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CN112123908B - 一种可降解型聚酯合成纸及其制备方法 - Google Patents

一种可降解型聚酯合成纸及其制备方法 Download PDF

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CN112123908B CN202011011516.8A CN202011011516A CN112123908B CN 112123908 B CN112123908 B CN 112123908B CN 202011011516 A CN202011011516 A CN 202011011516A CN 112123908 B CN112123908 B CN 112123908B
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Abstract

本发明公开了一种可降解型聚酯合成纸及其制备方法。可降解型聚酯合成纸包括印刷打印层、薄膜上表层、基层和薄膜下表层四层结构；印刷打印层是由涂布液在薄膜上表层的表面涂覆并固化干燥而成，薄膜上表层和薄膜下表层成分相同，且主要成分均为开口剂、抗紫外剂和可降解聚酯；基层主要成分为可降解聚酯、添加剂、聚丙烯和白色母。本发明制备的可降解型聚酯合成纸，可以进行UV油墨印刷、碳带打印、书写，具有耐湿、轻质化、可降解的特点，制备的可降解型聚酯合成纸具有良好的物理力学性能，可应用于电子产品标签等领域。

Description

一种可降解型聚酯合成纸及其制备方法
技术领域
本发明属于聚酯薄膜领域，具体涉及一种可降解型聚酯合成纸及其制备方法。
背景技术
由于高分子材料制品用途的不断扩展以及使用量的日益增加，导致使用后的塑料制品的废弃物也与日俱增，带来了严重的环境污染问题，对环境造成了极大的威胁，每年全球将排放出数以千万吨计的塑料废弃物。因此，近年来问题研究的主要焦点为如何处理高分子塑料的废弃物。聚酯薄膜在电子产品领域具有广泛的应用，聚酯薄膜是热塑性塑料，生产废边、废料可回收后使用，包装产品使用后可回收，但是聚酯薄膜使用后在填埋场中降解缓慢。高性能可降解聚酯薄膜的研发和生产对聚酯薄膜行业来说具有重要意义，是聚酯薄膜未来发展趋势之一。聚酯薄膜合成纸可以部分代替纸张用于标签领域，具有质轻、耐腐蚀、强度高、表面可印刷打印等特点，赋予聚酯合成纸可降解性能有利于环境保护，具有广泛的应用前景。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种可降解型聚酯合成纸及其制备方法，通过共聚改性方法，使得聚酯合成纸具有可降解的性能，通过薄膜表面涂布的方法使聚酯合成纸具有印刷UV油墨、碳带打印、书写的功能，通过添加聚丙烯的方法，使聚酯合成纸具有质轻的性能，制备的可降解型聚酯合成纸可应用于电子产品标签等领域。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种可降解型聚酯合成纸：
可降解型聚酯合成纸包括印刷打印层、薄膜上表层、基层和薄膜下表层四层结构；印刷打印层是由涂布液在薄膜上表层的表面涂覆并固化干燥而成，具有印刷UV油墨、碳带打印、书写的功能；薄膜上表层和薄膜下表层成分相同，且主要成分均为开口剂、抗紫外剂和可降解聚酯；基层主要成分为可降解聚酯、添加剂、聚丙烯和白色母。
