CN105252628A - 一种轻质环保生物质包装材料及其制备方法 - Google Patents

一种轻质环保生物质包装材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轻质环保生物质包装材料及其制备方法，属于轻质材料、可降解生物质材料及其相关技术领域。它是以生物质纤维材料为基材，大豆蛋白为胶粘剂，添加少量的环保型助剂，在模具中经铺装、成型、热压、脱模后制成的具有一定机械强度、减重效果、握钉力的包装材料试样。可应用于产品的运输包装，制作具有一定缓冲性能的支撑件、间隔件、填充件，放置在包装容器内以保护产品；可制作成轻质包装构件，用于制作托盘、大型滑木式包装箱的非承力部件，节约包装材料消耗。具有成本低、轻质、无污染、易降解等优点。

Description

一种轻质环保生物质包装材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轻质环保生物质包装材料及其制备方法，特别涉及一种以废纸纤维和秸秆为原料，大豆蛋白胶黏剂为环保粘合剂，经热压工艺生产托盘、大型滑木式包装箱的非承力部件，如支撑件、间隔件、填充件等轻质环保材料的制作方法，属于轻质材料、可降解生物质材料及其相关技术领域。
背景技术
随着煤炭和石油等化石资源的日益枯竭和环境压力越来越大，开发利用可再生的绿色资源变得越来越紧迫。目前，国际上生物质资源的利用途径主要有3条，即生物质材料、生物质能源和纸浆，其中生物质材料是一种重要的途径，它是一种以木本植物、禾本植物和藤本植物及其加工剩余物和废弃物为原材料，通过物理、化学和生物学等高技术手段，加工制造性能优异、附加值高的新材料。
现有的轻质包装材料，主要集中在利用发泡剂、发泡材料达到轻质的目的。申请号为201010502013.0，名称为以热糊化淀粉为粘合剂制备轻质保温板材的方法，提供了一种以热糊化淀粉为粘合剂，废弃植物纤维和废弃聚苯乙烯泡沫为原料制备轻质环保保温材料的方法，但没有考虑聚苯乙烯泡沫的污染问题。申请号为201410024235.4，名称为一种植物纤维缓冲包装材料的制备方法，提供了一种以植物纤维为原料，以偶氮二甲酰胺、碳酸氢铵为发泡剂，通过微博发泡制备轻质材料的方法，但没有考虑发泡剂成本高、发气难以控制、污染环境等缺点，也没有考虑微波发泡的工业化生产问题。
现有的植物纤维制品采用的胶黏剂多为合成树脂，其原料价格在节节攀升，加上胶粘剂中的挥发性有害气体如游离甲醛和游离苯酚对人体健康的危害越来越受到关注，以生物质为基本原料开发绿色环保胶黏剂成为研究热点。申请号为201310374158.0，名称为一种麦秆制板的胶粘剂制备方法，以MDI、HPMA等制备纤维用胶粘剂，所述胶粘剂稳定性好，具有较好的耐水性和机械力学性能，但存在原料成本高、制备工艺复杂的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于针对目前板材在降解过程中对环境的污染问题，提供一种绿色环保型生物质材料，实现材料的绿色化、可降解。
本发明的目的之二在于针对目前轻质板材的工艺进行改进，提供一种无需发泡剂的轻质板材的配方及制备方案，即减少原材料的使用量，利用热压工艺制备轻质板材。
本发明的目的之三在于针对目前木材用胶粘剂的成本及污染问题，提供一种以大豆蛋白为原料制备胶粘剂的配方，实现绿色环保。
按照本发明提供的技术方案，一种轻质环保生物质包装材料的制备方法，包括包括基材70％～85％、胶黏剂5％～15％、防水剂5％～10％、复配剂1％～3％、交联剂0.3-1％；
将上述基材进行预处理并进行纤维分离，胶黏剂进行改性处理，将上述原料充分搅拌混合均匀，然后在模具中进行铺装，并在热压机上进行热压成型，制得轻质环保生物质材料。所述基材为废纸纤维，或废纸与农作物秸秆、木材、竹材、水生植物中的一种或几种混合纤维原料。
所述胶黏剂为改性大豆蛋白胶黏剂，改性剂具体为NaOH和Ca(OH)2的混合物、SDBS、尿素中的一种或几种；其中各改性剂与大豆蛋白配比为：NaOH0.08-0.24％、Ca(OH)20.08-0.24％、SDBS1-2％，尿素6-18％。
所述防水剂具体为石蜡类防水剂。
所述复配剂为有机高分子类，具体为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠。
所述交联剂具体为十水合四硼酸钠。
所述轻质环保生物质包装材料的制备方法，其特征在于按质量分数计步骤如下：
(1)基材的处理：
废纸纤维：将废弃的瓦楞纸板在水中浸泡一段时间，洗去表面残留的胶，用水力碎浆机碎浆，滤去多余水分，保证含水率在60％～70％。再装进密封塑胶袋水浴处理；
其中水浴温度60-90℃，水浴时间10-30min；
农作物秸秆、木材、竹材、水生植物等纤维原料用NaOH溶液预处理，一定时间后取出，洗去表面的碱液后，静置备用；
(2)胶黏剂改性：对大豆蛋白进行改性处理，用以下一种或几种改性剂处理：
a、NaOH和/或Ca(OH)2：将大豆蛋白、NaOH、Ca(OH)2按一定质量比加入水中，充分搅拌均匀后，进行水浴处理；
b、SDBS：将大豆蛋白与SDBS按一定质量比加入水中，充分搅拌均匀后，，进行水浴处理；
c、尿素：将尿素和大豆蛋白按一定质量比加入水中，充分搅拌均匀后，，进行水浴处理；
