圖2是根據(jù)本實施例的另一種多層可再制漿包裝復合材料的側(cè)剖示意圖；
[0064]圖3是根據(jù)本實施例的可再制漿的含礦物材料的側(cè)剖示意圖；
[0065]圖4是根據(jù)本實施例的使用具有分散在聚烯烴粘接劑中的礦物顆粒的含礦物樹 脂的不意圖；
[0066]圖5是根據(jù)本實施例的一個多層可再制漿包裝材料側(cè)橫斷面觀察示意圖；和 [0067]圖6是根據(jù)本實施例的另一個多層可再制漿包裝材料側(cè)橫斷面觀察示意圖； [0068] 圖7是根據(jù)本實施例的復合材料制成的容器；
[0069] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合材料制成的容器內(nèi)襯；
[0070] 圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例形成的復合材料的包膜；及
[0071] 圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例形成的一種復合材料的展出托盤。
【具體實施方式】
[0072] 本發(fā)明涉及的方法和組合物含有可再制漿和可回收的消費品包裝，例如但不限 于，食品，干貨，洗滌劑等，更具體的說，本實施例包括使用礦物層提供可再漿化和可回收消 費品包裝，礦物質(zhì)由熱塑性聚合物鍵合，并隨后粘附于纖維層，采用擠壓涂料，擠出復合，或 層壓連續(xù)且極大地附著在礦物層的表面或天然纖維層的表面，使得成品包裝罐可以有效地 再漿化和回收并同時使用消費前和消費后的收集方法。本發(fā)明實施例提供的可重復使用的 紙漿，從而提供可重用性和再加工處理能力轉(zhuǎn)化為有價值的循環(huán)利用的含紙包裝產(chǎn)品。目 前的包裝復合材料可用于形成一個或多個層的所有類型的單層和多層封裝結(jié)構(gòu)，例如折疊 紙盒等，包括使用單壁或多壁波紋結(jié)構(gòu)作為復合包裝材料的一個或多個內(nèi)或外襯和/或波 紋介質(zhì)。
[0073] 現(xiàn)有的做法，例如，對紙基材添加聚乙烯薄膜（PE)，聚丙烯（PP)，聚酯，蠟，或聚偏 二氯乙烯（PVDC)以提供隔潮層。此外，各種類型的乳劑和水性涂料出于同樣的原因被施加 到紙基材中。然而，針對上述技術(shù)據(jù)信不存在可再制漿和可回收的解決方案，即不能提供一 種高效率的熱塑性擠出涂布形成含顆粒的礦物層。本發(fā)明實施例提供的復合材料具有高防 滲性能，高熱密封性能，高性能的纖維粘結(jié)，強度高，再制漿性，而且制造成本低。此外，其它 樹脂如聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯和類似物可用于包裝材料以提高阻隔性能。然而，這些材 料比蠟，聚乙烯和PVDC更昂貴。主要地阻隔替代物被認為通過回收（再制漿）紙廠是不可 能再制漿，主要是因為他們在纖維回收過程中存在的質(zhì)量問題，或者在通過打亂的過程中， 例如通過堵塞濾網(wǎng)，或通過污染的成品。大約20%的已知的紙板片與上述列出的材料或類 似的材料是被層壓的，從而導致在那些回收行業(yè)內(nèi)不兼容的產(chǎn)品。
