CN109384961A - 一种纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明制备了一种纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法，包括以下重量份组分：植物纤维12‑22份、α‑海泡石14‑25份、玉米淀粉32‑47份、碳酸氢钠8‑15份、增塑剂2‑6份、胶黏剂22‑34份、交联剂2.2‑3.4份、滑石粉6‑10份、六偏磷酸钠1‑5份。本发明制备得到的缓冲包装材料具有很好的缓冲性能、抗跌性能、抗压性能和耐湿性能，实际应用性能佳，可用作多个领域的缓冲包装材料，具有广阔的发展前景。

Description

一种纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合包装材料领域，特别涉及一种纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法。
背景技术
随着人们环保意识的加强，环保型的包装材料不断得到使用和认可，在缓冲包装材料领域，目前已有多种发泡植物纤维材料被开发。主要是通过将植物纤维与各种助剂混合,使得植物纤维与助剂的混合体系成为易于留住气体且快速定型的混合物,之后通过高温条件使发泡剂分解产气。此外，还采用高压螺杆挤出的方法进行制备。但植物纤维材料的熔融、交联需要通过处理进行改善。目前国内开发研究缓冲包装材料，研究的重点在于所添加的化学发泡剂。国外植物纤维发泡制品所采用的工艺方法主要集中在物理发泡上，如利用水蒸气。本发明将物料混合均匀后装入到一定的模具中,通过加热使物料中的发泡剂反应产生气泡,通过压力作用,形成内部带有均匀气泡的材料，并且得到的材料具有很好的机械性能。
发明内容
要解决的技术问题：
本发明的目的是提供一种纤维发泡缓冲包装材料及其制备方法，制备得到的材料有很好的缓冲性能、抗跌性能、抗压性能和耐湿性能。
技术方案：
本发明提供了一种纤维发泡缓冲包装材料，包括以下重量份组分：
植物纤维12-22份、
α-海泡石14-25份、
玉米淀粉32-47份、
碳酸氢钠8-15份、
增塑剂2-6份、
胶黏剂22-34份、
交联剂2.2-3.4份、
滑石粉6-10份、
六偏磷酸钠1-5份。
优选的，所述的一种纤维发泡缓冲包装材料，所述的增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
优选的，所述的一种纤维发泡缓冲包装材料，所述的胶黏剂由下述制备方法制备得到：
将熔融的苯酚加入反应釜内，搅拌并加热至50℃，加入35wt％氢氧化钠溶液，搅拌反应10min，然后加入部分甲醛，升温至80℃，反应1.5h，继续加入余下的甲醛，继续反应40min，然后冷却至室温即得胶黏剂，第一次加入甲醛的量为甲醛总用量的80％。
进一步优选的，所述的胶黏剂的制备方法，所述的苯酚、甲醛和氢氧化钠的物质的量之比为0.88:2.1:0.65。
优选的，所述的一种纤维发泡缓冲包装材料，所述的交联剂为三羟甲基三聚氰胺。本发明还提供了一种纤维发泡缓冲包装材料的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，然后放入电煮锅内，加入氢氧化钠溶液，控制料液比为1:5，料液比单位为g/mL，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并干燥即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉32-47份和适量水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂22-34份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维12-22份、α-海泡石14-25份、增塑剂2-6份、交联剂2.2-3.4份、滑石粉6-10份、六偏磷酸钠1-5份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠8-15份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
优选的，所述的一种纤维发泡缓冲包装材料的制备方法，步骤(2)中微波处理功率为55kW，处理时间为10min。
有益效果：
本发明采用自制胶黏剂与淀粉胶黏剂复配，不仅具有良好的粘接性能，还使材料的成膜性更好、膜强度更高、有韧性、耐磨、耐湿性强，提高了材料的综合性能。本发明中各个成分的用量比例控制在合适的范围，淀粉分子、聚合物分子、植物纤维和α-海泡石纤维之间形成致密的网络结构，基体粘合能力高，组织结构牢固散，制备得到的缓冲包装材料具有很好的缓冲性能、抗跌性能、抗压性能和耐湿性能，具有很好的实际应用性能，可用作多个领域的缓冲包装材料，具有广阔的发展前景。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1-5和对比例1中的胶黏剂由下述制备方法制备得到：
将一定量熔融的苯酚加入反应釜内，搅拌并加热至50℃，加入35wt％氢氧化钠溶液，搅拌反应10min，然后加入一定量的甲醛，升温至80℃，反应1.5h，继续加入余下的甲醛，继续反应40min，然后冷却至室温即得酚醛树脂胶黏剂，第一次加入甲醛的量为甲醛总用量的80％，其中苯酚、甲醛和氢氧化钠的物质的量之比为0.88:2.1:0.65。
实施例1-5和对比例1-2中淀粉糊化所用水的量均为淀粉重量的2倍。
实施例1
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，微波处理功率为55kW，处理时间为10min，然后放入电煮锅内，加入20wt％氢氧化钠溶液，控制料液比(g/mL)为1:5，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并在恒温干燥箱中55℃干燥6h即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉47份和水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂34份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维12份、α-海泡石25份、增塑剂2份、三羟甲基三聚氰胺3.4份、滑石粉6份、六偏磷酸钠5份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠8份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
