CN100346032C - 植物纤维液体发泡包装材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，以植物纤维浆料为主原料，通过对液体发泡构建由植物纤维和少量完全无毒环保的胶粘剂构成的微观网状结构材料。产品的生产、使用、回收和废弃对人和环境无污染；生产过程简单，可以灵活地控制材料的密度。产品强度、缓冲特性及相关性能达到国家有关包装缓冲材料的要求；制造成本远低于会造成白色污染的发泡塑料，产品可以全面替代发泡塑料。由于材料的轻质、多孔性质，使其具有吸音、保温的特性和吸油、除油的功能。
Description
所属技术领域 本发明涉及一种植物纤维发泡包装材料的制备方法，特别是一种植物纤维液体发泡包装材料的制备方法。
背景技术 植物纤维材料是传统的缓冲包装材料，其中包装纸、瓦楞板纸等至今仍然是包装的重要材料。自上个世纪80年代以来，泡沫塑料缓冲包装材料以其良好的缓冲特性和经济特性逐渐在缓冲包装材料领域起主导作用。据不完全统计，仅2003年，中国大陆泡沫塑料产生量就达66.9万吨，产值100亿元左右，而且正以每年12％的速度增长。但随之而来的是对环境严重影响的“白色污染”问题的出现。塑料发泡材料包装的废弃物却给环境带来严重污染，燃烧严重破坏地球的大气臭氧层，造成二次污染；堆埋长期不能腐烂分解，造成土地资源的破坏和浪费。受此困挠的不仪仅是中国，世界各国也普遍受到它的侵害。面对这一问题，各国政府纷纷出台了限制使用泡沫塑料包装材料的法规和政策。中国于1996年4月1日颁布了固定废弃物环境保护法，法规中规定了“三化”原则，即对固体废弃物提倡资源化、减量化和无害化。EPS泡沫塑料制品是污染环境的主要产品之一，面临淘汰势在必行，在全世界停止生产和使用EPS发泡塑料，已成为共识。人们迫切需要无公害、可降解、低成本的植物纤维发泡材料替代EPS发泡材料，成为理想的无公害环保包装材料。当前的植物纤维缓冲包装材料主要有以下四类：
1、以纸及纸板通过构筑空腔结构的材料，它的特点是环保性能、力学性能均佳，但工艺复杂、生产成本高；
2、浆模塑制品材料，它的特点是环保性能好，但存在比重大、脆性大、弹性模数小、回弹性差、缓冲系数小、多次冲击性差等缺点，工艺性差、生产成本高，性价比较差；
3、多层复合材料，它是以片材为主，具有良好的力学性能，但由于材料中包含有部分的高分子材料，所以降解性差，环保性能不理想，且生产工艺复杂，成本高。
4、植物纤维/淀粉制品材料沿用塑料发泡的工艺路线，采用淀粉材料作为发泡体，植物纤维是分散相只其到增强和填充的作用。但淀粉材料自身存在的脆性较大、容易霉变等缺陷使其成果的应用受到阻碍，虽然，在经过添加一些小分子多元醇作为增塑剂后，改善了材料的柔韧性和弹性，且易于加工成型。但由于增塑剂添加改性后，性能的改善有限，而且造成了生产成本的据高不下。
申请号为99104752.4的发明专利“一种包装物原料的制作方法”，介绍了一种属于环保及可生物降解型纤维包装材料方面的技术成。植物纤维泡沫是以植物纤维(如桔杆，海藻等)和淀粉(如大米，玉米、马铃薯等)为原料。利用生物复配和分子重组技术原理。运用特殊的生产工艺。制得的高分子热塑性聚合物。其最大的创新是机械改性、聚合发泡。该材料兼有发泡塑料、纸制品部分相似的性能。
申请号为98122244.7的发明专利“植物纤维发泡包装材料的制造方法”，介绍了一种植物纤维发泡包装材料的制造方法，首先将甘蔗渣、麦杆、稻草、芦苇、一年生草本等天然植物纤维原料通过物料前期蒸晒，烘干后研磨粉碎，将粉碎后的原料在高压釜中蒸煮软化、加入AC发泡剂、淀粉等添加剂混合制成粒状，经膨化系统一次发泡、再加入助剂：防水剂、羧酸钠、三元醇等助剂，在模具中加温定向发泡膨化，即得所需形状包装材料。
发明内容 本发明目的是通过液体发泡方法构建植物纤维网状结构材料，制备具有低密度、抗冲击、缓冲性能的环保型植物纤维发泡包装物。
本发明的植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，包括以下步骤：
