CN114108389A - 一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，属于包装材料领域，其制备方法包括以下步骤：以碱‑尿素水体系将氨基纤维素与纸浆进行共沉淀得到改性纸浆，改性纸浆经脱水、布浆、烘干后制得瓦楞原纸，将瓦楞原纸进行辊压、喷胶强化后，与瓦楞原纸一并干燥，再通过粘结剂粘结制得所述瓦楞纸箱包装材料。本发明通过共沉淀的方法外添加氨基纤维素，使其与纸浆纤维间形成充分的缠结与互穿，提高了产品的强度和耐磨性，本发明还通过外加石墨烯进一步提高瓦楞纸箱的机械强度。

Description

一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料
技术领域
本发明涉及包装材料领域，具体涉及一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料。
背景技术
瓦楞纸是一种普遍的包装用纸，因其具有结构合理、加工简单、质量轻、成本低以及便于储存和运输等优点，成为最广泛的纸容器包装，广泛用于运输包装领域。瓦楞纸是由挂面纸和通过瓦楞棍加工而形成的波形的瓦楞纸粘合而成的板状物，一般分为单瓦楞纸板和双瓦楞纸板两类。
随着瓦楞纸箱的广泛应用，包装工业对瓦楞纸的质量要求也越来越高：要求瓦楞纸具备较强的耐破指数和环压指数，而现有的瓦楞纸其耐破指数和环压指数均较弱，导致瓦楞纸箱包装或者运输过程中极易烂掉。
另一方面，胶黏剂作为瓦楞纸箱生产过程中的重要材料，纸板和纸箱的各项质量指标几乎都与胶黏剂有关，同时，胶黏剂的使用也为纸箱的后回收处理造成一定的阻力，现有的胶黏剂难以同时满足高强度性能和可环保回收的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，制备方法包括以下步骤：
(1)纤维复合，称取氨基纤维素并分散在冰水浴条件下氢氧化钠溶液中，充分搅拌混合至均匀后加入尿素溶液，剧烈搅拌至溶液呈透明，离心取上清液，制得氨基纤维素溶液，将所述氨基纤维素溶液加入到纸浆中进行溶液共混，混合均匀后，在保持搅拌的条件下缓慢加入乙醇溶液稀释，添加完成后静置过夜，固液分离后以去离子水浸泡洗涤，制得复合纸浆；
(2)脱水布浆，对步骤(1)所述复合纸浆进行脱水处理，并采用布浆器对脱水后的纸浆进行分别布浆；
(3)一次烘干，将步骤(2)中布浆完成的纸浆进行烘干制成瓦楞原纸；
(4)压制，将步骤(3)中部分瓦楞原纸采用瓦楞辊进行辊压，制得瓦楞纸；
(5)喷胶，将步骤(4)所述瓦楞纸的顶部和底部均喷涂强化胶，将步骤(3)所述瓦楞原纸的顶部和/或底部也进行喷涂强化胶处理；
(6)二次烘干，将步骤(5)所述瓦楞纸和所述瓦楞原纸放入烘干设备进行烘干；
(7)粘接，将步骤(6)所述瓦楞纸和所述瓦楞原纸按设计的组合方式组合并采用粘结剂进行粘结，制得所述瓦楞纸箱包装材料。
优选的，步骤(1)中所述氢氧化钠溶液的浓度为10-20wt.％，所述尿素溶液的浓度为20-28wt.％，所述氨基纤维素与所述氢氧化钠溶液、所述尿素溶液的质量比例为1：(10-14)：(10-14)。
优选的，步骤(1)所述纸浆的固含量为30％，所述氨基纤维素溶液与所述纸浆的质量比例为1：(1-1.3)。
优选的，步骤(1)所述乙醇溶液为分散有石墨烯的芘丁酸-乙醇溶液，其中，所述石墨烯与所述芘丁酸的浓度均在1-2wt.％。
优选的，脱水后的纸浆稠度在20-30CPS，布浆温度5-40℃。
优选的，所述一次烘干的温度为50-140℃，烘干时间0.5-1h，所述瓦楞原纸的厚度为1-2mm。
