Композиция для получения распускаемого, не пропускающего пар покрытия для гибкого бумажного упаковочного материала и способ переработки гибкого бумажного упаковочного материала

Композиция для получения распускаемого, не пропускающего пар покрытия для гибкого бумажного упаковочного материала и способ переработки гибкого бумажного упаковочного материала

Реферат

 

Описывается композиция для получения распускаемого не пропускающего пар покрытия для гибкого бумажного упаковочного материала, содержащая полимерную эмульсию, которая обеспечивает барьер по отношению к водяному пару и у которой полимер в эмульсии имеет распределение частиц по размеру менее примерно 10 мкм, причем полимер выбран из группы, состоящей из поливинилиденхлорида, сополимера винилиденхлорида, метилметакрилата и акрилонитрила, а также их смесей, и добавку, состоящую из мелкодисперсного материала, имеющего средний размер частиц менее примерно 10 мкм, причем мелкодисперсный материал способен к промежуточному комбинированию с указанными полимерными частицами с получением покрытия на гибком упаковочном материале, который сохраняет паробарьерные свойства, придаваемые указанным полимером, и который при роспуске измельчается на частицы обычно менее примерно 1,6 мм, причем указанная композиция имеет рН между примерно менее 2 и 8, которое выбрано так, чтобы обеспечить измельчение указанного покрытия на частицы обычно менее 1,6 мм. Описывается также способ переработки гибкого бумажного упаковочного материала. Технический результат - получение покрытия с паробарьерными свойствами для гибкой упаковки, что обеспечивает получение повторно используемой и/или просеиваемой упаковки. 4 с. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение касается композиции для получения распускаемого покрытия с паробарьерными свойствами для гибкой упаковки, а также гибких упаковок с таким покрытием. Изобретение также касается способа переработки гибкого упаковочного материала, имеющего паробарьерное покрытие, согласно которому покрытие смешивают с целлюлозными волокнами для получения пульпы, с обеспечением подготовки волокон для ее образования. Изобретение также касается гибкой упаковки, снабженной покрытием, позволяющим переработать ее в ценные бумажные продукты.

В современной практике для того, чтобы получить гибкую, паронепроницаемую упаковку на бумажную основу или между двумя листами бумаги добавляют пленку из полиэтилена, восковое или поливинилиденхлоридное /ПВДХ/ покрытие, причем бумажную основу и листы бумаги называют подложкой ("лайнер").

В настоящее время все покрытия с барьерными свойствами по водяному пару считаются нераспускающимися.

Также используют другие смолы для получения гибких упаковочных материалов, имеющие низкий коэффициент пропускания водяного пара, такие как полиакрилаты, поливинилацетаты и тому подобное. Однако при равных барьерных характеристиках они дороже, чем покрытия на основе воска, полиэтилена и поливинилиденхлорида.

Покрытия с барьерными свойствами по влаге, которые присутствуют в упаковочных материалах, не пропускающих влагу, считаются на заводах переработки вторсырья нераспускаемыми, главным образом, потому, что они создают проблемы при процессе регенерирования волокон, либо посредством остановки процесса из-за закупорки сита, либо посредством загрязнения конечного продукта.

В настоящее время более 20% всех бумаг и картонов, выпускаемых в мире, ламинируют, как указано выше, что дает продукты, которые непригодны для вторичной переработки.

Недостатком упаковки, покрытой полиэтиленом, воском или ПВДХ, является то, что ее затруднительно перерабатывать с целью повторного использования и ее обычно выбрасывают. Утилизация упаковочных материалов с барьерными свойствами по отношению к влаге стала важной задачей бумажных заводов и их заказчиков.

Роспуск (репульпирование) этих материалов ставит специфические задачи для промышленности. Влагобарьер затрудняет извлечение используемого волокна из этих упаковочных материалов, и большинство регенерирующих заводов не способно преодолеть проблему роспуска. В настоящее время почти все эти упаковочные материалы с влагобарьером отправляют на свалки и не распускают.

