可回收的纸阻隔层合体的制作方法

本发明涉及一种用于柔性包装应用或诸如小袋、袋、包袋的产品递送系统的可回收的纸阻隔层合体，该可回收的纸阻隔层合体包括与水溶性层合层、水分散性阻隔层和水溶性密封层组合的可回收纸，该可回收的纸阻隔层合体与现有技术的纸质柔性包装相比提供若干优点；以及涉及一种用于生产可回收的纸阻隔层合体的方法。

背景技术：

1、纸质包装在消费者中越来越流行，因为它被认为是更天然、更可回收和可生物降解的。然而，无涂层纸的阻隔性能差，并且通过添加涂层来改善阻隔性能的尝试通常导致包装在商业纸回收系统中的可回收能力降低并且还降低其在各种环境中生物降解的能力。

2、无涂层纸质包装在商业纸回收系统中非常容易回收并且在某些环境中通常是高度可生物降解的。然而，根本没有涂层或粘合剂的纸不能容易地形成完整的功能包装。而且，无涂层纸质包装只能用于容纳不需要任何类型的水/湿气或气体或香味或油脂阻隔的干燥产品。如果干燥产品对湿气敏感，则它将由于湿气将很快进入包装而损坏。如果它对氧气敏感，则它将发生氧化。如果产品是油腻的，则油脂将穿过纸迁移并在包装的外部留下难看的污渍。如果产品含有香味，则香味将从包装中逸出并改变产品预期气味的性质。然而，如果将涂层添加到纸以改善阻隔性能和/或使其可密封，则必须非常小心以避免不利地影响包装在商业纸回收系统中的可回收能力。此外，在弃置不当的情况下，希望涂层不影响整个包装在最期望的环境条件范围内发生生物降解的能力。不能降解可能具有不利的环境影响，诸如在海水中持久存在的微塑料。

3、解决纸的不良阻隔性能并使其可密封的常用方法是通过涂覆、印刷或层合将基于聚乙烯或基于乙烯共聚物或其他不可生物降解的聚合物涂层添加到纸的表面。然而，如果该聚乙烯涂层太厚，则它将不利地影响典型商业纸回收系统中的纸层合体的可回收性。存在许多聚乙烯涂层已在纸回收过程中引起问题的示例，尤其是在使用较厚涂层来增强密封强度和/或增强阻隔特性的情况下。此类问题的示例是但不限于：i)堵塞再浆化槽和系统中的过滤器的涂料；ii)紧密地保持在纸纤维上并阻止高百分比的纸纤维释放到再浆化系统的水中的涂料；iii)最终结合到回收纸中并不利地影响所得回收纸的外观或性能的涂料。

4、如果将此类聚乙烯涂层制得非常薄，在可将其剥离并送至垃圾填埋场或燃烧以给工厂提供燃料，从而留下纸纤维以收集并回收到纸中的情况下，则可认为整体结构在纸回收流中是可回收的。然而，此类结构仍然具有若干缺点，因为如果它不当地被弃置在环境中，纸将生物降解，但聚乙烯涂层不能。这相反将形成对环境产生不利影响的持久微塑料，成为一些动物的非营养食物来源。此外，许多消费者可能注意到在纸层合体的内表面上有光泽的聚乙烯层的外观并负面地将它视为非天然材料。

5、如果相反地使用可生物降解的材料来替代聚乙烯，则众所周知的是，可生物降解的材料对于湿气的阻隔性能较差。此类可生物降解的涂层必须非常厚，从而在纸回收过程中导致问题。

6、因此，对于用于柔性包装应用的纸层合体的需求尚未得到满足，所述纸层合体具有湿气阻隔和密封剂层，在工业纸再浆化系统中具有提高的回收效率，并且具有减小的环境影响诸如对土壤和水生环境的影响。

技术实现思路

1、一种纸阻隔层合体，该纸阻隔层合体能够在工业纸回收设施中回收，适用于家庭或工业堆肥设施，并且在不当地弃置于环境中时是可生物降解的。该层合体由以下各层制成：具有外表面和内表面的可回收纸层；具有外表面和内表面的第一水溶性聚合物层，所述外表面设置在所述纸层的所述内表面上；具有外表面和内表面的水分散性阻隔层，所述外表面设置在所述水溶性聚合物层的所述内表面上；具有外表面和内表面的第二水溶性聚合物层，所述外表面设置在所述水分散性阻隔层的所述内表面上。

