刘青山 佛山市新飞卫生材料有限公司
塑料制品价格便宜，因此使用非常广泛。卫生用品行业里，除了绒毛浆、热熔胶之外，其他组成部分——底膜、包膜、非织造布基材等实际上都是塑料。广泛存在的塑料带来了几个很大的挑战，如白色污染、微塑料和资源消耗等。
白色污染主要由于我国塑料的回收利用率低，不到30%，且在逐年下降造成的。而且，回收材料最终还是需要采取焚烧、填埋等处理办法。
微塑料是指直径小于5mm的塑料碎屑和颗粒。塑料的废弃物进入环境后，在物理（机械磨损、土壤翻耕、水体扰动、波浪击打、风力搬运）、化学（紫外光辐射、冻融循环）和生物（植物根系生长、动物摄食与排泄、微生物降解）过程的作用下发生风化、裂解、降解，进而形成塑料碎片或微塑料。微塑料自身的疏水特性可使其吸附（或富集）环境中疏水性有机污染物，被动物摄食、植物吸收，从而带来健康风险。
资源消耗是指塑料等合成树脂的主要原料来源于石油、煤、天然气等不可再生资源。根据BP公司2021年世界能源统计年鉴，2020年底，已探明的石油、煤、天然气按现在的消耗速率约可使用53.5年、139.0年和48.8年。
塑料带来的上述挑战和问题如此严重，因此解决之道尤为重要。一是3R（源头减量、再利用和回收），二是使用可生物降解材料，本文介绍的包装材料——热封生态包装纸就是根据这一思路研发而成。
热封生态包装纸是一种复合材料，包括三层，结构见图1，分别为基材——特殊定制基纸，底涂层——聚乙烯醇（PVA），面涂层——丝素蛋白、多元醇等。
图1 热封生态包装纸结构
1 基材：特殊定制基纸
图2 热封生态包装纸基材
特性：
（1）以针叶木浆为主，添加15%棉纤维且含专有特殊的可降解增强纤维，具备抗拉、耐破、耐折叠性和高韧性，同时可降解；
（2）添加多种功能性助剂，具备良好的阻水抗油性能且无毒；
（3）应用真空圆网紊流上浆成形高速造纸机，可降低定量和能耗；
（4）浆网速比接近1：1，纤维配向角不同于普通圆网造纸机，纵横拉力比小于2：1，基纸横向裂断长达到4.5km，耐破度大幅提高；
在造纸生产工艺中，叩解后加入热熔纤维，纤维以伸展形态均匀分布。经过120℃贴缸干燥后，纤维进一步软化并使之与木浆纤维结合更加紧密。基纸通过涂布后，热熔纤维与丝素蛋白、PVA等在封口温度和压力作用下热熔粘合，可紧密封合，使基纸在涂布后具备更好的热封性能。
组成和工艺：从图3中可见，基材的组成呈金字塔结构，底层为针叶木浆和棉纤维，中层为特种可降解增强热熔纤维，上层为各种功能性添加剂。生产工艺使用真空圆网成形纸机，生产出的基材性能指标详见表1。
图3 热封生态包装纸基材组成
表1 热封生态包装纸基材性能指标
2 面涂层
特性：
（1）含蚕丝蛋白，可降解，可溶于水；
（2）含丙烯酸酯类聚合物，具有水溶性；
（3）可单/双面涂布，且涂布量可控。
生产工艺：热封生态包装纸涂布分两次进行，分别为底涂层涂布和面涂层涂布，详见图4。工艺条件为：一次烘干温度50～90℃，二次烘干温度70～120℃，车速为200～300m/min，涂布量为2～5g/m2。
图4 热封生态包装纸涂层生产工艺流程
1 可生物降解
经过权威机构的检测，新飞热封生态包装纸经过103天的堆肥，生物降解率超过了90%。生物降解试验中的二氧化碳释放量和分解百分率测试结果见图5和图6。主要是产品的纤维原料由可降解的针叶木浆和棉纤维构成，底涂层聚乙烯醇（PVA）可水溶解后生物降解，面涂层里面含有的丝素蛋白因来源于桑蚕丝，自然可以生物降解。
图6 生物降解试验中的分解百分率