С другой стороны, упаковка на основе целлюлозного волокна представляет собой важный источник целлюлозных волокон, тогда как из-за указанных выше проблем эти материалы обычно выбрасывают с созданием экологического загрязнения, что является неприемлемым. Переработка упаковки на основе целлюлозных волокон является все более важным источником целлюлозных волокон, и потери волокон высокого качества и стоимости являются более недопустимыми, так как они составляют миллионы тонн в виде отходов.

Для повторной переработки целлюлозных волокон обычно используют два способа. Первый способ предусматривает разрушение источника целлюлозных волокон, такого как бумажная составляющая упаковочного материала, на волоконные компоненты в результате роспуска, а любой другой материал отфильтровывают с помощью традиционного оборудования. Второй способ предусматривает измельчение упаковки таким образом, что любой дополнительный материал, такой как покрытие, разрушается на очень малые частицы менее 1,6 мм, которые будут проходить через сито вместе с волокнами, из которых составляют пульпу. Этот второй способ обычно осуществляют с использованием дополнительного оборудования и/или химических реактивов, что делает его очень дорогостоящим.

К сожалению, ни один из полимерных материалов в существующей технике с воском или без него, которые используют для получения покрытий для гибких упаковок, не может быть переработан без дополнительных стадий изготовления, обеспечивших упрощение повторного использования. К тому же присутствие воска в покрытии с влагобарьерными свойствами снижает выход пульпы и потому увеличивает количество отходов.

В способе роспуска барьеры на основе воска измельчают на очень небольшие частицы /менее 0,7 мм/, которые проходят через сито и оказываются в пульпе, которую подают в бумагоделательную машину, а также в "белой" (процессовой) воде.

Проблемы, связанные с роспуском барьеров на основе воска, следующие: - частицы воска закупоривают фильтр; - частицы воска налипают на сушильный цилиндр, вызывая разрыв бумаги; - воск оказывается на поверхности продукта, что приводит к дефектам поверхности бумаги и проблемам печати, а также вызывает липкость конечного продукта; - снижается выход пригодной пульпы.

С другой стороны, когда в качестве влагобарьерного покрытия используют полиэтилен, то в установке для роспуска его измельчают на большие куски пленки, длиной от примерно 0,3 до 2,5 см. Полиэтилен забивает сито, требует остановки для чистки и дает твердые отходы.

Проблемы, связанные с поливинилиденхлоридными барьерными покрытиями, обычно те же, что и проблемы, описанные для барьерных покрытий из полиэтилена.

Поскольку ПВДХ предпочтителен в том отношении, что он обеспечивает получение барьерного покрытия с превосходным паровым барьером, хорошим кислородным барьером, а также хорошей химической стойкостью при относительно низкой стоимости, то он является коммерчески предпочтительным для изготовления бумажных рулонов или подобного материала, и потому желательна такая гибкая упаковка, которая содержит ПВДХ покрытие, которое может быть полностью переработано и повторно использовано.

Однако при современном состоянии уровня техники любая попытка улучшить распускаемость ПВДХ и других типов полимерных материалов путем использования материалов или обработки, увеличивающих жесткость пленки, приводит к резкой потере ее барьерных свойств, что, конечно, является неприемлемым.

Покрытия на основе ПВДХ являются известными, например, из описания патента Великобритании 1.583.947, опубликованного 4 февраля 1981 года (Фредерик Дуглас Хоу). Однако эти покрытия наносят на бумагу для получения переходного листа. Патент не касается вторичной переработки этой покрытой бумаги и не дает указаний о получении покрытия, которое может распускаться вместе с бумажными волокнами.

Патент Великобритании 2.039.789, опубликованный 10 августа 1980 года (Адриан Невилл Феллоуз), описывает получение диэлектрического покрытия из дисперсии электроизоляционного полимера и вододиспергируемой сукновальной глины. В этом патенте отсутствует учение о получении покрытия, которое характеризуется паронепроницаемостью и в то же время является распускающимся при его измельчении в смешанную пульпу.

