CN109485909A - 一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，向松香中加入水，在水浴中加热搅拌，熔融后取出冷却，向所得松香胶黏剂中加入复合发泡剂、成核剂柠檬酸和增塑剂丙三醇，不断搅拌，倒入废纸纤维纸浆和酶法改性壳聚糖、淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料，继续搅拌充分混合，倒入模具中制成块状，放入微波炉中进行发泡，放入远红外干燥箱中烘干，取出，制得瓦楞纸包装缓冲材料；将苯丙乳液配成稀释液，添加复配阻燃剂、含硅抗水剂，对所得瓦楞纸包装缓冲材料进行涂布施胶，控制阻燃剂、苯丙乳液的留着率，在干燥器中烘干后，在烘箱中固化反应，得到阻燃防水的瓦楞纸包装缓冲材料。

Description

一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法
技术领域
本发明属于瓦楞纸领域，具体涉及一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法。
背景技术
壳聚糖在食品工业中主要用作抗氧化剂、果蔬保鲜和抗菌剂，在造纸工业中
可用作施胶剂和增强剂。壳聚糖自身的抗氧化能力很低，且具有吸湿性，纸张又
很容易吸水而影响某些包装产品的机械性能、印刷性能和尺寸稳定性。因此，使
用环保型生物酶改性技术增强壳聚糖的抗氧化性和疏水性，并应用于纸张加工过
程中，对于开发多功能壳聚糖基包装材料以及生产具有高疏水性、高强度的多功
能绿色包装纸具有重要意义。
矿物粉体作为造纸填料，具有许多优点，碳酸钙作为填料有其独特的优势，是目前在我国应用较多的填料之一。然而，随着纸张中填料加入量的增加，加填会使纸张的强度性能下降。近些年来，国内外对改善碳酸钙填料的加填性能进行了许多研究，但真正能应用于生产实践的技术非常有限。淀粉具有较好的成膜性，并可提高纸张强度，且来源广泛，价格低廉，是较好的填料包覆材料。因此，本发明使用碳酸钙作为造纸填料，利用在造纸工业广泛应用的淀粉对碳酸巧填料进行包覆改性处理，分析包覆改性方法和改性效果及其对纸张物理性能的影响，并将改性后的碳酸钙填料应用于瓦楞纸生产中。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，依照该方法制作的瓦楞纸包装缓冲材料具有优异的阻燃性能和防水性能，并且可降解。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）壳聚糖的酶法改性：
向3-5份壳聚糖中加入醋酸钠缓冲溶液，配制浓度为0.3%的壳聚糖溶液，向3-5份对己氧基苯酚中1:10加入甲醇，再与壳聚糖溶液混合，在40-50℃水浴中振荡搅拌5-10min，加入漆酶反应5-6h后，离心5-10min，加NaOH溶液沉淀，将沉淀用蒸馏水、甲醇离心洗涤10-15min，再用甲醇抽提10-12h，水洗除甲醇，冷冻干燥，得到酶法改性壳聚糖；
（2）淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料：
向10-20份玉米淀粉中加入去离子水，配成浓度为3%的悬浮液，加入5-10份填料碳酸钙，搅拌混匀，在95-97℃水浴中糊化溶胀2-3h，不断搅拌，凝结成块，捣碎、分散后，在100-110℃烘箱中干燥5-6h，研磨过600-800目筛，得到淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料；
（3）废纸纤维发泡制备瓦楞纸包装缓冲材料：
向0.6-0.7份松香中加入180-206份水，在70-75℃水浴中加热搅拌10-15min，熔融后取出冷却，向所得松香胶黏剂中加入1-1.1份复合发泡剂、1-1.1份成核剂柠檬酸和2-2.3份增塑剂丙三醇，不断搅拌，倒入35-40份废纸纤维纸浆和(1)、(2)中所得物料，继续搅拌充分混合，倒入模具中制成块状，放入微波炉中进行发泡10-15min，放入70-75℃远红外干燥箱中烘干10-12h，取出，制得瓦楞纸包装缓冲材料；
（4）瓦楞纸包装缓冲材料的阻燃防水处理：