[0074] 聚烯烴和其它聚合物涂料的如蠟、丙烯酸酯、聚乙烯苯二甲酸乙二醇酯（PET)分 散和PVDC阻擋層，主要缺點是，他們難以重新處理或回收從而通常被丟棄，或只能在回收 廠的專用設備加工處理，如果對這些材料采取再加工處理，制得的包裝物品可能具有低劣 的阻隔性能和較差的熱密封性能，如杯子或熱密封折疊紙盒。出于環(huán)境和成本的原因，如果 處理包裝材料的隔潮層已成為造紙廠和他們的顧客的一個重要問題。如何再制漿這些材料 構(gòu)成了行業(yè)的特殊問題。具體體現(xiàn)在從包防潮層中回收有用的纖維的問題。目前，幾乎所 有的這些包裝材料都被最終丟棄到垃圾填埋場或焚燒，這引起了關(guān)于對環(huán)境和公眾健康， 特別是對PVDC材料的問題。再加工包裝以回收木纖維是木纖維的重要來源，有助于避免高 質(zhì)量和昂貴的纖維的浪費。
[0075] 當形成包裝材料包裝食品和干貨時，熱密封性包往往是至關(guān)重要的。此外，該包裝 結(jié)構(gòu)優(yōu)選用于濕氣，氧氣，油和脂肪酸的阻隔層。其他的理想特性包括機械性能，美觀性、月旨 粉性能，耐化學品性，可回收性，熱密封性，表面能，油墨附著力，油墨潤濕能力，薄膜對纖維 的附著力，膠水和粘合劑應用的表面改進，和阻隔性能（對氧水，濕度等）。因此，使用聚合 物擠出涂層（聚烯烴纖維表面，是最常見的）和生物聚合物是常見的做法。
[0076] 兩種常用于木材纖維再加工處理的方法。第一種方法打破了木纖維的來源，如包 裝材料，通過碎漿，而其他材料被過濾掉。第二種方法打破了包裝材料，如將任何非纖維材 料破碎成小塊（一般小于1. 6毫米），然后通過過濾網(wǎng)與木纖維構(gòu)成的紙漿。第二種方法是 經(jīng)常經(jīng)常使用化學添加劑和/或附加設備，使其制造價格昂貴，因此不可取。
[0077] 然而，沒有任何已知的樹脂采用我們的不覆蠟層材料用于制備高性能的阻隔層， 可以在不增加制造步驟的情況下重新處理。這些材料回收困難，即使并非不可能。此外，蠟 與樹脂共存經(jīng)常導致在回收過程中較低數(shù)量的可用紙漿，因此增加了大量的浪費。
[0078] 在再漿化過程中，廢舊材料可能會分解成非常細小的顆粒，通常小于0. 7mm。這些 細小的顆粒通過濾網(wǎng)（S)并被發(fā)送到造紙機污染紙漿。碎漿蠟存在的問題包括堵塞毛氈， 浸入烘干機引起卷筒紙破裂，粘滯有關(guān)不合格紙張表面的脂粉，造成產(chǎn)量減少。
[0079]PE和PP阻隔層的再制漿（與大多數(shù)聚合物）是非常困難的。后處理期間，聚 稀經(jīng)是在碎衆(zhòng)機中，從纖維和聚稀經(jīng)中分離并破碎成大塊估計的寬度約0. 3cm-3. 0cm，或 更大的碎片和顆粒密度約〇. 875g/cm3至0. 995g/cm3的范圍以及更高。這些碎片會導致 篩網(wǎng)堵塞，需要寶貴的停機時間進行清理，并會產(chǎn)生固體廢物。然而，當?shù)V化層再制漿時， 從密度約1. l〇g/cm3_4. 75g/cm3或更大，分解成優(yōu)異的約35% -99%的約0. 0005mm2-2mm2 或更小更密集尺寸的片段。這些獨特的顆粒提供了再制漿和回收處理的好處。因此，礦 物層可以通過改進再制漿成功地應用到纖維層。礦物層上聚合物層施加的涂層基重約 41bs/3msf-251bs/3msf(鎊每一千平方英尺）。礦化層復合材料的加工可使用行業(yè)標準的 再漿化和再循環(huán)設備，其中大部分在本說明書中進一步描述來完成。