2 可热封
新飞生态包装纸可以实现传统纸制包装不具备的热封性，其热封性能实验结果见表2。一般而言，当热封剥离强度达到1N/15mm时，即具备热封性，新飞生态包装纸热封剥离强度可高达3.14N/15mm。
图7 生态包装纸应用示例
表2 生态包装纸热封实验结果
3 卫生性能好,满足食品接触材料要求
表3是新飞热封生态包装纸按照GB4806.8《食品安全国家标准 食品接触用纸和纸板材料和制品》国家标准进行食品接触用纸检测的结果。由此可见，其卫生性能完全符合标准要求，可以与食品接触。
表3 热封生态包装纸食品接触材料性能检测结果
4 力学性能
新飞对其生产的热封生态包装纸与原纸、PE膜进行拉伸强度和断裂伸长率对比，实验结果见表4。由表可知，新飞热封生态包装纸的拉伸强度高于原纸和PE膜，断裂伸长率低于PE膜。但由于PE膜较薄，在设备实际生产过程中，容易变形，不便套印，因此热封生态包装纸与PE膜相比各有千秋。
表4 热封生态纸、原纸和PE膜力学性能对比结果
5 防水、防油、防潮、阻气性
新飞热封生态包装纸经过涂布，具备防水、防油、防潮和阻气性。表5是热封生态包装纸的防潮性能实验测试结果，可以看到包装经过96小时吸潮后，卫生巾产品的吸水率为2.65%，数值已经非常小，说明热封生态包装纸基本能达到与塑料膜相似的包装效果。
表5 热封生态纸防潮性能实验测试结果
1 卫生巾、护垫小包材料
如果采用热封无塑生态包装纸代替卫生巾塑料小包膜，可以节约使用的塑料为：按每片卫生巾（280mm规格，折中规格），使用小包膜约0.93898g，则每百万片卫生巾可以替代938.98kg塑料。
如果卫生巾、护垫和纸尿裤等卫生用品都使用热封无塑生态包装纸进行独立包装，对于整个行业的环保替代和绿色发展将具有非常重大的意义。
目前，新飞已经向部分国际、国内品牌客户推广热封生态包装纸，客户上机测试效果良好，部分客户已经在开展下一步的评估及认证工作了。
成本方面，热封无塑生态包装纸与可降解类塑料小包膜相比，成本低，具有竞争优势。
2 其他包装材料
热封无塑生态包装纸还可应用于餐具包装（一次性刀叉等）、清洁袋（高铁、飞机等）、医药用品包装（口罩等）等。
Q&A问答
1 两层涂层分别起什么作用？
答：两个涂层中直接贴附纸面的涂层被称为底涂层，其作用主要有两个方面：一是形成致密表面层，防止面涂层渗透基纸；
二是提高纸面平整度，减少面涂层的用量。另外一层涂层则是面涂层，涂在底涂层之上，其作用是直接赋予材料应该具有的热封性，使产品在受热之后相互之间能够粘接在一起，再冷却下来以后也不易分开。
2 使用热封包装纸,卫生巾还要用离型纸吗？
答：使用热封生态包装纸以后，还需要使用离型纸。两者功能不同，热封生态包装纸的功能主要在于热封，并不具有离型防粘功能。
3 热封生态包装纸中涂层PVA的作用是什么？
答：PVA即底涂层，其作用见第1个问题的回答。选用PVA的原因是具有水溶性，而且成膜性好。
4 蚕丝蛋白的作用是什么？
答：蚕丝蛋白的作用一是赋予材料热封性，二是具有生物降解性。
5 特殊定制基纸最低定量可以在多少？
答：热封生态包装纸最低定量为35g/m2。
6 生态包装纸是否应用在生活用纸包装领域？与塑料包装的成本对比情况怎么样？
答：热封生态包装纸应用范围可以是卫生巾、护垫、纸巾等生活用纸包装领域，也可以是食品包装领域。其成本低于同样可生物降解的PBAT/PLA膜。
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