将苯丙乳液配成固含量为20%的稀释液，添加复配阻燃剂、0.2-0.6%含硅抗水剂，对（3）中所得瓦楞纸包装缓冲材料进行涂布施胶，控制阻燃剂、苯丙乳液的留着率为30-35%，在60-65℃干燥器中烘干30-50min后，在150-155℃烘箱中固化反应5-10min，得到阻燃防水的瓦楞纸包装缓冲材料。
进一步的，步骤（1）中醋酸钠缓冲溶液的pH为4-5，漆酶用量为500-600U/g对己氧基苯酚，NaOH溶液的浓度为1-2mol/L。
进一步的，步骤（3）中废纸纤维的预处理：将废纸用自来水浸泡20-24h，与水在打浆机中打浆成浆料，用纱布将浆料拧干到含水率为75-85%，与质量分数为7-8%的NaOH溶液充分混合，在60-65℃水浴中加热30-50min，不断搅拌，水洗至中性，再用纱布拧干到含水率为75-85%的废纸纤维纸浆。
进一步的，步骤（3）中复合发泡剂由碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、酒石酸氢钾等质量组成。
进一步的，步骤（4）中复配阻燃剂:苯丙乳液质量比为2:3，复配阻燃剂由氨基磺酸胍:磷酸胍按质量比3:2组成，含硅抗水剂为甲基硅醇钠。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）以壳聚糖为原料，利用漆酶协同对己氧基苯酚改性壳聚糖，在漆酶的作用下，对己氧基苯酚成功地接枝到了壳聚糖上，利用漆酶协同多种酚类化合物以及壳聚糖处理纸浆，制备高疏水性和湿强度的纸张。
（2）用淀粉与碳酸钙填料共混后进行糊化溶胀，再进行干燥和研磨处理的方法制备淀粉糊化包覆型碳酸钙填料，淀粉糊化包覆改性后的碳酸钙填料具备较强的抗剪切性能，同时具有较高的留着率，添加淀粉糊化包覆型碳酸巧填料的纸页强度性能较高。
（3）用废纸纤维作为主要原料，添加发泡剂、胶黏剂，通过微波加热法制备纤维发泡材料，废纸纤维在其氢键和胶黏剂的作用下相互搭结成网状结构；在苯丙乳液中添加氨基磺酸胍与磷酸胍组成的协效阻燃剂、含硅抗水剂甲基硅醇钠，通过涂布法将此复配乳液对瓦楞纸包装缓冲材料进行涂布，增加瓦楞纸的机械性能，获得阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料。
具体实施方式
实施例1
一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）壳聚糖的酶法改性：
向3份壳聚糖中加入醋酸钠缓冲溶液，配制浓度为0.3%的壳聚糖溶液，向3份对己氧基苯酚中1:10加入甲醇，再与壳聚糖溶液混合，在40-50℃水浴中振荡搅拌5min，加入漆酶反应5h后，离心5min，加NaOH溶液沉淀，将沉淀用蒸馏水、甲醇离心洗涤10min，再用甲醇抽提10h，水洗除甲醇，冷冻干燥，得到酶法改性壳聚糖；
（2）淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料：
向10份玉米淀粉中加入去离子水，配成浓度为3%的悬浮液，加入5份填料碳酸钙，搅拌混匀，在95-97℃水浴中糊化溶胀2h，不断搅拌，凝结成块，捣碎、分散后，在100-110℃烘箱中干燥5h，研磨过600目筛，得到淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料；
（3）废纸纤维发泡制备瓦楞纸包装缓冲材料：
向0.6份松香中加入180份水，在70-75℃水浴中加热搅拌10min，熔融后取出冷却，向所得松香胶黏剂中加入1份复合发泡剂、1份成核剂柠檬酸和2份增塑剂丙三醇，不断搅拌，倒入35份废纸纤维纸浆和(1)、(2)中所得物料，继续搅拌充分混合，倒入模具中制成块状，放入微波炉中进行发泡10min，放入70-75℃远红外干燥箱中烘干10h，取出，制得瓦楞纸包装缓冲材料；
（4）瓦楞纸包装缓冲材料的阻燃防水处理：
将苯丙乳液配成固含量为20%的稀释液，添加复配阻燃剂、0.2%含硅抗水剂，对（3）中所得瓦楞纸包装缓冲材料进行涂布施胶，控制阻燃剂、苯丙乳液的留着率为30%，在60-65℃干燥器中烘干30min后，在150-155℃烘箱中固化反应5min，得到阻燃防水的瓦楞纸包装缓冲材料。
进一步的，步骤（1）中醋酸钠缓冲溶液的pH为4，漆酶用量为500U/g对己氧基苯酚，NaOH溶液的浓度为1mol/L。