Richard M.Podhajny в работе "The Search for Alternative Moisture-Barrier Coatings", Converting Magazine, August 1995, утверждает, что альтернатива ПВДХ остро необходима из-за загрязнения природы, когда допускается присутствие ПВДХ в сточных водах. Несмотря на то, что ПВДХ-покрытия с добавками или без добавок являются известными, представляется, что соответствующая рецептура, в которой покрытие будет оставаться в смеси с пульпой при повторном использовании и поэтому не будет загрязнять окружающую среду, еще никем не получена.

В работе B.Alince and P.Lepoutre, TAPPI Journal, vol. 66, N 11, pp. 57 and 58, описывается, что вязкость водных суспензий улучшается при малом усилии сдвига при использовании глины, карбоната кальция и латекса, который может быть полистиролом.

Японская заявка 06136698 рассматривает бумажную основу из древесной целлюлозы и барьерный слой, содержащий ПВДХ-латекс в качестве связующего. Патент WO 93/13264, в основном, описывает материал подложки, содержащий термопластичный полимер, такой как ПВДХ-латекс, и добавку, которой может быть тальк и/или двуокись кремния, имеющая свойства наполнителя и/или отбеливателя.

При современных производственных потребностях невозможно поддерживать требуемое поступление бумажного сырья за счет лесов, и должно быть найдено средство получения достаточного количества волокон для удовлетворения спроса.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание модифицированного распускаемого поливинилиденхлоридного покрытия с паробарьерными свойствами для гибкой упаковки, которое обеспечивает получение повторно используемой и/или просеиваемой упаковки и которое представляет собой превосходный барьер по водяному пару, кислородный барьер, имеет превосходную химическую стойкость, а также обеспечивает высокую прочность связывания при ламинировании бумаги.

Другой задачей изобретения является создание модифицированного распускаемого поливинилиденхлоридного покрытия, которое при нанесении на бумажную или картонную подложку обеспечивает адекватный влагобарьер и не препятствует его роспуску, обработке в бумагоделательной машине или конечной обработке продукта.

Другой задачей изобретения является создание модифицированного распускаемого поливинилиденхлоридного покрытия, которое при роспуске измельчается на небольшие частицы, предпочтительно менее 1,6 мм, и очень легко разволокняется, минимизируя тем самым количество отходов.

Еще одной задачей изобретения является создание покрытия с паробарьерными свойствами, которое измельчают с получением частиц, которые проходят через сито и диспергируются в волокнах.

Еще одной задачей изобретения является создание модифицированного распускаемого поливинилиденхлоридного покрытия, которое не дает твердых отходов при вторичной переработке, которые не растворяются в технической воде и не повышают БПК /биохимическую потребность в кислороде/ сточных вод, и которое дает частицы, которые являются инертными и не активируются при нагреве.

Другой задачей изобретения является создание коммерчески приемлемого распускаемого барьерного покрытия, такого как покрытие на основе ПВДХ, которое имеет, в основном, такие же барьерные свойства и, по меньшей мере, примерно такую же адгезию к бумаге, как немодифицированное барьерное покрытие, и которое в дополнение к тому, что легко извлекается, еще и распускается при низкой стоимости.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание композиции покрытия для гибкой упаковки, имеющей улучшенную реологию потока с тем, чтобы улучшить характеристики текучести и предохранить покрытие от проникновения в пористые бумаги, как в случае ПВДХ с низкосдвиговой вязкостью, используемого в настоящее время.

Другой задачей изобретения является создание барьерного покрытия, которое не требует использования сложного оборудования, которое предполагает соответственную химическую обработку для извлечения чистых волокон.

И еще одной задачей изобретения является создание гибкого барьерного покрытия, которое может ламинироваться на слой бумажной основы без использования клея.

Согласно изобретению, обеспечивается композиция для получения распускаемого барьера по водяному пару для гибкого упаковочного материала, содержащая полимерную эмульсию, в которой полимер имеет среднее распределение частиц по размеру менее примерно 10 мкм, и добавку, состоящую из микродисперсного материала, имеющего средний размер частиц примерно 10 мкм и способного к промежуточному комбинированию с полимерными частицами, с получением покрытия на гибком упаковочном материале, который сохраняет барьерные свойства по водяному пару, придаваемые полимером, и который при роспуске измельчается на частицы обычно меньше примерно 1,6 мм. Значение pH композиции должно быть таким, чтобы обеспечивать измельчение покрытия на частицы обычно меньше 1,6 мм.

