CN111138880A - 一种再生资源发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了再生资源发泡材料及其制备方法，属于包装材料领域。包括植物纤维丝30‑90份，合成纤维0‑60份；分散液1‑10份、发泡剂1‑10份、粘合剂5‑20份、成膜剂1‑10份、成核剂0.5‑5份。本发明采用特定的秸秆植物纤维丝，与合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂混合后，通过发泡工艺制得，生产效率高，能够提高材料的回弹性、延伸性、抗压性和强度；同时本发明中选用的材料以及其余的助剂可回收再利用、可降解性能好，绿色环保，且原料易得，成本低廉；可循环使用，解决农业废弃物的同时，创造社会价值和经济价值。

Description

一种再生资源发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及包装材料领域，具体涉及一种再生资源发泡材料及其制备方法。
背景技术
随着全球社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，目前全球的各项不可再生资源面临匮乏，世界各国为解决资源与愿景之间的矛盾，把主要研究方向放到了绿色材料上面，通过对可再生资源进行合理的研究开发，使其在功能上接近或超越由不可再生资源开发出来的材料。
植物纤维环保材料是利用稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑、竹屑、大豆等农作物秸秆、树枝、树叶、草等富含木质纤维的市政绿化植物垃圾或其它植物的秆茎，以及牛粪、马粪、象粪等富含植物纤维的动物粪便；先制成10-200目的植物纤维粉料、或搓丝料，再用特殊工艺制成混合原料，然后经过模压、注浆、自然随机型腔等一次性成型工艺后，得到的一种新型环保材料，天然成份可达60-90％以上；可制成包装缓冲材料、板材、纸箱、餐饮容器具、可控降解容器、工艺品、日用品、建筑板材、堵水填料、工业包装等物品。
而常见的用植物纤维做成的纸板应用于各个领域。传统的植物纤维纸板为多层板混合而成的“瓦楞”结构；该结构强度低，缓冲性能不强。CN108624073A 公开的一种植物纤维发泡材料，包括植物纤维、胶黏剂、表面活性剂、气凝胶和发泡剂，其制备方法为将各组分混合后通过机械直接发泡制成发泡体，再将硫酸铝加入发泡体中，静置形成胚料，干燥得到。该方法采用常温静置，机械发泡时间为30min；发泡时间太长，生产效率低，很难实验工业化高产。
发明内容
本发明提出了一种、成本低廉，强度和回弹性能好的再生资源发泡材料，同时提出一种工艺简单、工艺时间短的高产的再生资源发泡材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种再生资源发泡材料，包括如下组分，按重量份计为：再生资源纤维30-90 份，合成纤维0-60份；分散液30-60份、发泡剂1-10份、粘合剂5-20份、成膜剂1-10份、成核剂0.5-5份。
优选的，所述再生资源发泡材料包括如下组分，按重量份计为：再生资源纤维30-80份，合成纤维10-60份；分散液30-50份、发泡剂2-8份、粘合剂 5-15份、成膜剂1-5份、成核剂1-3份。
优选的，所述再生资源发泡材料包括如下组分，按重量份计为：秸秆植物纤维丝50-80份，合成纤维10-50份；分散液35-45份、发泡剂2-5份、粘合剂10-15份、成膜剂1-3份、成核剂1-2份。
优选的，所述合成纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、折叠聚乳酸纤维、氨纶纤维、涤纶纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维中的任意一种或几种。
优选的，所述分散液为水、聚氨酯水溶液、聚丙烯酸、聚丙烯聚氧乙烯醚酯、酚醛树脂、异氰酸酯端基中的任意一种或几种混合物；所述粘合剂为淀粉；所述成膜剂为PVA成膜剂；所述成核剂为轻质碳酸钙和硼砂中的任意一种或两种混合物。
优选的，所述发泡剂为有机发泡剂和无机发泡剂中的混合物，所述无机发泡剂与有机发泡剂的混合比例为(0-100):(0-100)；所述无机发泡剂为碳酸氢铵；所述有机发泡剂为异氰酸酯端基类、十二烷基硫酸钠、偶氮二甲酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的任意一种或混合物。
一种再生资源发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
将再生资源纤维通过发泡方法制备得到。
8、根据权利要求7所述再生资源发泡材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将再生资源纤维与水充分混合分散后，再加入重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入成型模具中，通过真空负压吸滤出多余的水分，多余的水分用于步骤(1)中与再生资源纤维混合；
(3)加热模压发泡成型，或加水发泡并在多样式型腔内固化成型；干燥得到再生资源发泡材料。热压模具表面光洁度越高，热压制品表面平整度光洁度也相应越高，利于后期印刷等再制作；
优选的，步骤(1)中加入的水与再生资源纤维的比例为3:2。
优选的，步骤(3)中所述加热模压的加热温度和加水加热的温度为 90-200℃；所述加热模压中模具的加热温度为90-200℃；发泡时间为0.5-10min。
本发明再生资源发泡材料的制备方法，其有益效果在于：
