CN109266033A - 一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料及制备方法 - Google Patents

一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料及其制备方法，该缓冲材料由干质量份数的原料制成：丝瓜络纤维100份，发泡剂3～10份、填料12～18份、胶黏剂40～80份、增塑剂5～15份。具体制备方法是：1)各组分按比例称重；2)丝瓜络纤维预处理；3)胶黏剂配制；4)物料混合；5)发泡定型。本发明制备的缓冲材料缓冲性能优异，所用丝瓜络纤维可自然降解，所用辅助成份均无毒无害，不仅具有环境友好、安全卫生的优点，还具有抑菌保鲜、透气吸湿的特殊功效，尤其适用用于鸡蛋、瓜果等易碎怕磕的生鲜产品的缓冲保护和保鲜储运，本发明工艺简单，操作方便，生产成本较低。

Description

一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料及制备方法
技术领域
本发明涉及食品包装领域，更具体而言，本发明涉及一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，同时还包括该材料的制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高，消费者对各种食品的运输、新鲜提出了更高的要求。鸡蛋、瓜果等生鲜产品由于其质脆怕磕碰，在远距离运输时，缓冲衬垫必不可少，同时鸡蛋和瓜果等生鲜产品还存在呼吸作用，储运过程中的保鲜容易被忽视。
目前，市场上针对鸡蛋、瓜果运输的缓冲包装主要是发泡塑料制品和纸浆模塑制品。发泡塑料虽然具有密度小、缓冲吸震性能佳的优点，但其难降解，回收成本高，在很多国家已经被明令禁止使用。另一类缓冲包装是纸浆模塑制品。但其存在密度大、压缩回复性差、缓冲性能不佳的缺点，同时在其生产过程中会造成水污染也限制了其的开发应用。
随着国家对环保的越发重视，不管是发泡塑料还是纸浆模塑制品都终将被淘汰，研究人员逐渐将研发重点转向了植物纤维发泡缓冲材料，申请号 201610618134.9专利公布了一种甘蔗渣为主要原料的缓冲材料，申请号 201610892964.0专利公布了一种以玉米秸秆为主要原料的防水型秸秆纤维缓冲材料，基于其他农作物秸秆纤维的发泡缓冲材料也相继有报道。而一般农作物秸秆的纤维素含量较低(20％-40％)，且其纤维的强度不够，难以使产品具有一定的塑性，生产过程中需要大量的胶黏剂将其黏合成型。而丝瓜络纤维素含量高达70％，丝瓜络纤维还具有良好的力学强度和弹性。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的一个目的在于提供了一种可降解且无毒无害的发泡缓冲材料，兼具保鲜功效，本发明的另一个目的在于提供该发泡缓冲材料的制备方法。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
其技术构思：本发明以丝瓜络纤维为骨架材料，以聚乙烯醇或淀粉或两者复合物为胶黏剂，以碳酸钙为填料，以甘油(丙三醇)为增塑剂，以碳酸氢铵或碳酸氢钠或两者复合为发泡剂制备缓冲材料，该缓冲材料具有原料来源广泛，成本低廉，选用的原辅材料均可降解且无毒无害，另外，丝瓜络所特有的抗菌作用赋予了该缓冲材料一定的保鲜功效，可以解决禽蛋类、瓜果类等生鲜产品的储运保鲜技术难题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，它由以下干质量份数的原料制成：丝瓜络纤维100份，发泡剂3～10份、填料12～18份、胶黏剂40～80 份、增塑剂5～15份。
丝瓜络作为一种天然植物纤维，具有蓬松性、柔软性、回弹性，是一种天然的缓冲材料。