其中大豆蛋白与水配比为8-15％，水浴温度为40-60℃，水浴时间为40-60min，搅拌速度30-60r/min；
(3)胶粘剂调制：将步骤(2)制备的改性大豆蛋白胶粘剂、防水剂、复配剂、交联剂常温下充分混合，搅拌均匀后备用；
(4)纤维施胶：将步骤(3)制备的胶粘剂均匀喷洒在步骤(1)制备的基材，混合干燥至含水率20％～50％备用；
(5)热压成型：将步骤(4)制备的物料在模具中进行铺装，将模具置于热压机中央，进行热压，脱模后即可制得轻质环保生物质材料；
其中热压温度120-160℃，热压压力3-7MPa，热压时间20-140min。
本发明与现有生物质热压板材相比，具有显著优点：
(1)利用生活中大量的包装废纸和植物秸秆中丰富的木质纤维素成分，将包装废纸和植物秸秆经过一系列方法处理后，制成板状材料以替代石油基化学试剂成分。既有效的利用包装废纸和植物秸秆资源，降低制作成本，绿色环保，且制作的板材可以用于产品的运输包装上，做成具有一定缓冲性能的支撑件、间隔件、填充件，放置在包装容器内以保护产品，也可以用于制作托盘、大型滑木式包装箱的非承力部件，节约包装材料消耗等，在使用之后又可以再自然环境中被微生物或光降解为水和二氧化碳，不会造成环境污染。
(2)在保证一定机械强度、减重效果、握钉力的前提下，实现板材的轻质化，且无需发泡剂，更绿色、环保。
附图说明
图1是轻质环保生物质包装材料的制备流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
(1)基材的处理：
废纸纤维：将废弃的瓦楞纸板在水中浸泡一段时间，洗去表面残留的胶，用水力碎浆机碎浆，滤去多余水分，保证含水率在60％。再装进密封塑胶袋水浴处理；
其中水浴温度90℃，水浴时间20min；
小麦秸秆用NaOH溶液预处理，一定时间后取出，洗去表面的碱液后，静置备用；
(2)胶黏剂改性：对大豆蛋白进行改性处理，用以下改性剂处理：
NaOH和Ca(OH)2：将大豆蛋白、NaOH、Ca(OH)2按100:1:1的质量比加入水中，充分搅拌均匀后，进行水浴处理；
其中大豆蛋白与水配比为10％，水浴温度为40℃，水浴时间为60min，搅拌速度为30r/min；
(3)胶粘剂调制：将步骤(2)制备的改性大豆蛋白胶粘剂、防水剂、复配剂、交联剂常温下充分混合，搅拌均匀后备用；
(4)纤维施胶：将步骤(3)制备的胶粘剂均匀喷洒在步骤(1)制备的基材，混合干燥至含水率为50％备用；
(5)热压成型：将步骤(4)制备的物料在模具中进行铺装，将模具置于热压机中央，进行热压，脱模后即可制得轻质环保生物质材料；
其中热压温度为140℃，热压压力为3MPa，热压时间为140min。
制得的板材静曲强度为9.07MPa，弹性模量为1686.30MPa，2h吸水厚度膨胀率为10.0％。
实施例二
(1)基材的处理：
废纸纤维：将废弃的瓦楞纸板在水中浸泡一段时间，洗去表面残留的胶，用水力碎浆机碎浆，滤去多余水分，保证含水率在65％。再装进密封塑胶袋水浴处理；
其中水浴温度80℃，水浴时间25min；
小麦秸秆用NaOH溶液预处理，一定时间后取出，洗去表面的碱液后，静置备用；
(2)胶黏剂改性：对大豆蛋白进行改性处理，用以下改性剂处理：
SDBS：将大豆蛋白与SDBS按一定质量比加入水中，充分搅拌均匀后，进行水浴处理；
其中大豆蛋白与水配比为10％，水浴温度为40℃，水浴时间为60min，搅拌速度30r/min；
(3)胶粘剂调制：将步骤(2)制备的改性大豆蛋白胶粘剂、防水剂、复配剂、交联剂常温下充分混合，搅拌均匀后备用；
(4)纤维施胶：将步骤(3)制备的胶粘剂均匀喷洒在步骤(1)制备的基材，混合干燥至含水率40％备用；
(5)热压成型：将步骤(4)制备的物料在模具中进行铺装，将模具置于热压机中央，进行热压，脱模后即可制得轻质环保生物质材料；
其中热压温度140℃，热压压力3MPa，热压时间120min。
制得的板材静曲强度为6.36MPa，弹性模量为2685.85MPa，2h吸水厚度膨胀率为16.0％。
实例例三
(1)基材的处理：
废纸纤维：将废弃的瓦楞纸板在水中浸泡一段时间，洗去表面残留的胶，用水力碎浆机碎浆，滤去多余水分，保证含水率在70％。再装进密封塑胶袋水浴处理；
其中水浴温度70℃，水浴时间30min；
小麦秸秆用NaOH溶液预处理，一定时间后取出，洗去表面的碱液后，静置备用；
(2)胶黏剂改性：对大豆蛋白进行改性处理，用以下改性剂处理：
尿素：将尿素和大豆蛋白按1：1的质量比加入水中，充分搅拌均匀后，，进行水浴处理；
其中大豆蛋白与水配比为10％，水浴温度为40℃，水浴时间为60min，搅拌速度40r/min；
(3)胶粘剂调制：将步骤(2)制备的改性大豆蛋白胶粘剂、防水剂、复配剂、交联剂常温下充分混合，搅拌均匀后备用；
(4)纤维施胶：将步骤(3)制备的胶粘剂均匀喷洒在步骤(1)制备的基材，混合干燥至含水率30％备用；
(5)热压成型：将步骤(4)制备的物料在模具中进行铺装，将模具置于热压机中央，进行热压，脱模后即可制得轻质环保生物质材料；
其中热压温度160℃，热压压力3MPa，热压时间140min。
制得的板材静曲强度为5.17MPa，弹性模量为675.23MPa，2h吸水厚度膨胀率为11.6％。

