CN102746683A - 一种木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法，可较好地解决现有包装材料不环保、成本高的问题。一种木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，基本组成及对应的干质量份数为：木质剩余物纤维：31-35份；预糊化淀粉：20-30份；聚乙烯醇胶：10-13份；发泡剂：3-7份；活化剂：1-4份；成核剂：5-10份。所述方法依次包括原料制备、制坯和模压制备过程。本发明采用的材料资源来源丰富，能耗和原料成本低。制造工艺简单，生产周期短，对环境无污染。减震缓冲性能好、防静电、防腐蚀性，适用范围广泛，市场应用前景良好，随着该类技术的进步与发展，可望成为泡沫塑料包装材料的理想替代品。

Description

一种木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种包装材料及制备方法，特别是一种可用于家用电器、精密仪器、陶瓷和玻璃容器等工业品的缓冲包装材料及其制备方法。

背景技术

目前，我国许多电子产品、家用电器、机械产品和仪器仪表等的包装，都在大量使用聚苯乙烯类泡沫塑料作为缓冲衬垫材料，其次是纸浆模塑产品。聚苯乙烯类泡沫塑料，存在体积大，回收困难，再生费用高，废弃物不能自然降解，焚烧处理会污染环境等弊病。在制造过程中，经常使用氯氟烃类物质作为发泡剂，而这种物质会破坏大气层中的臭氧。国际上，环境保护对包装提出了越来越严格的要求，开始形成了一种新的贸易壁垒，即“绿色壁垒”。为解决这一问题，可自然降解的纸浆模塑产品应运而生，但是这种产品成本较高，生产工艺复杂，压缩回复性差并且在纸浆生产制造过程中很容易造成水污染。因此，开展新型的绿色包装材料替代泡沫塑料缓冲材料的研究具有非常重要的意义。

随着我国经济的发展，我国森林资源逐年减少，木材供需矛盾日益突出，而林区木质剩余物却十分丰富。因此，合理开发利用木质剩余物为原料制备发泡缓冲包装材料，其废弃后可自然生物降解，能有效减轻目前的环境污染现状，在很大程度上减轻泡沫塑料行业所面临的巨大环境压力，同时可以提高我国森林资源利用率，对新时期的森工产品开发与利用有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法，可较好地解决上述问题。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，所述材料包括以下成分，各成分对应的干质量份数分别为：木质剩余物纤维：31-35份；预糊化淀粉：20-30份；聚乙烯醇胶：10-13份；发泡剂：3-7份；活化剂：1-4份；成核剂：5-10份。

所述木质剩余物纤维是桦木和/或落叶松和/或柞木树种纤维，粒度为过62-65目筛所得。

所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、对甲苯磺酰肼、碳酸氢钠、碳酸氢铵、尿素中一种或几种组合。

所述活化剂为硬脂酸钠、硬脂酸镁、氧化锌、尿素中一种或几种组合。

所述成核剂为滑石粉、二氧化硅、碳酸钙中的一种或几种组合。

成分中还包括10-20份干质量份数的增塑剂，所述增塑剂为丙三醇或VAE乳液中的一种或两种组合。

成分中还包括1-3份干质量份数的增白剂，所述增白剂为钛白粉。

成分中还包括5-10份干质量份数的交联剂，所述交联剂为硼砂溶液。

木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料的制备方法，依次包括以下过程：

（1）原料制备：将木质剩余物制备成粒度为60-80目的木屑，筛分去杂后，采用1%-5%氢氧化钠溶液进行碱处理12-24小时；用蒸馏水洗净木粉后进烘箱干燥，使其含水率控制在3%-5%；在90℃-95℃水浴温度下配制质量分数为8%-15%聚乙烯醇溶液；将固体重量30-50%的淀粉溶液在60℃-65℃水浴温度下搅拌预糊化；

（2）制坯：将聚乙烯醇和预糊化淀粉溶液按质量比为1:2-3进行混合搅拌，制成复配胶黏剂；然后放入干质量份数3-7份的发泡剂，1-4份的活化剂，5-10份的成核剂，10-20份的增塑剂，1-3份的增白剂，5-10份的胶联剂，与木粉混合搅拌成均匀的糊状体备用；

（3）材料模压制备：将搅拌均匀的糊状混合物均匀铺放于模具的四周，向模具中均匀地喷入硼砂溶液进行表面交联；合上模具的上盖，升温加热至155-165℃，模压成型，自然冷却，脱模，即得成品。

