CN108214725A - 一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，属于包装材料制备技术领域。本发明首先通过分子筛脱蜡原理对竹笋壳表面进行脱蜡处理，并将吸附竹蜡后的分子筛粉末和柠檬汁以及菌悬液共混发酵，再将发酵产物和硼化镍共混，在高压反应釜中反应得到增强料，接着用增强料和脲醛树脂以及淀粉糊制备胶黏剂，接着对脱蜡竹笋壳表面进行电晕处理，施胶后热压得到高强度竹笋壳包装纸，本发明通过对竹笋壳表面进行电晕处理，利用电晕放电，产生低温等离子体，使竹笋壳表面产生游离基反应而发生交联，竹笋壳表面变得粗糙，增加了对改性胶黏剂的润湿性，而其表面产生的游离基能和改性胶黏剂中的活性基团产生分子间吸附以及氢键吸附，提高了板材的力学强度。

Description

一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，属于包装材料制备技术领域。
背景技术
近年来，我国森林资源日趋匮乏，木材供需不平衡，国内木材供需缺口逐年增大。木材资源紧缺在很大程度上制约了我国木制品包装行业的可持续健康发展，我国用于包装的人造板代木包装材料有胶合板、刨花板和一些其他板材。
竹笋壳，是竹笋在生长过程中自然脱落或竹笋加工过程中的副产品，全国每年大约可收竹笋壳 1764～2205 万吨，这一巨大的生物质资源大部分被直接抛弃，对环境造成了污染。因此，利用竹笋壳替代木材可以较好地缓解木材资源的短缺，同时，也促进我国竹材的工业化发展。与木材相比，竹笋壳在结构形态、化学成分及力学性能上有较大差异，由于竹笋壳表面含有蜡质层，它与制板时所用的胶黏成分的相容性差，表面润湿性低，导致最终制得的包装材料会由于内结合强度低导致力学强度差，使得最终制得的竹笋壳材料使用范围受限。
因此，发明出一种高强度的竹笋壳包装材料代替木质包装材料对可持续发展具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前木材资源紧缺，而竹笋壳可代替木材，但是由于竹笋壳表面含有蜡质层，它与制板时所用的胶黏成分的相容性差，表面润湿性低，导致最终制得的包装材料会由于内结合强度低导致力学强度差的缺陷，提供了一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取竹笋壳用水冲洗3～5遍后平放在吸附塔中的填料板上，再在竹笋壳表面覆盖一层厚度为3～5mm的沸石粉末，从吸附塔底部向吸附塔中通入过热水蒸气，吸附处理30～40min；
（2）待上述吸附处理结束后，取出吸附塔中的脱蜡竹笋壳和沸石粉末，脱蜡竹笋壳备用，将沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液混合后装入发酵罐中，密封发酵7～9天；
（3）待上述发酵结束后，取出发酵产物装入高压反应釜中，再向高压反应釜中加入硼化镍，保温保压反应20～24h，反应结束后过滤分离得到滤渣，得到自制增强填料；
（4）将小麦淀粉和蒸馏水混合后加入到反应釜中，在40～45℃下反应8～10min，反应结束后继续升温至55～60℃，继续向反应釜中加入氢氧化钠溶液，保温反应15～20min得到糊化淀粉；
（5）将脲醛树脂和上述糊化淀粉混合得到混合物，将混合物移入烧杯中，再向烧杯中加入自制增强料和硼砂，搅拌反应10～15min得到改性胶黏剂；
（6）将备用的脱蜡竹笋壳进行电晕处理，处理结束后得到改性脱蜡竹笋壳；
（7）将上述改性脱蜡竹笋壳两面均涂抹改性胶黏剂，再将施胶后的改性脱蜡竹笋壳纵横交错组坯成5层坯体，再将坯体用热压机热压成厚度为2～3mm的包装材料，并放入烘箱在105～110℃下干燥20～24h，出料即得高强度竹笋壳包装材料。
步骤（1）中所述的通入的过热水蒸气温度为200～240℃，通入速率为1L/min。
步骤（2）中所述的沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液的质量比为1:1:5，密封发酵的温度为30～40℃。
步骤（3）中所述的硼化镍的加入量为发酵产物质量的2%，保温保压反应的压力为1.2～1.4MPa、温度为200～220℃。
步骤（4）中所述的小麦淀粉和蒸馏水的质量比为1:5，氢氧化钠溶液的加入量为小麦淀粉质量的1/2，氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L。
步骤（5）中所述的脲醛树脂和糊化淀粉的质量比为1:3，自制增强料的加入量为混合物质量的10%，硼砂的加入量为混合物质量的0.5%，搅拌反应的温度为70～80℃。
