CN107602904A - 一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法；包括如下步骤：（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；（2）对粉料进行微波处理，至粉料体积膨胀200‑300%；（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，制成凝胶，转入模具中；（4）向模具中注入超临界气体，进行膨胀发泡；（5）合模，并将模具置于保温箱中，保温熟化5‑15分钟，冷却、风干，即得产品；本发明提供的制备方法简单，原料价廉易得，生产成本低；由于未使用发泡剂，且原料都非常环保，因而有助于减少环境污染，促进包装行业的可持续发展；制得的材料不仅抗冲击性良好，而且拉伸强度高，非常适用于重载荷的包装材料。
Description
技术领域
本发明涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料及其制备方法。
背景技术
目前，全世界每年秸秆产量约为20 亿t，我国农作物秸秆每年产量约达7 亿t 左右，约占世界秸秆总产量的35％，占有量居世界首位。按照传统处理的方法，50％以上的秸秆被直接焚烧用以肥田或者直接丢弃，造成大量农业资源浪费，并且污染环境。
以植物纤维为原料制备包装材料，能够解决非木材植物纤维资源的利用，适应国家建设节能型社会的需求。目前主要通过发泡替代品是纸浆模塑缓冲包装材料，在小型电子仪器、家用电器等行业应用广泛。但由于植物纤维的性能特点发泡后，耐冲击性能差，缓冲性较EPS发泡塑料低,那一用于重载荷的包装。
近几年国内外进行发泡植物纤维缓冲包装材料的制作及机理方面的研究，已经取得不同程度的阶段性成果。主要是以植物纤维为主要原料，添加助剂，进行发泡处理，使材料内部形成空间立体网状结构，因此具有很好的缓冲性能，保障了缓冲材料的结构稳定性。
如公开号为CN102206320A 的发明专利申请公开了一种生物质基聚氨酯泡沫材料的制备方法，该方法主要包括以下步骤：将多元醇液化剂、液化催化剂混合置于容器中，加热至150℃ -200℃，然后加入生物质废弃物和工业木质素，液化，冷却至室温，得到生物质液化产物；将上述制备的生物质液化产物，发泡催化剂，泡沫稳定剂，发泡剂，木质素磺酸盐混合成A 组分，以异氰酸酯作为B 组分，将A 组分和B 组分混合于搅拌容器中，在20-40℃下以8000-14000 转/ 分搅拌5-30s 后倒于模具中，自然发泡5-60s，于80-120℃放置8-24h，再于室温下保存8-24h，使其充分熟化成型。以聚氨酯为内衬料进行了液态发泡。现有的植物纤维发泡制品工艺方法主要集中在使用发泡基体和添加化学发泡剂，浆以液态发泡，步骤繁琐且污染环境。
发明内容
针对现有液态发泡植物纤维依靠支撑体成本高而且难以获得高载荷植物泡沫的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，能避免使用发泡剂，生产过程环保，无需支撑基料。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；
（2）对粉料进行微波处理，至粉料体积膨胀200-300%；
（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，使植物纤维的纤维断面部分形成凝胶，然后转入模具中；
（4）向模具中注入超临界气体，进行膨胀发泡；
（5）合模，并将模具置于保温箱中，保温熟化5-15分钟，冷却、风干，即得用于重载荷包装的发泡植物纤维材料。
为了交加的保证产品的力学性能，步骤（1）所述的植物纤维选自杉木纤维、松木纤维、秸秆纤维、竹纤维、桑麻纤维、棉纤维中的至少一种。
进一步的，步骤（2）中所述的微波处理功率为200-400W，微波处理时间为3-5分钟。
为有效软化粉料并使之形成凝胶状，步骤（3）中所述的软化剂为硅油和/或蓖麻油与明胶的混合物，硅油和/或蓖麻油：明胶=1-3:3-1。
进一步优选的，步骤（3）所述粉料和软化剂的混合质量比例为3-5:1-4。
进一步的，步骤（4）中所述的超临界气体为氮气或二氧化碳。
进一步的，步骤（5）中模具内的压力为1.5-3MPa。
进一步的，步骤（5）中的保温温度为60-70℃。