进一步的，步骤（3）中废纸纤维的预处理：将废纸用自来水浸泡20h，与水在打浆机中打浆成浆料，用纱布将浆料拧干到含水率为75-85%，与质量分数为7%的NaOH溶液充分混合，在60-65℃水浴中加热30min，不断搅拌，水洗至中性，再用纱布拧干到含水率为75%的废纸纤维纸浆。
进一步的，步骤（3）中复合发泡剂由碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、酒石酸氢钾等质量组成。
进一步的，步骤（4）中复配阻燃剂:苯丙乳液质量比为2:3，复配阻燃剂由氨基磺酸胍:磷酸胍按质量比3:2组成，含硅抗水剂为甲基硅醇钠。
实施例2
一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）壳聚糖的酶法改性：
向5份壳聚糖中加入醋酸钠缓冲溶液，配制浓度为0.3%的壳聚糖溶液，向5份对己氧基苯酚中1:10加入甲醇，再与壳聚糖溶液混合，在40-50℃水浴中振荡搅拌10min，加入漆酶反应6h后，离心10min，加NaOH溶液沉淀，将沉淀用蒸馏水、甲醇离心洗涤15min，再用甲醇抽提12h，水洗除甲醇，冷冻干燥，得到酶法改性壳聚糖；
（2）淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料：
向20份玉米淀粉中加入去离子水，配成浓度为3%的悬浮液，加入10份填料碳酸钙，搅拌混匀，在95-97℃水浴中糊化溶胀3h，不断搅拌，凝结成块，捣碎、分散后，在100-110℃烘箱中干燥6h，研磨过800目筛，得到淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料；
（3）废纸纤维发泡制备瓦楞纸包装缓冲材料：
向0.7份松香中加入206份水，在70-75℃水浴中加热搅拌15min，熔融后取出冷却，向所得松香胶黏剂中加入1.1份复合发泡剂、1.1份成核剂柠檬酸和2.3份增塑剂丙三醇，不断搅拌，倒入40份废纸纤维纸浆和(1)、(2)中所得物料，继续搅拌充分混合，倒入模具中制成块状，放入微波炉中进行发泡15min，放入70-75℃远红外干燥箱中烘干12h，取出，制得瓦楞纸包装缓冲材料；
（4）瓦楞纸包装缓冲材料的阻燃防水处理：
将苯丙乳液配成固含量为20%的稀释液，添加复配阻燃剂、0.6%含硅抗水剂，对（3）中所得瓦楞纸包装缓冲材料进行涂布施胶，控制阻燃剂、苯丙乳液的留着率为35%，在60-65℃干燥器中烘干50min后，在150-155℃烘箱中固化反应10min，得到阻燃防水的瓦楞纸包装缓冲材料。
进一步的，步骤（1）中醋酸钠缓冲溶液的pH为5，漆酶用量为600U/g对己氧基苯酚，NaOH溶液的浓度为2mol/L。
进一步的，步骤（3）中废纸纤维的预处理：将废纸用自来水浸泡24h，与水在打浆机中打浆成浆料，用纱布将浆料拧干到含水率为85%，与质量分数为8%的NaOH溶液充分混合，在60-65℃水浴中加热50min，不断搅拌，水洗至中性，再用纱布拧干到含水率为85%的废纸纤维纸浆。
进一步的，步骤（3）中复合发泡剂由碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、酒石酸氢钾等质量组成。
进一步的，步骤（4）中复配阻燃剂:苯丙乳液质量比为2:3，复配阻燃剂由氨基磺酸胍:磷酸胍按质量比3:2组成，含硅抗水剂为甲基硅醇钠。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（2）中未采用淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（4）中未添加含硅抗水剂，除此外的方法步骤均相同。
对照组 市售瓦楞纸包装材料
为了对比本发明制得的瓦楞纸包装缓冲材料的力学性能、热稳定性能和降解性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的瓦楞纸包装缓冲材料，以及对照组对应的市售瓦楞纸包装缓冲材料按照行业标准进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：