材料模压制备时，先将模具预加热，预加热温度为100℃-105℃，预加热时间为15min-20min；模压温度为155℃-165℃，加热时间为15min-20min。

本发明的优点在于：采用的材料资源来源丰富，能耗和原料成本低，从而生产的综合成本相对较低。制造工艺简单，生产周期短。使用后废弃物可在自然环境中降解，对环境无污染。减震缓冲性能好、防静电、防腐蚀性，适用范围广泛，市场应用前景良好，随着该类技术的进步与发展，可望成为泡沫塑料包装材料的理想替代品。

附图说明

图1是不同缓冲包装材料的缓冲系数曲线图。

具体实施方式

下面详细阐述本发明优选的实施方式。

实施例一

将过65目筛的桦木纤维用质量分数为2%NaOH溶液处理20小时后清洗至中性，放入烘箱烘干至含水率为3%左右，冷却备用；配制固体重量40%的淀粉溶液在恒温水浴锅中62℃进行预糊化处理，冷却备用；配制质量分数10%的聚乙烯醇溶液，在93℃恒温水浴锅中处理，冷却备用；配制质量分数5%的硼砂溶液，在恒温水浴锅中93℃溶解，冷却备用。按重量计，称取桦木纤维32份，预糊化淀粉24份和聚乙烯醇（PVA）12份混合制备复配胶黏剂，以偶氮二甲酰胺（ C₂H4O₂N₄）5份为发泡剂，氧化锌（ZnO）1份为活化剂，滑石粉（Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂）5份为成核剂，丙三醇（C₃H₈O₃）10份为增塑剂，钛白粉（TiO₂）2份为增白剂，经混合搅拌均匀后在表面喷洒5%硼砂处理，制成发泡缓冲材料坯体。将热压机预加热至103℃时将发泡材料坯体放入200mm′200mm′20mm模具中预热15min，继续升温至162℃，保温15min。关闭热压机，自然冷却至室温时进行脱模处理，得到发泡缓冲包装材料制品。

实施例二

将过75目筛的落叶松木纤维用4%NaOH溶液处理12小时后清洗至中性，放入烘箱烘干至含水率为5%左右，冷却备用；配制固体重量48%的淀粉溶液在恒温水浴锅中64℃进行预糊化处理，冷却备用；配制14%聚乙烯醇溶液，在95℃恒温水浴锅中处理，冷却备用；配制质量浓度5%硼砂溶液，在恒温水浴锅中95℃溶解，冷却备用。称取落叶松木纤维34份，预糊化淀粉28份和聚乙烯醇（PVA）10份混合制备复配胶黏剂，以对甲苯磺酰肼4份为发泡剂，硬脂酸钠2份为活化剂，碳酸钙10份为成核剂，VAE乳液15份为增塑剂，钛白粉（TiO₂）1份为增白剂，5-10份硼砂溶液为交联剂，经混合搅拌均匀后在表面喷洒硼砂处理，制成发泡缓冲材料坯体。将热压机预加热至105℃时将发泡材料坯体放入200mm′200mm′20mm模具中预热18min，继续升温至158℃，保温20min。关闭热压机，自然冷却至室温时进行脱模处理，得到发泡缓冲包装材料制品。

实施例三

将过70目筛的柞木纤维用5%NaOH溶液处理24小时后清洗至中性，放入烘箱烘干至含水率为5%左右，冷却备用；配制固体重量32%的淀粉溶液在恒温水浴锅中60℃进行预糊化处理，冷却备用；配制9%聚乙烯醇溶液，在95℃恒温水浴锅中处理，冷却备用；配制质量浓度5%硼砂溶液，在恒温水浴锅中95℃溶解，冷却备用。称取柞木纤维31份，预糊化淀粉21份和聚乙烯醇（PVA）12份混合制备复配胶黏剂，以碳酸氢钠6份为发泡剂，硬脂酸镁3份为活化剂，二氧化硅和滑石粉混合后共9份为成核剂，丙三醇与VAE乳液混合物共11份为增塑剂，经混合搅拌均匀后在表面喷洒硼砂处理，制成发泡缓冲材料坯体。将热压机预加热至100℃时将发泡材料坯体放入200mm′200mm′20mm模具中预热20min，继续升温至164℃，保温18min。关闭热压机，自然冷却至室温时进行脱模处理，得到发泡缓冲包装材料制品。

