CN110284354B - 一种生物质包装纸板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质包装纸板的制备方法，包括如下步骤：（1）原料预处理；（2）真空‑超声处理；（3）冷等离子体处理；（4）再次粉碎处理；（5）纸芯层的制备；（6）纸面层的制备；（7）成品的制备。本发明对现今利用边角料以及作物秸秆制备包装纸板的加工技术进行改善加强，不仅节省了资源，保护了环境，还解决了作物秸秆造纸存在的缺陷，最终制得层间结合度高、强度高、匀质挺拔的包装纸板，应用前景广泛。

Description

一种生物质包装纸板的制备方法
技术领域
本发明属于包装纸制备技术领域，具体涉及一种生物质包装纸板的制备方法。
背景技术
包装纸板是造纸产品中的一大类，各类纸板可制成性能良好、耐用、可回收的包装产品。纸板包装产品具有环保性和可回收性，这些特点使其在许多其他包装材料中具有竞争优势。随着我国经济的持续发展，国内各类包装需求的多样化，用于产品的包装纸板近年都呈现出不同的发展趋势。木浆是造纸原料的首选，但木材生长周期长，形成林浆纸一体化的良性循环尚需一段时间，对木材的需求量远大于蓄积量已是全球性问题，因此急需要开发新的原料作为造纸原料。现今将工业加工边角料以及农作物秸秆作为造纸的原料的研究越来越多，秸秆纤维与木浆纤维相比，纤维素含量少，半纤维素含量高，木素含量少，杂细胞含量高，灰分含量高，纤维短而细，平均长度低，纤维宽度及胞腔均小，因此在加工的过程中，木素易于脱除，方便蒸煮，在化学浆纸浆中可选择温和的工艺调节，节省能源，但是在加工过程中吸液量大，浆料得率低，纸浆黏度大，滤水困难，易在纸页表面形成斑点，并且单独成纸强度低，因此其应用推广受到了一定的限制。如申请号为201910028784.1公开了一种利用玉米秸秆原料制备本色包装纸板配抄用浆的方法，本发明通过采用合理的预处理方式使玉米秸秆中大部分的叶和髓得到有效分离，然后再对经过预处理后的秸秆物料进行化学机械法制浆，大幅改善了秸秆浆的滤水性和成浆质量。本技术根据玉米秸秆的原料特点，从工艺过程及设备的配置上对物料循序渐进式地进行洗涤、挤压、筛选、汽蒸、化学浸渍、磨浆及洗涤等步骤处理，制浆前尽可能去除叶片和髓等非纤维组分，有效降低了制浆过程所需的化学品用量及制浆废水的污染负荷，并有效改善了秸秆浆的滤水性和成浆质量。此外，生产中充分考虑了制浆过程产生的有机废弃物的资源化利用，可以实现玉米秸秆原料在制浆造纸上的大规模清洁高效综合利用。其中并没有克服作物秸秆的缺点，使用该方法制备的浆料用来制备包装纸板，仍然存在着纸板强度低的缺陷，将其用于包装箱的制备时，使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种生物质包装纸板的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种生物质包装纸板的制备方法，包括如下步骤：
（1）原料预处理：
将生物质原料投入粉碎机内进行初步粉碎，粉碎处理30~40min后，过30~50目筛得粉末A备用；
（2）真空-超声处理：
将步骤（1）中所得的粉末A投入真空搅拌机中，在搅拌处理的同时施加特定频率的超声波，搅拌处理50~70min后，得粉末B备用；
（3）冷等离子体处理：
将步骤（2）中所得的粉末B放入DBD冷等离子体设备中，冷等离子体处理的次数为3~5次，得粉末C备用；
（4）再次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的粉末C投入深冷式粉碎机内，粉碎处理10~14min后，过100~200目筛得粉末D备用；
（5）纸芯层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 80~90份、海藻酸丙二醇酯2~3份、卡拉胶4~6份、双乙酰酒石酸单双甘油酯0.7~0.9份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理10~16min后得第一混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第一混合浆注入模具内，在120~140℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸芯层备用；
（6）纸面层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 70~80份、海藻酸丙二醇酯2~2.6份、卡拉胶3.2~4份、双乙酰酒石酸单双甘油酯1~2份、硫酸镧0.7~0.9份、白油3~4份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理15~19min后得第二混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第二混合浆注入模具内，在160~180℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸面层备用；
（7）成品的制备：
