CN104356425B - 一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜材料的制备方法 - Google Patents

一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，包括以下步骤：回收纸板纤维溶液（A）的制备，预混液（B）的制备，将回收纸板纤维溶液（A）和预混液（B）按比例混合后得到流延液（C），最后制备得复合膜（D）；本发明以废旧纸板回收物为主要原料，制造出新型的、具有良好力学性能的、成本低廉的、透明性优良的、加工简单的、也可降解的薄膜。

Description

一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保型复合膜及其制备工艺，尤其是涉及一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜材料的制备方法。
背景技术
因塑料制品引起的严重的环境污染，且塑料材料均来至于不可再生资源，全球均十分重视可降解材料的开发。膜材料，在人生日常的生产生活中占据了非常大的比例，如包装膜，农用膜等，用量十分巨大。目前的膜材料绝大多数仍采用塑料膜，如多层共同挤聚乙烯膜、聚丙烯膜等，虽然已有很多的可降解膜材料被陆续开发，但仍存在一定的缺陷，故仍未能完全替代塑料膜材料。
在膜开发领域，最典型的可降解膜为以淀粉为主料的膜，包括全淀粉膜及淀粉塑料复合膜，但两者均存在一定缺陷，如全淀粉膜具有良好的均匀性、透明性，但力学性能较低，主要用于无强度要求的某些特殊功能领域及包装领域的需要，而塑料淀粉膜因为有塑料的存在，当淀粉用量较大时，相容性会明显变差，加工困难。除此外，各种不同的可降解膜也陆续被开发，如以生物质材料为主要原料制备得到的可降解膜，以聚乙烯醇为主要原料制备得到的水溶性可降解膜等。但此类膜仍普遍存在力学性能较差的弱点。
而在可降解原料领域，纸板占据了非常大的份额。尤其是随着电子商务和网上购物的兴起，纸包装用量激增，大部分的纸盒在使用完毕后均被丢弃而无法实现重复利用。如可以废旧的纸板回收料来生产新材料，无疑将具有巨大的开发前景。
因此，如何解决废旧的纸板回收料来生产新材料是业内亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有可降解膜的缺陷，以废旧纸板回收物为主要原料，开发出新型的具有良好力学性能的可降解薄膜，其成本低廉、力学性、透明性优良、加工简单，提供一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜材料的制备方法。
本发明提出一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，包括以下步骤：回收纸板纤维溶液(A)的制备，预混液(B)的制备，流延液(C)的制备以及复合膜(D)的制备；
所述回收纸板纤维溶液(A)的制备包括以下步骤：
(1)将回收的纸板去除表面非纸质杂质，再将纸板放入水力碎浆机，依浆料浓度为10-15wt％进行水力碎浆；
(2)将浆料进行离心脱水或手动脱水去除水分，得含水率为60wt％～70wt％的回收纸板纤维湿料；
(3)将所得到的回收纸板纤维湿料投入质量为其150％-200％浓度为10-15wt％的氢氧化钠水溶液中，浸泡4-6小时后，离心脱水后投入质量为其100％-150％浓度为10-20wt％的由盐酸和草酸混合的酸水溶液中浸泡3-5小时，其中盐酸与草酸的质量比为1：1，然后中和并脱水。
(4)将脱水后的回收纸纤维投入6wt％NaOH/4％尿素水溶液后，冷冻至-12℃后，保持温度2小时，解冻并搅拌，得到浓度为4-6wt％的回收纸板纤维溶液(A)；
所述预混液(B)的制备包括以下步骤：
配置浓度为10-20wt％的羟丙基甲基纤维素水溶液，并在溶液中投入海藻酸钠及纳米无机物，搅拌30-60min，搅拌转速为300-400转/min，然后于溶液中投入浓度10-15wt％的由聚乙烯醇和聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物混合的水溶液，搅拌20-30min至均匀，搅拌转速为300-400转/min；得到预混液(B)
所述流延液(C)的制备包括以下步骤：
将得到的回收纸板纤维溶液(A)和预混液(B)按比例混合后，室温下搅拌30-60min，搅拌过程中加入辅料(E)，搅拌均匀后室内温下放置1小时得到流延液(C)；
所述复合膜(D)的制备包括以下步骤：
将所述流延液(C)浇铸于模具中静置3-6小时，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，干燥4-5小时，即可获得厚度均匀的复合膜。
