CN110670407B - 一种纸浆模塑品改性添加剂及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纸浆模塑品改性添加剂:按质量百分比计算,包括阳离子淀粉8–10%和上光油5–7%。将本发明制备的纸浆模塑品改性添加剂布施于纸浆模塑品表面,该改性添加剂从外到内地渗入纸浆模塑品内部,能够在纸浆模塑品表面形成一层致密的油蜡膜,有效提高产品表面、内部的纤维、填料及彼此之间的粘结附着力,使纸张表面的纤维能够更好地结合而不易产生掉屑,显著地改善了纸浆模塑品的耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于纸浆模塑制品加工领域,具体地,涉及一种纸浆模塑品改性添加剂及制备方法和应用。
背景技术
近年来,纸浆模塑制品以其原料广、无污染、优越的包装性能和可再生的环保特性,作为一种新兴的理想环保包装产品,并一定程度上正逐步替代木材和塑料制品,广泛应用于餐盒餐具及工业缓冲包装等领域。但是,纸浆模塑制品普遍存在着易掉毛掉粉的现象,若纸浆模塑制品本体的密度不够大,或者纸浆模塑制品经过多次的碰撞、反复摩擦,一般会发生明显的掉屑现象。掉屑的产生,破坏了纸浆模塑制品的本体结构,降低了纸浆模塑制品的表面平滑度,除此之外,若被包装物为塑料制品,带有毛屑的纸浆模塑包装会与被包装品反复摩擦而产生静电,进而吸附粉尘或损坏被包装物。因此,纸浆模塑制品的掉屑问题严重地制约着纸浆模塑制品的推广应用,特别是其在高端产品领域中的应用。
针对表面掉屑问题,一般用于优化制造纸浆模塑制品的方法及其特点如下:
方法1,适当在制浆过程中添加增加纤维间结合力的助剂和填料,以内部施胶的方式,增加纤维的粘合强度,使其不容易脱离,同时也加强粉尘的粘附。然而,内部施胶的方法对纸浆模塑产品表面的纤维紧度的作用效果不稳定,无法稳定地提高纸浆模塑产品表面的耐磨性。另一方面,助剂、填料与纸浆发生相互作用需要固定占据较重比例的生产时间,导致利用该法的生产效率无法得到显著的提高。此外,目前普遍应用的内部施胶法一般需要多种添加剂相互配合,多种添加剂的之间的相互作用及不同的组分配比对系统产生此消彼长的作用效果,使这种方案存在着较大的不确定性。
方法2,适当改善制浆工艺来增加纤维的表而积,从而增加相邻羟基的结合力,提高产品表面紧度。该法对制浆设备的要求比较高,增大了设备的成本投入,降低了生产效益。
方法3,通过改善生产工艺(如加强模具表面硬度、提高整形干燥热压温度、大大提高热压整形压合力或延长压合时间等),使产品表面的密度提高。该法对制浆设备的要求比较高,增大了设备的成本投入,降低了生产效益。
方法4,在产品的接触面作特殊应对处理(如:纸浆模塑制品表面植绒毛、纸浆模塑制品表面复膜等),改善纸塑制品表面的光滑度、密度。该法虽然能够有效改善纸塑制品的表面性质,但是表面处理的工序表较多,需要为此增设相应的设备,不仅操作繁琐,而且增加了生产成本。此外,最重要的是,用于纸塑制品表面处理的材料不一定能够方便、容易地进行无害降解,不符合绿色环保的发展理念。
基于此,开发一种能够方便、可控、有效减少纸浆模塑品表面掉屑的表面改性剂是很有意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纸浆模塑品改性添加剂及制备方法和应用,以改善纸浆模塑制品表面掉屑的现象,获得耐磨的纸浆模塑制品。
根据本发明的一个方面,提供一种纸浆模塑品改性添加剂:按质量百分比计算,包括阳离子淀粉8–10%和上光油5–7%。
优选地,阳离子淀粉为经过N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵改性的玉米淀粉。
优选地,阳离子淀粉按照以下步骤制备:S1.配制氢氧化钠溶液;S2.向氢氧化钠溶液中加入N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵,充分溶解;S3.向S2所得溶液中加入玉米淀粉,充分搅拌至均匀混合;S4.将S3制得的混合液移入烘箱中,在80℃下保温4h;各原料按照如下比例取用:按质量比计算,玉米淀粉:N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵=1:0.1–0.2;按摩尔比计算,N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵:氢氧化钠=1:0.8–1.2。