本发明一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，通过先将植物纤维的纤维断面制成凝胶，再向其内注入高压力的超临界气体，如此，软化后的长纤维可缠绕包覆气体，即形成“发泡”的自支撑效果，克服了使用塑性基体支撑发泡植物纤维的缺陷，完全有植物纤维发泡成型。另外，植物纤维的纤维断面凝胶化，使纤维重整链接，从而较好的保留了植物纤维的强度，得到的发泡材料具有优异抗重载荷性能。固化成型后，发泡的植物纤维材料抗冲击性良好，拉伸强度高，能够用于重载荷物品的包装。本发明提供的制备方法简单易行，原料价廉易得，生产成本低。此外，由于本发明是使用超临界气体代替使用发泡剂进行的发泡，因此能避免因使用发泡剂而带来的废水、废气污染问题，由此可见，本发明提供的技术方案能够减少环境污染，进而促进包装行业的可持续发展。
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说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；所述植物纤维为杉木纤维；
（2）对粉料进行微波处理，至粉料体积膨胀250%；所述微波处理功率为300W，微波处理时间为4分钟；
（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，制成凝胶，转入模具中；所述软化剂为硅油与明胶的混合物，硅油：明胶=1:1，粉料和软化剂的混合比例为3:2；
（4）向模具中注入超临界氮气，进行膨胀发泡；
（5）合模，模具内的压力为2MPa；并置于65℃的保温箱中，保温熟化10分钟，冷却、风干，即得产品。经检测，制得的产品的拉伸强度为6.8MPa，冲击强度为30KJ/m2，耐破强度2.5MPa。
实施例2
一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；所述植物纤维为松木纤维；
（2）对粉料进行微波处理，至粉粒体积膨胀200%；所述微波处理功率为400W，微波处理时间为3分钟；
（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，制成凝胶，转入模具中；所述软化剂为硅油和蓖麻油与明胶的混合物，硅油和蓖麻油：明胶=3:1，硅油和蓖麻油的混合比例为任意比例，粉料和软化剂的混合比例为5:2；
（4）向模具中注入超临界二氧化碳，进行膨胀发泡；
（5）合模，模具内的压力为3MPa；并置于60℃的保温箱中，保温熟化15分钟，冷却、风干，即得产品。经检测，制得的产品的拉伸强度为7.2MPa，冲击强度为32KJ/m2，耐破强度2.6MPa。
实施例3
一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；所述植物纤维为秸秆纤维和竹纤维；
（2）对粉料进行微波处理，至粉粒体积膨胀300%；所述微波处理功率为200W，微波处理时间为5分钟；
（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，制成凝胶，转入模具中；所述软化剂为硅油和蓖麻油与明胶的混合物，硅油和蓖麻油：明胶=1:3，硅油和蓖麻油的混合比例为任意比例，粉料和软化剂的混合比例为3:4；
（4）向模具中注入超临界氮气，进行膨胀发泡；
（5）合模，模具内的压力为1.5MPa；并置于70℃的保温箱中，保温熟化5分钟，冷却、风干，即得产品。经检测，制得的产品的拉伸强度为6.5MPa，冲击强度为34KJ/m2，耐破强度2.2MPa。
实施例4
一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；所述植物纤维为桑麻纤维和棉纤维；
（2）对粉料进行微波处理，至粉料体积膨胀250%；所述微波处理功率为300W，微波处理时间为4分钟；
（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，制成凝胶，转入模具中；所述软化剂为蓖麻油与明胶的混合物，蓖麻油：明胶=2:3，粉料和软化剂的混合比例为2:1；
（4）向模具中注入超临界二氧化碳，进行膨胀发泡；
（5）合模，模具内的压力为2.5MPa；并置于60℃的保温箱中，保温熟化10分钟，冷却、风干，即得产品。经检测，制得的产品的拉伸强度为6.1MPa，冲击强度为30KJ/m2，耐破强度2.4MPa。
实施例5
一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；所述植物纤维为胡麻纤维；
（2）对粉料进行微波处理，至粉料体积膨胀250%；所述微波处理功率为300W，微波处理时间为4分钟；