先在步骤（5）制得的纸芯层的上表面和下表面均均匀的涂覆一层处理剂，然后将纸芯层为中心层，步骤（6）制得的纸面层分别作为上下层结构一起放入热压机中进行热压处理，期间控制热压的温度为130~150℃，热压的压力控制为0.5~0.6MPa，热压处理2~3min即可。
进一步的，所述步骤（1）中生物质原料中各成分及对应重量份为：碎木屑200~300份、棉花杆30~50份、树叶15~19份、水稻秸秆40~60份、玉米皮27~35份、麦麸7~13份。
进一步的，所述步骤（1）中初步粉碎时粉碎机的转速为2000~5000rpm。
进一步的，所述步骤（2）中搅拌处理时保持真空搅拌机内的真空度为-0.3~0.02MPa，搅拌机的转速为50~60rpm，所施加的超声波的频率为30~60kHz。
进一步的，所述步骤（3）中冷等离子体处理的功率为2~2.6kW。
进一步的，所述步骤（4）中粉碎处理时保持粉碎机内的温度为-12~-4℃，粉碎机的转速为4000~5000rpm。
进一步的，所述步骤（5）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为80~90MPa。
进一步的，所述步骤（6）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为100~120MPa。
进一步的，所述步骤（7）中处理剂中各成分及对应重量份为：黄腐酸8~10份、氨水2~4份、二甲基甲酰胺0.3~0.4份、去离子水100~120份。
本发明针对现今造纸资源短缺以及作物秸秆制备包装纸板存在的不足，提供了一种改善加强的制备方法，首先将生物质原料投入粉碎机内进行初步粉碎，将初步粉碎过筛后的粉末在真空-超声条件下进行搅拌处理，通过气缸将搅拌过程中产生的气体，有效的排除，使得在搅拌的过程中原材料不受其他气体的影响，减少变质的可能，粉末中的微小液泡在声波的作用下发生瞬态空化，在一个声波周期内，气泡迅速的生成、长大、压缩和崩溃，在细胞中形成较大的高速射流或冲击波，在真空搅拌的辅助作用下，细胞中的非纤维成分得到有效的释放，为包装纸板的制备提供品质优良的纤维原料，然后进行冷等离子处理，冷等离子体使原料粉末表面产生大量的自由基或使木材表面活化，从而能进一步加成特定官能团，改善表面性能，进而促进制浆过程中纤维粉末与其他原料成分之间的紧密结合，并且提高芯层与表层之间的粘合程度，同时冷等离子体还会破坏部分射线细胞，扩大了水分的传递途径，降低纸浆黏度，便于滤水，提高了纸页的匀度及紧度，生产的包装纸板挺拔，强度高。再次粉碎处理，进一步细化粉末，去除小石子等杂质，将所得的粉末与其他原料成分在微射流高压均质机内进行高压均质处理，通过在振荡反应腔中对物料进行高速碰撞，高频振荡、瞬时压降和气穴作用等作用，从而制备致密、黏度适中、结构强度高的浆料，通过调节原料配比组成以及微射流高压均质的条件，分别制得第一混合浆和第二混合浆，再将其分别用于纸芯层和纸面层的制备，在纸芯层上下表面均匀涂覆处理剂，处理剂中改性液中的黄腐酸、氨水和二甲基甲酰胺能改善增强纤维表面基团含量和活性，便于其交联融合，同时水溶液能有效的软化芯层表面的压合层，便于其与上下层物料的贴合，在高温热压处理时水溶液汽化生成大量的水蒸汽，进一步打乱了中心层板材表面压合层的结构，进一步促进了其与上下层物料间的熔融交结性能，弱化了界面分隔，从而提升了整体的品质。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对现今利用边角料以及作物秸秆制备包装纸板的加工技术进行改善加强，不仅节省了资源，保护了环境，还解决了作物秸秆造纸存在的缺陷，最终制得层间结合度高、强度高、匀质挺拔的包装纸板，应用前景广泛。
具体实施方式
实施例1
一种生物质包装纸板的制备方法，包括如下步骤：
（1）原料预处理：
将生物质原料投入粉碎机内进行初步粉碎，粉碎处理30min后，过30目筛得粉末A备用；
（2）真空-超声处理：
将步骤（1）中所得的粉末A投入真空搅拌机中，在搅拌处理的同时施加特定频率的超声波，搅拌处理50min后，得粉末B备用；
（3）冷等离子体处理：
将步骤（2）中所得的粉末B放入DBD冷等离子体设备中，冷等离子体处理的次数为3次，得粉末C备用；
（4）再次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的粉末C投入深冷式粉碎机内，粉碎处理10min后，过100目筛得粉末D备用；
（5）纸芯层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 80份、海藻酸丙二醇酯2份、卡拉胶4份、双乙酰酒石酸单双甘油酯0.7份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理10min后得第一混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第一混合浆注入模具内，在120℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸芯层备用；