(1)本发明采用既定比例的秸秆植物纤维丝，与合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂混合后，经过发泡固化成型工艺制得环保材料制品。能够通过调整发泡剂、粘合成膜剂的选用与比例，制得具备不同密度、硬度、回弹、延伸、抗压、耐磨、防水、阻燃、强度等，不同物理性能的各类植物纤维环保材料；同时本发明中选用的材料以及其余的助剂可降解性能好，绿色环保，且原料易得、成本低廉、易于广泛推广和工业化量产。
(2)本发明制备方法中通过在90-200℃下热压发泡，或者加水发泡，能够是发泡更快，5min左右即可完成发泡固化成型，提高了生产效率。
(3)本发明制备方法中将浆料含水率高，利于直接注于模具中，流动性好，能够成型后的板材内部更加均匀，且表现光滑度好。
(4)本发明通过廉价易得的再生资源原材料，通过一次性固化成型工艺得到环保复合材料，具有力学性能等各项物理性能指标优良，且可控可调，工艺简单适合工业化量产，其原料制品废弃回收物料皆可循环使用、从原料到末端产品一次性工艺成型，省去中间制造环节成本低、性价比高的优势。尤其可以充分运用于包装、板材、弹性体材料领域，甚至全面替代纯化工原料制成的缓冲泡沫、和传统瓦楞纸板。颠覆式创新值得推广的三产融合循环经济模式，解决农业废弃物的同时，创造社会价值和经济价值。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统“瓦楞”结构的纸板示意图；
图2是本发明纸板内部结构示意图；
图3是本发明材料的降解曲线图；
图4是本发明材料的降解前的示意图；
图5是本发明材料降解60天时的示意图；
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
实施例1
一种再生资源发泡材料，包括如下组分，按重量份计为：再生资源纤维75 份，水溶性聚氨酯30份、淀粉粘合剂7份、发泡剂3份、PVA成膜剂2份、轻质碳酸钙成核剂2份、硼砂成核剂1份。
再生资源纤维为水稻秸秆搓丝纤维、脱水干燥牛粪、与废旧瓦楞纸回收粉碎料，按照5:3:2的比例混合的混合物。
发泡剂为碳酸氢铵与偶氮二甲酰胺，按照3:1的比例混合复配的混合物。
本实施例中再生资源发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将再生资源纤维与水按照2:3的比例充分混合后，再加入重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入成型模具中，通过真空负压吸滤出多余的水分，使浆液含水量为35-45％；多余的水分用于步骤(1)中与再生资源纤维混合循环使用，实现零排污；
(3)对加热至100℃发泡5min后压制成型，干燥得到再生资源发泡材料，具有软硬适中，物理性能优良等特点，适用于纸板、纸箱等包装材料领域。
实施例2
一种再生资源发泡材料，包括如下组分，按重量份计为：小麦秸秆搓丝纤维60份，水溶性聚氨酯60份、淀粉粘合剂10份、PVA成膜剂5份、发泡剂3 份、硼砂成核剂2份。
发泡剂为碳酸氢铵与有机发泡剂十二烷基硫酸钠按照20:1的比例混合的混合物。
本实施例中再生资源发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将秸秆植物纤维丝与水按照2:3的比例充分混合后，再加入重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入成型模具中，通过真空负压吸滤出多余的水分，使浆液含水量为35-45％；多余的水分用于步骤(1)中与小麦秸秆搓丝纤维混合，实现零排污；
(3)对加热至200℃发泡0.5min后压制成型，干燥得到再生资源发泡弹性体材料，耐磨性能良好、适用于制鞋等材料领域。
实施例3
一种再生资源发泡材料，包括如下组分，按重量份计为：秸秆植物纤维丝 50份，聚丙烯纤维20份，水溶性聚氨酯45份、发泡剂10份、淀粉粘合剂5份、 PVA成膜剂4份、硼砂1份。
发泡剂为异氰酸酯端基与水的混合物，按照100:20的比例混合的混合物。
本实施例中再生资源发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将绝干秸秆植物纤维丝与重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入随机裂缝多样性型腔内，常温静置30秒后，开始逐步固化成型，得到植物纤维发泡填充材料，具有发泡充分、均匀、固化成型快，防水、阻燃、隔音、保温等特点，适用于补缝堵水、建筑施工、木材与钣金加工填充等材料领域。
实施例4
一种再生资源发泡材料，包括如下组分，按重量份计为：秸秆植物纤维丝 40份，聚丙烯纤维60份，水溶性聚氨酯50份、发泡剂2份、淀粉粘合剂10份、 PVA成膜剂3份、轻质碳酸钙2份。
发泡剂为碳酸氢铵与有机发泡剂十二烷基硫酸钠按照100:10的比例混合的混合物。
本实施例中再生资源发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将秸秆植物纤维丝与水按照2:3的比例充分混合后，再加入重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入成型模具中，通过真空负压吸滤出多余的水分，使浆液含水量为35-45％；多余的水分用于步骤(1)中与植物纤维丝混合，实现零排污；
(3)对加热至150℃发泡3min后压制成型，干燥得到再生资源发泡材料。
实施例5
一种再生资源发泡材料，包括如下组分，按重量份计为：秸秆植物纤维丝 80份，水溶性聚氨酯35份、发泡剂2份、淀粉粘合剂10份、PVA成膜剂2份、轻质碳酸钙1份。
发泡剂为偶氮二甲酰胺与十二烷基硫酸钠按照100:5的比例混合的混合物。