步骤（6）中所述的电晕处理的输入电压为 220 V，处理时间为7～10 s，处理距离为10～12 mm，处理功率为400～500W。
步骤（7）中所述的涂抹改性胶黏剂的施胶量为300～320g/m2，热压机的压力为3～4MPa，温度为120～130℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先通过分子筛脱蜡原理对竹笋壳表面进行脱蜡处理，并将吸附竹蜡后的分子筛粉末和柠檬汁以及菌悬液共混发酵，再将发酵产物和硼化镍共混，在高压反应釜中反应得到增强料，接着用增强料和脲醛树脂以及淀粉糊制备胶黏剂，接着对脱蜡竹笋壳表面进行电晕处理，施胶后热压得到高强度竹笋壳包装纸，本发明将吸附竹蜡后的分子筛粉末和柠檬汁以及菌悬液共混发酵，通过微生物将竹蜡后柠檬汁降解，并产生大量活性基团以及小分子有机质固着在沸石分子筛的内部孔隙及表面，接着将发酵后的沸石分子筛和硼化镍共混，在高压反应釜中反应，在高温高压条件下，利用硼化镍作催化剂，通过柠檬汁中有机酸和固着有机质的螯合性能使得分子筛表面的金属离子离开原有的晶格进入有机质中，从而在分子筛的原有晶格上产生空穴，提高了分子筛的吸附活性，并进一步拓宽其孔径，得到高吸附性和高孔隙率的自制增强料，将自制增强料加入到胶黏剂中，首先增强料的吸附性可以提高胶黏剂的粘结强度，而胶黏剂又能通过渗入分子筛丰富的孔隙中固化，从此形成物理性的锚固作用，进一步提高粘结强度，更重要的是分子筛表面的活性基团可以和胶黏剂以及竹笋壳表面的其他活性基团间产生氢键吸附以及化学键合力，这些吸附以及键合力的产生能够增加最终制得包装材料的内结合强度，从而提高了板材的力学强度；
（2）本发明通过对竹笋壳表面进行电晕处理，利用高频率、高电压在竹笋壳表面电晕放电，进而产生低温等离子体，使竹笋壳表面产生游离基反应而使聚合物发生交联，使得竹笋壳表面的活性和极性增强，竹笋壳表面变得粗糙，从而增加其对改性胶黏剂的润湿性，而其表面产生的游离基能和改性胶黏剂中的活性基团产生分子间吸附以及氢键吸附，这些吸附力的产生增加了最终制得包装材料的内结合强度，再一次提高了板材的力学强度。
具体实施方式
称取竹笋壳用水冲洗3～5遍后平放在吸附塔中的填料板上，再在竹笋壳表面覆盖一层厚度为3～5mm的沸石粉末，从吸附塔底部向吸附塔中通入温度为200～240℃的过热水蒸气，控制通入速率为1L/min，持续通入并吸附处理30～40min；待吸附处理结束后，取出吸附塔中的脱蜡竹笋壳和沸石粉末，脱蜡竹笋壳备用，将沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液按质量比为1:1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口，在温度为30～40℃下密封发酵7～9天；待发酵结束后，取出发酵产物装入高压反应釜中，再向高压反应釜中加入发酵产物质量2%的硼化镍，设置高压反应釜压力为1.2～1.4MPa、温度为200～220℃，保温保压反应20～24h，反应结束后过滤分离得到滤渣，得到自制增强填料；按质量比为1:5将小麦淀粉和蒸馏水混合后加入到反应釜中，在40～45℃下反应8～10min，反应结束后继续升温至55～60℃，继续向反应釜中加入小麦淀粉质量1/2的浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液，保温反应15～20min得到糊化淀粉；按质量比为1:3将脲醛树脂和上述糊化淀粉混合得到混合物，将混合物移入烧杯中，再向烧杯中加入混合物质量10%的自制增强料和混合物质量0.5%的硼砂，在70～80℃下搅拌反应10～15min得到改性胶黏剂；将备用的脱蜡竹笋壳进行电晕处理，控制电晕处理的输入电压为 220 V，处理时间为7～10 s，处理距离为10～12 mm，处理功率为400～500W，处理结束后得到改性脱蜡竹笋壳；将改性脱蜡竹笋壳两面均按施胶量为300～320g/m2涂抹改性胶黏剂，再将施胶后的改性脱蜡竹笋壳纵横交错组坯成5层坯体，再将坯体用热压机以压力为3～4MPa，温度为120～130℃的条件热压成厚度为2～3mm的包装材料，并放入烘箱在105～110℃下干燥20～24h，出料即得高强度竹笋壳包装材料。
实例1
