚乙烯热熔或涂抹到纸杯过程中，可能会氧化为羰基化合物，羰基化合物在常温下不易挥发，但在纸杯倒入热水时，就会挥发出来，所以会闻到有异味；通过表3可以看出，将本发明提供的方法所制备的纸杯在渗漏性方面与市售纸杯进行加热实验，市售纸杯在90℃，甚至在70℃就开始产生异味，而本发明提供的方法所制备的纸杯在120℃才开始产生轻微异味，说明了本发明提供的方法在很大程度上抑制了聚乙烯氧化为羰基化合物，并减少了羰基化合物的挥发。一般用的开水为100℃，因此本发明提供的方法所制备的纸杯能够保证使用的安全性。

将本发明实施例制备的纸杯与2款市场上售卖的纸杯内的淋膜层进行上色处理；将相同规格，相同厚度，相同数量的本发明实施例制备的纸杯与2款市场上售卖的纸杯分别撕碎，并分别放入规格相同的不同搅拌器皿中，在60℃下进行打浆处理5小时后静置沉淀3小时，得到的实验结果如表4所示：

表4

通过表4可以看出，打浆后，本发明实施例制备的纸杯中有色混合层与纸浆分层，且有色混合层为下层，纸浆为上层；而对比样在打浆处理后有色混合层与纸浆相混合，无分层现象。打浆后的分离示意图如图3和图4所示，图3为本发明制备的纸杯在回收打浆时的分离示意图，白卡纸3形成的纸浆位于上层，PE淋膜1和沉淀辅助层2形成的第一有色混合层4位于下层；图4为对比样在回收打浆时的分离示意图，PE淋膜1、沉淀辅助层2以及白卡纸3无法分离，形成第二有色混合层5。说明了通过本发明提供的方法所制备的纸杯能够很好地与PE淋膜分离，在纸杯回收处理时，有利于将纸浆回收再利用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。