所述的薄膜上表层和薄膜下表层均包括86～88％的可降解聚酯、10％的开口剂和2～4％的抗紫外剂，其中，开口剂主要成分为重量组分为1％的二氧化硅，载体为可降解聚酯；抗紫外剂主要成分为重量组分为20％的聚咪唑，载体为可降解聚酯。
所述涂布液包括聚氨酯、聚酯、抗静电剂、二氧化硅、丁酮和乙酸乙酯。
所述基层主要由70～80％的可降解聚酯、2％的添加剂、3％的聚丙烯和15～25％的白色母组成。
其中，添加剂为聚乳酸，白色母主要成分为重量组分为60％的二氧化钛，载体为可降解聚酯。聚酯合成纸中加入少量聚乳酸，可以加速聚酯合成纸的降解速率。
聚酯合成纸中加入少量聚丙烯可以降低聚酯薄膜的单位密度，聚酯和聚丙烯为不相容体系，两相呈现形成海岛结构，拉伸过程中形成空洞体系，使得薄膜轻质化。加入一定量的白色母可以使聚酯合成纸呈现白色。
所述可降解聚酯是共聚物，共聚物主要由羧酸成分和醇成分共聚而成，共聚物中醇成分摩尔添加量是羧酸成分摩尔添加量的1.2倍；其中，羧酸成分包括2,5-呋喃二甲酸、对苯二甲酸和戊二酸，醇成分包括乙二醇和丁二醇，羧酸成分添加量的摩尔比例为2,5-呋喃二甲酸：对苯二甲酸：戊二酸＝10～15：70～80：5～10；醇成分添加量的摩尔比例为乙二醇：丁二醇＝90～95：5～10。
提高2,5-呋喃二甲酸、戊二酸、丁二醇含量，有利于加速聚酯合成纸的降解速率。提高对苯二甲酸、乙二醇含量，有利于提高聚酯合成纸的力学性能。
可降解型聚酯合成纸的印刷打印层的层面的60°光泽度值为5～15，可降解型聚酯合成纸的透光率为10～20％。
所述的可降解型聚酯合成纸在ASTMD5511和/或ISO15985标准下检测120天，降解率达到15～40％。
二、一种可降解型聚酯合成纸的制备方法
包括以下具体步骤：
1)二氧化硅、聚咪唑、二氧化钛分别与可降解聚酯共混挤出造粒制备成开口剂、抗紫外剂、白色母，在辅挤出机加料口按比例加入可降解聚酯、开口剂和抗紫外剂；在主挤出机加料口按比例加入可降解聚酯、添加剂、聚丙烯和白色母。
2)双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷，收卷后得到可降解型聚酯合成纸的薄膜上表层、基层和薄膜下表层三层结构。
3)制备涂布液，用离线涂布的方式在薄膜上表层表面进行涂布形成印刷打印层，涂布的厚度为3～6μm，涂布后烘干，烘干温度为90～100℃，烘干后涂层厚度1～1.8μm，涂布后收卷得到可降解型聚酯合成纸。
所述的涂布液主要由重量组分为10～15％聚氨酯、5～10％聚酯、1％抗静电剂、5～8％二氧化硅、50～60％丁酮、9～24％乙酸乙酯组成。
所述步骤2)中：双螺杆挤出机加热温度为230～260℃；双向拉伸为先纵向拉伸，再横向拉伸，其中，纵向拉伸温度为65～70℃，纵向拉伸比例为3.3～3.5，横向拉伸温度为85～95℃，横向拉伸比例为3.0～3.2；热定型温度为190～205℃。
本发明的有益效果是：
本发明制备的可降解型聚酯合成纸的颜色为白色，表面可以印刷UV油墨、碳带打印和进行书写，具有耐湿、可降解、轻质化的特点，制备的可降解型聚酯合成纸具有良好的物理力学性能，可以应用于书本、标签等领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1)二氧化硅、聚咪唑、二氧化钛分别与可降解聚酯共混挤出造粒制备成开口剂、抗紫外剂、白色母。在辅挤出机加料口按重量组分加入86％的可降解聚酯、10％的开口剂和4％的抗紫外剂；在主挤出机加料口按重量组分加入75％的可降解聚酯、2％的添加剂、3％的聚丙烯和20％的白色母，其中添加剂为聚乳酸，聚酯合成纸中加入少量聚乳酸，可以加速聚酯合成纸的降解速率；聚酯合成纸中加入少量聚丙烯可以降低聚酯薄膜的单位密度，聚酯和聚丙烯为不相容体系，两相呈现形成海岛结构，拉伸过程中形成空洞体系，使得薄膜轻质化。加入一定量的白色母可以使聚酯合成纸呈现白色。