优选地，所述发泡剂为碳酸氢铵或碳酸氢钠，或碳酸氢铵与碳酸氢钠按 1:1～1:4的质量比混合。所述发泡剂分解的气体无毒无害，发泡剂本身渗透到基材中，且在发泡过程易于控制。在发泡过程中，发泡剂能全部分解，产气量较大，分解后的物质对包装材料没有污染、无其他不良影响。
优选地，所述填料为碳酸钙，其同时作为发泡的成核剂。在植物纤维发泡过程中，成核剂的作用是非常重要的，性质稳定的成核剂可以促使气泡核的大量形成，从而使发泡材料内部形成大量均匀泡孔。碳酸钙化学性质不活泼，而且可以改善材料的尺寸稳定性、强度和硬度，另外也可以提高材料的耐水性。再者，在发泡过程中，可以增加气泡核的数量，从而提高材料的缓冲性能。
优选地，所述胶黏剂为聚乙烯醇或玉米淀粉，或聚乙烯醇与玉米淀粉按 1:1～1:3的质量比混合。胶黏剂的膜强度决定了材料的泡孔结构。当发泡体系中产气量很多时，此时需要胶黏剂拥有较大的粘结力，不然就无法有效保留气体，致使破孔。本发明采用的两种胶黏剂都属于无毒无害物质，且聚乙烯醇具有很强的成膜性能，提高了混合物的黏弹性。
所述增塑剂为丙三醇。当材料发泡完成之后，为了避免泡孔塌陷，需要将材料的结构定型，所以需要选择添加能够使纤维与胶黏剂保持形状的增塑剂。丙三醇无毒无害且环保，能渗透到分子之间，与植物纤维的相容性较好，能渗透到植物纤维分子链间，增加植物纤维分子链间的流动性，使其更易加工成形，提高了植物纤维分子的活动能力，使得材料的柔软度较高，提升了缓冲材料的缓冲性能。
本技术方案还包括一种丝瓜络纤维发泡缓冲鸡蛋托的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)原料准备：将需要用到的各种原辅料按比例称量备用；
(2)丝瓜络纤维预处理：将丝瓜络置于80℃烘箱干燥30min，烘干的丝瓜络用质量分数为5％的NaOH溶液浸泡，并在60℃水浴锅中水浴30min，再用打浆机分散2min，以400目的筛子过滤，用清水反复冲洗至中性后得丝瓜络纤维，烘干后留置备用；
(3)胶黏剂配制：将聚乙烯醇倒入沸水配置固体重量为3％的聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液在温度为95℃的恒温水浴锅中搅拌直至全部溶解，冷却至室温备用；配置玉米淀粉糊浆，然后在80℃的恒温水浴锅中搅拌糊化30min，冷却至室温备用；糊化玉米淀粉与聚乙烯醇溶液按溶质质量1:1～1:3的比例混合得到胶黏剂；
(4)物料混合：将胶黏剂、增塑剂、填料和丝瓜络纤维按质量份数比为40～ 80：5～15：12～18：100充分搅拌混合，在80℃恒温水浴锅水浴40min，得混合粘稠物备用；
(5)发泡定型：将发泡剂添加至步骤(4)中的混合粘稠物中迅速混合均匀，并倒入至模具中，在90℃下发泡20min后，在烘箱内60℃的环境下烘干12h 后脱模即得到缓冲材料成品，所述发泡剂占丝瓜络纤维重量的3～10％。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：
1、丝瓜络纤维具有蓬松、多孔等优点，可以用于对硬度有一定要求的缓冲材料。相比其他农作物秸秆纤维，其纤维强度大，纤维素含量高，制备发泡缓冲材料时胶黏剂使用量少，本发明产品缓冲性能优于基于其他农作物秸秆纤维的发泡缓冲材料。
2、利于丝瓜络本身透气吸湿、抗菌功效，使本发明产品的缓冲材料除了具有缓冲防震的性能，还赋予了本发明产品一定的抗菌保鲜功效，用于生鲜产品的储运保鲜可谓“一举两得”。
3、所采用的原料和辅助材料均安全环保，无毒无害，主原料丝瓜络可以自然降解，不会对环境带来负担，本发明产品安全卫生，可以放心地应用于禽蛋类、瓜果类、烘焙食品类等产品的储运保鲜上。
附图说明
图1为本发明的实施例3和EPS发泡制品、纸浆模塑制品以及玉米秸秆发泡制品共4种材料的缓冲系数-应力曲线图。