[0080] 另外，對于正常的處理是很重要的，包括使用一個標準的碎漿機配備了蒸汽管道， 使用不同大小的常規(guī)篩網(wǎng)和操作離心機。PVDC涂層也具有與PE大致相同的處理問題。此 外，其它的選項，如乳劑和內(nèi)含乙烯基的水基涂料不能提供阻隔相當或高成本低性能的熱 密封性能。另外，混合的生產(chǎn)往往是必要的，通常需要和單層或多層乙烯加上礦物單獨的 層，例如，在可能需要時。此外，與聚烯烴不同的是，在改裝或后續(xù)使用過程中使用這些具有 封裝應力或斷裂點類型的阻隔層失效是相當普遍的。最后，PVDC和相關(guān)的涂層具有重要的 環(huán)境毒性危害，因此作為阻隔層是一項糟糕的選擇。
[0081] 在碎漿過程中，非纖維阻隔層必須是脆性結(jié)構(gòu)足以打破成足夠小的碎片，確保纖 維有效地從阻擋層釋放并通過篩網(wǎng)。同時，漿化了的阻隔層的碎片不能太小，因為如何通過 篩網(wǎng)和生成工序是造紙機的工藝難點。最后，打漿的阻隔層的碎片不能大到堵塞的篩網(wǎng)或 污濁過濾過程。
[0082] 在制漿過程中，將礦物含量通過加入適當規(guī)格的顆粒和適量的礦物質(zhì)添加到熱塑 性阻隔層中，含礦物的聚烯烴層取的結(jié)構(gòu)屬性使其在制漿過程中具有高效、清潔，和適當?shù)?處理。此外，有20% -70%的礦化層容易通過篩網(wǎng)釋放纖維含量，從而獲得高的纖維產(chǎn)率。 進一步地，高速、高效通過使用擠壓涂覆熱塑性塑料在纖維上涂覆阻擋層，也可以使用普通 方法如擠出涂覆。而不需要水基分散體、水性分散體、線壓應用、乳液、或使用包含乙烯基的 單層、多層助劑或類似的材料或礦物質(zhì)的附加層，該熱塑性內(nèi)容物用作為顆粒的粘接劑，將 礦物顆粒粘結(jié)一起，將它們固定在復合熱塑性材料和礦物樹脂顆粒適當?shù)奈恢弥?，在高?400°F溫度下加熱，在很高的速度約100FPM-3500FPM(每分鐘英尺）下擠出涂覆在一個單 塊設備或擠出層壓在單臺設備，并在紙卷上以超過30〃-140〃寬卷起。
[0083] 將含有層狀樹脂的礦物擠壓為一種預混合或母料顆粒，并在擠壓后保持其原有的 完整性。因此，與水性或乳液型涂料不同，在涂布之前不需要進行混合，在印刷和加工的過 程中不需要進行干燥。礦化聚烯烴或聚合物層還具有額外的優(yōu)點，如高速熱封性和改進的 阻隔性能。高速熱合性和改善的阻隔性能。當形成一個封裝、高含量的濕度、油和脂肪酸的 阻隔性能時，額外的優(yōu)點還可以包括一個極好的表面具有室溫和熱熔粘合劑的應用。
[0084] 可再制漿復合材料的纖維組分可包括它們的軟木纖維，硬木纖維，或它們的混合 物。例如，該紙基材可以從5-95% (如25-90% )的軟木纖維和從約5-95% (如25-90% ) 硬木纖維。紙基材還可以具有，例如，在一個重量的基礎上為301bs/3000sq-2001bs/3000sq 和卡尺（厚度）為〇· 006" -0· 048"。
[0085] 在紙碎漿和加工的過程中，纖維通過一個或多個篩網(wǎng)經(jīng)過清洗和濾波處理，從再 制漿纖維除去中不需要的物質(zhì)。篩網(wǎng)通常設計成孔狀、割縫狀或波形狀。拒收和篩除的材 料的數(shù)量和類型可能對篩網(wǎng)清潔造成影響。如果篩網(wǎng)變得阻塞，他們無法運行，必須進行清 洗，從而造成在處理過程中產(chǎn)生寶貴的停機時間。
