CN112064407A - 可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺 - Google Patents

可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，涉及包装材料加工技术领域，本发明制备了内酯蜡并作为瓦楞纸板的防水处理剂，将熔融的内酯蜡涂布于瓦楞纸板的表面即可形成疏水膜，赋予瓦楞纸板良好的疏水性，解决了常规瓦楞纸板疏水性差的问题；同时，这种疏水处理方式不会影响瓦楞纸板的机械性能，完全区别于在瓦楞纸板加工原料中添加疏水改性剂的方式，因为疏水改性剂的添加虽然能够优化加工所制瓦楞纸板的疏水性能，但不可避免地会影响瓦楞纸板的机械性能，进而影响瓦楞纸板的包装性能。

Description

可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺
技术领域：
本发明涉及包装材料加工技术领域，具体涉及一种可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺。
背景技术：
网购商品在运输过程中要经过多次中转，为了避免商品在运输过程中受损，就会出现快递的过度包装问题。目前，快递包装材料构成复杂，其中发泡膜、胶带、黑灰包装袋等包装材料是快递垃圾产生的主要来源。泡沫薄膜、塑料包装袋等塑料结构具有稳定性，在自然环境中难以降解，严重污染环境。
包装纸箱也属于目前常用的一种快递包装材料，区别塑料类包装材料来说，具有环保性强、可回收的优点，但防水性差，遇湿后容易变形，包装坚固性降低，甚至会渗水到内部从而影响物品的外观或者使用质量。因此，优化包装纸箱的防水性成为了研究重点。
包装纸箱通常由瓦楞纸板加工而成，瓦楞纸板是一个多层的黏合体，它最少由一层波浪形芯纸夹层及一层纸板构成，具有很高的机械强度，能抵受搬运过程中的碰撞和摔跌。要想使包装纸箱具有良好的防水性，那么就需要优化瓦楞纸板外层的疏水性，使其不易被水润湿。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种疏水性瓦楞纸板的制备工艺，当该瓦楞纸板在遭受水淋时形成一种水滴在荷叶上的状态，水变成水滴滑落，而不会渗入纸板内部，从而保证商品的包装质量并实现包装纸箱的循环使用。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，包括以下工艺步骤：
(1)向氯仿中加入丙烯酸和十二醇，加热搅拌，滴加催化剂I，滴加完毕后升温反应，反应结束，向反应液中加水，搅拌分层，取有机相，浓缩以回收氯仿，浓缩剩余物冷却后加乙酸乙酯至刚好溶解，低温结晶，抽滤，烘干，得到中间体；
(2)向甲苯中加入催化剂II，冷却搅拌，滴加乙酰丙酸甲酯和上述中间体的甲苯溶液，滴加完毕后升温反应，反应结束，向反应液中加入饱和氯化铵水溶液，搅拌分层，取有机相，浓缩以回收甲醇，浓缩剩余物冷却后水洗，自然干燥，得到内酯蜡；
(3)将上述内酯蜡加热至完全熔融，并即时均匀涂布于瓦楞纸板的表面，控制涂布量，涂布完成后自然固化，得到疏水性瓦楞纸板。
所述催化剂I为浓硫酸。
所述催化剂II为三苯基膦-氢化铜六聚物。
所述丙烯酸、十二醇的摩尔比为1-1.05:1。
所述乙酰丙酸甲酯、中间体的摩尔比为1.05-1.2:1。
所述步骤(1)的加热搅拌温度为30～50℃，反应温度为60～80℃。
所述步骤(2)的冷却搅拌温度为-30～-20℃，反应温度为30～50℃。
所述涂布量为每m2瓦楞纸板涂布10-30g内酯蜡。
本发明中内酯蜡的合成路线如下：
Figure BDA0002612680570000021
在制备中间体时使丙烯酸过量，目的是使十八醇反应完全，过量的丙烯酸因溶于水而在后续的萃取操作中除去，以提高产物的收率和纯度。同样，在制备内酯蜡时，使乙酰丙酸甲酯过量，目的是使中间体反应完全，过量的乙酰丙酸甲酯因与水互溶而在后续的萃取操作中除去，以提高产物的收率和纯度。
由于步骤(2)制得的产物呈蜡状，并且其分子结构中包含内酯基团，因此本发明将其命名为内酯蜡。内酯蜡的熔点为62-63℃，属于低表面能的物质，将其加热熔融后涂布于瓦楞纸表面，粘附性强，并且能够改变瓦楞纸表面的粗糙度和表面形态，当瓦楞纸板在遭受水淋时形成一种水滴在荷叶上的状态，水变成水滴滑落，而不会渗入纸板内部。
本发明的有益效果是：本发明制备了内酯蜡并作为瓦楞纸板的防水处理剂，将熔融的内酯蜡涂布于瓦楞纸板的表面即可形成疏水膜，赋予瓦楞纸板良好的疏水性，解决了常规瓦楞纸板疏水性差的问题；同时，这种疏水处理方式不会影响瓦楞纸板的机械性能，完全区别于在瓦楞纸板加工原料中添加疏水改性剂的方式，因为疏水改性剂的添加虽然能够优化加工所制瓦楞纸板的疏水性能，但不可避免地会影响瓦楞纸板的机械性能，进而影响瓦楞纸板的包装性能。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
瓦楞纸板购自天津向旭包装制品有限公司。
石蜡购自山东隆汇化工有限公司的全精炼石蜡60#。
实施例1