具体实施方式
通过以下具体的实施例及应用实例分析对本发明作进一步说明。以下的具体描述是为了便于其他人理解本发明，并不用来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，它由以下干质量份数的原料制成：丝瓜络纤维100份，发泡剂3份、填料12份、胶黏剂40份、增塑剂5 份。所述发泡剂为碳酸氢铵与碳酸氢钠按1:1的质量比混合；所述填料为碳酸钙；所述胶黏剂为聚乙烯醇与玉米淀粉按1:1的质量比混合；所述增塑剂为丙三醇。
一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料的制备方法：
1、原料准备：将需要用到的各种原辅料按比例称量备用。
2、丝瓜络纤维预处理：将丝瓜络置于80℃烘箱干燥30min，烘干的丝瓜络用质量分数为5％的NaOH溶液浸泡，并在60℃水浴锅中水浴30min，再用打浆机分散2min，以400目的筛子过滤，用清水反复冲洗中性后得丝瓜络纤维，烘干后留置备用。
3、胶黏剂配制：将聚乙烯醇倒入沸水配置固体重量为3％的聚乙烯醇溶液，在温度为95℃的恒温水浴锅中搅拌直至全部溶解，冷却至室温备用；玉米淀粉加少量的水在80℃的恒温水浴锅中搅拌糊化30min，冷却至室温备用；加入的玉米淀粉的质量与聚乙烯醇溶液溶质质量按1:1的比例混合得到胶黏剂；
4、物料混合：将胶黏剂、增塑剂、填料和丝瓜络纤维按质量份数比为40： 5：12：100充分搅拌混合，在80℃恒温水浴锅水浴40min，得混合粘稠物备用；
5、发泡定型：将发泡剂添加至步骤(4)中的混合粘稠物中迅速混合均匀，并倒入至模具中，在90℃下发泡20min后，在烘箱内60℃的环境下烘干12h后脱模即得到缓冲材料成品，所述发泡剂占丝瓜络纤维重量的3％。
分别截取面积大小为100×100mm2，厚度为20mm的实施例1试样10个，备用。测试实施例1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1所示。
表1
材料 实施例1
密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.374
压缩强度(Mpa) 0.031
回弹率 0.817
实施例2
一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，它由以下干质量份数的原料制成：丝瓜络纤维100份，发泡剂10份、填料18份、胶黏剂80份、增塑剂 15份。所述发泡剂为碳酸氢铵与碳酸氢钠按1:4的质量比混合；所述填料为碳酸钙；所述胶黏剂为聚乙烯醇与玉米淀粉按1:3的质量比混合；所述增塑剂为丙三醇。
一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料的制备方法：
1、原料准备：将需要用到的各种原辅料按比例称量备用。
2、丝瓜络纤维预处理：将丝瓜络置于80℃烘箱干燥30min，烘干的丝瓜络用质量分数为5％的NaOH溶液浸泡，并在60℃水浴锅中水浴30min，再用打浆机分散2min，以400目的筛子过滤，用清水反复冲洗中性后得丝瓜络纤维，烘干后留置备用。
3、胶黏剂配制：将聚乙烯醇倒入沸水配置固体重量为3％的聚乙烯醇溶液，在温度为95℃的恒温水浴锅中搅拌直至全部溶解，冷却至室温备用；玉米淀粉加少量的水在80℃的恒温水浴锅中搅拌糊化30min，冷却至室温备用；加入的玉米淀粉质量与聚乙烯醇溶液溶质质量按1:3的比例混合得到胶黏剂；
4、物料混合：将胶黏剂、增塑剂、填料和丝瓜络纤维按质量份数比为80： 15：18：100充分搅拌混合，在80℃恒温水浴锅水浴40min，得混合粘稠物备用；