（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，制成凝胶，转入模具中；所述软化剂为蓖麻油与明胶的混合物，蓖麻油：明胶=2:3，粉料和软化剂的混合比例为3:4；
（4）向模具中注入超临界二氧化碳，进行膨胀发泡；
（5）合模，模具内的压力为2.5MPa；并置于60℃的保温箱中，保温熟化10分钟，冷却、风干，即得产品。经检测，制得的产品的拉伸强度为6.1MPa，冲击强度为36KJ/m2，耐破强度2.4MPa。
对比例1
一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；所述植物纤维为胡麻纤维；
（2）对粉料进行微波处理，至粉料体积膨胀250%；所述微波处理功率为300W，微波处理时间为4分钟；
（3）将粉料分散于水溶液中，转入模具中；
（4）向模具中注入超临界二氧化碳，进行膨胀发泡；
（5）合模，模具内的压力为2.5MPa；并置于60℃的保温箱中，保温熟化10分钟，冷却、风干，即得产品。经检测，制得的产品的拉伸强度为6.1MPa，冲击强度为8KJ/m2，耐破强度1.1MPa。
对比例2
对比例2：取市售EPS发泡板进行检测，实验结果为：EPS发泡板的拉伸强度为4.2MPa，冲击强度为14KJ/m2，耐破强度1.3MPa。由此可见，本发明制得的产品的冲击强度和耐破强度均较市售的EPS发泡板有很大提升，即表明本发明提供的产品性能更好。事实上，由于本发明提供的产品在制备过程中不使用发泡剂，因此能避免因使用发泡剂而带来的废水、废气污染问题。此外，由于本发明提供的产品是以植物纤维为原料，因此该产品在废弃后也能实现很快降解。因此较EPS发泡板而言，其生产和使用过程均更为绿色环保。
Claims (8)
1.一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将植物纤维截短，粉碎至粒度小于1cm，得粉料；
（2）对粉料进行微波处理，至粉料体积膨胀200-300%；
（3）将粉料和软化剂搅拌混合分散于水溶液中，使植物纤维的纤维断面部分形成凝胶，然后转入模具中；
（4）向模具中注入超临界气体，进行膨胀发泡；
（5）合模，并将模具置于保温箱中，保温熟化5-15分钟，冷却、风干，即得用于重载荷包装的发泡植物纤维材料。
2.根据权利要求1所述一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的植物纤维选自杉木纤维、松木纤维、秸秆纤维、竹纤维、桑麻纤维、棉纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的微波处理功率为200-400W，微波处理时间为3-5分钟。
4.根据权利要求1所述一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的软化剂为硅油和/或蓖麻油与明胶的混合物，硅油和/或蓖麻油：明胶=1-3:3-1。
5.根据权利要求1所述一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述粉料和软化剂的混合质量比例为3-5:1-4。
6.根据权利要求1所述一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的超临界气体为氮气或二氧化碳。
7.根据权利要求1所述一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中模具内的压力为1.5-3MPa。
8.根据权利要求1所述一种用于重载荷包装的发泡植物纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中的保温温度为60-70℃。
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| CN102206320A (zh) * | 2011-04-22 | 2011-10-05 | 中国农业大学 | 一种生物质基聚氨酯泡沫材料的制备方法 |
| CN102977625A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-03-20 | 江南大学 | 植物纤维发泡包装板材及其加工工艺和模具 |
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