实施例2
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，微波处理功率为55kW，处理时间为10min，然后放入电煮锅内，加入20wt％氢氧化钠溶液，控制料液比(g/mL)为1:5，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并在恒温干燥箱中55℃干燥6h即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉32份和水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂22份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维22份、α-海泡石14份、增塑剂6份、三羟甲基三聚氰胺2.2份、滑石粉10份、六偏磷酸钠1份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠15份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
实施例3
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，微波处理功率为55kW，处理时间为10min，然后放入电煮锅内，加入20wt％氢氧化钠溶液，控制料液比(g/mL)为1:5，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并在恒温干燥箱中55℃干燥6h即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉42份和水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂30份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维16份、α-海泡石22份、增塑剂3份、三羟甲基三聚氰胺3.2份、滑石粉7份、六偏磷酸钠4份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠10份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
实施例4
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，微波处理功率为55kW，处理时间为10min，然后放入电煮锅内，加入20wt％氢氧化钠溶液，控制料液比(g/mL)为1:5，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并在恒温干燥箱中55℃干燥6h即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉35份和水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂26份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维18份、α-海泡石18份、增塑剂5份、三羟甲基三聚氰胺2.5份、滑石粉9份、六偏磷酸钠2份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠13份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
实施例5
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，微波处理功率为55kW，处理时间为10min，然后放入电煮锅内，加入20wt％氢氧化钠溶液，控制料液比(g/mL)为1:5，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并在恒温干燥箱中55℃干燥6h即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉39份和水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂28份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维17份、α-海泡石20份、增塑剂4份、三羟甲基三聚氰胺2.8份、滑石粉8份、六偏磷酸钠3份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠12份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于增塑剂不同。具体地说是：
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，微波处理功率为55kW，处理时间为10min，然后放入电煮锅内，加入20wt％氢氧化钠溶液，控制料液比(g/mL)为1:5，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并在恒温干燥箱中55℃干燥6h即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉47份和水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂34份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维12份、α-海泡石25份、增塑剂2份、三羟甲基三聚氰胺3.4份、滑石粉6份、六偏磷酸钠5份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠8份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