称取竹笋壳用水冲洗3遍后平放在吸附塔中的填料板上，再在竹笋壳表面覆盖一层厚度为3mm的沸石粉末，从吸附塔底部向吸附塔中通入温度为200℃的过热水蒸气，控制通入速率为1L/min，持续通入并吸附处理30min；待吸附处理结束后，取出吸附塔中的脱蜡竹笋壳和沸石粉末，脱蜡竹笋壳备用，将沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液按质量比为1:1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口，在温度为30℃下密封发酵7天；待发酵结束后，取出发酵产物装入高压反应釜中，再向高压反应釜中加入发酵产物质量2%的硼化镍，设置高压反应釜压力为1.2MPa、温度为200℃，保温保压反应20h，反应结束后过滤分离得到滤渣，得到自制增强填料；按质量比为1:5将小麦淀粉和蒸馏水混合后加入到反应釜中，在40℃下反应8min，反应结束后继续升温至55℃，继续向反应釜中加入小麦淀粉质量1/2的浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液，保温反应15min得到糊化淀粉；按质量比为1:3将脲醛树脂和上述糊化淀粉混合得到混合物，将混合物移入烧杯中，再向烧杯中加入混合物质量10%的自制增强料和混合物质量0.5%的硼砂，在70℃下搅拌反应10min得到改性胶黏剂；将备用的脱蜡竹笋壳进行电晕处理，控制电晕处理的输入电压为 220 V，处理时间为7 s，处理距离为10mm，处理功率为400W，处理结束后得到改性脱蜡竹笋壳；将改性脱蜡竹笋壳两面均按施胶量为300g/m2涂抹改性胶黏剂，再将施胶后的改性脱蜡竹笋壳纵横交错组坯成5层坯体，再将坯体用热压机以压力为3MPa，温度为120℃的条件热压成厚度为2mm的包装材料，并放入烘箱在105℃下干燥20h，出料即得高强度竹笋壳包装材料。
实例2
称取竹笋壳用水冲洗4遍后平放在吸附塔中的填料板上，再在竹笋壳表面覆盖一层厚度为4mm的沸石粉末，从吸附塔底部向吸附塔中通入温度为220℃的过热水蒸气，控制通入速率为1L/min，持续通入并吸附处理35min；待吸附处理结束后，取出吸附塔中的脱蜡竹笋壳和沸石粉末，脱蜡竹笋壳备用，将沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液按质量比为1:1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口，在温度为35℃下密封发酵8天；待发酵结束后，取出发酵产物装入高压反应釜中，再向高压反应釜中加入发酵产物质量2%的硼化镍，设置高压反应釜压力为1.3MPa、温度为210℃，保温保压反应22h，反应结束后过滤分离得到滤渣，得到自制增强填料；按质量比为1:5将小麦淀粉和蒸馏水混合后加入到反应釜中，在43℃下反应9min，反应结束后继续升温至58℃，继续向反应釜中加入小麦淀粉质量1/2的浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液，保温反应18min得到糊化淀粉；按质量比为1:3将脲醛树脂和上述糊化淀粉混合得到混合物，将混合物移入烧杯中，再向烧杯中加入混合物质量10%的自制增强料和混合物质量0.5%的硼砂，在75℃下搅拌反应13min得到改性胶黏剂；将备用的脱蜡竹笋壳进行电晕处理，控制电晕处理的输入电压为 220 V，处理时间为9 s，处理距离为11mm，处理功率为450W，处理结束后得到改性脱蜡竹笋壳；将改性脱蜡竹笋壳两面均按施胶量为310g/m2涂抹改性胶黏剂，再将施胶后的改性脱蜡竹笋壳纵横交错组坯成5层坯体，再将坯体用热压机以压力为3MPa，温度为125℃的条件热压成厚度为2mm的包装材料，并放入烘箱在108℃下干燥22h，出料即得高强度竹笋壳包装材料。
实例3
称取竹笋壳用水冲洗5遍后平放在吸附塔中的填料板上，再在竹笋壳表面覆盖一层厚度为5mm的沸石粉末，从吸附塔底部向吸附塔中通入温度为240℃的过热水蒸气，控制通入速率为1L/min，持续通入并吸附处理40min；待吸附处理结束后，取出吸附塔中的脱蜡竹笋壳和沸石粉末，脱蜡竹笋壳备用，将沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液按质量比为1:1:5混合后装入发酵罐中，密封罐口，在温度为40℃下密封发酵9天；待发酵结束后，取出发酵产物装入高压反应釜中，再向高压反应釜中加入发酵产物质量2%的硼化镍，设置高压反应釜压力为1.4MPa、温度为220℃，保温保压反应24h，反应结束后过滤分离得到滤渣，得到自制增强填料；按质量比为1:5将小麦淀粉和蒸馏水混合后加入到反应釜中，在45℃下反应10min，反应结束后继续升温至60℃，继续向反应釜中加入小麦淀粉质量1/2的浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液，保温反应20min得到糊化淀粉；按质量比为1:3将脲醛树脂和上述糊化淀粉混合得到混合物，将混合物移入烧杯中，再向烧杯中加入混合物质量10%的自制增强料和混合物质量0.5%的硼砂，在80℃下搅拌反应15min得到改性胶黏剂；将备用的脱蜡竹笋壳进行电晕处理，控制电晕处理的输入电压为 