优选的，所述氨基纤维素的制备方法包括以下步骤：
称取干燥的纤维素并加入到二甲基甲酰胺中，固液比(4-5)g/100mL，升温至100-120℃并保温搅拌1-2h，趁热加入无水氯化锂，冷却后继续搅拌至溶液呈透明，加入三乙胺并充分混合，在搅拌条件下逐滴滴加对甲苯磺酰氯的二甲基甲酰胺溶液，滴加完成后继续搅拌反应24h，加入冰水稀释，滤出沉淀并依次以去离子水和乙醇洗涤，真空干燥后溶解在二甲亚砜中，加入乙二胺并充分混合，升温至100-120℃并保温搅拌4-6h，冷却后加入丙酮稀释，滤出沉淀并依次以丙酮和乙醇洗涤，真空干燥，制得所述氨基纤维素；
其中，所述纤维素与所述无水氯化锂、所述三乙胺、所述对甲苯磺酰氯、所述乙二胺的质量比例为1：2：(2-2.2)：(0.7-0.8)：(2-3)。
优选的，所述粘结剂为改性环氧树脂粘结剂，所述改性环氧树脂粘结剂由A组分和B组分组成，所述A组分包括改性环氧树脂单体，所述B组分为固化剂。
优选的，所述改性环氧树脂单体的制备方法包括以下步骤：
S1、称取4-羟基-3-甲氧基苯甲醛并溶解在无水甲醇中，搅拌均匀后得到透明的溶液A；称取对氨基苯酚并溶解在无水甲醇中，得到溶液B，在快速搅拌条件下，将所述溶液B缓慢滴加到所述溶液A中，加入完成后在50-60℃下保温搅拌反应4-5h，反应完成后蒸去溶剂，得到加成产物；
其中，所述4-羟基-3-甲氧基苯甲醛与所述对氨基苯酚的混合质量比为(2-2.1)：1；
S2、在所述加成产物中加入环氧氯丙烷和氢氧化钠溶液，减压条件下，在50-60℃条件下搅拌反应3-4h，反应完成后二次加入氢氧化钠溶液，升温至60-70℃下搅拌反应0.5-1h，反应完成后二次加入环氧氯丙烷，保温搅拌反应1-2h，加入甲苯稀释后依次以氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤有机层，蒸除溶剂后制得所述改性环氧树脂单体；
其中，所述加成产物与所述环氧氯丙烷、氢氧化钠、二次环氧氯丙烷、二次氢氧化钠的质量比例为10：(6-6.5)：(0.1-0.2)：(1-1.2)：(0.5-0.6)。
优选的，所述固化剂为酸酐类固化剂或包括聚醚胺在内的多胺类固化剂。
本发明的有益效果为：
(1)针对现有瓦楞纸箱强度较低的问题，本发明以氨基纤维素为外添加剂，通过碱-尿素水体系将氨基纤维素与纸浆进行共沉淀，使纤维素与纸浆纤维间形成充分的缠结与互穿，提高纸板的强度和耐磨性，进一步的，本发明还通过外加石墨烯进一步提高纸箱强度，具体是，基于石墨烯丰富的π电子，利用同样具有丰富π电子的多稠环芳烃与石墨烯形成π-π交联，并以羧酸基团与缠结在纸浆内的纤维素的端氨基形成化学交联，进一步稳定强化交联体系，进而提高产品的强度和耐磨性。
(2)瓦楞纸箱对机械强度具备较高的要求，不仅要求纸板本身的强度较高，也对胶黏剂的胶接强度提出了要求，现有技术中常以环氧树脂胶黏剂粘结，虽能满足强度要求，但由于胶黏剂的使用也为纸箱废弃后的回收造浆再利用上造成一定的阻力，现有的胶黏剂难以同时满足高性能和可环保回收的要求，基于此，本发明在环氧树脂胶黏剂的基础上，通过醛基与氨基间的亲核加成反应，以4-羟基-3-甲氧基苯甲醛和对氨基苯酚制备了含席夫碱亚胺基团的改性环氧树脂单体，经固化剂固化后，可以在盐酸溶液中发生水解，便于瓦楞纸箱在废弃后的除胶，有利于废弃纸箱的进一步回收再利用。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例涉及一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，制备方法包括以下步骤：