（6）纸面层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 70份、海藻酸丙二醇酯2份、卡拉胶3.2份、双乙酰酒石酸单双甘油酯1份、硫酸镧0.7份、白油3份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理15min后得第二混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第二混合浆注入模具内，在160℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸面层备用；
（7）成品的制备：
先在步骤（5）制得的纸芯层的上表面和下表面均均匀的涂覆一层处理剂，然后将纸芯层为中心层，步骤（6）制得的纸面层分别作为上下层结构一起放入热压机中进行热压处理，期间控制热压的温度为130℃，热压的压力控制为0.5MPa，热压处理2min即可。
进一步的，所述步骤（1）中生物质原料中各成分及对应重量份为：碎木屑200份、棉花杆30份、树叶15份、水稻秸秆40份、玉米皮27份、麦麸7份。
进一步的，所述步骤（1）中初步粉碎时粉碎机的转速为2000rpm。
进一步的，所述步骤（2）中搅拌处理时保持真空搅拌机内的真空度为-0.3MPa，搅拌机的转速为50rpm，所施加的超声波的频率为30kHz。
进一步的，所述步骤（3）中冷等离子体处理的功率为2kW。
进一步的，所述步骤（4）中粉碎处理时保持粉碎机内的温度为-12℃，粉碎机的转速为4000rpm。
进一步的，所述步骤（5）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为80MPa。
进一步的，所述步骤（6）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为100MPa。
进一步的，所述步骤（7）中处理剂中各成分及对应重量份为：黄腐酸8份、氨水2份、二甲基甲酰胺0.3份、去离子水100份。
实施例2
一种生物质包装纸板的制备方法，包括如下步骤：
（1）原料预处理：
将生物质原料投入粉碎机内进行初步粉碎，粉碎处理35min后，过40目筛得粉末A备用；
（2）真空-超声处理：
将步骤（1）中所得的粉末A投入真空搅拌机中，在搅拌处理的同时施加特定频率的超声波，搅拌处理60min后，得粉末B备用；
（3）冷等离子体处理：
将步骤（2）中所得的粉末B放入DBD冷等离子体设备中，冷等离子体处理的次数为4次，得粉末C备用；
（4）再次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的粉末C投入深冷式粉碎机内，粉碎处理12min后，过150目筛得粉末D备用；
（5）纸芯层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 85份、海藻酸丙二醇酯2.5份、卡拉胶5份、双乙酰酒石酸单双甘油酯0.8份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理13min后得第一混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第一混合浆注入模具内，在130℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸芯层备用；
（6）纸面层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 75份、海藻酸丙二醇酯2.3份、卡拉胶3.6份、双乙酰酒石酸单双甘油酯1.5份、硫酸镧0.8份、白油3.5份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理17min后得第二混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第二混合浆注入模具内，在170℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸面层备用；
（7）成品的制备：
先在步骤（5）制得的纸芯层的上表面和下表面均均匀的涂覆一层处理剂，然后将纸芯层为中心层，步骤（6）制得的纸面层分别作为上下层结构一起放入热压机中进行热压处理，期间控制热压的温度为140℃，热压的压力控制为0.55MPa，热压处理2.5min即可。
进一步的，所述步骤（1）中生物质原料中各成分及对应重量份为：碎木屑250份、棉花杆40份、树叶17份、水稻秸秆50份、玉米皮31份、麦麸10份。
进一步的，所述步骤（1）中初步粉碎时粉碎机的转速为3500rpm。
进一步的，所述步骤（2）中搅拌处理时保持真空搅拌机内的真空度为-0.15MPa，搅拌机的转速为55rpm，所施加的超声波的频率为45kHz。
进一步的，所述步骤（3）中冷等离子体处理的功率为2.3kW。
进一步的，所述步骤（4）中粉碎处理时保持粉碎机内的温度为-8℃，粉碎机的转速为4500rpm。
