CN101337374B - 一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，属于包装材料领域，包括以下步骤；A.按重量份选取粒度为0.2-3毫米，干度大于或等于80％的植物纤维颗粒50-80份，淀粉20-40份，水适量，混合均匀，经膨化制成膨化颗粒，得到植物纤维骨料；B.将植物纤维骨料喷淋回湿，经模压成型后脱模，或者；C.将植物纤维骨料加入含量为20-50％的植物纤维浆状物，混合均匀后模压成型后脱模，干燥，即得成型制品。采用物理方法实现植物纤维材料的发泡，完全不使用化学发泡剂，制作方法简单，产品易于成型，发泡效果好，材料密度低、强度高，抗冲击及缓冲性能好，易于实现工业化生产。自然降解快，基产品是典型的环境友好型包装材料。

Description

一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法

技术领域

本发明涉及一种植物纤维材料的制作方法，具体来说涉及一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，人类社会对环境保护日益重视，正在加大力度，限制和淘汰一批对环境有污染的产品。其中EPS泡沫塑料制品作为包装材料防震内衬包装制品材料也在之列。目前主要的替代产品之一是纸浆模塑工业品防震内衬包装制品。它是以废旧报纸、纸箱纸等植物纤维为主要原材料，经水力机械碎浆、模具真空吸附成型，再经干燥而成。其产品应用领域可涵盖电子、机械零部件、工业表、电工工具、家电、电脑、玻璃、陶瓷和泡沫塑料制品，农产品等行业。但由于其制品过于致密，抗震耐冲击性能大大低于EPS材料。该包装制品的抗震耐冲击性能主要是通过制品的几何结构来保证，由于受到模具结构及加工的影响，制品的发展受到很大的制约。目前只能制作小型制品的包装材料，而制作大型家电产品的包装衬垫材料及填充仍需采用EPS发泡塑料制品，这一技术难题至今未能得到有效解决。同时由于纸在浆模塑制品的成本比FPS泡沫朔料制品的价位要高，因而也极大的限制了纸浆模塑制品的发展。近几年来，一种新型的包装制品材料——植物纤维发泡包装制品及其成型技术正研究开发中。该制品是以植物纤维(废旧报纸、纸箱纸、其他植物纤维材料等)以及淀粉添加助剂材料制作而成，具有基本不污染环境、制作工艺简单、成本低廉、原料来源广、防震隔震性能优于纸浆模塑制品。该材料不仅可以制作防震内衬，也可替代EPS作填充颗粒物体，其效果与EPS的制品基本相当。国内外在进行发泡型植物纤维缓冲包装材料的制作及机理方面的研究，已取得了不同程度的阶段性成果。其实验室制成的样品，足以显示出该产品的发展具有巨大的市场潜力。国内也有几所院校及单位正在进行这方面技术的研究和开发，并已取得了阶段性的成果。国内所开发研究的植物纤维发泡制品的工艺方法主要集中在使用添加化学发泡剂，即纤维原料是通过化学发泡剂的作用发泡，形成颗粒型发泡纸浆，再用模具成型。目前的发泡剂主要有：碳酸氢钠、尿素、偶氮二甲验胺、甲苯磺酞饼等。这类工艺方法存在如下主要问题：第一，因为他们使用化学发泡剂直接在低浓度纤维浆中发泡，这些发泡浆含水量很高。注入成型模具后若是采用压制方式脱水，则发泡浆在受挤压时，发泡形成的孔洞就会被挤破，蜂窝结构就会被破坏，失去缓冲抗震特性，故只能靠自然蒸发水分到一定干度后脱模。同时因为水分大，产品脱模后，必须自然阴干到80％左右干度再送进烘箱烘干，尽管如此产品收缩变形量还较大。因而目前该技术术离实现工业化大规模的生产还有一定的距离。第二，因为他们使用的是化学发泡剂发泡，该类植物纤维发泡的方法及制品在生产过程和使用后的处理中对环境有可能造成一些不利的影响，故该项技术还有待于改进和提高。第三，他们目前都只针对植物纤维中某一类型纤维种类进行了试验，而且主要是回收纤维中的一种，如废报纸或箱板纸等，是较窄取材范围内的植物纤维发泡技术。中国专利公开号：CN1912247，公开日：2007年2月14日，发明名称《植物纤维液体发泡包装材料的制备方法》，提出了将化学浆，化学机械浆，机械浆投入打浆机疏解打浆，加入烷基起泡剂、有机硅表面活性剂和造纸用粘结剂混合均匀后注入成型容器，加热并搅拌成型，后干燥制得成品的技术方案，为市场提供了可降解，可回收，缓冲性能较好，对环境较友好的包装材料。但该技术方案仍属于化学发泡范畴，故仍存在前述的问题，工艺操作比较复杂，难以实现工业化生产，而且降解性能较差，对植物纤维的利用率和环保效果仍不尽理想。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术方法中依靠化学发泡剂发泡，成型制品含水量大，收缩变形大，植物纤维利用率较低以及降解性能较差，对环境仍有一定污染的缺陷和不足，提供一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法。该方法工艺简单，成本低，植物纤维利用率高，发泡效果好，材料密度低、强度高，抗冲击及缓冲性能好，易于实现工业化生产。

