CN111422498B - 一种应用于冷藏运输的保温袋及其制备方法 - Google Patents

一种应用于冷藏运输的保温袋及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于材料技术领域，提供了一种应用于冷藏运输的保温袋及其制备方法，该保温袋的外包装袋采用可生物降解材料制备而成，绿色环保、无毒、无害；并采用由氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠组成的三元或者四元复合物组成相变储能材料，该相变储能材料采用的原料来源广泛，成本低，且复配成的三元或四元复合物具有优异的相变储热性能，蓄冷效果好且持久，可多次重复利用，重复利用率高，十分适用于对温度敏感的货物的冷藏长途运输，降低了此类货物在冷藏运输过程中因发生劣变。

Description

一种应用于冷藏运输的保温袋及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种应用于冷藏运输的保温袋及其制备方法。
背景技术
冷链物流，泛指冷藏冷冻类货物(如食品)在生产、贮藏运输、销售，到消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证货物质量，减少货物损耗的一项系统工程，也称为低温物流。低温是保障货物品质、减少货物损耗的关键。由于外界环境的不断变化，如速度、外部温度、微生物、杂质等，货物的运输(尤其是冷藏运输)过程是冷链各个环节上风险最高的一个环节。
现有的冷藏运输一般是采用具有保冷、通风及良好隔热性能的设备的冷藏车进行运输，但是由于装卸货物、外界环境等各种因素的影响，冷藏车往往很难在整个运输过程中维持在要求的低温环境。对于一些对温度极为敏感的货物来说，环境温度的细小变化都会引起货物品质的劣变。为了保持在整个冷藏运输过程中能够使货物维持在要求的低温环境，通常都会在冷藏车或者货物包装容器中放置一些冰袋以保持货物处于低温状态，减小在冷藏运输过程中因冷藏车内的温度变化波动幅度过大而致使货物发生劣变的风险。
在现有技术中，虽然使用冰袋可以在一定程度上使得货物能够保持低温状态，但是冰袋的保温效果的持续性较差且重复利用率低，并且，现有的冰袋包装材料大多数是采用石油基塑料为原料制备而成，不仅需要消耗大量的石油资源不利于可持续发展，而且还会产生大量的难以降解的塑料废弃物，不利于环保。
发明内容
本发明实施例提供一种应用于冷藏运输的保温袋，旨在解决现有的冰袋的保温效果的持续性较差且重复利用率低，且其包装材料大多数是采用石油基塑料为原料制备而成，包装材料难降解且不利于可持续发展的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种应用于冷藏运输的保温袋，所述保温袋包括采用可降解材料制成的外包装袋，以及封装在所述外包装袋内的相变储能材料；所述相变储能材料为由氯化钠溶液和吸水树脂与相变蜡和/或聚丙烯酸钠组成的三元或者四元复合物。
本发明实施例还提供了一种应用于冷藏运输的保温袋的制备方法，包括如下步骤：将可降解材料投放到吹膜机中，控制吹膜温度为160～180℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋；将相变储能材料装入所述外包装袋内，封口得所述应用于冷藏运输的保温袋。
本发明实施例提供的应用于冷藏运输的保温袋，其外包装袋采用可生物降解材料制备而成，绿色环保、无毒、无害；并采用由氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠组成的三元或者四元复合物组成相变储能材料，该相变储能材料采用的原料来源广泛，成本低，且复配成的三元或四元复合物具有优异的相变储热性能，蓄冷效果好且持久，可多次重复利用，重复利用率高，十分适用于对温度敏感的货物的冷藏长途运输，降低了此类货物在冷藏运输过程中因发生劣变的概率，减少了货物的损耗，从而降低因货物品质下降而带来的经济损失。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的应用于冷藏运输的保温袋，其外包装袋采用可生物降解材料制备而成，绿色环保、无毒、无害；并采用由氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠水凝胶组成的三元或者四元复合物组成相变储能材料，该相变储能材料采用的原料来源广泛，成本低，且复配成的三元或四元复合物具有优异的相变储热性能，蓄冷效果好且持久，可多次重复利用，重复利用率高，十分适用于对温度敏感的货物的冷藏长途运输，降低了此类货物在冷藏运输过程中因发生劣变的概率，减少了货物的损耗，从而降低因货物品质下降而带来的经济损失。