表1
按照本发明方法制作的瓦楞纸包装缓冲材料具有优异的阻燃性能、防水性能和可生物降解性能；
将本实例所得瓦楞纸包装缓冲材料通过采用土壤填埋法进行降解实验，对其降解性能进行分析，并验证了该材料对环境无污染，具有一定环保性；
将本实例所得瓦楞纸包装缓冲材料按照DIN53438进行垂直燃烧测试，滤纸自熄时间小于15秒，燃烧炭化长度小于15cm，达到F1等级；
在对比实施例1中未采用淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料，导致所得瓦楞纸包装缓冲材料的抗张指数、耐破指数和撕裂指数降低；在对比实施例2中未添加含硅抗水剂，导致所得瓦楞纸包装缓冲材料的吸水量增大，耐水防水性能降低。

Claims (5)

1.一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）壳聚糖的酶法改性：
向3-5份壳聚糖中加入醋酸钠缓冲溶液，配制浓度为0.3%的壳聚糖溶液，向3-5份对己氧基苯酚中1:10加入甲醇，再与壳聚糖溶液混合，在40-50℃水浴中振荡搅拌5-10min，加入漆酶反应5-6h后，离心5-10min，加NaOH溶液沉淀，将沉淀用蒸馏水、甲醇离心洗涤10-15min，再用甲醇抽提10-12h，水洗除甲醇，冷冻干燥，得到酶法改性壳聚糖；
（2）淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料：
向10-20份玉米淀粉中加入去离子水，配成浓度为3%的悬浮液，加入5-10份填料碳酸钙，搅拌混匀，在95-97℃水浴中糊化溶胀2-3h，不断搅拌，凝结成块，捣碎、分散后，在100-110℃烘箱中干燥5-6h，研磨过600-800目筛，得到淀粉糊化包覆改性碳酸钙填料；
（3）废纸纤维发泡制备瓦楞纸包装缓冲材料：
向0.6-0.7份松香中加入180-206份水，在70-75℃水浴中加热搅拌10-15min，熔融后取出冷却，向所得松香胶黏剂中加入1-1.1份复合发泡剂、1-1.1份成核剂柠檬酸和2-2.3份增塑剂丙三醇，不断搅拌，倒入35-40份废纸纤维纸浆和(1)、(2)中所得物料，继续搅拌充分混合，倒入模具中制成块状，放入微波炉中进行发泡10-15min，放入70-75℃远红外干燥箱中烘干10-12h，取出，制得瓦楞纸包装缓冲材料；
（4）瓦楞纸包装缓冲材料的阻燃防水处理：
将苯丙乳液配成固含量为20%的稀释液，添加复配阻燃剂、0.2-0.6%含硅抗水剂，对（3）中所得瓦楞纸包装缓冲材料进行涂布施胶，控制阻燃剂、苯丙乳液的留着率为30-35%，在60-65℃干燥器中烘干30-50min后，在150-155℃烘箱中固化反应5-10min，得到阻燃防水的瓦楞纸包装缓冲材料。
2.根据权利要求1所述的一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，步骤（1）中醋酸钠缓冲溶液的pH为4-5，漆酶用量为500-600U/g对己氧基苯酚，NaOH溶液的浓度为1-2mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，步骤（3）中废纸纤维的预处理：
将废纸用自来水浸泡20-24h，与水在打浆机中打浆成浆料，用纱布将浆料拧干到含水率为75-85%，与质量分数为7-8%的NaOH溶液充分混合，在60-65℃水浴中加热30-50min，不断搅拌，水洗至中性，再用纱布拧干到含水率为75-85%的废纸纤维纸浆。
4.根据权利要求1所述的一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，步骤（3）中复合发泡剂由碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、酒石酸氢钾等质量组成。
5.根据权利要求1所述的一种用废纸纤维制备阻燃防水瓦楞纸包装缓冲材料的方法，其特征在于，步骤（4）中复配阻燃剂:苯丙乳液质量比为2:3，复配阻燃剂由氨基磺酸胍:磷酸胍按质量比3:2组成，含硅抗水剂为甲基硅醇钠。
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