进一步，所述流延液(C)为6wt％～15wt％的水溶性胶。
进一步，所述回收纸板纤维溶液(A)的制备步骤中，将所得到的回收纸板纤维湿料投入质量为其150％-200％浓度为10-15wt％的氢氧化钠水溶液中，30-40℃下浸泡4-6小时后，离心脱水后投入质量为其100％-150％浓度为10-20wt％由盐酸和草酸混合的酸水溶液中于40-60℃下浸泡3-5小时，其中盐酸与草酸的质量比为1：1，然后中和并脱水；
进一步，所述复合膜(D)的制备中，将所述流延液(C)浇铸于模具中静置3-6小时，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，在30-40℃中干燥4-5小时，即可获得厚度均匀的复合膜。
进一步，所述聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物的接枝率介于30％-60％之间。
进一步，在上述步骤中，各组分的质量比例分别为：所述回收纸板纤维40-60份，所述羟丙基甲基纤维素20-40份，所述海藻酸钠10-20份，所述聚乙烯醇10-20份，所述聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物5-10份，所述纳米无机物3-6份。
进一步，所述辅料(E)为表面活性剂1-2份、着色剂0.5-1份、增塑剂1-3份、抗紫外线剂1-2份的一种或任意几种按质量比组成。
进一步，所述羟丙基甲基纤维素，其2wt％水溶液粘度20℃下介于10-200mPa·s之间，其甲氧基值为28-30％，羟丙基值为7-12％。
进一步，所述海藻酸钠的粘度介于0.02-0.06Pa·s(10g/L，20℃)之间。
进一步，所述纳米无机物为纳米片层粘土、纳米羟磷灰石和纳米蒙脱土中的一种。
进一步，所述表面活性剂可为阴离子表面活性剂或两亲型表面活性剂，选择十二烷基硫酸钠或硬脂酸。
进一步，所述回收纸板为回收瓦楞纸板、蜂窝纸板、卡纸纸板等，可为完整纸板或加工边角料。
进一步，所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)分子结构如下所示。其分子链上甲氧基值为28-30％；羟丙基值为7.0-12％，其2wt％水溶液粘度20℃下介于10-200m Pa·s之间。HPMC具有增稠能力，排盐性、PH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。HPMC在水中溶解后具有碱性，可与具有弱酸性的海藻酸钠进行一定程度的结合，有利于提高膜内物质的相互作用力。同时，其主要构成仍为纤维素，和回收纸板纤维素之间具有良好的相容性。
进一步，所述海藻酸钠的分子结构式如下所示，其粘度为(10g/L水溶液，20℃)/(Pa·s)介于0.02-0.06，优选的，粘度介于0.04-0.06(10g/L水溶液，20℃)/(Pa·s)之间。
进一步，所述聚乙烯醇的分子量Mw介于13000-65000之间，优选的，分子量介于32000-65000之间。
进一步，所述聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物的制备方法为：
首先，将聚乙烯醇和丙烯酰胺均配制成质量分数10％的水溶液。将一定量10％的聚乙烯醇溶液置于150ml三口烧瓶中，加入引发剂K2S2O4，开启搅拌和加热，使引发剂在溶液中充分溶解；而后，再用恒压滴液漏斗滴加10％丙烯酰胺水溶液；反应在恒温体系中进行，滴加丙烯酰胺水溶液的时间大概为反应时间的一半。反应结束后，将体系用丙酮洗涤，以除去体系中未反应的小分子；抽滤后取有机固相，50-60℃条件下恒温烘干至恒质量；再用二甲基亚砜洗涤，以除去有机相中的丙烯酰胺均聚物；抽滤取滤液，再用丙酮对滤液进行洗涤，沉淀出纯净的产物聚乙烯醇/丙烯酰胺接枝共聚物；抽滤，将所得在60℃下恒温烘干。
进一步，聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物的接枝率介于30％-60％之间。其结构式如下：
进一步，所述纳米无机物为纳米片层锂藻土、纳米羟磷灰石和纳米蒙脱土中的一种。纳米无机物在膜中可有效连接大分子链，起到增强的作用。
进一步，所述增塑剂为水性聚酯增塑剂。如意大利DSM公司的聚酯型增塑剂Neoxil-968/60,Neoxil-968/100。
本发明有益效果：通过上述技术方案，以废旧纸板回收物为主要原料，制造出新型的、具有良好力学性能的、成本低廉的、透明性优良的、加工简单的、也可降解的薄膜。
附图说明