本发明实施例提供了一种应用于冷藏运输的保温袋，所述保温袋包括采用可生物降解材料制成的外包装袋，以及封装在所述外包装袋内的相变储能材料；所述相变储能材料为由氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠水凝胶组成的三元或者四元复合物。
优选的，所述相变储能材料为由氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠组成的四元复合物。
相变潜热存储涉及到物质相态的变化，如物质在固-固，固-液，固-气或液-气的相变过程中实现热量的存储或释放。能够发生上述四种相变的任意一种的物质，都可称为相变材料(或称相变储能材料)。
传统的冰袋采用水作为相变材料，在发生冰-水(固-液)的相变过程中会发生焓变，从而能够向外界释放热量或者从外界吸收热量。但是由于水的流动性大，因此冰袋中的水结冰时形状难以固定，且坚冰的棱角容易戳破冰袋的外包装袋，造成冰袋外包装破损，破损的冰袋放在货物中，冰融化成水时将会从破损处流出，没有了水的冰袋就报废不能使用了。另外，水的相变潜热较小，蓄冷的效果较差、持续性时间较短，例如，对于一些对温度敏感的货物的冷藏长途运输的效果不是很好。
而本发明实施例通过采用氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠复配组成三元或四元复合物，由上述原料复配成的三元或四元复合物的相变潜热要远超过水，且蓄冷效果好、持续时间长，可多次重复利用，广泛适用于各种货物的冷藏运输，例如，可适用于一些对温度敏感的货物的冷藏长途运输。
在本发明的优选实施例中，所述氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠的四者的混合重量比为1：5～7：2～3：1～2。
更为优选的，所述氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠的混合重量比为1：5：2：1。
优选的，所述氯化钠溶液的浓度为0.1％～0.2％。
优选的，所述吸水树脂为淀粉系吸水树脂。
在本发明的实施例中，相变储能材料为由氯化钠溶液和吸水树脂与相变蜡组成的三元复合物；或者相变储能材料为由氯化钠溶液和吸水树脂与聚丙烯酸钠水凝胶组成的三元复合物。
单纯的氯化钠溶液的流动性大，将其与吸水树脂和相变蜡或者聚丙烯酸钠复配之后，吸水树脂吸附氯化钠溶液的粘稠度增大，体系呈凝胶状，经大量的试验证明，当氯化钠溶液的浓度为0.1％～0.2％时，构成的三元复合物体系的相变温度为0～-15.3℃，适用于2～-12℃的温度敏感性产品的温控包装。
在本发明的优选实施例中，相变储能材料为由氯化钠溶液和吸水树脂与相变蜡、聚丙烯酸钠水凝胶组成的四元复合物，四种原料构成的物理凝胶体系，其相变温度为-0.5～-18.3℃，适用于1～-15℃的温度敏感性产品的温控包装。
在本发明实施例中，所述可生物降解材料按重量份数计，包括如下组分：聚乳酸75～90份、纳米纤维素3～9份和聚对苯二甲酸乙二醇酯0.5～10份。
在本发明实施例中，所述纳米纤维素由如下步骤制备得到：
将天然纤维素浆料加入硫酸溶液中浸泡5～10min，再转移到恒温水浴锅中反应90～150min，之后取出用去离子水洗至中性，干燥36～48h，得所述纳米纤维素。
优选的，所述天然纤维素浆料与硫酸溶液的混合重量比例为1:9～12。
在本发明实施例中，天然纤维素浆料可选自香蕉秸秆、玉米秸秆、甘蔗渣或者棉花中的一种或多种打成的浆料。
在本发明实施例中，恒温水浴的水浴温度优选控制在50～60℃，在该温度范围内，天然纤维素浆料可被充分酸解、产生粒径小且均匀的纳米纤维素晶体。
本发明实施例还提供了一种应用于冷藏运输的保温袋的制备方法，包括如下步骤：
步骤101，将可生物降解材料投放到吹膜机中，控制吹膜温度为160～180℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋。
在本发明实施例中，用薄膜制备外包装袋采用现有的制备工艺。外包装袋可以做成三边封边，一边开口，开口边便于灌装相变储能材料。
步骤102，将相变储能材料装入所述外包装袋内，封口得所述应用于冷藏运输的保温袋。
相变储能材料的灌装量不宜过多，否则在对外包装袋进行封口时，相变储能材料会溢出，从而影响外包装袋的封口性能，当相变储能材料的灌装体积占外包装袋的容积的85％～90％为佳。
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案和技术效果做进一步的说明。