1、将化学浆、化学机械浆、机械浆投入打浆机疏解打浆，其中化学浆(绝干重、下同)所占比例为10～100％、化学机械浆所占比例为0～90％、机械浆所占比例为0～90％；加水调浆料浓度至4～12％后送入搅拌机中；所述的化学浆、化学机械浆、机械浆在化工市场均可购得；
2、按照烷基起泡剂用量为10～100mg/l、有机硅表面活性剂用量为5～50mg/l、造纸用胶粘剂用量为10～100mg/l，分别将烷基起泡剂、有机硅表面活性剂和造纸用胶粘剂依次加入上述浆料中搅拌混合，并加水调浆料浓度至4～15％，将混合均匀后的浆料按产品绝干重与浆料绝干重的比为1∶1的比例注入成型容器；步骤1和步骤2全过程控制浆料温度10～25℃；所述的烷基起泡剂为十二烷基醚硫酸铵、或十二烷基硫酸铵、或十六烷基磺酸钠、或十二烷基硫酸二乙醇胺；所述的有机硅表面活性剂为氨基改性硅油、或羟基改性硅油、或环氧改性硅油、或聚醚改性硅油；所述的造纸用胶粘剂包括乳液松香胶、阳离子淀粉、聚丙烯酰胺、三聚氰胺、烷基双烯酮二聚物AKD、烯基琥珀酸酐ASA中的一种或一种以上的混和物；以上化学品均为固体；所述成型容器即产品包装物的模具；
3、在温度为30～95℃的条件下加热已注入浆料的成型容器，并搅拌则浆料发泡；当发泡倍率为5～40时，静置1～10分钟；然后于温度为90～105℃的条件下干燥至产品含水率4～15％；即为成型产品。
本发明利用液体发泡的原理，在泡沫的表面吸附力吸附纤维的同时，又利用气泡内外压差和表面张力的作用托起纤维，在含有纤维的浆料中形成一多孔的泡沫体。利用纤维上分布的羟基的连接和适当的胶料胶接，形成稳定的网架，当水分排除后，这一网架结构得以保留，从而形成所需的网状结构植物纤维材料。通过对液体发泡度的控制可以灵活地控制材料的密度及相关性能，克服纸及纸板和纸浆模塑制品通过人为构建宏观腔体造成的生产成本高和工艺复杂的缺点，从而实现植物纤维材料具有环保特性的基础上，还能在材料性能、经济特性上超越发泡塑料，进一步实现对发泡塑料的全面替代。同时可以利用其的多孔性，开发与其相关的其他用途。
据有关部门统计，全世界包装材料的容器年消费的市场规模约为600亿美元以上，中国的国内商品和出口商品的配套包装物，仅工业防震包装的年用量约为100万吨以上，且每年的递增率约为20％。本发明植物纤维液体发泡包装材料的问世，将为市场提供价廉物美、极富竞争力、可回收利用和对环境友好的植物纤维缓冲包装材料。
依照国家对包装材料的相关标准，委托福建省产品质量检测中心对利用本发明的方法制备的植物纤维液体发泡包装材料用于ADSL宽带调制解调器和数码眼镜包装的样品进行了检测。使用标准包括：GB/T6343-1995《泡沫塑料和橡胶表观(体积)密度测定》；GB/T4857.18-1992《包装、运输包装件编制性能试验大纲的定量数据》；GB/T8813-1988《硬质泡沫塑料压缩试验方法》；GB/T5480.7-2004《矿物棉及其制品试验方法第7部分：吸湿性》；GB/T16265-1996《包装材料试验方法相容性》；GB/T16266-1996《包装材料试验方法接触腐蚀》；GB/T9345-1988《塑料灰分通用测定方法》；GB/T7573-2002《纺织品水萃取液PH值得测定》。检测结果见附表。
附表 产品性能检测
| 检测项目 | 单位 | 技术指标 | 检验结果 | |
| 感官指标 | / | 无异味 | 无异味 | |
| 密度 | g/cm3 | ≤0.2 | 0.033 | |
| 跌落试验高度800mm | ADSL(1kg) | / | 无震裂、破裂 | 无震裂、破裂 |
| 数码眼镜(220g) | 无震裂、破裂 | |||
| 静载堆码试验堆码高度：2.50m | ADSL(1kg) | / | 无明显变形、损坏 | 无明显变形、损坏 |
| 数码眼镜(220g) | 无明显变形、损坏 | |||
| 定频振动试验5Hz×1h×1min | ADSL(1kg) | / | 无异常损坏 | 无异常损坏 |
| 数码眼镜(220g) | 无异常损坏 | |||