根据本发明的另一个方面,提供一种上述纸浆模塑品改性添加剂的制备方法,包括以下步骤:S1.使阳离子淀粉在净水中糊化,得到糊化淀粉浆,降至常温;S2.将常温的上光油加入糊化淀粉浆中,充分混合,得到成品。
优选地,S1的具体过程如下:步骤1:向阳离子淀粉中加入常温净水,充分搅拌;步骤2:向步骤1中制得的浆液中加入温度≥90℃的高温净水,充分搅拌;按照质量倍数计算,常温净水的用量为阳离子淀粉的0.5–1.2倍,高温净水的用量为阳离子淀粉的7.5–10倍。
优选地,在进行S2前,使糊化淀粉浆过30–40目筛。
根据本发明的另一个方面,提供一种纸浆模塑品的生产方法,包括以下步骤:S1.浆料脱水成形,制得具有一定形状的湿态纸制品;S2.在湿态纸制品表面布施上述纸浆模塑品改性添加剂,制得半成品;S3.对半成品进行干燥处理;S4.采用加温和/或加压,使半成品脱模成型,制得成品。
优选地,在S2中,纸浆模塑品改性添加剂的布施方式为喷洒。
根据本发明的另一个方面,提供上述纸浆模塑品改性添加剂在减少纸浆模塑品表面掉屑中的应用。
麦可门的708上光油和阳离子淀粉分别都对纸质制品的纤维产生一定的粘附作用,本发明将这两者共同作为有效成分,配成均一的纸浆模塑品改性添加剂,在同一溶液体系中的708上光油和阳离子淀粉协同增效。与708上光油和阳离子淀粉分别单独作为改性添加剂中的有效组相比,本发明制备的纸浆模塑品改性添加剂明显具有更佳的纸质纤维粘附能力。将本发明制备的纸浆模塑品改性添加剂布施于纸浆模塑品表面,该改性添加剂从外到内地渗入纸浆模塑品内部,能够在纸浆模塑品表面形成一层致密的油蜡膜,有效提高产品表面、内部的纤维、填料及彼此之间的粘结附着力,使纸张表面的纤维能够更好地结合而不易产生掉屑,显著地改善了纸浆模塑品的耐磨性。
选取在产品处于湿态纸制品的半成品状态下喷涂本发明制备的纸浆模塑品改性添加剂,附着在半成品表面的纸浆模塑品改性添加剂随着半成品经历后续的干燥、加热、加压工序,使纸浆模塑品改性添加剂有足够的熟化时间,也使得纸浆模塑品改性添加剂能够更加充分、均匀地渗入纸浆模塑品内部,从而使纸浆模塑品本体的单纤维更好地相互粘结。
综上,本发明制备的纸浆模塑品改性添加剂制备简单、原料容易获得、易学易做、制成速度快、能耗低、操作方便,大大地节省了纸浆模塑品生产中时间成本和设备成本,将其作用于纸浆模塑品表面能够可靠、有效地减少产品表面掉屑。最后,本发明制备的纸浆模塑品改性添加剂不对环境产生污染,不产生额外废料,也不影响纸制品的回收和再制浆,符合绿色可持续的发展需求。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。
实施例1
1.阳离子淀粉的制备
(1)按照干燥玉米淀粉:3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)=1:0.45的质量比,按照CTA:氢氧化钠=1:1.2的摩尔比称取一定量的干燥玉米淀粉CTA和氢氧化钠;
(2)将氢氧化钠、CTA和少量水在低于10℃下活化反应10min;
(3)将活化过的药品喷入玉米淀粉中,搅拌均匀,于50℃下预干燥1h;
(4)取出步骤(3)所得产品,粉碎后置于密闭容器中,在85℃下保温4h,得到半成品;
(5)利用80%的乙醇溶液洗涤半成品,至滤出洗涤液中不含Cl-,干燥,制得本实施例的阳离子淀粉。
2.纸浆模塑品改性添加剂的配制
本实施例配制两种纸浆模塑品模塑品改性添加剂,分别标记为①号改性添加剂和②号改性添加剂,具体的配制过程如下。
①号改性添加剂:
S1.称取500g本实施例制备的干燥阳离子淀粉,加入350g的常温纯净水,充分搅拌至阳离子淀粉在常温纯净水中均匀分散;
S2.向S1制得的混合浆料中冲入3850g温度≥90℃的高温纯净水,加强搅拌,使浆料和高温纯净水充分融合至形成均匀的糊化淀粉浆;
S3.待糊化淀粉浆降至常温后,使其过40目不锈钢网;
①号改性添加剂。
②号改性添加剂:
S1.称取500g本实施例制备的干燥的阳离子淀粉,加入350g的常温纯净水,充分搅拌至阳离子淀粉在常温纯净水中均匀分散;