本发明的目的是这样实现的：一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，包括以下步骤；

A.按重量份选取粒度为0.2-3毫米，干度大于或等于80％的植物纤维颗粒50-80份，淀粉20-40份，水适量，混合均匀，经膨化制成膨化颗粒，得到植物纤维骨料；

B.将植物纤维骨料喷淋回湿，经模压成型后脱模，即得成型制品，或者；

C.将植物纤维骨料加入到植物纤维的重量％含量为20-50％的植物纤维浆状物中，混合均匀后模压成型后脱模，干燥，即得成型制品。

步骤A中所述的植物纤维颗粒由干燥后的竹、木或草本植物粉碎而成。

步骤A中所述的植物纤维颗粒由废纤维板、废纸或回收的再生纤维经化浆碎解，除杂，挤浆，干燥后疏解成分散状植物纤维而成。

步骤A所述膨化制得植物纤维骨料的过程为：将混合均匀的物料通过螺旋加热输送机升温至70-90度，送进植物纤维膨化机膨化，膨化温度为110-130度，所得膨化物经冷却降至环境温度，再将膨化物经颗粒粉碎机制成直径为2-8毫米的颗粒，即得到植物纤维骨料。

步骤A所述膨化制得植物纤维骨料的过程为：将混合均匀的物料送入颗粒造粒机造粒成直径2-4毫米的颗粒，在造粒过程中根据造粒情况可用雾状喷淋器适当加水，用输送机将造粒颗粒送入隧道干燥机烘干到干度90％以上，干燥后的造粒颗粒送入旋转式罐状膨化器，干燥后的造粒颗粒占膨化器容积30-40％，在温度：110-130度，压力：1-3公斤条件下间歇式膨化后出料，即得到植物纤维骨料。

所述步骤B中，按植物纤维骨料与模具的容积比1.1∶1的比例量取植物纤维骨料，将植物纤维骨料用雾状喷淋器回湿后，注入振动式模压机的模具中压制成型后脱模，即得成型制品，所述模具采用电热加温方式，加热温度为105-115度。

进一步可在所述步骤B后，用淀粉与水按重量份量1-10∶100的比例调制胶料，将其胶料喷施或涂刷至成型制品的表面上，然后用气流喷雾器将分散状植物纤维喷至成型制品的表面上。

所述步骤C中，在植物纤维浆状物中按植物纤维浆状物与淀粉为100∶3-10的重量份比例加入有淀粉。

所述步骤C中，按植物纤维浆状物与植物纤维骨料重量比1∶1.5的比例加入植物纤维浆状物，混合均匀后，按照目标模具容积1.25∶1的比例送入振动式模压机的模具中压制而成型后脱模，模具采用电热加温方式，加热温度为105-115度，脱模后将成型制品送入隧道干燥机烘干至干度90％以上，冷却后即得成型制品。

上述方法制作的纯植物纤维膨化发泡包装材料成型制品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一，本方法采用物理的方法实现植物纤维材料的发泡，完全不使用化学发泡剂，只需根据包装物品所需要的包装要求，调整植物纤维与淀粉和水的比例及加工温度、压力即可，避免了加工过程中和使用后回收处理中产生对环境的一、二次不利影响；第二，原料取材来源更广，为降低成本各种原料可按一定比例混合使用，生产过程中可实现废弃物的零排放。本方法所用原料广泛，可采用未经化学方法提取植物纤维的木材类、农作物桔梗类和经化学方法提取的纤维商品浆、回收的各类纤维制品。第三，由于植物纤维骨料的特性，本发明方法克服了目前其他同类研究中发泡浆料不能挤压成型的缺陷。制作方法简单，产品易于成型，植物纤维利用率高，发泡效果好，材料密度低、强度高，抗冲击及缓冲性能好，易于实现工业化大规模生产，克服了目前研究开发中难以形成工业化生产的问题。第四，本方法生产的产品未加入任何化学添加剂，使用后可回收掺入原料再利用，或制作农家肥等等，自然降解只需6周时间，是典型的环境友好型包装材料。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，包括以下步骤；