2)双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷。双螺杆挤出机加热温度区间为230～260℃；双向拉伸为先纵向拉伸，再横向拉伸，其中，纵向拉伸温度为65～70℃，纵向拉伸比例为3.3～3.5，横向拉伸温度为85～95℃，横向拉伸比例为3.0～3.2；热定型温度为190～205℃。
3)制备涂布液，涂布液由重量组分为10％聚氨酯、10％聚酯、1％抗静电剂、8％二氧化硅、57％丁酮、14％乙酸乙酯构成。用离线涂布的方式薄膜薄膜上表层表面进行涂布，涂布的厚度为6μm，涂布后烘干，烘干温度为90～100℃，烘干后涂层厚度1.8μm，在薄膜上表层的表面形成印刷打印层，收卷后得到可降解型聚酯合成纸。
其中，可降解聚酯由2,5-呋喃二甲酸、对苯二甲酸、戊二酸、乙二醇、丁二醇共聚而成，其中羧酸成分添加量的摩尔比例为2,5-呋喃二甲酸：对苯二甲酸：戊二酸＝15：80：5；醇成分添加量的摩尔比例为乙二醇：丁二醇＝95：5，醇成分添加量是羧酸成分摩尔添加量的1.2倍。提高2,5-呋喃二甲酸、戊二酸、丁二醇含量，有利于加速聚酯合成纸的降解速率，提高对苯二甲酸、乙二醇含量，有利于提高聚酯合成纸的力学性能。
制备厚度为50μm的可降解聚酯合成纸的纵向拉伸强度为185MPa，在ASTM D5511和/或ISO 15985标准下检测120天达到降解率15％，透光率13％，可降解型聚酯合成纸的印刷打印层的层面的60°光泽度值为5，印刷打印层耐酒精刮擦100次以上。
实施例2
1)二氧化硅、聚咪唑、二氧化钛分别与可降解聚酯共混挤出造粒制备成开口剂、抗紫外剂、白色母。在辅挤出机加料口按重量组分加入88％的可降解聚酯、10％的开口剂和2％的抗紫外剂；在主挤出机加料口按重量组分加入77％的可降解聚酯、2％的添加剂、3％的聚丙烯和18％的白色母，其中添加剂为聚乳酸，聚酯合成纸中加入少量聚乳酸，可以加速聚酯合成纸的降解速率；聚酯合成纸中加入少量聚丙烯可以降低聚酯薄膜的单位密度，聚酯和聚丙烯为不相容体系，两相呈现形成海岛结构，拉伸过程中形成空洞体系，使得薄膜轻质化。加入一定量的白色母可以使聚酯合成纸呈现白色。
2)双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷。双螺杆挤出机加热温度区间为230～255℃；双向拉伸为先纵向拉伸，再横向拉伸，其中，纵向拉伸温度为60～70℃，纵向拉伸比例为3.3～3.5，横向拉伸温度为80～90℃，横向拉伸比例为3.0～3.2；热定型温度为190～205℃。
3)制备涂布液，涂布液由重量组分为13％聚氨酯、8％聚酯、1％抗静电剂、6％二氧化硅、59％丁酮、13％乙酸乙酯构成。用离线涂布的方式薄膜薄膜上表层表面进行涂布，涂布的厚度为4μm，涂布后烘干，烘干温度为90～100℃，烘干后涂层厚度1.2μm，在薄膜上表层的表面形成印刷打印层，收卷后得到可降解型聚酯合成纸。