| 变频振动试验5、10、20、30Hz×1h×1min | ADSL(1kg) | / | 无异常损坏 | 无异常损坏 |
| 数码眼镜(220g) | 无异常损坏 | |||
| 抗压强度(10％变形) | kPa | / | 2.5 | |
| 吸湿率(50℃，95％RH，96h) | ％ | ＜28 | 17 | |
| 相容性 | / | 无变质 | 无变质 | |
| 接触腐蚀 | / | ≤1 | 0(光亮如初) | |
| PH值 | / | 5～8 | 7.6 | |
| 灰分 | ％ | ＜1 | 0.35 | |
上述检测结果表明，利用本发明的方法制备的植物纤维液体发泡包装材料各项性能指标均达到行业标准，完全可以替代目前大量使用的EPS泡沫塑料缓冲包装制品。本发明的植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，还具有以下优点：
1、膨化植物纤维工业缓冲材料是以可再生的植物纤维为原料，它对原料的要求低于纸制品对原料的要求，因此除了木材以外，竹、芦苇等禾本科植物也是其原料，来源广泛。
2、由于产品附加值高，可实现植物纤维材料的增值减耗，符合我国降低单位产值消耗的产业目标。
3、膨化植物纤维工业缓冲材料不仅是对环境友好的环保包装材料，而且其性能符合我国相关标准，产品可以用于所有小型工业产品，如家电、玻璃制品等和水果等农产品的包装。尤其是为出口企业寻找到了一种优质低成本的环保包装材料，实现全面替代目前广泛使用且给环境产生严重“白色污染”的EPS等塑料发泡包装材料。
4、由于EPS等塑料发泡材料是以石油为原料生产的，替代EPS等塑料发泡材料实际上是减少了石油这一战略资源在这一领域的使用，项目符合我国当前能源替代战略。
5、膨化植物纤维工业缓冲材料是有别于纸浆模塑制品和蜂窝纸板的新型植物纤维包装材料，由于它优异的缓冲特性，为植物纤维材料重新成为包装领域的主体创造了条件。
本发明的植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，参数优化后的技术方案，包括以下步骤：
1、将化学浆、化学机械浆、机械浆投入打浆机疏解打浆，其中化学浆所占比例为30～70％、化学机械浆所占比例为20～60％、机械浆所占比例为10～50％；加水调浆料浓度至6～7％后送入搅拌机中；
2、按照烷基起泡剂用量为10～30mg/l、有机硅表面活性剂用量为5～10mg/l、造纸用胶粘剂用量为10～20mg/l，分别将烷基起泡剂、有机硅表面活性剂和造纸用胶粘剂依次加入上述浆料中搅拌混合，并加水调浆料浓度至4～6％，将混合均匀后的浆料按产品绝干重与浆料绝干重的比为1∶1的比例注入成型容器；步骤1和步骤2全过程控制浆料温度20～25℃；
3、在温度为60～90℃的条件下加热已注入浆料的成型容器并搅拌，则浆料发泡；当发泡倍率为10～20时，静置5～10分钟；然后于温度为90～105℃的条件下干燥至产品含水率6～10％；即为成型产品。
具体实施方式 为了充分公开本发明的植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，现结合实施例加以说明。
实施例一：一种植物纤维液体发泡包装材料的制备方法——ADSLmodem缓冲垫块的制备方法，包括以下步骤：
1、按化学浆70％、化学机械浆20％、机械浆10％的比例，将上述原料混合投入打浆机疏解打浆，并加水调浆料浓度至6％后送入搅拌机中；
2、依次加入十二烷基醚硫酸铵15mg/l、羧基改性硅油8mg/l、乳液松香胶10mg/l、阳离子玉米淀粉6mg/l、ASA 6mg/l于上述浆料中搅拌混合，并加水调浆料浓度至4％，将混合均匀后的浆料按产品绝干重与浆料绝干重的比为1∶1的比例将浆料注入产品模具，即ADSL modem包装物模具，步骤1和步骤2全过程控制浆料温度20～25℃；
3、将已注入浆料的产品模具——ADSL modem包装物模具，加热至80℃搅拌并发泡，发泡倍率12；撤除模具底部托板，静置脱水8分钟，送入干燥箱干燥，干燥温度105℃，干燥至含水率8％，取出模具，脱模后即为成型产品。