A.按重量份选取粒度为0.2-3毫米，干度大于或等于80％的植物纤维颗粒50-80份，淀粉20-40份，水适量，混合均匀，经膨化制成膨化颗粒，得到植物纤维骨料；

B.将植物纤维骨料喷淋回湿，经模压成型后脱模，即得成型制品，或者；

C.将植物纤维骨料加入到植物纤维的重量％含量为20-50％的植物纤维浆状物中，混合均匀后模压成型后脱模，干燥，即得成型制品。

所述植物纤维浆状物中可按植物纤维浆状物与淀粉为100∶3-10的重量份比例加入有淀粉。

以下详述采用本发明方法制作纯植物纤维膨化发泡衬垫包装材料的具体实施例；

1.生产原料

(1)植物纤维：所有植物类均可，分生料类和熟料类。

生料类包括：草、木本类植物，农作物秸秆类。即步骤A中所述的植物纤维颗粒由干燥后的竹、木或草本植物粉碎而成。

熟料类包括：纤维纸浆及浆板，回收再生纤维。即步骤A中所述的植物纤维颗粒也可以由废纤维板、废纸或回收的再生纤维经化浆碎解，除杂，挤浆，干燥后疏解成分散状植物纤维而成。

可以将以上两种植物纤维颗粒按任意比例混合后用于制作植物纤维骨料。

(2)、发泡助剂：淀粉，所有淀粉均可。如各类粮食淀粉，木瓜淀粉，等等。

(3)、水。

2.生产准备

首先对植物纤维进行加工。生料类和熟料类的加工方法分别如下：

生料类：首先用粉碎机将原料粉碎成粉末状物送入生料原料仓备用(颗粒直径0.2-3毫米)。如果是木材类的原料，用磨木机处理；竹子则要先行使用撕裂机，然后用粉碎机加工；草类(包括农作物秸秆等)，首先要把料晒干，再用切草机切成长2-3厘米的小段，然后用粉碎机加工至0.2-3毫米。其它加工业遗留的植物纤维类废弃物作相应处理后再进行加工。在加工过程中所产生的粉尘用粉尘收集器收集起来，重新送回到粉料中使用。故本方法既极大地提高了原料的使用率，又没有环境污染问题。

熟料类：用中浓碎浆机将纤维纸浆板或回收废纸碎解后，用杂质分离机或筛选机除杂后利用挤浆机将其挤成40％左右干度的浆(干度越干越好)，然后用带式运输机送入隧道式干燥机烘干(干度80％以上即可)，再将浆料通过疏解机疏解成分散状态纤维并送入熟料仓备用。挤浆机挤浆过程中产生的水可回到中浓碎浆机反复利用。

3.植物纤维骨料制作

植物纤维骨料是由纤维原料加一定比例的淀粉和水充分混合后送进膨化机膨化制作成的。膨化物较膨化前体积增大二倍以上，具有许多大小不一孔洞结构(或称为蜂窝结构)、硬度较高且能承压又能抗冲击。纤维原料加入淀粉比例的不同，膨化时温度、压力不一样，膨化效果是不同的。用此膨化物作为加工包装衬垫的基本材料，称之为植物纤维骨料。根据用户对衬垫表面是否有表面柔软度要求的不同，我们可以直接用植物纤维骨料或在植物纤维骨料中加入纤维浆，送入振动式模压机制作成成品植物纤维衬垫。由于植物纤维骨料的特性，这种方法，克服了目前其他同类研究中发泡浆料不能挤压成型的缺陷。因为现有方法使用化学发泡剂直接在低浓度纤维浆中发泡，这些发泡浆在成型模具中受挤压时，发泡形成的孔洞就会被挤破，同时因为水分大，产品脱模后，无论是自然阴干还是烘干，产品收缩变形量都较大。

