CN112796153A - 一种保温、可降解的发泡包装材料及其制备方法 - Google Patents

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赵梦珂
李响
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Abstract

本发明公开了一种保温、可降解的发泡包装材料及其制备方法，该材料的制备方法包括以下步骤：将富含羟基的生物质材料与聚醚多元醇混合得到混合料，向混合料中加入异氰酸酯、催化剂、稳定剂、偶联剂、发泡剂，混合均匀得到基底液；将基底液转移至纸质基材表面，然后对附着有基底液的纸质基材进行加热，使基底液完成发泡，即制备得到目标产品。本发明通过在纸质基材表面形成一层聚氨酯发泡材料，使制备得到的材料具有保温、缓冲等功能，能应用在杯子、物流包装、纸箱、纸袋、信封等商品中；此外，该材料为可降解材料，具有极好的环境友好性。

Description

一种保温、可降解的发泡包装材料及其制备方法
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种保温、可降解的发泡包装材料及其制备方法。
背景技术
随着社会经济水平的提高，网络经济和物流业快速发展，使得包装工业得到了蓬勃发展，包装材料在整个包装工业中占有重要地位，是发展包装技术、提高包装质量和降低包装成本的基础。包装材料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料包装材料，纸袋、纸板等纸质包装材料，金属箔等金属包装材料，以及陶瓷包装材料、玻璃包装材料等，其中塑料包装材料因价格低、密度小等原因应用最为广泛，但其缺点在于难以降解、导致白色污染，对环境带来了严重威胁。
随着人们的环保意识日益加强，纸质包装材料因具有良好的可降解性，逐渐受到重视，但是现有的纸质包装材料功能单一，对其包装的产品通常不具有缓冲保护、隔热等作用，使其应用受限，开发一种能够降解且具有隔热、缓冲作用的包装材料成为亟待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种保温、可降解的发泡包装材料及其制备方法，本发明制得的材料绿色、环保、可循环利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种保温、可降解的发泡包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将富含羟基的生物质材料与聚醚多元醇混合得到混合料，向混合料中加入异氰酸酯、催化剂(包括但不限于N-N二甲基环己胺PC-8)、稳定剂(包括但不限于AK8860硬泡系列硅油)、偶联剂(硅烷类)、发泡剂(包括但不限于一氟二氯乙烷HCFC-141b或可膨胀微球)，混合均匀得到基底液；优选的，所述富含羟基的生物质材料为液化油或生物质粉料，这些物质中含有大量的羟基，其含有的羟基以及聚醚多元醇中含有的羟基能够与异氰酸酯进行反应生成聚氨酯。
S2、将基底液转移至纸质基材表面，基底液转移至纸质基材表面后，在纸质基材表面的分布形状可为平面状、网格状、条纹状或斑点状；然后对附着有基底液的纸质基材进行加热，使基底液完成发泡，即制备得到目标产品。由于纸质基材表面的生产的聚氨酯经过发泡处理，因此具有良好的保温和缓冲性能。优选的，纸质基材为箱板纸、纤维纸、牛皮纸、瓦楞纸、铜版纸或白板纸；所述加热的温度为40-60℃。
作为优选的技术方案，所述液化油由生物质经过液化反应制成，方法如下：将生物质、液化剂、浓硫酸混合后置于140-160℃温度中进行液化反应1-2h，即制备得到液化油；具体的，液化反应的温度可为140℃、150℃或160℃，时间为1h、2h或3h；液化剂为聚乙二醇和丙三醇的混合物。所述生物质为含有纤维素、半纤维素或木质素的物质，包括制浆废渣、农作物、农业废弃物、木材、木屑中的至少一种。
作为优选的技术方案，所述生物质粉料为生物质经过粉碎制备得到的粉末状物料；所述生物质为含有纤维素、半纤维素或木质素的物质，包括制浆废渣、农作物、农业废弃物、木材、木屑中的至少一种。
本发明还提供了通过上述所述的制备方制得的发泡包装材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明使用的富含羟基的生物质材料为液化油或生物质粉料，这些物质与聚醚多元醇进行混合后得到的材料作为合成聚氨酯的原料，具有材料来源广泛、成本低的优势；此外，作为生物质原料来源，可选用农业或林业废弃物、木材等可再生资源，能够实现生物质资源的循环利用且低碳环保。
(2)本发明配置的基底液组分中含有的生物质材料和聚醚多元醇均为富含羟基的物质，在其与异氰酸酯进行聚合反应生成聚氨酯产物后，该产物中含有大量N原子以及未参与反应的羟基，当其转移至纸质基材表面后，由于纸质基材表面含有大量的羟基、羧基等基团，由于氢键作用，基底液与纸质基材能够很好的贴合在一起，在无需外加粘合剂的前期下，即可在纸质基材表面附着一层聚氨酯发泡材料，得到具有保温、可降解的发泡包装材料。此外，由于纸质基材表面形成有一层聚氨酯发泡材料，制得的产品的力学性能也具有明显的提升，使该材料的使用寿命延长且使用效果得到明显改善。
(3)本发明通过在纸质基材表面形成一层聚氨酯发泡材料，使制备得到的材料具有保温、缓冲等功能，能应用在杯子、物流包装、纸箱、纸袋、信封等商品中；此外，该材料为可降解材料，具有极好的环境友好性；本制备方法还可通过控制基底液在纸质基材上的铺展方式，可在纸质基材表面的获得网格状、条纹状或斑点状等不同形状的聚氨酯发泡材料，可满足不同条件下的使用需要，实用性更强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下列实施例中所用试剂分别如下：
聚醚多元醇选用聚醚多元醇4110，异氰酸酯选用多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)，稳定剂选用AK8860硬泡系列硅油，催化剂选用N-N二甲基环己胺PC-8，偶联剂选用硅烷偶联剂KH570，发泡剂选用一氟二氯乙烷HCFC-141b。
上述试剂只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。
实施例1
一种保温、可降解的发泡包装材料的制备方法，包括以下步骤：
首先制备液化油，方法如下：采用30g竹材制浆废渣为生物质原料，100g聚乙二醇(PEG400)和25g丙三醇为液化剂，加入5g浓硫酸，在150℃下反应1.5h，制备得到液化油；经检测其羟值含量为478mgKOH/g。
S1、然后按下表1中的物料质量比配制得到基底液，不同原料用量所对应的实施例分别命名为编号1、2；
S2、将基底液转移至商业打印纸的表面，并使其呈斑点状分布，在50℃温度中进行发泡后，制得目标产品。制得的产品中均可以在打印字表面形成具有弹性的聚氨酯发泡材料，且聚氨酯发泡材料与打印纸粘结成一体。
表1 基底液的物料用量
编号 液化油 聚醚多元醇 稳定剂 催化剂 偶联剂 发泡剂 水 PAPI
1 50 50 2.4 1.2 2.4 15 5 120
2 80 20 2.4 1.2 2.4 15 5 120
实施例2
与实施例1相比，实施例2中用玉米淀粉替代实施例1中的液化油，以玉米淀粉为生物质材料，检测玉米淀粉的羟值为461mgKOH/g，其他试验条件与实施例1中编号为1的试验相同，最终在打印纸表面生成具有弹性的聚氨酯发泡材料。
实施例3
与实施例2相比，实施例3中用杨木木粉替代实施例2中的玉米淀粉为生物质材料，检测杨木木粉的羟值为361mgKOH/g，按下表2中的物质质量比配制基底液，然后将基底液分别以网格状和斑点状的形式添加在打印纸的表面，经过发泡制的最终产品。
表2 基底液的物料用量
Figure BDA0002926978160000041