2、制备可回收的纸阻隔层合体的第一方法包括以下步骤：将水溶性聚合物组合物的第一水性溶液施加到诸如pet膜或钢带的可移除平坦载体的表面上；从水溶性聚合物组合物的第一水性溶液中去除水以获得第一水溶性聚合物层；将亲水性纳米片的水性分散体施加到第一水溶性聚合物层的外表面上；从亲水性纳米片的水性分散体中去除水以获得水分散性阻隔层；将水溶性聚合物组合物的第二水性溶液施加到可回收纸层的表面上，纸层优选被机械抛光和/或施胶以避免湿膨胀问题；将水分散性阻隔层的外表面与水溶性聚合物组合物的第二水性溶液结合；从水溶性聚合物组合物的第二水性溶液中去除水以获得第二水溶性聚合物层；从所得可回收的纸阻隔层合体中移除平坦载体。

3、制备可回收的纸阻隔层合体的第二方法包括以下步骤：将水溶性聚合物组合物的第一水性溶液施加到可回收纸层的内表面上，纸层优选被机械抛光和/或施胶以避免湿膨胀；从水溶性聚合物组合物的第一水性溶液中去除水以获得第一水溶性聚合物层；将亲水性纳米片的水性分散体施加到第一水溶性聚合物层的内表面上；从亲水性纳米片的水性分散体中去除水以获得水分散性阻隔层；将水溶性聚合物组合物的第二水性溶液施加到可回收纸层的内表面上；从水溶性聚合物组合物的第二水性溶液中去除水以获得第二水溶性聚合物层；

1.可回收的纸阻隔层合体，包括：

2.根据权利要求1所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述可回收的纸阻隔层合体的克重为约20g/m2至约1000g/m2，优选地为约20g/m2至约200g/m2。

3.根据权利要求1或2所述的可回收的纸阻隔层合体，其中当根据astm方法f1249-13在40℃的温度和50％的相对湿度下测量时，所述可回收的纸阻隔层合体的wvtr为约0.1g/m2/天至约100g/m2/天。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中当根据astm方法f1249-13在38℃的温度和90％的相对湿度下测量时，所述可回收的纸阻隔层合体的wvtr为约0.1g/m2/天至约200g/m2/天。

5.根据前述权利要求中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中当根据astm方法f1249-13在40℃的温度和50％的相对湿度下测量时，所述可回收的纸阻隔层合体的wvtr为约0.1g/m2/天至约200g/m2/天，即使在经历机械应力之后也是如此。

6.根据前述权利要求中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述可回收的纸阻隔层合体在oecd 301b测试中在60天内生物降解至少60％。

7.根据前述权利要求中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述纸阻隔层合体是可回收的并且表现出至少50％、更优选地至少70％或最优选地至少80％的可回收百分比，如通过测试方法pts-rh:021/97(2019年10月草案)所确定。

8.根据前述权利要求中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述纸阻隔层合体是可回收的并且表现出整体“通过”结果，如通过测试方法pts-rh:021/97(2019年10月草案)所确定。

9.根据前述权利要求中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述可回收的纸阻隔层合体包含约50重量％至约100重量％的天然纤维，优选地约65重量％至约99重量％的天然纤维，更优选地约75重量％至约95重量％的天然纤维。

10.根据权利要求1所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述可回收纸包括天然纤维，所述天然纤维包括纤维素基纤维、竹纤维、棉、蕉麻、洋麻、清风藤、亚麻、细茎针草、稻杆、黄麻、大麻纤维、甘蔗渣、马利筋绒纤维、菠萝叶纤维、木纤维、纸浆纤维或它们的组合中的至少一者。

11.根据前述权利要求中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述水溶性聚合物层的平均厚度为约1μm至约200μm，优选地为约1μm至约100μm，更优选地为约1μm至约50μm。

12.根据前述权利要求中任一项所述的可回收的纸阻隔层合体，其中所述水溶性聚合物层包含至少一种水溶性聚合物，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、甲基纤维素或海藻酸钠中的至少一者。

13.根据权利要求12所述的水溶性聚合物层，其中所述水溶性聚乙烯醇具有约20,000da至约150,000da的平均分子量。

14.根据权利要求12或13所述的水溶性聚合物层，其中所述水溶性聚环氧乙烷具有约50,000da至约400,000da的平均分子量。

15.制备根据权利要求1所述的可回收的纸阻隔层合体的方法，包括：