(1)向100mL氯仿中加入26mmol丙烯酸和25mmol十二醇，加热至50℃搅拌，滴加10mmol浓硫酸，滴加完毕后升温至80℃反应3h，反应结束，向反应液中加100mL水，搅拌分层，取有机相，浓缩以回收氯仿，浓缩剩余物冷却至25℃后滴加乙酸乙酯至刚好溶解，-5℃下低温结晶12h，抽滤，50℃烘干，得到中间体。1H NMR(CDCl3,400MHz),δ:6.40(m,1H),6.11(m,1H),5.82(m,1H),3.96(m,2H),1.58-1.28(m,20H),0.87(t,3H)；ESI-MS:m/z＝241.21[M+1]+.
(2)向50mL甲苯中加入25mmol三苯基膦-氢化铜六聚物，冷却至-25℃搅拌，滴加22mmol乙酰丙酸甲酯和20mmol上述中间体的甲苯(50mL)溶液，滴加完毕后升温至40℃反应3h，反应结束，向反应液中加入50mL饱和氯化铵水溶液，搅拌分层，取有机相，浓缩以回收甲醇，浓缩剩余物冷却至25℃后后水洗3次，自然干燥，得到内酯蜡。1H NMR(CDCl3,400MHz),δ:4.05(t,2H),2.81(q,1H),2.35-2.25(m,2H),1.86(m,2H),1.58(m,2H),1.43(m,5H),1.30-1.26(m,16H),1.11(d,3H),0.87(t,3H)；ESI-MS:m/z＝341.26[M+1]+.
(3)将上述内酯蜡以2℃/min的升温速度加热到熔点后保温至完全熔融，并即时均匀涂布于瓦楞纸板的表面，控制涂布量，涂布量为每m2瓦楞纸板涂布20g内酯蜡，涂布完成后自然固化12h，得到疏水性瓦楞纸板。
实施例2
实施例2的具体操作步骤与实施例1相同，不同之处在于将内酯蜡的涂布量替换为10g。
实施例3
实施例3的具体操作步骤与实施例1相同，不同之处在于将内酯蜡的涂布量替换为30g。
对照例
对照例的具体操作步骤与实施例1相同，不同之处在于将内酯蜡替换为等质量的石蜡。
空白例
空白例是未进行疏水处理的瓦楞纸板。
采用SCA20型接触角测试仪对实施例1-3和对照例经疏水处理后的瓦楞纸板以及空白例未进行疏水处理的瓦楞纸板进行水接触角测试，选取5个不同的测试点，计算接触角平均值，测试结果见表1。
表1瓦楞纸板的水接触角
Figure BDA0002612680570000041
Figure BDA0002612680570000051
从表1可以看出，实施例1-3经疏水处理后的瓦楞纸板的疏水性大于120°，接触角越大，疏水性越强。对照例采用石蜡作为疏水处理剂虽然也能改善瓦楞纸板的疏水性，但改进效果远不如本发明制备的内酯蜡。并且，由实施例1-3可知，并不是内酯蜡的涂布量越多越好，当涂布量达到一定程度后疏水性不再增强，因此从成本的角度来说，需要考察最适涂布量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：
(1)向氯仿中加入丙烯酸和十二醇，加热搅拌，滴加催化剂I，滴加完毕后升温反应，反应结束，向反应液中加水，搅拌分层，取有机相，浓缩以回收氯仿，浓缩剩余物冷却后加乙酸乙酯至刚好溶解，低温结晶，抽滤，烘干，得到中间体；
(2)向甲苯中加入催化剂II，冷却搅拌，滴加乙酰丙酸甲酯和上述中间体的甲苯溶液，滴加完毕后升温反应，反应结束，向反应液中加入饱和氯化铵水溶液，搅拌分层，取有机相，浓缩以回收甲醇，浓缩剩余物冷却后水洗，自然干燥，得到内酯蜡；
(3)将上述内酯蜡加热至完全熔融，并即时均匀涂布于瓦楞纸板的表面，控制涂布量，涂布完成后自然固化，得到疏水性瓦楞纸板。
2.根据权利要求1所述的可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：所述催化剂I为浓硫酸。
3.根据权利要求1所述的可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：所述催化剂II为三苯基膦-氢化铜六聚物。
4.根据权利要求1所述的可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：所述丙烯酸、十二醇的摩尔比为1-1.05:1。
5.根据权利要求1所述的可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：所述乙酰丙酸甲酯、中间体的摩尔比为1.05-1.2:1。
6.根据权利要求1所述的可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)的加热搅拌温度为30～50℃，反应温度为60～80℃。
7.根据权利要求1所述的可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)的冷却搅拌温度为-30～-20℃，反应温度为30～50℃。
8.根据权利要求1所述的可循环使用型包装纸箱加工用疏水性瓦楞纸板的制备工艺，其特征在于：所述涂布量为每m2瓦楞纸板涂布10-30g内酯蜡。
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