一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，制备方法包括以下步骤：
(1)纤维复合，称取氨基纤维素并分散在冰水浴条件下氢氧化钠溶液中，充分搅拌混合至均匀后加入尿素溶液，剧烈搅拌至溶液呈透明，离心取上清液，制得氨基纤维素溶液，将所述氨基纤维素溶液加入到纸浆中进行溶液共混，混合均匀后，在保持搅拌的条件下缓慢加入乙醇溶液稀释，添加完成后静置过夜，固液分离后以去离子水浸泡洗涤，制得复合纸浆；
所述纸浆的制备方法是：将回收的废旧纸张采用粉碎机进行粉碎后放入搅拌机中，并向搅拌机中加入温水进行搅拌，制成质地均匀的浆体，将浆体用滤网进行过滤，除去大颗粒杂质，得到纸浆，所述纸浆的固含量为30％；
所述氢氧化钠溶液的浓度为14wt.％，所述尿素溶液的浓度为24wt.％，所述氨基纤维素与所述氢氧化钠溶液、所述尿素溶液的质量比例为1：12：12，所述氨基纤维素溶液与所述纸浆的质量比例为1：1.2；
(2)脱水布浆，对步骤(1)所述复合纸浆进行脱水处理，并采用布浆器对脱水后的纸浆进行分别布浆，脱水后的纸浆稠度在20-30CPS，布浆温度25-40℃；
(3)一次烘干，将步骤(2)中布浆完成的纸浆进行烘干制成瓦楞原纸，烘干的温度为100℃，烘干时间0.5h，所述瓦楞原纸的厚度为1.2mm；
(4)压制，将步骤(3)中部分瓦楞原纸采用瓦楞辊进行辊压，制得瓦楞纸；
(5)喷胶，将步骤(4)所述瓦楞纸的顶部和底部均喷涂强化胶，将步骤(3)所述瓦楞原纸的顶部和/或底部也进行喷涂强化胶处理；
(6)二次烘干，将步骤(5)所述瓦楞纸和所述瓦楞原纸放入烘干设备进行烘干；
(7)粘接，将步骤(6)所述瓦楞纸和所述瓦楞原纸按设计的组合方式组合并采用粘结剂进行粘结，所述粘结剂为双酚A型环氧树脂胶黏剂，固化剂为二亚乙基三胺，制得所述瓦楞纸箱包装材料。
所述氨基纤维素的制备方法包括以下步骤：
称取干燥的纤维素并加入到二甲基甲酰胺中，固液比4g/100mL，升温至100-120℃并保温搅拌1-2h，趁热加入无水氯化锂，冷却后继续搅拌至溶液呈透明，加入三乙胺并充分混合，在搅拌条件下逐滴滴加对甲苯磺酰氯的二甲基甲酰胺溶液，滴加完成后继续搅拌反应24h，加入冰水稀释，滤出沉淀并依次以去离子水和乙醇洗涤，真空干燥后溶解在二甲亚砜中，加入乙二胺并充分混合，升温至100-120℃并保温搅拌4-6h，冷却后加入丙酮稀释，滤出沉淀并依次以丙酮和乙醇洗涤，真空干燥，制得所述氨基纤维素；
其中，所述纤维素与所述无水氯化锂、所述三乙胺、所述对甲苯磺酰氯、所述乙二胺的质量比例为1：2：2.2：0.7：2.4。
实施例2
本实施例涉及一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，制备方法步骤同实施例1，区别在于：
步骤(1)所述乙醇溶液为分散有石墨烯的芘丁酸-乙醇溶液，其中，所述石墨烯与所述芘丁酸的浓度均为1wt.％。
实施例3
本实施例涉及一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，制备方法步骤同实施例1，区别在于：
所述粘结剂为改性环氧树脂粘结剂，所述改性环氧树脂粘结剂由A组分和B组分组成，所述A组分包括改性环氧树脂单体，所述B组分为聚醚胺类多胺固化剂。
所述改性环氧树脂单体的制备方法包括以下步骤：
S1、称取4-羟基-3-甲氧基苯甲醛并溶解在无水甲醇中，搅拌均匀后得到透明的溶液A；称取对氨基苯酚并溶解在无水甲醇中，得到溶液B，在快速搅拌条件下，将所述溶液B缓慢滴加到所述溶液A中，加入完成后在50-60℃下保温搅拌反应4-5h，反应完成后蒸去溶剂，得到加成产物；