实施例四

将过60目筛的柞木纤维用1%NaOH溶液处理16小时后清洗至中性，放入烘箱烘干至含水率为4%左右，冷却备用；配制固体重量48%的淀粉溶液在恒温水浴锅中65℃进行预糊化处理，冷却备用；配制15%聚乙烯醇溶液，在90℃恒温水浴锅中处理，冷却备用；配制质量浓度3%硼砂溶液，在恒温水浴锅中91℃溶解，冷却备用。称取杨树或柳树木纤维35份，预糊化淀粉20份和聚乙烯醇（PVA）10份混合制备复配胶黏剂，以碳酸氢铵3份为发泡剂，尿素3份为活化剂，二氧化硅10份为成核剂，丙三醇20份为增塑剂，经混合搅拌均匀后在表面喷洒硼砂处理，制成发泡缓冲材料坯体。将热压机预加热至100℃时将发泡材料坯体放入200mm′200mm′20mm模具中预热20min，继续升温至164℃，保温18min。关闭热压机，自然冷却至室温时进行脱模处理，得到发泡缓冲包装材料制品。

分别截取面积大小为100×100mm²，厚度为20mm的EPS泡沫塑料和纸浆模塑试样各10个，备用。

再截取同样大小的本发明产品试样10个，备用。

分别测试不同缓冲包装材料的密度、压缩强度和回弹率等相关性能，求取其均值，结果如下表所示。

材料	EPS	纸浆模塑	本发明产品
				密度（g/cm3）	0.021	0.375	0.152
压缩强度(Mpa)	0.039	0.025	0.0336
				回弹率	0.943	0.702	0.897

由不同缓冲材料的应力应变曲线分别计算得到的静态缓冲系数曲线如图1所示。

对于缓冲包装材料，其缓冲系数越小，缓冲性能越好。在低应力条件下，本发明产品的缓冲效果好于纸浆模塑和EPS泡沫塑料。

虽然目前木质纤维剩余物发泡缓冲包装材料的整体缓冲效果尚不如EPS泡沫塑料，但是由于其可降解性、原料来源丰富、成本低廉等天然优势，相信在不久的将来，通过其及相关制品的进一步发展，进而取代现有的发泡塑料势在必行。

前述实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于所述材料包含以下成分，各成分对应的干质量份数分别为：

木质剩余物纤维：31-35份；预糊化淀粉：20-30份；聚乙烯醇胶：10-13份；发泡剂：3-7份；活化剂：1-4份；成核剂：5-10份。

2.根据权利要求1所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于所述木质剩余物纤维是桦木和/或落叶松和/或柞木树种纤维，粒度为过62-65目筛所得。

3.根据权利要求1所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、对甲苯磺酰肼、碳酸氢钠、碳酸氢铵、尿素中一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于所述活化剂为硬脂酸钠、硬脂酸镁、氧化锌、尿素中一种或几种组合。

5.根据权利要求1所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于所述成核剂为滑石粉、二氧化硅、碳酸钙中的一种或几种组合。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于成分中还包括10-20份干质量份数的增塑剂，所述增塑剂为丙三醇或VAE乳液中的一种或两种组合。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于成分中还包括1-3份干质量份数的增白剂，所述增白剂为钛白粉。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于成分中还包括5-10份干质量份数的交联剂，所述交联剂为硼砂溶液。

9.一种前述木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料的制备方法，其特征在于依次包括以下过程：

（1）原料制备：将木质剩余物制备成粒度为60-80目的木屑，筛分去杂后，采用1%-5%氢氧化钠溶液进行碱处理12-24小时；用蒸馏水洗净木粉后进烘箱干燥，使其含水率控制在3%-5%；在90℃-95℃水浴温度下配制质量分数为8%-15%聚乙烯醇溶液；将固体重量30-50%的淀粉溶液在60℃-65℃水浴温度下搅拌预糊化；

（2）制坯：将聚乙烯醇和预糊化淀粉溶液按质量比为1:2-3进行混合搅拌，制成复配胶黏剂；然后放入干质量份数3-7份的发泡剂，1-4份的活化剂，5-10份的成核剂，10-20份的增塑剂，1-3份的增白剂，5-10份的胶联剂，与木粉混合搅拌成均匀的糊状体备用；

（3）材料模压制备：将搅拌均匀的糊状混合物均匀铺放于模具的四周，向模具中均匀地喷入硼砂溶液进行表面交联；合上模具的上盖，升温加热至155-165℃，模压成型，自然冷却，脱模，即得成品。

10.根据权利要求9所述的木质剩余物纤维发泡缓冲包装材料的制备方法，其特征在于材料模压制备时，先将模具预加热，预加热温度为100℃-105℃，预加热时间为15min-20min；模压温度为155℃-165℃，加热时间为15min-20min。