植物纤维骨料的具体制作过程方法如下：

方法一：可以将植物纤维原料、淀粉和水通过计量器按以下重量份比例，即植物纤维原料(50％-70％)+淀粉(40％-20％)+水适量(以满足淀粉与植物纤维原料结合和熟化要求，原则上控制在8-10％)，送入混料拌合机充分搅拌使之混合均匀(10-15分钟)，混合均匀的物料通过螺旋加热输送机升温至70-90度，送进植物纤维膨化机膨化，在膨化机阻尼孔板的作用下，使混合物料的温度上升至温度为110-130度，通过膨化口实现膨化，所得膨化物经冷却降至环境温度，或在快速冷却器的作用下温度降至环境温度，再将膨化物经颗粒粉碎机制成直径为2-8毫米的颗粒，即得到植物纤维骨料，并由集料器收集至植物纤维骨料仓。

方法二：如果植物纤维原料是熟料，也可以按植物纤维原料(60％-80％)+淀粉(40％-20％)送入混料拌合机充分搅拌使之混合均匀即可。将混合均匀的物料送入颗粒造粒机造粒成直径2-4毫米的颗粒，在造粒过程中根据造粒情况可用雾状喷淋器适当加水，用输送机将造粒颗粒送入隧道干燥机烘干到干度90％以上，干燥后的造粒颗粒送入旋转式罐状膨化器，干燥后的造粒颗粒占膨化器容积30-40％，在温度：110-130度，压力：1-3公斤条件下间歇式膨化后出料，即得到植物纤维骨料，并经集料器收集至植物纤维骨料仓。

植物纤维、淀粉和水的混合物得以膨化成植物纤维骨料的原理是：当裹着植物纤维的淀粉在螺旋加热输送机中被送进膨化机的过程中得以熟化，进入植物纤维膨化机后在阻尼孔板的作用下温度进一步上升，混合物中的水分被汽化，由于膨化机内腔体积是一定的，所以此时的植物纤维混合物是在一定温度和压力下呈压缩状态。当植物纤维混合物被挤出膨化口时，瞬间的空间扩大和压力的释放，使其内部形成大量的充气孔洞，在快速冷却器的作用下温度降至环境温度，并被固化成为我们所需要的膨化材料。淀粉的功能是对植物纤维形成粘结作用、形成气囊壁作用及固化剂作用，而植物纤维的功能是在膨化物中起“钢筋骨架”作用。膨化效果是指膨化物在膨化前后的体积变化比值大小，比值大的效果好，比值小的效果差。膨化效果是随着植物纤维原料与淀粉、水的配比不同及膨化时温度、压力的不同而不一样的。例如：当植物纤维50％、淀粉40％、水10％时，膨化温度为130度、压力为2公斤时，膨化比值可以达到1∶3.5以上；而膨化温度为110度、压力为1公斤时，膨化比1∶2左右；膨化温度为120度、压力为1.5公斤时，膨化比在1∶2.5-3范围。当植物纤维60％、淀粉30％、水10％时，膨化温度为130度、压力为2公斤时，膨化比值可以达到1∶3-3.5；而膨化温度为110度、压力为1公斤时，膨化比1∶1.8左右；膨化温度为120度、压力为1.5公斤时，膨化比在1∶2-2.8范围。当植物纤维70％、淀粉20％、水10％时，膨化温度为130度、压力为2公斤时，膨化比值可以达到1∶2.2左右；而膨化温度为110度、压力为1公斤时，膨化比1∶1.5以下；膨化温度为120度、压力为1.5公斤时，膨化比在1∶1.8左右。方法二的膨化原理与方法一基本接近，只是膨化机工作原理略有不同。

4.植物纤维衬垫产品的成型

根据客户对植物纤维衬垫产品表面是否有柔软度的要求，纤维衬垫产品有两种成型制作方法。

(1)针对客户对植物纤维衬垫表面没有柔软度要求的产品。

按植物纤维骨料与模具的容积比1.1∶1的比例量取植物纤维骨料，将植物纤维骨料用雾状喷淋器回湿后，注入振动式模压机的模具中压制成型后脱模，即得成型制品，所述模具采用电热加温方式，加热温度为105-115度。植物纤维骨料回湿后，在加热的模具中颗粒外表有粘性，在压力、温度的作用下，使其相互紧密粘接按模具成型。

为满足客户对植物纤维衬垫表面有柔软度的要求，也可以用淀粉与水按重量份量1-10∶100的比例调制胶料，将其胶料喷施或涂刷至成型制品的表面上，然后用气流喷雾器将分散状植物纤维喷至成型制品的表面上。即将分散状的植物纤维种植到成型制品的表面上，形成一层柔软的植物纤维层。

