一种环保降解纸塑复合材料，制备方法及其应用与流程

本技术涉及纸塑复合材料领域，尤其是涉及一种环保降解纸塑复合材料，制备方法及其应用。

背景技术：

1、纸塑复合材料是一种由纸张与塑料薄膜复合而成的材料。它结合了纸张的柔韧性和塑料薄膜的防水性能，具有很好的物理性能和工艺性能。

2、但由于目前纸塑复合材料中的塑料成分多采用聚乙烯或聚丙烯，因此导致纸塑复合材料整体的水溶性较差。而纸塑材料整体的水溶性差会导致在自然降解或人工降解的过程中，纸塑复合材料很难被溶解或分解，从而会在环境中累积，造成环境问题。

技术实现思路

1、为了制备一种降解性能较好的纸塑复合材料，本技术提供了一种环保降解纸塑复合材料及其制备方法。

2、第一方面，一种环保降解纸塑复合材料，按照重量份计，包括如下组分：800-1000份羧甲基纤维素钠、100-200份针叶浆、260-420份改性聚乙烯醇和10-15份纸张增强剂，所述改性聚乙烯醇的改性步骤中包括聚乙烯醇接枝可溶性蛋白。

3、通过采用上述技术方案，纤维中采用超过大量的羧甲基纤维素钠作为造纸材料，羧甲基纤维素钠含有大量的羟基，且溶于水时可电离为钠离子和大分子阴离子，阳离子和阴离子之间产生的静电作用会进一步促进羧甲基纤维素钠的溶解，因此羧甲基纤维素具有很好的水溶性，在水中可以快速解构。羧甲基纤维素钠依然具备天然纤维的可抄造性，因此与常规纤维共混可抄造制备水溶性很强的纸张材料，并且加入了纸张增强剂来改进纸张材料的韧性和强度，提高纸张材料作为外包装时的抗破损性和可塑性。塑料部分采用改性聚乙烯醇，聚乙烯醇作为一种环境友好型材料，具有很好的水溶性和可生物降解性，采用纸张材料与聚乙烯醇复合后得到的纸塑材料，相对于纸张材料其热稳定性，阻隔性能、可加工性能进一步提高，能更好的用于外包装的生产。

4、但是羧甲基纤维素钠制备的纸张材料，聚乙烯醇两者的表面都呈负电势，在交联的过程中会影响两者的结合效果，从而影响复合材料的强度。通过可溶性蛋白对聚乙烯醇进行改性，使得聚乙烯醇的表面电势下降，聚乙烯醇在纸张表面的分散性提高，提高聚乙烯醇和纸张材料的复合强度。另外，可溶性蛋白对聚乙烯醇改性后，引入的亲水基团能提高改性聚乙烯醇的溶解速度，提高其水溶性。可溶性蛋白、纸张、聚乙烯醇三者还能产生进一步交联，提高了纸塑复合材料的机械强度、韧性和耐磨性。

5、优选的，所述纸张增强剂包括羧甲基壳聚糖，羧甲基化β-d-葡聚糖或羧甲基化葡甘聚糖中的一种或多种的混合物。

6、羧甲基壳聚糖具有较好的水溶性和可降解性，羧甲基壳聚糖表面带有大量正电荷，可以与塑料产生静电吸附，从而提高纸张与塑料之间的结合牢度。在复合材料制备的过程中，羧甲基壳聚糖还能形成粘度较高的物质，与纸张、聚乙烯醇、可溶性蛋白进一步交联，从而形成机械强度、韧性更好以及耐磨性更高的纸塑复合材料。另外，羧甲基壳聚糖还有广谱的抗菌性，能提高纸塑复合材料的耐久度。同样的，羧甲基化β-d-葡聚糖与羧甲基化葡甘聚糖作为纸张增强剂也能提高纸塑复合材料的机械强度、韧性等性能。

7、优选的，所述改性聚乙烯醇采用聚乙烯醇接枝酪蛋白得到，所述改性聚乙烯醇，按照重量份计，包括如下组分：60-80份聚乙烯醇、25-45份酪蛋白、4-6份氯化钙、0.1-0.2份

8、催化剂。

9、通过采用上述技术方案，酪蛋白是一种水溶性较好的蛋白，具有很高的抗拉强度，能提高纸塑复合材料的韧性，并且酪蛋白还有较好的抗菌性能，与羧甲基壳聚糖能协同提高纸塑复合材料的抗菌性能。但由于酪蛋白的耐热性差，因此应用的范围较窄，而利用酪蛋白接枝至聚乙烯醇上，可以改善这一缺陷，通过优化改性配方的配比，可以制备得到耐热性能较好，韧性较好，且具有广谱抗菌性的塑料材料。在制备纸塑复合材料的过程中，酪蛋白接枝的聚乙烯醇能与纸张形成较好的交联，进一步提高了纸塑复合材料的机械强度。改性过程中还加入了氯化钙，氯化钙会与聚乙烯醇形成强烈的氢键作用，从而产生物理交联，与酪蛋白协同提高塑料材料本技术的韧性和机械强度。另外，氯化钙溶于水还能提供弱酸性的环境，从而提高改性聚乙烯醇与纸张之间的静电吸附性。

10、优选的，所述改性聚乙烯醇，采用如下步骤制备：

11、取酪蛋白和氯化钙溶于乙醇溶液，然后加入聚乙烯醇和催化剂混合，68-76℃下反应20-40min，得到改性聚乙烯醇。

12、典型但非限制性的，乙醇溶液采用配置的25％乙醇。

13、通过采用上述技术方案，上述方法改性得到的聚乙烯醇具有很好的机械强度、韧性、耐磨性，与纸张复合形成的纸塑复合材料不易破损，并且更容易制备外包装。

14、优选的，所述改性聚乙烯醇采用聚乙烯醇接枝丝素蛋白得到，所述改性聚乙烯醇，按照重量份计，包括如下组分：60-80份聚乙烯醇、30-50份丝素蛋白、4-6份氯化钙和0.1-0.2份催化剂。