实施例1
本实施例的应用于冷藏运输的保温袋由以下步骤制备得到:
制备外包袋：
按照下述可生物降解材料的配方称取各组分(按重量份数计)：聚乳酸90份、纳米纤维素3份和聚对苯二甲酸乙二醇酯0.5份。
其中，纳米纤维素由如下步骤制备得到：将香蕉秸秆打浆制成的天然纤维素浆料加入其质量的9倍的浓度为60％的硫酸溶液中浸泡5min，再转移到60℃的恒温水浴锅中反应90min，之后取出用去离子水洗至中性，干燥48h，得所述纳米纤维素。
将上述可生物降解材料的各种原料投放到吹膜机中进行混合、高速捏合，控制吹膜温度为180℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋。
制备相变储能材料：
将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠按照重量比为1:5:2:1进行称料混合，制得相变储能材料。
将上述制得的相变储能材料灌装到所述外包装袋中，封口，即得所述保温袋。
实施例2
本实施例的应用于冷藏运输的保温袋由以下步骤制备得到:
制备外包袋：
按照下述可生物降解材料的配方称取各组分(按重量份数计)：聚乳酸75份、纳米纤维素9份和聚对苯二甲酸乙二醇酯5份。
其中，纳米纤维素由如下步骤制备得到：将甘蔗渣打浆制成的天然纤维素浆料加入其质量的10倍的浓度为60％的硫酸溶液中浸泡5min，再转移到50℃的恒温水浴锅中反应100min，之后取出用去离子水洗至中性，干燥48h，得所述纳米纤维素。
将上述可生物降解材料的各种原料投放到吹膜机中进行混合、高速捏合，控制吹膜温度为175℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋。
制备相变储能材料：
将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠按照重量比为1:6:2:2进行称料混合，制得相变储能材料。
将上述制得的相变储能材料灌装到所述外包装袋中，封口，即得所述保温袋。
实施例3
本实施例的应用于冷藏运输的保温袋由以下步骤制备得到:
制备外包袋：
按照下述可生物降解材料的配方称取各组分(按重量份数计)：聚乳酸80份、纳米纤维素5份和聚对苯二甲酸乙二醇酯10份。
其中，纳米纤维素由如下步骤制备得到：将甘蔗渣打浆制成的天然纤维素浆料加入其质量的12倍的浓度为60％的硫酸溶液中浸泡5min，再转移到60℃的恒温水浴锅中反应120min，之后取出用去离子水洗至中性，干燥36h，得所述纳米纤维素。
将上述可生物降解材料的各种原料投放到吹膜机中进行混合、高速捏合，控制吹膜温度为160℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋。
制备相变储能材料：
将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠按照重量比为1:5:3:2进行称料混合，制得相变储能材料。
将上述制得的相变储能材料灌装到所述外包装袋中，封口，即得所述保温袋。
实施例4
本实施例的应用于冷藏运输的保温袋由以下步骤制备得到:
制备外包袋：
按照下述可生物降解材料的配方称取各组分(按重量份数计)：聚乳酸85份、纳米纤维素7份和聚对苯二甲酸乙二醇酯3份。
其中，纳米纤维素由如下步骤制备得到：将玉米秸秆打浆制成的天然纤维素浆料加入其质量的11倍的浓度为60％的硫酸溶液中浸泡10min，再转移到50℃的恒温水浴锅中反应150min，之后取出用去离子水洗至中性，干燥48h，得所述纳米纤维素。
将上述可生物降解材料的各种原料投放到吹膜机中进行混合、高速捏合，控制吹膜温度为180℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋。
制备相变储能材料：
将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠按照重量比为1:5:3:1进行称料混合，制得相变储能材料。
将上述制得的相变储能材料灌装到所述外包装袋中，封口，即得所述保温袋。
实施例5
本实施例的应用于冷藏运输的保温袋由以下步骤制备得到:
制备外包袋：
按照下述可生物降解材料的配方称取各组分(按重量份数计)：聚乳酸90份、纳米纤维素6份和聚对苯二甲酸乙二醇酯2.5份。
其中，纳米纤维素由如下步骤制备得到：将甘蔗渣打浆制成的天然纤维素浆料加入其质量的9倍的浓度为60％的硫酸溶液中浸泡10min，再转移到60℃的恒温水浴锅中反应150min，之后取出用去离子水洗至中性，干燥48h，得所述纳米纤维素。