其中，可降解聚酯由2,5-呋喃二甲酸、对苯二甲酸、戊二酸、乙二醇、丁二醇共聚而成，其中羧酸成分添加量的摩尔比例为2,5-呋喃二甲酸：对苯二甲酸：戊二酸＝20：75：5；醇成分添加量的摩尔比例为乙二醇：丁二醇＝95：5，醇成分添加量是羧酸成分摩尔添加量的1.2倍。提高2,5-呋喃二甲酸、戊二酸、丁二醇含量，有利于加速聚酯合成纸的降解速率，提高对苯二甲酸、乙二醇含量，有利于提高聚酯合成纸的力学性能。
制备厚度为50μm的可降解聚酯合成纸的纵向拉伸强度为180MPa，在ASTMD5511和/或ISO15985标准下检测120天达到降解率25％，透光率18％，可降解型聚酯合成纸的印刷打印层的层面的60°光泽度值为10，印刷打印层耐酒精刮擦100次以上。
实施例3
1)二氧化硅、聚咪唑、二氧化钛分别与可降解聚酯共混挤出造粒制备成开口剂、抗紫外剂、白色母。在辅挤出机加料口按重量组分加入88％的可降解聚酯、10％的开口剂和2％的抗紫外剂；在主挤出机加料口按重量组分加入80％的可降解聚酯、2％的添加剂、3％的聚丙烯和15％的白色母，其中添加剂为聚乳酸，聚酯合成纸中加入少量聚乳酸，可以加速聚酯合成纸的降解速率；聚酯合成纸中加入少量聚丙烯可以降低聚酯薄膜的单位密度，聚酯和聚丙烯为不相容体系，两相呈现形成海岛结构，拉伸过程中形成空洞体系，使得薄膜轻质化。加入一定量的白色母可以使聚酯合成纸呈现白色。
2)双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷。双螺杆挤出机加热温度区间为230～250℃；双向拉伸为先纵向拉伸，再横向拉伸，其中，纵向拉伸温度为60～70℃，纵向拉伸比例为3.3～3.5，横向拉伸温度为80～90℃，横向拉伸比例为3.0～3.2；热定型温度为190～205℃。
3)制备涂布液，涂布液由重量组分为15％聚氨酯、10％聚酯、1％抗静电剂、5％二氧化硅、50％丁酮、19％乙酸乙酯构成。用离线涂布的方式薄膜薄膜上表层表面进行涂布，涂布的厚度为3μm，涂布后烘干，烘干温度为90～100℃，烘干后涂层厚度1μm，在薄膜上表层的表面形成印刷打印层，收卷后得到可降解型聚酯合成纸。
其中，可降解聚酯由2,5-呋喃二甲酸、对苯二甲酸、戊二酸、乙二醇、丁二醇共聚而成，其中羧酸成分添加量的摩尔比例为2,5-呋喃二甲酸：对苯二甲酸：戊二酸＝20：70：10；醇成分添加量的摩尔比例为乙二醇：丁二醇＝90：10，醇成分添加量是羧酸成分摩尔添加量的1.2倍。提高2,5-呋喃二甲酸、戊二酸、丁二醇含量，有利于加速聚酯合成纸的降解速率，提高对苯二甲酸、乙二醇含量，有利于提高聚酯合成纸的力学性能。
制备厚度为50μm的可降解聚酯合成纸的纵向拉伸强度为176MPa，在ASTMD5511和/或ISO 15985标准下检测120天达到降解率40％，透光率19％，可降解型聚酯合成纸的印刷打印层的层面的60°光泽度值为15，印刷打印层耐酒精刮擦100次以上。
上述实施结果可见，本发明制成的可降解聚酯合成纸力学性能好，具有较好的可降解性能，有利于环境保护，适合工业填埋的方法处理废弃聚酯合成纸，其技术效果显著突出。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种可降解型聚酯合成纸，其特征在于：可降解型聚酯合成纸包括印刷打印层、薄膜上表层、基层和薄膜下表层四层结构；印刷打印层是由涂布液在薄膜上表层的表面涂覆并固化干燥而成，薄膜上表层和薄膜下表层成分相同，且主要成分均为开口剂、抗紫外剂和可降解聚酯；基层主要成分为可降解聚酯、添加剂、聚丙烯和白色母；