实施例二：一种植物纤维液体发泡包装材料的制备方法——数码眼镜缓冲垫块的制备方法
1、按化学浆65％、化学机械浆25％、机械浆10％的比例，将上述原料混合投入打浆机疏解打浆，并加水调浆料浓度至6％后送入搅拌机中；
2、依次加入十六烷基磺酸钠7mg/l、氨基改性硅油8mg/l、乳液松香胶10mg/l、阳离子玉米淀粉6mg/l、聚丙烯酰胺8mg/l于上述浆料中搅拌混合，并加水调浆料浓度至4％，将混合均匀后的浆料按产品绝干重与浆料绝干重的比为1∶1的比例将浆料注入产品模具，即数码眼镜包装物模具；步骤1和步骤2全过程控制浆料温度20～25℃；
3、将已注入浆料的产品模具——数码眼镜包装物模具，加热至80℃，并搅拌发泡，发泡倍率10；撤除模具底部托板，静置脱水10分钟，送入干燥箱干燥，干燥温度105℃，干燥至含水率8％，取出模具，脱模后即为成型产品。
Claims (4)
1、一种植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将化学浆、化学机械浆、机械浆投入打浆机疏解打浆，其中化学浆所占比例为65～70％、化学机械浆所占比例为20～25％、机械浆所占比例为10％；加水调浆料浓度至6～7％后送入搅拌机中；
(2)按照烷基起泡剂用量为13～21mg/l、有机硅表面活性剂用量为8mg/l、造纸用胶粘剂用量为16～18mg/l，分别将烷基起泡剂、有机硅表面活性剂和造纸用胶粘剂依次加入上述浆料中搅拌混合，并加水调浆料浓度至4～6％，将混合均匀后的浆料按产品绝干重与浆料绝干重的比为1∶1的比例注入成型容器；步骤1和步骤2全过程控制浆料温度20～25℃；
(3)在温度为60～90℃的条件下加热已注入浆料的成型容器并搅拌，则浆料发泡；当发泡倍率为10～20时，静置5～10分钟；然后于温度为90～105℃的条件下干燥至产品含水率6～10％。
2、根据权利要求1所述的一种植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按化学浆70％、化学机械浆20％、机械浆10％的比例，将上述原料混合投入打浆机疏解打浆，并加水调浆料浓度至6％后送入搅拌机中；
(2)依次加入十二烷基醚硫酸铵15mg/l、阳离子玉米淀粉6mg/l、羧基改性硅油8mg/l、乳液松香胶10mg/l、ASA 6mg/l于上述浆料中搅拌混合，并加水调浆料浓度至4％，将混合均匀后的浆料按产品绝干重与浆料绝干重的比为1∶1的比例将浆料注入产品模具，步骤(1)和步骤(2)全过程控制浆料温度20～25℃；
(3)将已注入浆料的产品模具，加热至80℃搅拌并发泡，发泡倍率12；撤除模具底部托板，静置脱水8分钟，送入干燥箱干燥，干燥温度105℃，干燥至含水率8％，取出模具，脱模后即为成型产品。
3、根据权利要求1所述的一种植物纤维液体发泡包装材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按化学浆65％、化学机械浆25％、机械浆10％的比例，将上述原料混合投入打浆机疏解打浆，并加水调浆料浓度至6％后送入搅拌机中；
(2)依次加入十六烷基磺酸钠7mg/l、阳离子玉米淀粉6mg/、氨基改性硅油8mg/l、乳液松香胶10mg/l、聚丙烯酰胺8mg/l于上述浆料中搅拌混合，并加水调浆料浓度至4％，将混合均匀后的浆料按产品绝干重与浆料绝干重的比为1∶1的比例将浆料注入产品模具；步骤(1)和步骤(2)全过程控制浆料温度20～25℃；
(3)将已注入浆料的产品模具，加热至80℃，并搅拌发泡，发泡倍率10；撤除模具底部托板，静置脱水10分钟，送入干燥箱干燥，干燥温度105℃，干燥至含水率8％，取出模具，脱模后即为成型产品。
4、由权利要求1、2、3的方法制备的植物纤维液体发泡包装材料产品。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071031 Termination date: 20130707 |