S2.向S1制得的混合浆料中冲入3880g温度≥90℃的高温纯净水,加强搅拌,使浆料和高温纯净水充分融合至形成均匀的糊化淀粉浆;
S3.待糊化淀粉浆降至常温后,使其过40目不锈钢网,制得本实施例的②号改性添加剂。
3.纸浆模塑品的制备
分别利用本实施例制备的两种改性添加剂按照以下操作步骤,制备纸浆模塑品:
(1)配浆:漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆和化机浆均以5%的浓度散浆和磨浆,磨浆游离度分别为500mL、450mL、350mL,然后在混合管以75%:15%:10%的比例进行混合配浆,再把此混合浆加水稀释为0.5-1.5%浓度的纤维浆去供浆;
(2)成型:将纸浆吸附在模具上,抽去水分,再对被模具截留的纸纤维进行压榨脱水,制得湿态纸制品;
(3)喷涂加工:利用半自动成型机加装的加压喷洒装置,分别将制得的改性添加剂喷洒在湿态纸制品的表面,制得半成品;
(4)模内干燥:把半成品直接放入热压整形机内压榨、蒸发、整形、干燥;成品的含水率是:5~8%;
(5)热压整形:利用热压成型机对半成品进行加热干燥、加压定型,经过切边后成为纸浆模塑品成品。
实施例2
1.阳离子淀粉的制备
(1)按照干燥玉米淀粉:N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵(GTA)=1:0.15的质量比,按照GTA:氢氧化钠=1:1的摩尔比称取一定量的干燥玉米淀粉、GTA和氢氧化钠;
(2)将氢氧化钠溶于适量的水,待其冷却;
(3)向氢氧化钠溶液中加入GTA,充分溶解;
(4)向步骤(3)所得溶液中加入玉米淀粉,充分搅拌至均匀混合;
(5)将步骤(4)制得的混合液移入烘箱中,在80℃下保温4h,得到白色的半成品;
(6)利用80%的乙醇溶液洗涤半成品,至滤出洗涤液中不含Cl-,干燥,制得本实施例的阳离子淀粉。
2.纸浆模塑品改性添加剂的配制
本实施例配制两种纸浆模塑品模塑品改性添加剂,分别标记为①号改性添加剂和②号改性添加剂,具体的配制过程如下。
①号改性添加剂:
S1.称取500g本实施例制备的干燥阳离子淀粉,加入350g的常温纯净水,充分搅拌至阳离子淀粉在常温纯净水中均匀分散;
S2.向S1制得的混合浆料中冲入3850g温度≥90℃的高温纯净水,加强搅拌,使浆料和高温纯净水充分融合至形成均匀的糊化淀粉浆;
S3.待糊化淀粉浆降至常温后,使其过40目不锈钢网;
①号改性添加剂。
②号改性添加剂:
S1.称取500g本实施例制备的干燥的阳离子淀粉,加入350g的常温纯净水,充分搅拌至阳离子淀粉在常温纯净水中均匀分散;
S2.向S1制得的混合浆料中冲入3880g温度≥90℃的高温纯净水,加强搅拌,使浆料和高温纯净水充分融合至形成均匀的糊化淀粉浆;
S3.待糊化淀粉浆降至常温后,使其过40目不锈钢网,制得本实施例的②号改性添加剂。
3.纸浆模塑品的制备
分别利用本实施例制备的两种改性添加剂按照以下操作步骤,制备纸浆模塑品:
(1)配浆:漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆和化机浆均以5%的浓度散浆和磨浆,磨浆游离度分别为500mL、450mL、350mL,然后在混合管以75%:15%:10%的比例进行混合配浆,再把此混合浆加水稀释为0.5-1.5%浓度的纤维浆去供浆;
(2)成型:将纸浆吸附在模具上,抽去水分,再对被模具截留的纸纤维进行压榨脱水,制得湿态纸制品;
(3)喷涂加工:利用半自动成型机加装的加压喷洒装置,分别将制得的改性添加剂喷洒在湿态纸制品的表面,制得半成品;
(4)模内干燥:把半成品直接放入热压整形机内压榨、蒸发、整形、干燥;成品的含水率是:5~8%;
(5)热压整形:利用热压成型机对半成品进行加热干燥、加压定型,经过切边后成为纸浆模塑品成品。
实施例3
1.阳离子淀粉的制备
(1)按照干燥木薯淀粉:N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵(GTA)=1:0.15的质量比,按照GTA:氢氧化钠=1:1的摩尔比称取一定量的干燥木薯淀粉、GTA和氢氧化钠;
(2)将氢氧化钠溶于适量的水,待其冷却;