图1为本发明环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法一实施的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，提出本发明一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法的实施例。
实施例1，其制备过程为：
I、废纸浆溶液A的处理：
(1)将去除杂质的回收的蜂窝纸板210g放入水力碎浆机，加入1.75kg的水，依浆料浓度为10wt％进行水力碎浆；
(2)将浆料进行离心脱水或手动脱水去除水分，得含水率为60wt％的回收纸纤维湿料；
(3)将回收纸纤维湿料投入浓度为10wt％，1.2kg氢氧化钠水溶液中，30℃下浸泡4小时后，离心脱水后投入1.1kg浓度为12wt％盐酸和草酸混合酸溶液中于40℃下浸泡5小时，溶液中盐酸与草酸质量相等，后中和并脱水。脱水后得到处理纤维素197.4g。
(4)将脱水后的回收纸纤维投入6wt％NaOH/4％尿素水溶液后，冷冻至-12℃后，保温2小时，解冻并搅拌，得到浓度为5wt％的溶液。
II、预混液B的处理：
称取126g羟丙基甲基纤维素，配置浓度为10wt％的羟丙基甲基纤维素水溶液，并在溶液中投入50.4g的海藻酸钠及纳米片层锂藻土16.8g，搅拌30min，搅拌转速为300转/min，后于溶液中投入浓度10wt％的含有25.2g聚乙烯醇和13.4g聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物水溶液，搅拌20min至均匀。搅拌转速为300转/min。
III、流延液的制备：
将回收纸板纤维溶液A和预混液B直接混合后，室温下搅拌30min，搅拌过程中加入2.52g十二烷基磺酸钠，搅拌均匀后室内温下放置1小时。
IV将步骤III所配制的溶液(6wt％～15wt％的水溶性胶)，浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置3小时，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，30℃下干燥4小时，即可获得厚度均匀的复合膜。
实施例2，其制备过程为：
I、废纸浆溶液A的处理：
(1)将去除杂质的回收的瓦楞纸板252g放入水力碎浆机，加入2.5kg的水，依浆料浓度为15wt％进行水力碎浆；
(2)将浆料进行离心脱水或手动脱水去除水分，得含水率为70wt％的回收纸纤维湿料；
(3)将回收纸纤维湿料投入浓度为15wt％，2.0kg氢氧化钠水溶液中，40℃下浸泡6小时后，离心脱水后投入2.1kg浓度为20wt％的由盐酸和草酸混合的酸溶液中于60℃下浸泡3小时，溶液中盐酸与草酸质量相等，后中和并脱水。脱水后得到处理纤维素197.4g。
(4)将脱水后的回收纸纤维投入6wt％NaOH/4％尿素水溶液后，冷冻至-12℃后，保温2小时，解冻并搅拌，得到浓度为5.2wt％的溶液。
II、预混液B的处理：
称取136g羟丙基甲基纤维素，配置浓度为20wt％的羟丙基甲基纤维素水溶液，并在溶液中投入73g的海藻酸钠及纳米羟磷灰石22g，搅拌60min，搅拌转速为400转/min，后于溶液中投入浓度15wt％的含有73g聚乙烯醇和29g聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物水溶液，搅拌30min至均匀。搅拌转速为400转/min。
III、流延液的制备：
将将回收纸板纤维溶液A和预混液B直接混合后，室温下搅拌60min，搅拌过程中加入5.8g十二烷基磺酸钠，和6.7g水性聚酯增塑剂Neoxil-968/60，搅拌均匀后室内温下放置1小时。
IV将步骤III所配制的溶液浇铸于清洗并烘干的模具中，于通风的环境中静置6小时，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，40℃下干燥5小时，即可获得厚度均匀的复合膜。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：回收纸板纤维溶液(A)的制备，预混液(B)的制备，流延液(C)的制备以及复合膜(D)的制备；
所述回收纸板纤维溶液(A)的制备包括以下步骤：
(1)将回收的纸板去除表面非纸质杂质，再将纸板放入水力碎浆机，依浆料浓度为10-15wt％进行水力碎浆；
(2)将浆料进行离心脱水或手动脱水去除水分，得含水率为60wt％～70wt％的回收纸板纤维湿料；
(3)将所得到的回收纸板纤维湿料投入质量为其150％-200％浓度为10-15wt％的氢氧化钠水溶液中，浸泡4-6小时后，离心脱水后投入质量为其100％-150％浓度为10-20wt％的由盐酸和草酸混合的酸水溶液中浸泡3-5小时，其中盐酸与草酸的质量比为1：1，然后中和并脱水；