将上述可生物降解材料的各种原料投放到吹膜机中进行混合、高速捏合，控制吹膜温度为180℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋。
制备相变储能材料：
将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠按照重量比为1:5:2:1进行称料混合，制得相变储能材料。
对比例1
与实施例5相比，该对比例的可生物降解材料由聚乳酸、普通纤维素与聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，即两者的区别仅在于，制备外包装袋的可生物降解材料的原料组成不同，其余的制备条件及原料均与实施例5相同。
将上述制得的相变储能材料灌装到所述外包装袋中，封口，即得所述保温袋。
(一)对本发明实施例1～5制得的保温袋的外包装袋和市售的冰袋外包装袋进行如下性能测试，测试结果详见下表1。
1、针对外包装袋的性能测试，包括如下测试项目：
1)拉伸强度：根据GB/T1040.1-2006中的测试方法进行测试。
2)断裂伸长率：根据GB/T1040.1-2006中的测试方法进行测试。
3)撕裂强度：根据GB/T1040.1-2006中的测试方法进行测试。
4)生物降解率：根据ISO：14855中的相关测试方法进行测试。
表1
Figure BDA0002453893220000091
通过表1的数据可以看出，本发明实施例提供的保温袋的采用可生物降解材料制成外包装袋，其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度均明显优于市售的冰袋的外包装袋，可生物降解率达50％以上，绿色环保。
从实施例5与对比例1的比对结果可知，添加纳米纤维素制得的外包装袋的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度要明显优于添加普通纤维素制得的外包装袋，但对生物降解率的影响不大。
(二)采用示差扫描量热法测试本发明实施例1～5制得的保温袋中的相变储能材料和水在发生相变过程中的相变潜热，测试结果见表2。
表2
Figure BDA0002453893220000092
通过上表2的数据可以看出，在同等条件下，本发明实施例1～5提供的相变储能材料的相变潜热明显大于水的相变潜热，这说明了本发明提供的多元复合相变储能材料蓄能效果更好。
(三)针对采用本发明实施例1～5提供的保温袋和市售的冰袋对果品进行温控包装，并进行冷藏运输模拟测试。模拟测试分6个小组，组1～组5分别采用本发明实施例1～5提供的保温袋对果品进行温控包装，组6采用市售的冰袋对果品进行温控包装。其中，本次测试的温控包装的果品为雪梨，包装的方式一致，并控制测试过程中的其他条件保持一致，模拟冷藏运输时间为48小时，在试验前和试验结束后分别测样品雪梨的品温并记录，测试结果见下表3。
其中，雪梨的品温测试为开箱后将温度计插放到雪梨中间，等温度变化稳定后记录其温度值。
表3
Figure BDA0002453893220000101
通过上表3的数据可以看出，本发明实施例提供的保温袋相较于市售冰袋的蓄冷保温效果更好，可以使货物保持在相对恒定的温度，减少损耗，适用于温敏性货物的冷藏运输。
(四)采用单因素试验，改变氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠的四者的混合重量比制备相变储能材料，并采用示差扫描量热法测试各组相变储能材料在发生相变过程中的相变潜热，测试结果如下表4。
表4
Figure BDA0002453893220000102
Figure BDA0002453893220000111
通过上表4的数据可以看出，当氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠的混合重量比为1:5:2:1时，其相变潜热最大，储能效果最好，而省略相变蜡或者聚丙烯酸钠，对相变潜热的影响不大，而省略氯化钠或者吸水树脂则会明显降低混合体系的相变潜热。由此可知，采用氯化钠溶液和吸水树脂与相变蜡或聚丙烯酸钠构成三元或者四元复合体系的相变储能材料，其相变潜热大，储能效果好，并且明显优于采用这四种原料中的单独一种作为相变储能材料的相变潜热。即经氯化钠溶液和吸水树脂与相变蜡或聚丙烯酸钠复配后的三元或者四元复合体系，其储能效果明显提升。
另外，将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠构成的四元复合体系(各原料的混合重量比为1:5:2:1)中的聚丙烯酸钠替换为等量的海藻酸钠，测得其相变潜热为356.7J/g，明显要小于氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠构成的四元复合体系的相变潜热411.8J/g。