(3)向氢氧化钠溶液中加入GTA,充分溶解;
(4)向步骤(3)所得溶液中加入木薯淀粉,充分搅拌至均匀混合;
(5)将步骤(4)制得的混合液移入烘箱中,在80℃下保温4h,得到白色的半成品;
(6)利用80%的乙醇溶液洗涤半成品,至滤出洗涤液中不含Cl-,干燥,制得本实施例的阳离子淀粉。
2.纸浆模塑品改性添加剂的配制
本实施例配制两种纸浆模塑品模塑品改性添加剂,分别标记为①号改性添加剂和②号改性添加剂,具体的配制过程如下。
①号改性添加剂:
S1.称取500g本实施例制备的干燥阳离子淀粉,加入350g的常温纯净水,充分搅拌至阳离子淀粉在常温纯净水中均匀分散;
S2.向S1制得的混合浆料中冲入3850g温度≥90℃的高温纯净水,加强搅拌,使浆料和高温纯净水充分融合至形成均匀的糊化淀粉浆;
S3.待糊化淀粉浆降至常温后,使其过40目不锈钢网;
①号改性添加剂。
②号改性添加剂:
S1.称取500g本实施例制备的干燥的阳离子淀粉,加入350g的常温纯净水,充分搅拌至阳离子淀粉在常温纯净水中均匀分散;
S2.向S1制得的混合浆料中冲入3880g温度≥90℃的高温纯净水,加强搅拌,使浆料和高温纯净水充分融合至形成均匀的糊化淀粉浆;
S3.待糊化淀粉浆降至常温后,使其过40目不锈钢网,制得本实施例的②号改性添加剂。
3.纸浆模塑品的制备
分别利用本实施例制备的两种改性添加剂按照以下操作步骤,制备纸浆模塑品:
(1)配浆:漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆和化机浆均以5%的浓度散浆和磨浆,磨浆游离度分别为500mL、450mL、350mL,然后在混合管以75%:15%:10%的比例进行混合配浆,再把此混合浆加水稀释为0.5-1.5%浓度的纤维浆去供浆;
(2)成型:将纸浆吸附在模具上,抽去水分,再对被模具截留的纸纤维进行压榨脱水,制得湿态纸制品;
(3)喷涂加工:利用半自动成型机加装的加压喷洒装置,分别将制得的改性添加剂喷洒在湿态纸制品的表面,制得半成品;
(4)模内干燥:把半成品直接放入热压整形机内压榨、蒸发、整形、干燥;成品的含水率是:5~8%;
(5)热压整形:利用热压成型机对半成品进行加热干燥、加压定型,经过切边后成为纸浆模塑品成品。
对比实施例1
按照以下操作步骤,制备纸浆模塑品:
(1)配浆:漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆和化机浆均以5%的浓度散浆和磨浆,磨浆游离度分别为500mL、450mL、350mL,然后在混合管以75%:15%:10%的比例进行混合配浆,再把此混合浆加水稀释为0.5-1.5%浓度的纤维浆去供浆;
(2)成型:将纸浆吸附在模具上,抽去水分,再对被模具截留的纸纤维进行压榨脱水,制得湿态纸制品;
(3)模内干燥:把半成品直接放入热压整形机内压榨、蒸发、整形、干燥;成品的含水率是:5~8%;
(4)热压整形:利用热压成型机对半成品进行加热干燥、加压定型,经过切边后成为纸浆模塑品成品。
对比实施例2
1.纸浆模塑品改性添加剂的配制
2.纸浆模塑品的制备
利用本实施例制备改性添加剂按照以下操作步骤,制备纸浆模塑品:
(1)配浆:漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆和化机浆均以5%的浓度散浆和磨浆,磨浆游离度分别为500mL、450mL、350mL,然后在混合管以75%:15%:10%的比例进行混合配浆,再把此混合浆加水稀释为0.5-1.5%浓度的纤维浆去供浆;
(2)成型:将纸浆吸附在模具上,抽去水分,再对被模具截留的纸纤维进行压榨脱水,制得湿态纸制品;
(3)喷涂加工:利用半自动成型机加装的加压喷洒装置,分别将制得的改性添加剂喷洒在湿态纸制品的表面,制得半成品;
(4)模内干燥:把半成品直接放入热压整形机内压榨、蒸发、整形、干燥;成品的含水率是:5~8%;
(5)热压整形:利用热压成型机对半成品进行加热干燥、加压定型,经过切边后成为纸浆模塑品成品。
实施例4
1.实验设置方式
参试产品:本实施例以实施例1–3和对比实施例1、对比实施例2所制得的纸浆模塑品作为参试产品,开展纸浆模塑品表面耐磨测试,参与本实施例的耐磨测试的所有参试产品的表面粗糙度≤5.5μm。