所述可降解聚酯是共聚物，共聚物主要由羧酸成分和醇成分共聚而成，共聚物中醇成分摩尔添加量是羧酸成分摩尔添加量的1.2倍；其中，羧酸成分包括2,5-呋喃二甲酸、对苯二甲酸和戊二酸，醇成分包括乙二醇和丁二醇，羧酸成分添加量的摩尔比例为2,5-呋喃二甲酸：对苯二甲酸：戊二酸=10~15：70~80：5~10；醇成分添加量的摩尔比例为乙二醇：丁二醇=90~95：5~10；
所述的薄膜上表层和薄膜下表层均包括86~88%的可降解聚酯、10%的开口剂和2~4%的抗紫外剂，其中，开口剂主要成分为重量组分为1%的二氧化硅，载体为可降解聚酯；抗紫外剂主要成分为重量组分为20%的聚咪唑，载体为可降解聚酯；
所述涂布液包括聚氨酯、聚酯、抗静电剂、二氧化硅、丁酮和乙酸乙酯；
所述基层主要由70~80%的可降解聚酯、2%的添加剂、3%的聚丙烯和15~25%的白色母组成，其中，添加剂为聚乳酸，白色母主要成分为重量组分为60%的二氧化钛，载体为可降解聚酯。
2.根据权利要求1所述的一种可降解型聚酯合成纸，其特征在于：
可降解型聚酯合成纸的印刷打印层的层面的60°光泽度值为5~15，可降解型聚酯合成纸的透光率为10~20%。
3.根据权利要求1所述的一种可降解型聚酯合成纸，其特征在于：所述的可降解型聚酯合成纸在ASTMD5511和/或ISO15985标准下检测120天，降解率达到15~40%。
4.一种针对权利要求1-3任一所述可降解型聚酯合成纸的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
1）二氧化硅、聚咪唑、二氧化钛分别与可降解聚酯共混挤出造粒制备成开口剂、抗紫外剂、白色母，在辅挤出机加料口按比例加入可降解聚酯、开口剂和抗紫外剂；在主挤出机加料口按比例加入可降解聚酯、添加剂、聚丙烯和白色母；
所述可降解聚酯是共聚物，共聚物主要由羧酸成分和醇成分共聚而成，共聚物中醇成分摩尔添加量是羧酸成分摩尔添加量的1.2倍；其中，羧酸成分包括2,5-呋喃二甲酸、对苯二甲酸和戊二酸，醇成分包括乙二醇和丁二醇，羧酸成分添加量的摩尔比例为2,5-呋喃二甲酸：对苯二甲酸：戊二酸=10~15：70~80：5~10；醇成分添加量的摩尔比例为乙二醇：丁二醇=90~95：5~10；
2）双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷，收卷后得到可降解型聚酯合成纸的薄膜上表层、基层和薄膜下表层三层结构；
所述步骤2）中双螺杆挤出机加热温度为230~260℃；
3）制备涂布液，用离线涂布的方式在薄膜上表层表面进行涂布形成印刷打印层，涂布的厚度为3~6μm，涂布后烘干，烘干温度为90~100℃，烘干后涂层厚度1~1.8μm，涂布后收卷得到可降解型聚酯合成纸。
5.根据权利要求4所述的一种可降解型聚酯合成纸的制备方法，其特征在于：所述的涂布液主要由重量组分为10~15%聚氨酯、5~10%聚酯、1%抗静电剂、5~8%二氧化硅、50~60%丁酮、9~24%乙酸乙酯组成。
6.根据权利要求4所述的一种可降解型聚酯合成纸的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中：双向拉伸为先纵向拉伸，再横向拉伸，其中，纵向拉伸温度为65~70℃，纵向拉伸比例为3.3~3.5，横向拉伸温度为85~95℃，横向拉伸比例为3.0~3.2；热定型温度为190~205℃。
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