Также, согласно изобретению, предлагается способ переработки гибкого бумажного упаковочного материала, имеющего паробарьерное покрытие, обеспечивающий диспергирование упаковочного материала на составные волокна и частицы покрытия. Согласно способу по изобретению, покрытие содержит смесь, содержащую поливинилиденхлорид и добавку в мелкодисперсной форме, которая способна к промежуточному комбинированию с частицами поливинилиденхлорида, и образующую покрытие на гибком бумажном упаковочном материале, который сохраняет паробарьерные свойства, придаваемые ему поливинилиденхлоридом. Способ предусматривает измельчение упаковочного материала, включая покрытие, на частицы, по меньшей мере около 95% которых обычно меньше 1,6 мм, просеивание и отделение любых частиц более 1,6 мм и получение пульпы из оставшихся частиц.

Хотя многие полимеры могут быть использованы для получения паробарьерного покрытия по изобретению, как хорошо известно специалистам, предпочтительные полимеры включают поливинилиденхлорид, сополимер винилиденхлорида, метилметакрилата и акрилонитрила или их смеси.

Аналогично, по отношению к адгезиву, предпочтительными адгезивами являются гидратированный силикат алюминия, карбонат кальция, поливинилацетатный гомополимер и их смеси.

На практике, наиболее интересующая полимерная эмульсия содержит поливинилиденхлорид.

Предпочтительным полимером в полимерной эмульсии является поливинилиденхлорид /ПВДХ/, который является превосходным влагобарьером, так как его молекулярная структура обеспечивает кристаллические области, в которых полимерные цепи ориентируются и располагаются упорядоченным образом. Как указано в "The Search for Alternative Moisture-Barrier Coating", Converting Magazine, August 1995, в этих цепях образуются прочные и взаимодействующие связи. Взаимодействие между атомами водорода и хлора обеспечивают сильное притяжение цепей ПВДХ, образующих плотную трехмерную кристаллическую структуру.

При роспуске в стандартной дробилке механическое усилие, прикладываемое к покрытию, недостаточно для разрыва связей между этими цепями и получения частиц менее 1,6 мм, поэтому получаемые частицы обычно больше 6 мм.

При введении в ПВДХ выбранных добавок, таких как гидратированный силикат алюминия и карбонат кальция, со средним размером частиц менее примерно 10 мкм, и выборе критического pH в композиции, еще сохраняется кристалличность, но при измельчении становится возможным получение меньших частиц благодаря присутствию добавок.

Как указано выше, pH раствора является критическим. Например, с гидратированным силикатом алюминия pH обычно ниже или равно примерно 2. С карбонатом кальция pH обычно между 6 и 7.

Несомненно, слишком большая концентрация добавок будет быстро снижать влагостойкость образованного парового барьера. Было установлено, что частицы с требуемой дисперсностью могут еще быть получены, когда в качестве добавки используется поливинилацетат. Эта добавка не так пригодна для получения смеси с хорошей распускаемостью, как гидратированный силикат алюминия или карбонат кальция, однако, она оказывает меньший отрицательный эффект на паропроницаемость барьерного покрытия. С другой стороны, комбинированное использование поливинилацетата и карбоната кальция дает превосходные результаты по отношению к распускаемости и паропроницаемости. Другие добавки, которые дают удовлетворительные результаты, включают эмульсии полистирола, полиакрилата и тому подобное.

Изобретение далее поясняется на неограничивающих примерах со ссылкой на чертежи, на которых: фиг. 1 - бумага, полученная при использовании чистых целлюлозных волокон; фиг. 2 - бумага, полученная при роспуске гибкой упаковки, имеющей паровой барьер по изобретению; фиг. 3 - бумага по фиг. 1, в которой паровым барьером является ПВДХ; фиг. 4 - бумага по фиг. 1, в которой паровым барьером является полиэтилен.

Легко видеть, что на практике известное покрытие не является распускаемым, тогда как настоящее изобретение обеспечивает бумагу, которая является практически эквивалентной бумаге, получаемой из чистых волокон.