主要仪器:油墨脱色实验仪器(艾斯瑞)。
测试条件参数设置:负载重量,2Bls;频率,43/min;测试辅料,EMPA 104测试牛仔布;取样方式,参试产品光滑平面随机取样,样品规格17.0cm*5cm,每种参试产品设置50个重复,每个待测样品为一个重复。
评判标准:
1)互相摩擦200次,样品表面大面积掉毛量或大面积刮花为不合格;
2)互相摩擦200次,测试布条上布满毛屑或看不到布的原色为不合格;
3)互相摩擦200次,用干手摸磨过的纸品表面,手指上无明显的毛屑为合格。
2.测试结果
本实施例的测试结果已在表1中详细列出,与不使用任何改性添加剂的对比实施例1相比,实施例1–3和对比实施例2都能够显著地提高纸浆模塑品的耐磨性。将实施例1–3配制的①号改性添加剂和②号改性添加剂及对比实施例2制备的改性添加剂的耐磨实验测试数据进行对比,可以看出,相对于分别以阳离子淀粉和708作为单一的有效成分作用于纸浆模塑品表面,将阳离子淀粉和708共同配制改性添加剂,使者两者同时作为活性成分,能够显著地提高改性添加剂的防掉屑效果,有效地减少纸浆模塑品掉屑,提高纸浆模塑品的耐磨性。其中,制备阳离子淀粉的淀粉种类以及醚化剂种类也会对最终配制得到的改性添加剂的效果产生一定影响,通过测试,得出实施例2制得的①号改性添加剂具有最好的防掉屑效果。
表1参试产品测试结果
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种纸浆模塑品的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.浆料脱水成形,制得具有一定形状的湿态纸制品;
S2.在所述湿态纸制品表面布施纸浆模塑品改性添加剂,制得半成品;
S3.对所述半成品进行干燥处理;
S4.采用加温和/或加压,使所述半成品脱模成型,制得成品;
按质量百分比计算,所述纸浆模塑品改性添加剂包括阳离子淀粉8-10%和上光油5-7%。
3.如权利要求2所述的纸浆模塑品的生产方法,其特征在于,所述阳离子淀粉为经过N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵改性的玉米淀粉。
4.如权利要求3所述的纸浆模塑品的生产方法,其特征在于,所述阳离子淀粉按照以下步骤制备:
S1.配制氢氧化钠溶液;
S2.向所述氢氧化钠溶液中加入N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵,充分溶解;
S3.向所述S2所得溶液中加入玉米淀粉,充分搅拌至均匀混合;
S4.将所述S3制得的混合液移入烘箱中,在80℃下保温4h;
各原料按照如下比例取用:按质量比计算,玉米淀粉:N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵=1:0.1–0.2;按摩尔比计算,N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵:氢氧化钠=1:0.8–1.2。
5.如权利要求1–4任一项所述纸浆模塑品的生产方法,其特征在于,所述纸浆模塑品改性添加剂的制备方法,包括以下步骤:
S1.使所述阳离子淀粉在净水中糊化,得到糊化淀粉浆,降至常温;
S2.将常温的所述上光油加入所述糊化淀粉浆中,充分混合,得到成品。
6.如权利要求5所述的纸浆模塑品的生产方法,其特征在于,在所述纸浆模塑品改性添加剂的制备方法的所述S1中,包括以下步骤:
步骤1:向所述阳离子淀粉中加入常温净水,充分搅拌;
步骤2:向所述步骤1中制得的浆液中加入温度≥90℃的高温净水,充分搅拌;
按照质量倍数计算,所述常温净水的用量为所述阳离子淀粉的0.5–1.2倍,所述高温净水的用量为所述阳离子淀粉的7.5–10倍。
7.如权利要求5所述的纸浆模塑品的生产方法,其特征在于,在所述纸浆模塑品改性添加剂的制备方法的所述S2之前,使所述糊化淀粉浆过30–40目筛。
8.如权利要求1所述纸浆模塑品的生产方法,其特征在于:在所述S2中,所述纸浆模塑品改性添加剂的布施方式为喷洒。
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