5、发泡定型：将发泡剂添加至步骤(4)中的混合粘稠物中迅速混合均匀，并倒入至模具中，在90℃下发泡20min后，在烘箱内60℃的环境下烘干12h后脱模即得到缓冲材料成品，所述发泡剂占丝瓜络纤维重量的10％。
分别截取面积大小为100×100mm2，厚度为20mm的实施例2试样10个，备用。测试实施例2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2所示。
表2
材料 实施例2
密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.364
压缩强度(Mpa) 0.029
回弹率 0.832
实施例3
一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，它由以下干质量份数的原料制成：丝瓜络纤维100份，发泡剂8份、填料15份、胶黏剂60份、增塑剂 10份。所述发泡剂为碳酸氢铵与碳酸氢钠按1:3的质量比混合；所述填料为碳酸钙；所述胶黏剂为聚乙烯醇与玉米淀粉按1:2的质量比混合；所述增塑剂为丙三醇。
一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料的制备方法：
1、原料准备：将需要用到的各种原辅料按比例称量备用。
2、丝瓜络纤维预处理：将丝瓜络置于80℃烘箱干燥30min，烘干的丝瓜络用质量分数为5％的NaOH溶液浸泡，并在60℃水浴锅中水浴30min，再用打浆机分散2min，以400目的筛子过滤，用清水反复冲洗中性后得丝瓜络纤维，烘干后留置备用。
3、胶黏剂配制：将聚乙烯醇倒入沸水配置固体重量为3％的聚乙烯醇溶液，在温度为95℃的恒温水浴锅中搅拌直至全部溶解，冷却至室温备用；玉米淀粉加少量的水在80℃的恒温水浴锅中搅拌糊化30min，冷却至室温备用；加入的玉米淀粉质量与聚乙烯醇溶液溶质质量按1:2的比例混合得到胶黏剂；
4、物料混合：将胶黏剂、增塑剂、填料和丝瓜络纤维按质量份数比为60： 10：15：100充分搅拌混合，在80℃恒温水浴锅水浴40min，得混合粘稠物备用；
5、发泡定型：将发泡剂添加至步骤(4)中的混合粘稠物中迅速混合均匀，并倒入至模具中，在90℃下发泡20min后，在烘箱内60℃的环境下烘干12h后脱模即得到缓冲材料成品，所述发泡剂占丝瓜络纤维重量的8％。
丝瓜络纤维发泡缓冲材料的性能测定：
分别截取面积大小为100×100mm2，厚度为20mm的EPS发泡制品、纸浆模塑制品、玉米秸秆发泡制品、实施例3试样各10个，备用。测试实施例3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 3所示。
表3
经测定，实施例3的表观密度在0.3～0.4g/cm3左右，压缩强度为0.031Mpa，回弹率85.6％，各项性能优于纸浆模塑制品，实施例3和EPS发泡制品、纸浆模塑制品以及玉米秸秆发泡制品共4种材料的缓冲系数-应力曲线如图1所示，缓冲系数越小表明材料缓冲性能越好。通过图中数据可知，当外界应力较低时，各种材料缓冲性能由好到差依次是：实施例3、玉米秸秆发泡制品、纸浆模塑制品、EPS发泡制品；当外界应力较高时，各种材料缓冲性能由好到差依次是：EPS 发泡制品、实施例3、玉米秸秆发泡制品、纸浆模塑制品。综合来看，本发明产品在缓冲性能方面优于玉米秸秆发泡制品和纸浆模塑制品，可以应用于鸡蛋、瓜果等易碎怕碰的生鲜食品、和烘焙食品的缓冲包装。
为了进一步对比实施例3与现有EPS发泡制品、纸浆模塑制品以及玉米秸秆发泡制品的实际应用性能，特选择鸡蛋和水蜜桃为实验对象，采取以上4种缓冲衬垫为缓冲包装，外加普通快递纸箱，通过3天快递物流后实验对象的破损率考察缓冲衬垫的缓冲防震性能，通过常温静态储藏后实验对象的新鲜程度考察缓冲衬垫的保鲜性能(具体实验数据见表4和表5)。
表4鸡蛋经4种缓冲衬垫包装应用效果实验数据