Пример 1. Композицию покрытия получают смешиванием 80 ч. поливинилиденхлоридной эмульсии, поставляемой под торговой маркой Серфин 2022, с 20 ч. суспензии гидратированного силиката алюминия, поставляемой под торговой маркой Омнифил (OMNIFIL) pH смеси, содержащей 54,5 % твердого материала, корректируют до 2.1. и на гибком упаковочном бумажном продукте образуют покрытие с использованием указанной смеси. При роспуске покрытий продукт измельчают на частицы менее 1,5 мм, на которые способно диспергироваться практически все распускаемое покрытие.

Коэффициент пропускания водяных паров /КПВП/ при 100% относительной влажности и 37,8^oC для 25 г/м² покрытия на картонной основе: 15 г/м²/24 ч.

Пример 2. По примеру 1, за исключением того, что вместо Омнифила (Omnifil) используют 10 ч. карбоната кальция, поставляемого под торговой маркой Пулпро 3 (Pulpro 3) и 10 ч. поливинилацетатного гомополимера, поставляемого под торговой маркой Даратэк (Daratack) 71L. Значение pH корректируют до 6,2. Содержание твердого материала в смеси 55,7%. В результате роспуска получаются частицы менее 1, 2 мм.

КПВП: 4 г/м²/24 ч.

Пример 3. По примеру 1, за исключением того, что используют 66 ч. Серфина (Serfene 2022) с 27 ч. Дарана (Daran)SLI 12, который является сополимером винилиденхлорида, метилметакрилата и акрилонитрила, и 7 ч. Даратэка (Daratack) 71L. Значение pH корректируют до 2,1. Содержание твердого материала в смеси 51,5%. В результате роспуска получаются частицы менее 1,5 мм.

КПВП: 1,5 г/м²/24 ч.

Пример 4. По примеру 1, за исключением того, что используют 85 ч. Серфина (Serfene) 2022 с 15 ч. Даратэка (Daratack)71L. Значение pH корректируют до 2,1, и содержание твердого материала в смеси 50,8%. В результате роспуска получаются частицы менее 1,5 мм, что обеспечивает распускаемость всех покрытий.

КПВП: 4 г/м²/24 ч.

Пример 5. По примеру 1, за исключением того, что используют 75 ч. Серфина (Serfene) 2022 с 15 ч. Пулпро (Pulpro) 8/ торговая марка порошкообразного карбоната кальция, до некоторой степени более крупного, чем Пулпро (Pulpro) 3/, и 10 ч. Даратэка (Daratack) 71L. Значение pH корректируют до 6,2. Содержание твердого материала в смеси 58%. В результате роспуска получаются частицы менее 1,5 мм.

КПВП: 8 г/м²/24 ч.

Пример 6. По примеру 1, за исключением того, что используют 75 ч. Серфина (Serfene) 2022 с 11 ч. Пулпро (Pulpro) 8 и 14 ч. Литрона (Lytron) 604 /торговая марка эмульсии однородных твердых легковесных сферических частиц полистирольного полимера/. Значение pH смеси составляет 6,1, а содержание твердого материала в смеси 54%. В результате роспуска получают частицы менее 1,6 мм.

КПВП: 5 г/м²/24 ч.

Таким образом, видно, что во всех примерах частицы эквивалентны по размеру чистым волокнам. Это означает, что они легко могут быть переработаны и что коэффициент пропускания водяных паров практически эквивалентен показателю ПВДХ.

Испытания, выполненные с бумагой, покрытой композицией по изобретению, показали, что роспуск дает около 97% частиц менее 1,6 мм после 30 мин роспуска.