Claims (8)

1.一种轻质环保生物质包装材料，其特征在于：实现材料的环保和轻质，原材料包括基材70％～85％、胶黏剂5％～15％、防水剂5％～10％、复配剂1％～3％、交联剂0.3-1％；
将基材进行预处理并进行纤维分离，胶黏剂进行改性处理，将上述原料充分搅拌混合均匀，然后在模具中进行铺装，并在热压机上进行热压成型，制得轻质环保生物质材料。
2.如权利要求1所述轻质环保生物质包装材料，其特征在于：所述基材为废纸纤维，或废纸与农作物秸秆、木材、竹材、水生植物中的一种或几种混合纤维原料。
3.如权利要求1所述轻质环保生物质包装材料，其特征在于：以改性大豆蛋白为胶粘剂，改性剂具体为NaOH和Ca(OH)2的混合物、SDBS、尿素中的一种或几种。
4.如权利要求3所述改性大豆蛋白为胶粘剂，其特征在于各改性剂与大豆蛋白配比：NaOH0.08-0.24％、Ca(OH)20.08-0.24％、SDBS1-2％，尿素6-18％。
5.如权利要求1所述轻质环保生物质包装材料，其特征在于：所述防水剂为石蜡类防水剂。
6.如权利要求1所述轻质环保生物质包装材料，其特征在于：所述复配剂为有机高分子类，具体为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠。
7.如权利要求1所述轻质环保生物质包装材料，其特征在于：所述交联剂具体为十水合四硼酸钠。
8.如权利要求1所述轻质环保生物质包装材料的制备方法，其特征在于按质量分数计步骤如下：
(1)基材的处理：
废纸纤维：将废弃的瓦楞纸板在水中浸泡一段时间，洗去表面残留的胶，用水力碎浆机碎浆，滤去多余水分，保证含水率在60％～70％。再装进密封塑胶袋水浴处理；
其中水浴温度60-90℃，水浴时间10-30min；
农作物秸秆、木材、竹材、水生植物等纤维原料用NaOH溶液预处理，一定时间后取出，洗去表面的碱液后，静置备用；
(2)胶黏剂改性：对大豆蛋白进行改性处理，用以下一种或几种改性剂处理：
a、NaOH和/或Ca(OH)2：将大豆蛋白、NaOH、Ca(OH)2按一定质量比加入水中，充分搅拌均匀后，进行水浴处理；
b、SDBS：将大豆蛋白与SDBS按一定质量比加入水中，充分搅拌均匀后，，进行水浴处理；
c、尿素：将尿素和大豆蛋白按一定质量比加入水中，充分搅拌均匀后，，进行水浴处理；
其中大豆蛋白与水配比为8-15％，水浴温度为40-60℃，水浴时间为40-60min，搅拌速度30-60r/min；
(3)胶粘剂调制：将步骤(2)制备的改性大豆蛋白胶粘剂、防水剂、复配剂、交联剂常温下充分混合，搅拌均匀后备用；
(4)纤维施胶：将步骤(3)制备的胶粘剂均匀喷洒在步骤(1)制备的基材，混合干燥至含水率20％～50％备用；
(5)热压成型：将步骤(4)制备的物料在模具中进行铺装，将模具置于热压机中央，进行热压，脱模后即可制得轻质环保生物质材料；
其中热压温度120-160℃，热压压力3-7MPa，热压时间20-140min。
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