(4)将脱水后的回收纸纤维投入6wt％NaOH/4％尿素水溶液后，冷冻至-12℃后，保持温度2小时，解冻并搅拌，得到浓度为4-6wt％的回收纸板纤维溶液(A)；
所述预混液(B)的制备包括以下步骤：
配置浓度为10-20wt％的羟丙基甲基纤维素水溶液，并在溶液中投入海藻酸钠及纳米无机物，搅拌30-60min，搅拌转速为300-400转/min，然后于溶液中投入浓度10-15wt％的由聚乙烯醇和聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物混合的水溶液，搅拌20-30min至均匀，搅拌转速为300-400转/min；得到预混液(B)；
所述流延液(C)的制备包括以下步骤：
将得到的回收纸板纤维溶液(A)和预混液(B)按比例混合后，室温下搅拌30-60min，搅拌过程中加入辅料(E)，搅拌均匀后室内温下放置1小时得到流延液(C)；
所述复合膜(D)的制备包括以下步骤：
将所述流延液(C)浇铸于模具中静置3-6小时，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，干燥4-5小时，即可获得厚度均匀的复合膜；
在上述步骤中，各组分的质量比例分别为：
所述回收纸板纤维40-60份，所述羟丙基甲基纤维素20-40份，所述海藻酸钠10-20份，所述聚乙烯醇10-20份，所述聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物5-10份，所述纳米无机物3-6份。
2.如权利要求1所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇和丙烯酰胺均配制成质量分数10％的水溶液，再将一定量10％的聚乙烯醇溶液置于150ml三口烧瓶中，加入引发剂K2S2O4，开启搅拌和加热，使引发剂在溶液中充分溶解；
(2)用恒压滴液漏斗滴加10％丙烯酰胺水溶液；反应在恒温体系中进行，滴加丙烯酰胺水溶液的时间为反应时间的一半，反应结束后，将体系用丙酮洗涤，以除去体系中未反应的小分子；抽滤后取有机固相，50-60℃条件下恒温烘干至恒质量；
(3)再用二甲基亚砜洗涤，以除去有机相中的丙烯酰胺均聚物；抽滤取滤液，再用丙酮对滤液进行洗涤，沉淀出纯净的产物聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物。
3.如权利要求1所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：
所述回收纸板纤维溶液(A)的制备步骤中，将所得到的回收纸板纤维湿料投入质量为其150％-200％浓度为10-15wt％的氢氧化钠水溶液中，于30-40℃下浸泡4-6小时后，离心脱水后投入质量为其100％-150％浓度为10-20wt％的由盐酸和草酸混合的酸水溶液中于40-60℃下浸泡3-5小时，其中盐酸与草酸的质量比为1：1，然后中和并脱水；
所述复合膜(D)的制备中，将所述流延液(C)浇铸于模具中静置3-6小时，使其充分流平并使溶剂初步预挥发；再置于真空干燥箱中，在30-40℃中干燥4-5小时，即可获得厚度均匀的复合膜。
4.如权利要求1所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇-丙烯酰胺接枝共聚物的接枝率介于30％-60％之间。
5.如权利要求1所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：所述流延液(C)为浓度为6wt％～15wt％的水溶性胶。
6.如权利要求1所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：所述辅料(E)为表面活性剂1-2份、着色剂0.5-1份、增塑剂1-3份、抗紫外线剂1-2份的一种或任意几种按质量比组成。
7.如权利要求1所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：所述羟丙基甲基纤维素，其2wt％水溶液粘度20℃下介于10-200mPa·s之间，其甲氧基值为28-30％，羟丙基值为7-12％。
8.如权利要求1所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：所述纳米无机物为纳米片层粘土、纳米羟磷灰石和纳米蒙脱土中的一种。
9.如权利要求6所述环保型回收纸板纤维复合可降解膜的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂可为阴离子表面活性剂或两亲型表面活性剂。
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