增塑剂为苯甲酸乙二醇酯和壬基酚质量比3:0.4混合而成。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于以玉米淀粉代替酚醛树脂胶黏剂。具体地说是：
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，微波处理功率为55kW，处理时间为10min，然后放入电煮锅内，加入20wt％氢氧化钠溶液，控制料液比(g/mL)为1:5，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并在恒温干燥箱中55℃干燥6h即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉81份和水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维12份、α-海泡石25份、增塑剂2份、三羟甲基三聚氰胺3.4份、滑石粉6份、六偏磷酸钠5份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠8份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
将实施例1-5和对比例1-2中制备得到的试样进行性能测试，材料抗压强度按GB8168—87包装用缓冲材料静态压缩试验方法进行测试。
跌落实验:将盒状的试样从100cm的高度静止落下，观察材料的破损状况，表面无破损，无塌陷视为合格。抗压实验：将试样放置在平板上，在上面放置10kg的物品，保持24h，观察其变形情况无显著形变,无塌陷视为合格。耐湿实验：在相对湿度90％的环境中，在上面放置4kg的物品，保持24h，观察其变形情况，无显著形变,无塌陷视为合格。测试结果见下表：
表1
表2
由测试结果可知，本发明利用自制胶黏剂与淀粉胶黏剂复配，并加入了植物纤维α-海泡石，以碳酸氢钠为发泡剂，并添加了增塑剂等助剂，制备得到的纤维发泡缓冲包装材料具有很好的力学性能和发泡性能。本发明的最佳配方为实施例5中的配方，按照实施例5中配方制备得到材料，材料抗压强度可达到19.6MPa，发泡均匀，缓冲性能较好，还具有很好的抗压性和耐湿性。
本发明采用了复配的增塑剂，增塑剂可以使材料基质的柔韧性增加，增加材料的柔软度,使材料吸收能量的性能增加,从而增强材料的缓冲性能。对比例1中增塑剂成分发生变化，其对材料的力学性能增强效果出现显著下降，己内酰胺与水溶解开环，可以与聚合物分子的极性基团接枝，增长其分子链，加强其分子之间的相互作用，从而增强其缓冲性能。
对比例2中使用单一的淀粉胶黏剂，制备得到的缓冲材料性能不及对比例1中制备得到的材料，说明本发明采用自制胶黏剂与淀粉胶黏剂复配，制备得到的材料其综合性能要优于只使用淀粉的材料。

Claims (7)

1.一种纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于，包括以下重量份组分：
植物纤维12-22份、
α-海泡石14-25份、
玉米淀粉32-47份、
碳酸氢钠8-15份、
增塑剂2-6份、
胶黏剂22-34份、
交联剂2.2-3.4份、
滑石粉6-10份、
六偏磷酸钠1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于，所述的增塑剂为苯甲酸乙二醇酯、己内酰胺和壬基酚质量比3:2.1:0.4混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于，所述的胶黏剂由下述制备方法制备得到：
将熔融的苯酚加入反应釜内，搅拌并加热至50℃，加入35wt％氢氧化钠溶液，搅拌反应10min，然后加入部分甲醛，升温至80℃，反应1.5h，继续加入余下的甲醛，继续反应40min，然后冷却至室温即得胶黏剂，第一次加入甲醛的量为甲醛总用量的80％。
4.根据权利要求3所述的胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述的苯酚、甲醛和氢氧化钠的物质的量之比为0.88:2.1:0.65。
5.根据权利要求1所述的一种纤维发泡缓冲包装材料，其特征在于，所述的交联剂为三羟甲基三聚氰胺。
6.一种纤维发泡缓冲包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)海泡石原矿按5％的矿浆浓度用水浸泡24h后，加入原矿质量2％的聚丙烯酸铵，在高速搅拌机下800r·min搅拌40min，再超声波处理30min，静置沉降24h，取上层悬浮液为海泡石矿物纤维；
(2)将白杨植物纤维进行微波处理，然后放入电煮锅内，加入氢氧化钠溶液，控制料液比为1:5，料液比单位为g/mL，升温至100℃，升温时间为1h，保温15min，然后取出物料进行磨浆，过滤除去水分并干燥即得到植物纤维；
(3)将玉米淀粉32-47份和适量水在70℃条件下溶解、糊化，待其糊化完全后加入到高速混合机中，同时加入胶黏剂22-34份，升温至65℃，搅拌10min，然后继续加入植物纤维12-22份、α-海泡石14-25份、增塑剂2-6份、交联剂2.2-3.4份、滑石粉6-10份、六偏磷酸钠1-5份，搅拌10min后再加入碳酸氢钠8-15份，继续混合20min；
(4)将混合好的物料放入模具中，然后将模具微波加热，在高火条件下发泡10min，取出后放入60℃远红外干燥箱中干燥7h后即得。
7.根据权利要求6所述的一种纤维发泡缓冲包装材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中微波处理功率为55kW，处理时间为10min。
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