Claims (10)

1.一种保温、可降解的发泡包装材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将富含羟基的生物质材料与聚醚多元醇混合得到混合料，向混合料中加入异氰酸酯、催化剂、稳定剂、偶联剂、发泡剂，混合均匀得到基底液；
S2、将基底液转移至纸质基材表面，然后对附着有基底液的纸质基材进行加热，使基底液完成发泡，即制备得到目标产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述富含羟基的生物质材料为液化油或生物质粉料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述液化油由生物质经过液化反应制成，方法如下：将生物质、液化剂、浓硫酸混合后置于140-160℃温度中进行液化反应1-2h，即制备得到液化油；所述液化剂为聚乙二醇和丙三醇的混合物。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述生物质粉料为生物质经过粉碎制备得到的粉末状物料。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：所述生物质为含有纤维素、半纤维素或木质素的物质，包括制浆废渣、农作物、农业废弃物、木材、木屑中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述催化剂为N-N二甲基环己胺；所述稳定剂为硅油；所述偶联剂为硅烷类偶联剂；所述发泡剂为一氟二氯乙烷或可膨胀微球。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，基底液转移至纸质基材表面后，在纸质基材表面的分布形状为平面状、网格状、条纹状或斑点状。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述纸质基材为箱板纸、纤维纸、牛皮纸、瓦楞纸、铜版纸或白板纸。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述加热的温度为40-60℃。
10.如权利要求1-4任一项所述的制备方法制得的发泡包装材料。
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