本实施例中再生资源发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将秸秆植物纤维丝与水按照2:3的比例充分混合后，再加入重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入成型模具中，通过真空负压吸滤出多余的水分，使浆液含水量为35-45％；多余的水分用于步骤(1)中与植物纤维丝混合，实现零排污；
(3)对加热至150℃发泡1min后压制成型，干燥得到再生资源发泡材料。
实施例6
一种再生资源发泡材料，包括如下组分，按重量份计为：秸秆植物纤维丝 80份，水溶性聚氨酯35份、发泡剂2份、淀粉粘合剂10份、PVA成膜剂2份、轻质碳酸钙1份。
发泡剂为偶氮二甲酰胺与十二烷基硫酸钠按照100:5的比例混合的混合物。
本实施例中再生资源发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将秸秆植物纤维丝与水按照2:3的比例充分混合后，再加入重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入成型模具中，通过真空负压吸滤出多余的水分，多余的水分用于步骤(1)中与植物纤维丝混合，实现零排污；
(3)向浆液中加入水混合后在模具中固定成型，干燥得到再生资源发泡材料。
将实施例1中的得到的材料进行性能检测；得到的数据与传统“瓦楞”结构的板材性能进行对比，得到的数据如下表1所示：
表1
Figure RE-GDA0002398964750000061
Figure RE-GDA0002398964750000071
从上表1可以看出，采用本发明得到的材料的抗压力、强度和弹性均大大高于5层“瓦楞”板；说明本发明得到的抗压力、强度和弹性好。
将实施例1中的得到的材料进行降解检测；得到降解程度与时间温度曲线的数据如图3所示；同时肉眼可见降解程度如下图4和图5所示：
本发明得到的一次性热压发泡成型板材，表面光洁平整利于后期油墨印刷等再制作，从图1和图2的对比可以看出本发明的内部纤维填充更加均匀且充实，呈“空间网络结构”的“夹心”板材，利于承重力的分散，力学性能等各项物理指标表现更好，材料环保、可降解。
从图3-图5可以看出，本发明得到的材料环保性能更好，降解速率快，且降解彻底。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种再生资源发泡材料，其特征在于：包括如下组分，按重量份计为：再生资源纤维30-90份，合成纤维0-60份；分散液30-60份、发泡剂1-10份、粘合剂5-20份、成膜剂1-10份、成核剂0.5-5份。
2.根据权利要求1所述再生资源纤维发泡材料，其特征在于：包括如下组分，按重量份计为：再生资源纤维30-80份，合成纤维10-60份；分散液30-50份、发泡剂2-8份、粘合剂5-15份、成膜剂1-5份、成核剂1-3份。
3.根据权利要求1所述再生资源纤维发泡材料，其特征在于：包括如下组分，按重量份计为：秸秆植物纤维丝50-80份，合成纤维10-50份；分散液35-45份、发泡剂2-5份、粘合剂10-15份、成膜剂1-3份、成核剂1-2份。
4.根据权利要求1-3任一项所述再生资源纤维发泡材料，其特征在于：所述再生资源纤维为废旧瓦楞纸板回收粉碎料、水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、富含木质纤维的植物、富含植物纤维的动物粪便中的任意一种或几种；所述合成纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、折叠聚乳酸纤维、氨纶纤维、涤纶纤维、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1-3任一项所述再生资源发泡材料，其特征在于：所述分散液为水、聚氨酯水溶液、聚丙烯酸、聚丙烯聚氧乙烯醚酯、酚醛树脂、异氰酸酯端基中的任意一种或几种混合物；所述粘合剂为淀粉；所述成膜剂为PVA成膜剂；所述成核剂为轻质碳酸钙和硼砂中的任意一种或两种混合物。
6.根据权利要求1-3任一项所述再生资源发泡材料，其特征在于：所述发泡剂为有机发泡剂和无机发泡剂的混合物，所述无机发泡剂与有机发泡剂的混合比例为(0-100):(0-100)；所述无机发泡剂为碳酸氢铵；所述有机发泡剂为异氰酸酯端基类、十二烷基硫酸钠、偶氮二甲酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的任意一种或混合物。
7.一种再生资源发泡材料的制备方法，其特征在于：将再生资源纤维通过发泡方法制备得到。
8.根据权利要求7所述再生资源发泡材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将再生资源纤维与水充分混合分散后，再加入重量份的合成纤维、分散液、发泡剂、粘合剂、成膜剂和成核剂充分混合成浆液；
(2)将浆液注入成型模具中，通过真空负压吸滤出多余的水分，多余的水分用于步骤(1)中与再生资源纤维混合；
(3)加热模压发泡成型，或加水发泡并在多样式型腔内固化成型；干燥得到再生资源发泡材料。
9.根据权利要求8所述再生资源发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中加入的水与再生资源纤维的比例为3:2。
10.根据权利要求8所述再生资源发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述加热模压的加热温度为90-200℃；发泡时间为0.5-10min。
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