将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠构成的四元复合体系(各原料的混合重量比为1:5:2:1)中的吸水树脂替换为等量的石蜡，测得其相变潜热为366.8J/g，明显要小于氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠构成的四元复合体系的相变潜热411.8J/g。
将氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠构成的四元复合体系(各原料的混合重量比为1:5:2:1)中的氯化钠等量替换为十二水硫酸钠，测得其相变潜热为345.1J/g，明显要小于氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠构成的四元复合体系的相变潜热411.8J/g。
由此可见，本发明采用氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠构成的四元复合体系，各原料之间协同作用，可以提高体系的相变潜热，从而提高蓄能效果。
(五)采用单因素试验，仅改变相变储能材料中的氯化钠的浓度分别为0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％，其余的原料及含量等均与上述实施例5相同。测试制得的各组相变储能材料的相变潜热，测试结果见下表5。
表5
Figure BDA0002453893220000121
通过上表5的测试结果可知，氯化钠浓度为0.1％～0.2％时，其与吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠复配得到的四元复合物的相变潜热要明显高于氯化钠浓度为0.05％和0.25％的四元复合物的相变潜热。
综上所述，本发明实施例提供的应用于冷藏运输的保温袋，其外包装袋采用可生物降解材料制备而成，绿色环保、无毒、无害；并采用由氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠组成的三元或者四元复合物组成相变储能材料，该相变储能材料采用的原料来源广泛，成本低，且复配成的三元或四元复合物具有优异的相变储热性能，蓄冷效果好且持久，可多次重复利用，重复利用率高，十分适用于对温度敏感的货物的冷藏长途运输，降低了此类货物在冷藏运输过程中因发生劣变的概率，减少了货物的损耗，从而降低因货物品质下降而带来的经济损失。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于冷藏运输的保温袋，其特征在于，所述保温袋包括采用可生物降解材料制成的外包装袋，以及封装在所述外包装袋内的相变储能材料；
所述相变储能材料为由氯化钠溶液、淀粉系吸水树脂、相变蜡、聚丙烯酸钠组成的四元复合物；所述氯化钠溶液、淀粉系吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠的四者的混合重量比为1：5~7：2~3：1~2；所述氯化钠溶液的浓度为0.1%~0.2%。
2.如权利要求1所述的应用于冷藏运输的保温袋，其特征在于，所述氯化钠溶液、淀粉系吸水树脂、相变蜡和聚丙烯酸钠的混合重量比为1：5：2：1。
3.如权利要求1所述的应用于冷藏运输的保温袋，其特征在于，所述可生物降解材料按重量份数计，包括如下组分：
聚乳酸75~90份、纳米纤维素3~9份和聚对苯二甲酸乙二醇酯0.5~10份。
4.如权利要求3所述的应用于冷藏运输的保温袋，其特征在于，所述纳米纤维素由如下步骤制备得到：
将天然纤维素浆料加入硫酸溶液中浸泡5~10min，再转移到恒温水浴锅中反应90~150min，之后取出用去离子水洗至中性，干燥36~48h，得所述纳米纤维素。
5.如权利要求4所述的应用于冷藏运输的保温袋，其特征在于，所述天然纤维素浆料与硫酸溶液的混合重量比例为1:9~12。
6.如权利要求1~5任意一项所述的应用于冷藏运输的保温袋的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将可生物降解材料投放到吹膜机中，控制吹膜温度为160~180℃，挤出加工成薄膜，再用所述薄膜制备成外包装袋；
将相变储能材料装入所述外包装袋内，封口得所述应用于冷藏运输的保温袋。
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