Очевидно,что модификации являются возможными, как легко заметить специалистам, без отхода от объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Композиция для получения распускаемого, не пропускающего пар покрытия для гибкого бумажного упаковочного материала, содержащая полимерную эмульсию, которая обеспечивает барьер по отношению к водяному пару и у которой полимер в эмульсии имеет распределение частиц по размеру менее примерно 10 мкм, причем полимер выбран из группы, состоящей из поливинилиденхлорида, сополимера винилиденхлорида, метилметакрилата и акрилонитрила, а также их смесей, и добавку, состоящую из мелкодисперсного материала, имеющего средний размер частиц менее примерно 10 мкм, причем мелкодисперсный материал способен к промежуточному комбинированию с указанными полимерными частицами с получением покрытия на гибком упаковочном материале, который сохраняет паробарьерные свойства, придаваемые указанным полимером, и который при роспуске измельчается на частицы обычно менее примерно 1,6 мм, причем указанная композиция имеет pH между примерно менее 2 и 8, которое выбрано так, чтобы обеспечить измельчение указанного покрытия на частицы обычно менее 1,6 мм.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что добавка выбрана из группы, состоящей из гидратированного силиката алюминия, карбоната кальция, поливинилацетатного гомополимера и их смесей.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что полимерная эмульсия содержит поливинилиденхлорид.

4. Композиция по п.3, отличающаяся тем, что добавка состоит из суспензии гидратированного силиката алюминия, причем значение pH указанной композиции корректируется затем до менее 2.

5. Композиция по п.3, отличающаяся тем, что добавка содержит карбонат кальция, а значение pH находится между примерно 6 и 7.

6. Композиция по п.3, отличающаяся тем, что добавка содержит поливинилацетатный гомополимер, а pH составляет около 2.

7. Композиция для получения распускаемого покрытия с паробарьерными свойствами для гибкого бумажного упаковочного материала, содержащая полимерную эмульсию, содержащую поливинилиденхлорид, в которой поливинилиденхлорид в эмульсии имеет распределение по среднему размеру частиц менее примерно 10 мкм, добавку, содержащую эмульсию мелкодисперсного гидратированного силиката алюминия, имеющего распределение по среднему размеру частиц менее примерно 10 мкм, причем композиция имеет значение pH около 2; причем указанный мелкодисперсный дегидратированный силикат алюминия способен к промежуточному комбинированию с частицами поливинилиденхлорида с получением покрытия на эластичном упаковочном материале, который сохраняет паробарьерные свойства, придаваемые указанным поливинилиденхлоридом, и который при роспуске измельчается на частицы обычно менее примерно 1,6 мм.

8. Композиция для обеспечения распускаемого паробарьерного покрытия для гибкого бумажного упаковочного материала, содержащая полимерную эмульсию, содержащую поливинилиденхлорид, в которой поливинилиденхлорид в эмульсии имеет распределение по среднему размеру частиц менее примерно 10 мкм, добавку, содержащую мелкодисперсный карбонат кальция, имеющий распределение по среднему размеру частиц менее примерно 10 мкм, причем указанная композиция имеет значение pH около 6; причем мелкодисперсный материал является способным к промежуточному комбинированию с частицами поливинилиденхлорида с получением покрытия на гибком упаковочном материале, который сохраняет паробарьерные свойства, придаваемые указанным поливинилиденхлоридом, и который при роспуске измельчается на частицы обычно менее примерно 1,6 мм.

9. Композиция по п.8, отличающаяся тем, что добавка дополнительно содержит поливинилацетатный полимер, имеющий практически такое же распределение по среднему размеру частиц, что и у карбоната кальция.

10. Способ переработки гибкого бумажного упаковочного материала, имеющего покрытие с паробарьерными свойствами, предусматривающий, что указанный упаковочный материал диспергируют на составные волокна и частицы указанного покрытия, отличающийся тем, что покрытие содержит смесь, содержащую поливинилиденхлорид и добавку в мелкодисперсной форме, имеющую средний размер частиц менее примерно 10 мкм, которая способна к промежуточному комбинированию с частицами указанного поливинилиденхлорида с получением покрытия на указанном гибком бумажном упаковочном материале, который сохраняет паробарьерные свойства, придаваемые поливинилиденхлоридом, причем способ дополнительно предусматривает измельчение указанного упаковочного материала, включая покрытие, на частицы, по меньшей мере примерно 95% которых имеют размер менее 1,6 мм, просеивание и отделение любых частиц больше 1,6 мм и получение пульпы из оставшихся частиц.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 20-2004

Извещение опубликовано: 20.07.2004