220 V，处理时间为10 s，处理距离为12 mm，处理功率为500W，处理结束后得到改性脱蜡竹笋壳；将改性脱蜡竹笋壳两面均按施胶量为320g/m2涂抹改性胶黏剂，再将施胶后的改性脱蜡竹笋壳纵横交错组坯成5层坯体，再将坯体用热压机以压力为4MPa，温度为130℃的条件热压成厚度为3mm的包装材料，并放入烘箱在110℃下干燥24h，出料即得高强度竹笋壳包装材料。
对照例
以无锡市某公司生产的改性竹材包装材料作为对照例
对本发明制得的高强度竹笋壳包装材料和对照例中的改性竹材包装材料进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1
由上表中检测数据可以看出，本发明制得的高强度竹笋壳包装材料具有极佳的力学性能，应用前景广阔。

Claims (8)

1.一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取竹笋壳用水冲洗3～5遍后平放在吸附塔中的填料板上，再在竹笋壳表面覆盖一层厚度为3～5mm的沸石粉末，从吸附塔底部向吸附塔中通入过热水蒸气，吸附处理30～40min；
（2）待上述吸附处理结束后，取出吸附塔中的脱蜡竹笋壳和沸石粉末，脱蜡竹笋壳备用，将沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液混合后装入发酵罐中，密封发酵7～9天；
（3）待上述发酵结束后，取出发酵产物装入高压反应釜中，再向高压反应釜中加入硼化镍，保温保压反应20～24h，反应结束后过滤分离得到滤渣，得到自制增强填料；
（4）将小麦淀粉和蒸馏水混合后加入到反应釜中，在40～45℃下反应8～10min，反应结束后继续升温至55～60℃，继续向反应釜中加入氢氧化钠溶液，保温反应15～20min得到糊化淀粉；
（5）将脲醛树脂和上述糊化淀粉混合得到混合物，将混合物移入烧杯中，再向烧杯中加入自制增强料和硼砂，搅拌反应10～15min得到改性胶黏剂；
（6）将备用的脱蜡竹笋壳进行电晕处理，处理结束后得到改性脱蜡竹笋壳；
（7）将上述改性脱蜡竹笋壳两面均涂抹改性胶黏剂，再将施胶后的改性脱蜡竹笋壳纵横交错组坯成5层坯体，再将坯体用热压机热压成厚度为2～3mm的包装材料，并放入烘箱在105～110℃下干燥20～24h，出料即得高强度竹笋壳包装材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的通入的过热水蒸气温度为200～240℃，通入速率为1L/min。
3.根据权利要求1所述的一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的沸石粉末和柠檬汁以及浓度为107cfu/mL的绿脓杆菌菌悬液的质量比为1:1:5，密封发酵的温度为30～40℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的硼化镍的加入量为发酵产物质量的2%，保温保压反应的压力为1.2～1.4MPa、温度为200～220℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的小麦淀粉和蒸馏水的质量比为1:5，氢氧化钠溶液的加入量为小麦淀粉质量的1/2，氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的脲醛树脂和糊化淀粉的质量比为1:3，自制增强料的加入量为混合物质量的10%，硼砂的加入量为混合物质量的0.5%，搅拌反应的温度为70～80℃。
7.根据权利要求1所述的一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的电晕处理的输入电压为 220 V，处理时间为7～10 s，处理距离为10～12 mm，处理功率为400～500W。
8.根据权利要求1所述的一种高强度竹笋壳包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（7）中所述的涂抹改性胶黏剂的施胶量为300～320g/m2，热压机的压力为3～4MPa，温度为120～130℃。
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