15、通过采用上述技术方案，丝素蛋白是一种可溶性蛋白，其二级结构中大量的β-折叠以及α-螺旋导致丝素蛋白具有很强的韧性和力学性能，并且丝素蛋白表面也存在羧基、羟基等多种活性基团，很容易与聚乙烯醇形成接枝，从而改善了聚乙烯醇的力学性能和韧性。丝素蛋白改性后的聚乙烯醇也能与纸张材料形成更多的交联，从而使纸塑复合材料具有更强的机械强度和韧性。

16、优选的，所述聚乙烯醇采用聚乙烯醇接枝丝素蛋白和纳米二氧化钛得到，所述改性聚乙烯醇，按照重量份计，包括如下组分：60-80份聚乙烯醇、30-50份丝素蛋白、4-6份氯化钙、1-2份纳米二氧化钛和0.1-0.2份催化剂。

17、通过采用上述技术方案，纳米二氧化钛改性聚乙烯醇，改性后聚乙烯醇的耐磨性、力学性能均有显著的提升，而且纳米二氧化钛还能与纸张增强剂协同产生抗菌效果，提高纸塑复合材料的耐久性。另外，纳米二氧化钛还会影响丝素蛋白的空间结构，改善丝素蛋白的力学性能和韧性，从而协同提高了聚乙烯醇的韧性和力学性能。

18、优选的，所述改性聚乙烯醇，采用如下步骤制备：

19、取丝素蛋白和氯化钙溶于乙醇溶液，加入聚乙烯醇、催化剂混合，68-76℃下反应20-40min，再加入纳米二氧化钛55-65℃反应6-14min，得到改性聚乙烯醇。

20、通过采用上述技术方案，先采用丝素蛋白对聚乙烯醇进行改性，改善聚乙烯醇的表面极性，并减少纳米二氧化钛对丝素蛋白空间结构的影响。丝素蛋白接枝结束后，再加入纳米二氧化钛进行改性，进一步改善聚乙烯醇的力学性能和韧性，并提高纳米二氧化钛的分散性和接枝率。

21、优选的，所述催化剂为过硫酸铵和硫酸铜的混合物，所述过硫酸铵和硫酸铜的重量比为(8-9)：(1-2)。

22、通过采用上述技术方案，过硫酸铵可以作为引发剂提高接枝率，硫酸铜可以电离出铜离子改善聚乙烯醇的分散性，提高纸张材料与改性聚乙烯醇的结合牢度以及均匀性。

23、第二方面，一种环保降解纸塑复合材料的制备方法，包括如下制备方法：

24、包括如下制备方法：

25、环保降解纸的制备：

26、酸化：取羧甲基纤维素钠溶于硫酸溶液中，28-32℃下酸化50-70min，洗涤得到酸化羧甲基纤维素钠；

27、制浆：取酸化羧甲基纤维素钠、针叶浆和纸张增强剂混合，筛浆得到抄纸浆料；

28、抄纸：取抄纸浆料抄纸得到湿纸张，将所述湿纸张压榨干燥，喷淋碱液，再次压榨干燥，得到环保降解纸；

29、环保降解纸塑复合材料的制备：取环保降解纸在改性聚乙烯醇中进行挂浆，脱水，烘干得到环保降解纸塑复合材料。

30、典型但非限制性的，硫酸为质量分数25％的硫酸溶液，碱液为质量分数为10％的碳酸钠溶液，针叶浆的浆料浓度为10～15％，挂浆量为2.0～3.0g/m2。

31、通过采用上述技术方案，在制浆步骤中将酸化的羧甲基纤维素钠、针叶浆以及纸张增强剂混合均匀，并通过筛浆得到粒径均一且体系均匀的抄纸浆料，因此抄纸得到的环保降解纸具有均匀光滑的表面，后续纸张材料与塑料材料复合的过程中，两者的交联程度更高，形成的纸塑复合材料韧性、力学性能更佳。

32、第三方面，一种环保降解纸塑复合材料的应用，

33、(1)应用于医疗药物外包装领域；

34、(2)应用于化妆品外包装领域；

35、(3)应用于泡脚粉外包装领域。

36、由于本技术制备的环保降解纸塑复合材料具有很好的水溶性，耐磨性和抗菌性，在应用于医疗药物外包装的情况下可以减少污染，并且提供缓释或便利等特定的效果。同样的在应用于化妆品外包装领域时，本身采用了可溶性蛋白对聚乙烯醇进行改性，能滋养肌肤，起到一定的补水，修复的作用。应用与泡脚粉外包装领域，在泡脚粉使用的环境下，采用本技术外包装的泡脚粉，在水中能迅速溶解，从而达到快速释放泡脚粉的功效，并且本技术制备的纸塑复合材料还有抗菌、蛋白质等物质存在，能协同泡脚粉起到杀菌、修复的作用。

37、综上所述，本技术具有如下有益效果：

38、1.采用羧甲基纤维素钠作为纸张材料的主要原料，聚乙烯醇作为塑料材料的原料，两者复合形成的纸塑复合材料具有很好的水溶性，并且易于降解，是一种绿色环保材料。

39、2.对聚乙烯醇采用纳米材料和可溶性蛋白进行改性，综合提高了纸塑复合材料的韧性、力学性能，并赋予了纸塑复合材料抗菌性能以及修复肌肤等额外的功能，使其作为医疗、化妆品和泡脚粉领域的外包装材料具有更好的性能。