进一步的，所述步骤（5）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为85MPa。
进一步的，所述步骤（6）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为110MPa。
进一步的，所述步骤（7）中处理剂中各成分及对应重量份为：黄腐酸9份、氨水3份、二甲基甲酰胺0.5份、去离子水110份。
实施例3
一种生物质包装纸板的制备方法，包括如下步骤：
（1）原料预处理：
将生物质原料投入粉碎机内进行初步粉碎，粉碎处理40min后，过50目筛得粉末A备用；
（2）真空-超声处理：
将步骤（1）中所得的粉末A投入真空搅拌机中，在搅拌处理的同时施加特定频率的超声波，搅拌处理70min后，得粉末B备用；
（3）冷等离子体处理：
将步骤（2）中所得的粉末B放入DBD冷等离子体设备中，冷等离子体处理的次数为5次，得粉末C备用；
（4）再次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的粉末C投入深冷式粉碎机内，粉碎处理14min后，过200目筛得粉末D备用；
（5）纸芯层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 90份、海藻酸丙二醇酯3份、卡拉胶4~6份、双乙酰酒石酸单双甘油酯0.9份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理16min后得第一混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第一混合浆注入模具内，在140℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸芯层备用；
（6）纸面层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 80份、海藻酸丙二醇酯2.6份、卡拉胶4份、双乙酰酒石酸单双甘油酯2份、硫酸镧0.9份、白油4份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理19min后得第二混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第二混合浆注入模具内，在180℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸面层备用；
（7）成品的制备：
先在步骤（5）制得的纸芯层的上表面和下表面均均匀的涂覆一层处理剂，然后将纸芯层为中心层，步骤（6）制得的纸面层分别作为上下层结构一起放入热压机中进行热压处理，期间控制热压的温度为150℃，热压的压力控制为0.6MPa，热压处理3min即可。
进一步的，所述步骤（1）中生物质原料中各成分及对应重量份为：碎木屑300份、棉花杆50份、树叶19份、水稻秸秆60份、玉米皮35份、麦麸13份。
进一步的，所述步骤（1）中初步粉碎时粉碎机的转速为5000rpm。
进一步的，所述步骤（2）中搅拌处理时保持真空搅拌机内的真空度为0.02MPa，搅拌机的转速为60rpm，所施加的超声波的频率为60kHz。
进一步的，所述步骤（3）中冷等离子体处理的功率为2.6kW。
进一步的，所述步骤（4）中粉碎处理时保持粉碎机内的温度为-4℃，粉碎机的转速为5000rpm。
进一步的，所述步骤（5）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为90MPa。
进一步的，所述步骤（6）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为120MPa。
进一步的，所述步骤（7）中处理剂中各成分及对应重量份为：黄腐酸10份、氨水4份、二甲基甲酰胺0.4份、去离子水120份。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（2）真空-超声处理的整个过程，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，省去步骤（3）冷等离子体处理的整个过程，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，同时省去步骤（2）真空-超声处理和步骤（3）冷等离子体处理的整个过程，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例4
本对比实施例4与实施例2相比，省去步骤（7）成品的制备中的处理剂的处理，除此外的方法步骤均相同。
对照组
申请号为：201910028784.1公开的一种利用玉米秸秆原料制备本色包装纸板配抄用浆的方法。