表5水蜜桃经4种缓冲衬垫包装应用效果实验数据
从实验结果可以看出，本实施例3的缓冲防震性能优于纸浆模塑制品和玉米秸秆发泡制品，和EPS发泡制品相当，可以对质脆怕磕碰的禽蛋类、瓜果类食品起到较好的缓冲防护作用。从常温静态储藏实验数据可以发现，实施例3 对于鸡蛋和水蜜桃的保鲜储运都是有利的，因为这两种食品新鲜度下降很大程度上是因为细菌滋生，包装内湿度越大，细菌越易滋生，从而加速果蔬和鸡蛋的腐烂。因此，采用气调、抑菌、吸水性材料包装蔬果、鸡蛋时，蔬菜代谢产生的水气可以及时地被吸附，且包装内能够形成适宜的O2和CO2氛围，空气中携带的细菌、孢子能被吸附性的包装材料过滤，并抑制其繁殖，从而延长蔬果、鸡蛋的储藏期，防止蔬果、鸡蛋腐烂、变质。而本发明产品因为丝瓜络本身具有的抗菌作用而使其具备一定的抗菌抑菌效果，加之丝瓜络本身可以透气除湿，常温静态储藏10天后，经本发明产品实施例3包装的鸡蛋的散黄率和水蜜桃的腐烂率均低于其他组，从而保证食品在储运过程中的品质，延长其货架期。
本领域的技术人员应该明了，上述优选实施例只是对本发明的具体说明，并不构成对本发明的限制。对本发明的技术方案进行各种变动和等效替换，而不背离本发明技术方案的原理和范围，均应涵盖在本发明权利要求的范围之中。

Claims (6)

1.一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，其特征在于，它由以下干质量份数的原料制成：丝瓜络纤维100份，发泡剂3～10份、填料12～18份、胶黏剂40～80份、增塑剂5～15份。
2.根据权利要求1所述的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，其特征在于，所述发泡剂为碳酸氢铵或碳酸氢钠，或碳酸氢铵与碳酸氢钠按1:1～1:4的质量比混合。
3.根据权利要求1所述的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，其特征在于，所述填料为碳酸钙。
4.根据权利要求1所述的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，其特征在于，所述胶黏剂为聚乙烯醇或玉米淀粉，或聚乙烯醇与玉米淀粉按1:1～1:3的质量比混合。
5.根据权利要求1所述的丝瓜络纤维发泡缓冲材料，其特征在于，所述增塑剂为丙三醇。
6.一种兼具保鲜功效的丝瓜络纤维发泡缓冲材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料准备：将需要用到的各种原辅料按比例称量备用；
(2)丝瓜络纤维预处理：将丝瓜络置于80℃烘箱干燥30min，烘干的丝瓜络用质量分数为5％的NaOH溶液浸泡，并在60℃水浴锅中水浴30min，再用打浆机分散2min，以400目的筛子过滤，用清水反复冲洗中性后得丝瓜络纤维，烘干后留置备用；
(3)胶黏剂配制：将聚乙烯醇倒入沸水配置固体重量为3％的聚乙烯醇溶液，在温度为95℃的恒温水浴锅中搅拌直至全部溶解，冷却至室温备用；配置玉米淀粉糊浆，然后在80℃的恒温水浴锅中，搅拌糊化30min，冷却至室温备用；糊化玉米淀粉与聚乙烯醇溶液按溶质质量1:1～1:3比例混合得到胶黏剂；
(4)物料混合：将胶黏剂、增塑剂、填料和丝瓜络纤维按质量份数比为40～80：5～15：12～18：100充分搅拌混合，在80℃恒温水浴锅水浴40min，得混合粘稠物备用；
(5)发泡定型：将发泡剂添加至步骤(4)中的混合粘稠物中迅速混合均匀，并倒入至模具中，在90℃下发泡20min后，在烘箱内60℃的环境下烘干12h后脱模即得到缓冲材料成品，所述发泡剂占丝瓜络纤维重量的3～10％。
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