其中，所述4-羟基-3-甲氧基苯甲醛与所述对氨基苯酚的混合质量比为(2-2.1)：1；
S2、在所述加成产物中加入环氧氯丙烷和氢氧化钠溶液，减压条件下，在50-60℃条件下搅拌反应3-4h，反应完成后二次加入氢氧化钠溶液，升温至60-70℃下搅拌反应0.5-1h，反应完成后二次加入环氧氯丙烷，保温搅拌反应1-2h，加入甲苯稀释后依次以氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤有机层，蒸除溶剂后制得所述改性环氧树脂单体；
其中，所述加成产物与所述环氧氯丙烷、氢氧化钠、二次环氧氯丙烷、二次氢氧化钠的质量比例为10：(6-6.5)：(0.1-0.2)：(1-1.2)：(0.5-0.6)。
对比例
同实施例1，区别在于：纸浆中未添加氨基纤维素。
对实施例1-3与对比例所述瓦楞纸箱包装材料的机械强度进行测试，所述机械强度包括边压强度、耐破强度、戳穿强度，测试结果如下：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例
边压强度(kN/m) 48.9 54.8 49.0 11.2
耐破强度(kPa) 3246 3650 3215 1740
戳穿强度(J) 22.1 23.4 22.1 8.9
对实施例1、实施例3所述粘结剂的水解性能进行测试，具体是将实施例1、实施例3所述粘结剂涂布在所述瓦楞原纸上，完全固化后，在4mol/L的盐酸溶液中浸泡过夜，实施例1所述粘结剂涂布的瓦楞原纸无法溶散，实施例3所述粘结剂涂布的瓦楞原纸完全溶散。
最后应当说明的是，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地说明，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 (10)

1.一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
(1)纤维复合，称取氨基纤维素并分散在冰水浴条件下氢氧化钠溶液中，充分搅拌混合至均匀后加入尿素溶液，剧烈搅拌至溶液呈透明，离心取上清液，制得氨基纤维素溶液，将所述氨基纤维素溶液加入到纸浆中进行溶液共混，混合均匀后，在保持搅拌的条件下缓慢加入乙醇溶液稀释，添加完成后静置过夜，固液分离后以去离子水浸泡洗涤，制得复合纸浆；
(2)脱水布浆，对步骤(1)所述复合纸浆进行脱水处理，并采用布浆器对脱水后的纸浆进行分别布浆；
(3)一次烘干，将步骤(2)中布浆完成的纸浆进行烘干制成瓦楞原纸；
(4)压制，将步骤(3)中部分瓦楞原纸采用瓦楞辊进行辊压，制得瓦楞纸；
(5)喷胶，将步骤(4)所述瓦楞纸的顶部和底部均喷涂强化胶，将步骤(3)所述瓦楞原纸的顶部和/或底部也进行喷涂强化胶处理；
(6)二次烘干，将步骤(5)所述瓦楞纸和所述瓦楞原纸放入烘干设备进行烘干；
(7)粘接，将步骤(6)所述瓦楞纸和所述瓦楞原纸按设计的组合方式组合并采用粘结剂进行粘结，制得所述瓦楞纸箱包装材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，步骤(1)中所述氢氧化钠溶液的浓度为10-20wt.％，所述尿素溶液的浓度为20-28wt.％，所述氨基纤维素与所述氢氧化钠溶液、所述尿素溶液的质量比例为1：(10-14)：(10-14)。
3.根据权利要求1所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，步骤(1)所述纸浆的固含量为30％，所述氨基纤维素溶液与所述纸浆的质量比例为1：(1-1.3)。