为了对比本发明效果，分别用实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对比实施例4的方法对应制备的包装纸板，利用对照组的方法制备包装纸板配抄用浆，然后在170℃的条件下加热成型后，脱模烘干，其包装纸板的厚度与实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对比实施例4的方法对应制备的包装纸板的厚度均为2±0.02mm；再分别按照GB/T 12914-2008、GB/T 457-2002、GB/T 455-2002的方法对应测定每组包装纸的抗张指数、耐折度、撕裂度，具体试验对比数据如下表1所示。
表1
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由上表1可以看出，本发明对现今利用边角料以及作物秸秆制备包装纸板的加工技术进行改善加强，不仅节省了资源，保护了环境，还解决了作物秸秆造纸存在的缺陷，最终制得层间结合度高、强度高、匀质挺拔的包装纸板，应用前景广泛。

Claims (9)

1.一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）原料预处理：
将生物质原料投入粉碎机内进行初步粉碎，粉碎处理30~40min后，过30~50目筛得粉末A备用；
（2）真空-超声处理：
将步骤（1）中所得的粉末A投入真空搅拌机中，在搅拌处理的同时施加特定频率的超声波，搅拌处理50~70min后，得粉末B备用，所施加的超声波的频率为30~60kHz；
（3）冷等离子体处理：
将步骤（2）中所得的粉末B放入DBD冷等离子体设备中，冷等离子体处理的次数为3~5次，得粉末C备用；
（4）再次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的粉末C投入深冷式粉碎机内，粉碎处理10~14min后，过100~200目筛得粉末D备用；
（5）纸芯层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 80~90份、海藻酸丙二醇酯2~3份、卡拉胶4~6份、双乙酰酒石酸单双甘油酯0.7~0.9份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理10~16min后得第一混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第一混合浆注入模具内，在120~140℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸芯层备用；
（6）纸面层的制备：
a. 称取相应重量份的步骤（4）所得的粉末D 70~80份、海藻酸丙二醇酯2~2.6份、卡拉胶3.2~4份、双乙酰酒石酸单双甘油酯1~2份、硫酸镧0.7~0.9份、白油3~4份共同投入微射流高压均质机内进行高压均质处理，均质处理15~19min后得第二混合浆备用；
b. 将操作a中所得的第二混合浆注入模具内，在160~180℃的条件下加热成型后，脱模烘干得纸面层备用；
（7）成品的制备：
先在步骤（5）制得的纸芯层的上表面和下表面均均匀的涂覆一层处理剂，然后将纸芯层为中心层，步骤（6）制得的纸面层分别作为上下层结构一起放入热压机中进行热压处理，期间控制热压的温度为130~150℃，热压的压力控制为0.5~0.6MPa，热压处理2~3min即可。
2.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中生物质原料中各成分及对应重量份为：碎木屑200~300份、棉花杆30~50份、树叶15~19份、水稻秸秆40~60份、玉米皮27~35份、麦麸7~13份。
3.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中初步粉碎时粉碎机的转速为2000~5000rpm。
4.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中搅拌处理时保持真空搅拌机内的真空度为-0.3~0.02MPa，搅拌机的转速为50~60rpm。
5.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中冷等离子体处理的功率为2~2.6kW。
6.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中粉碎处理时保持粉碎机内的温度为-12~-4℃，粉碎机的转速为4000~5000rpm。
7.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为80~90MPa。
8.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中操作a中高压处理时保持微射流高压均质机内的工作压力为100~120MPa。
9.根据权利要求1所述一种生物质包装纸板的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中处理剂中各成分及对应重量份为：黄腐酸8~10份、氨水2~4份、二甲基甲酰胺0.3~0.4份、去离子水100~120份。
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