(2)针对客户对植物纤维衬垫表面有柔软度要求的产品。

按植物纤维重量％含量为20-50％的植物纤维浆状物与植物纤维骨料重量比1∶1.5的比例加入植物纤维浆状物，所述植物纤维浆状物中可按植物纤维浆状物与淀粉为100∶3-10的重量份比例加入有淀粉。并两者混合均匀后，按照目标模具容积1.25∶1的比例送入振动式模压机的模具中压制而成型后脱模，模具采用电热加温方式，加热温度为105-115度，脱模后将成型制品送入隧道干燥机烘干至干度90％以上，冷却后即得成型制品。此方法中植物纤维纤维浆状物充当缓冲材料，淀粉充当粘结剂和二次发泡剂的作用。以满足客户对植物纤维衬垫表面有柔软度的要求。

上述1-4所述的方法均可制作出纯植物纤维膨化发泡包装材料成型制品。

本方法制得产品植物纤维利用率高，发泡效果好，材料密度低、强度高，抗冲击及缓冲性能好，易于实现工业化大规模生产，

5.植物纤维衬垫产品的后处理

由于有些被包装物品的需要，如存放期长或远距离水运，就需要对植物纤维衬垫进行防潮处理。因此对于纯植物纤维膨化发泡包装材料成型制品的防潮处理一是贴覆可降解塑料薄膜，二是在其表面喷涂防潮剂。

Claims (9)

1.一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：包括以下步骤；

A.按重量份选取粒度为0.2-3毫米，干度大于或等于80％的植物纤维颗粒50-80份，淀粉20-40份，水适量，混合均匀，经膨化制成膨化颗粒，得到植物纤维骨料；

B.将植物纤维骨料喷淋回湿，经模压成型后脱模，即得成型制品，或者；

C.将植物纤维骨料加入到植物纤维的重量％含量为20-50％的植物纤维浆状物中，混合均匀后模压成型后脱模，干燥，即得成型制品。

2.根据权利要求1所述的一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：步骤A中所述的植物纤维颗粒由干燥后的竹、木或草本植物粉碎而成。

3.根据权利要求1所述的一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：步骤A中所述的植物纤维颗粒由废纤维板、废纸或回收的再生纤维经化浆碎解，除杂，挤浆，干燥后疏解成分散状植物纤维而成。

4.根据权利要求1所述的一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：步骤A所述膨化制得植物纤维骨料的过程为：将混合均匀的物料通过螺旋加热输送机升温至70-90度，送进植物纤维膨化机膨化，膨化温度为110-130度，所得膨化物经冷却降至环境温度，再将膨化物经颗粒粉碎机制成直径为2-8毫米的颗粒，即得到植物纤维骨料。

5.根据权利要求1所述的一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：步骤A所述膨化制得植物纤维骨料的过程为：将混合均匀的物料送入颗粒造粒机造粒成直径2-4毫米的颗粒，在造粒过程中根据造粒情况可用雾状喷淋器适当加水，用输送机将造粒颗粒送入隧道干燥机烘干到干度90％以上，干燥后的造粒颗粒送入旋转式罐状膨化器，干燥后的造粒颗粒占膨化器容积30-40％，在温度：110-130度，压力：1-3公斤条件下间歇式膨化后出料，即得到植物纤维骨料。

6.根据权利要求1所述的一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：所述步骤B中，按植物纤维骨料与模具的容积比1.1∶1的比例量取植物纤维骨料，将植物纤维骨料用雾状喷淋器回湿后，注入振动式模压机的模具中压制成型后脱模，即得成型制品，所述模具采用电热加温方式，加热温度为105-115度。

7.根据权利要求1或6所述的一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：所述步骤B后，将淀粉与水按重量份1-10∶100的比例调制胶料，将其胶料喷施或涂刷至成型制品的表面上，然后用气流喷雾器将分散状植物纤维喷至成型制品的表面上。

8.根据权利要求1所述的一种纯植物纤维膨化发泡包装材料的制作方法，其特征在于：所述步骤C中，在植物纤维浆状物中按植物纤维浆状物与淀粉为100∶3-10的重量份比例加入有淀粉。

9.由权利要求1-6和8中任一种方法制作的纯植物纤维膨化发泡包装材料成型制品。