4.根据权利要求1所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，步骤(1)所述乙醇溶液为分散有石墨烯的芘丁酸-乙醇溶液，其中，所述石墨烯与所述芘丁酸的浓度均在1-2wt.％。
5.根据权利要求1所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，脱水后的纸浆稠度在20-30CPS，布浆温度5-40℃。
6.根据权利要求1所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，所述一次烘干的温度为50-140℃，烘干时间0.5-1h，所述瓦楞原纸的厚度为1-2mm。
7.根据权利要求1所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，所述氨基纤维素的制备方法包括以下步骤：
称取干燥的纤维素并加入到二甲基甲酰胺中，固液比(4-5)g/100mL，升温至100-120℃并保温搅拌1-2h，趁热加入无水氯化锂，冷却后继续搅拌至溶液呈透明，加入三乙胺并充分混合，在搅拌条件下逐滴滴加对甲苯磺酰氯的二甲基甲酰胺溶液，滴加完成后继续搅拌反应24h，加入冰水稀释，滤出沉淀并依次以去离子水和乙醇洗涤，真空干燥后溶解在二甲亚砜中，加入乙二胺并充分混合，升温至100-120℃并保温搅拌4-6h，冷却后加入丙酮稀释，滤出沉淀并依次以丙酮和乙醇洗涤，真空干燥，制得所述氨基纤维素；
其中，所述纤维素与所述无水氯化锂、所述三乙胺、所述对甲苯磺酰氯、所述乙二胺的质量比例为1：2：(2-2.2)：(0.7-0.8)：(2-3)。
8.根据权利要求1所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，所述粘结剂为改性环氧树脂粘结剂，所述改性环氧树脂粘结剂由A组分和B组分组成，所述A组分包括改性环氧树脂单体，所述B组分为固化剂。
9.根据权利要求8所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，所述改性环氧树脂单体的制备方法包括以下步骤：
S1、称取4-羟基-3-甲氧基苯甲醛并溶解在无水甲醇中，搅拌均匀后得到透明的溶液A；称取对氨基苯酚并溶解在无水甲醇中，得到溶液B，在快速搅拌条件下，将所述溶液B缓慢滴加到所述溶液A中，加入完成后在50-60℃下保温搅拌反应4-5h，反应完成后蒸去溶剂，得到加成产物；
其中，所述4-羟基-3-甲氧基苯甲醛与所述对氨基苯酚的混合质量比为(2-2.1)：1；
S2、在所述加成产物中加入环氧氯丙烷和氢氧化钠溶液，减压条件下，在50-60℃条件下搅拌反应3-4h，反应完成后二次加入氢氧化钠溶液，升温至60-70℃下搅拌反应0.5-1h，反应完成后二次加入环氧氯丙烷，保温搅拌反应1-2h，加入甲苯稀释后依次以氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤有机层，蒸除溶剂后制得所述改性环氧树脂单体；
其中，所述加成产物与所述环氧氯丙烷、氢氧化钠、二次环氧氯丙烷、二次氢氧化钠的质量比例为10：(6-6.5)：(0.1-0.2)：(1-1.2)：(0.5-0.6)。
10.根据权利要求8所述的一种高强耐磨的瓦楞纸箱包装材料，其特征在于，所述固化剂为酸酐类固化剂或包括聚醚胺在内的多胺类固化剂。
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