[0086] 這些板材通常是在一個在后面發(fā)現(xiàn)具有最小穿孔的A板，B板穿孔為中間，而C 板往往具有最大的穿孔。由于碎漿過程中產(chǎn)生的尺寸和塑料涂層碎片形態(tài)，塑料廢品堵 塞和弄臟篩選系統(tǒng)，造成的停機一般來說不能高效地處理。然而，礦物層的顆粒密度約 5-0. 01mm2。因此，基于起始復合體的重量不合格率約10-25%，篩網(wǎng)清潔效率達到60-100% 左右，包括壓力篩網(wǎng)設備。因此，實現(xiàn)了篩網(wǎng)清潔度效率為約60%-100%，其中壓力篩裝 置。此外，壓降，表示為饋接受壓力，可以為約2千帕至約12千帕上光滑，異形，或嚴重的波 狀外形的篩網(wǎng)。
[0087] 后篩網(wǎng)處理包括離心篩的清洗。這個紙漿清洗過程中使用流體壓力來創(chuàng)建一個 旋轉(zhuǎn)的流體運動在一個錐形缸，導致更密集的顆粒比輕顆粒更快的向外邊緣移動。在清洗 過程中，優(yōu)質(zhì)纖維產(chǎn)向內(nèi)和向上抬到接受漿料入口。雜質(zhì)如灰塵，金屬，油墨，砂，和任何雜 質(zhì)被保持在向下流動并從清潔器的底部排出。在纖維中礦物層的雜質(zhì)接受并拒絕具有約 1. 01-4. 25g/cm3的密度。由于顆粒與水具有較大的密度差和尺寸特性，顆粒被有效地除 去，并在清洗過程中清洗干凈。從纖維中將含有雜質(zhì)的礦物在高密度、正向和通流的清潔 劑中有效地處理，這些清潔劑的直徑為70mm-400mm。此外，這些纖維粒子加工處理后廢品 率大約在0. 1-1 %到5-30%。此外，由于顆粒的形狀通常有球形（預期的）他們將更有效 地在離心清洗。最后，由于顆粒尺寸較小、普遍密集，它們往往能達到以質(zhì)量計50% -95% 的去除率，粒徑約150mm-0. 05mm采用單獨或組合，專用的比重活化浮選離心吸塵器，洗衣 機，超分散洗滌、具有碎漿稠度從約3-30%的可再漿化和可回收復合材料，制漿溫度約為 100°F-200°F，打漿時間約為10-60分鐘左右，用漿pH值約為6到9. 5±0. 5。工藝壓力 篩為 0· 050-0. 075" 左右且插槽為 0· 006-0. 020"。
[0088] 下表1展示了估算的結(jié)合了礦化層的含紙層復合材料的再制漿范圍。該表也適用 于當采用紙層的纖維的精細含量占該紙的重量百分比為約0. 5% -60%的情形。使用各種 制漿間歇和連續(xù)制漿方法的此數(shù)據(jù)是一致的，包括低濃度持續(xù)，轉(zhuǎn)子去抖動，以9-20RPM滾 筒打衆(zhòng)，高一致性滾筒打衆(zhòng)，以及含有4毫米到8毫米孔的滾筒打衆(zhòng)，從約3% >至約20% 的碎漿濃度，還有使用磁盤、壓力和圓柱形篩類型，所述篩具有約0. 8mm-l. 5_的孔式篩孔 和約0.lmm-〇. 4mm的槽型和異型開口，還包括約0. 150mm_2. 8mm的從細到粗篩孔和槽，以及 篩轉(zhuǎn)子圓周速度為從約l〇m/s-30m/s。
[0089] 表1復合材料再漿化能力
[0090]
[0091] 注釋：百分比為總復合材料的重量百分比。MSF是千平方英尺。無機物的％是基 于行業(yè)標準的灰分測試。再漿化能力數(shù)據(jù)基于Tappi和光纖盒協(xié)會行業(yè)標準測定，并由佐 治亞理工學院IPST報道。
[0092] 各種硅藻土礦物填料和顏料在該復合結(jié)構(gòu)內(nèi)的再制漿含礦物層中都可供使用，包 括：僅舉幾例為云母，二氧化硅，粘土，高嶺土，碳酸鈣，白云石，和二氧化鈦。該填充物提供 改善的性能用于阻擋，不透明度，增加的剛性，導熱性，和強度。填料通常比聚合物更便宜 且因此成為所述聚合物層的一個非常經(jīng)濟的成分。最常用的礦物填料具有的密度為2. 4g/ cm3-4. 9g/cm3。大多數(shù)聚合物具有0. 8g/cm3-l. 85g/cm3的密度，且其中許多可作為熱塑性粘 合劑使用。
[0093] 填料顆粒具有不同尺寸和形狀。其尺寸為具有從0. 1微米-10.0微米的平均粒徑。 非常細的礦物顆粒的一個例子為包括納米沉淀碳酸鈣，其尺寸小于100納米。超細納米粒 子的粒徑為0. 06微米-0. 15微米。這些超細顆粒適用于控制流變性能，如粘度、松弛和下 降。礦物填料顆?？梢跃哂懈鞣N形狀，例如包括球狀、棒狀、立方體、塊狀、片狀，薄片狀，和 各種比例的不規(guī)則形狀。粒子的最大和最小尺寸之間的關(guān)系被稱為長寬比。長寬比和形狀 共同顯著影響影響了在復合聚合物基質(zhì)里的粒子的效果。在另外其它實施例中，顆粒硬度 涉及粗糙度，顏色層裝飾和不透明度。適合于本實施例的顆粒形態(tài)主要為但不限于，鹽和方 解石的立方體和塊形狀，具有如下表2所示的特性，立方結(jié)構(gòu)的例子包括方解石和長石。塊 結(jié)構(gòu)的例子包括方解石，長石，二氧化硅，重晶石和霞石。
[0094] 表2-礦物物理特性
[0095]
[0096] 礦物顆粒還經(jīng)常有高于聚合物的比重。因此，該密度通過提高質(zhì)量增加了成本。許 多顆粒表面經(jīng)過了脂肪酸或其它有機材料處理，例如硬脂酸和其它材料，以在混合過程中 改善聚合物分散。表面處理也影響干流動性，減少表面吸收，并改變加工特性。使用在本實 施例中的，礦物質(zhì)的潛在比重范圍包括顏料，從約1. 8-4. 85g/cm3。
[0097] 有利的是分散填料和顏料（它提供了不透明性和白度給聚合物復合材料）有效地 以獲得良好的性能。對于填料，沖擊強度，光澤，和其它性質(zhì)通過良好的分散性都得到了改 進。對于顏料，斑紋表示不均勻的分散，而著色力丟失可以觀察到，如果如果顏料不是完全 去凝聚的。結(jié)塊作為缺陷，能夠引發(fā)裂紋的形成，從而降低沖擊強度。在此實施例中，結(jié)塊 優(yōu)選小于約30微米至優(yōu)選小于約10微米。
[0098]樹脂和復合擠出對熱靈敏度在在擠出涂覆過程和擠出層壓生產(chǎn)期間變得重要。處 理過程中的小的改變對之前和之后的擠出結(jié)果產(chǎn)生有一個較大的影響。表3是一個樣品， 但不限于對于確定的礦物填充樹脂的擠出涂覆生產(chǎn)范圍。在表3中，熔融指數(shù)的測量根據(jù) ASTM方法D1238-04規(guī)則表明，而密度根據(jù)ASTM標準方法D1501-03規(guī)則下測定。
[0099] 表3-操作參數(shù)，礦化復合材料樹脂，單層，共擠出，和多層含礦物復合材料，至光 纖容納層
[0100]
[0101]
[0102] 結(jié)晶區(qū)域的分子鏈有些彼此平行地布置。在非晶地區(qū)，它們是隨機的。結(jié)晶區(qū)和非 晶區(qū)的該混合物對于擠出良好的擠出涂層是至關(guān)重要的。在基質(zhì)中，該晶體可以作為填料， 所以可以礦化，改進一些機械性能。一個完全的無定形聚烯烴是油脂狀并具有差的物理性 能。一個完全結(jié)晶聚合