CN114763682A - 一种高强度纸制品包装材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度纸制品包装材料，按照重量份计，纸原浆45‑55份、改性淀粉聚合物4‑6份、填料3‑6份、增强材料30‑40份、抗氧剂1‑3份。本发明以特殊处理的改性淀粉聚合物与特定的植物纤维纸浆、胶原蛋白复配，能够提高纸制品的强度和韧性，且能够形成较为稳定的体系，有利于最终得到的纸制品的均匀致密性能，同时加入的填料能够在提升纸品的不透明度和平滑度，还能提高其物理强度，适用于制备电器包装盒、服饰包装盒或礼品盒。
Description
技术领域
本发明涉及纸制品包装领域，具体涉及一种高强度纸制品包装材料及其应用。
背景技术
在日常的生活和生产中的很多方面都用到包装材料，不同的行业对包装材料的性能有着不同的要求，包装的目的是保护产品在运输、储存、携带的过程中免受损伤。纸作为传统的包装材料，可以用于多种物质的包装，如电器包装、服饰包装、礼品包装等多种种类，一方面其具有良好的适印性可以赋予包装材料美观的图案或颜色装饰，另一方面纸制品包装具有轻量化，在一定程度上节省运输的成本，同时还可以降解，具有绿色环保的特性。尽管纸制品包装材料的优势明显，但其机械强度较低，在运输过程中由于不可避免的撞击或冲击而容易出现开裂，从而会有损伤产品的风险，为此开发一种高强度纸制品包装材料存在非常重要的应用价值。
发明内容
为了解决上述提到的技术问题，本发明一方面提供了一种高强度纸制品包装材料，按照重量份计，包括以下制备原料：纸原浆45-55份、改性淀粉聚合物4-6份、填料3-6份、增强材料30-40份、抗氧剂1-3份。
作为一种优选的技术方案，按照重量份计，所述改性淀粉聚合物的制备原料包括淀粉35-50份、水85-90份、助剂1.5-3份、苯乙烯2-4份、丙烯酸丁酯4-6份、引发剂0.2-0.6份。
作为一种优选的技术方案，所述增强材料包括植物纤维纸浆和胶原蛋白。
作为一种优选的技术方案，所述植物纤维纸浆的纤维长宽比为30-60之间。
作为一种优选的技术方案，所述植物纤维纸浆包括漂白阔叶木纸浆或漂白针叶浆。
作为一种优选的技术方案，所述填料包括高岭土、滑石粉、碳酸钙、白炭黑、膨润土中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，所述淀粉包括马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，所述助剂包括双氧水和氢氧化钠，且二者的重量比为(1.7-2.5)：1。
作为一种优选的技术方案，所述抗氧剂包括茶多酚和/或黄酮类化合物。
本发明的另一方面提供了一种高强度纸制品包装材料在制备电器包装盒或服饰包装盒中的应用。
有益效果：本发明以多种成分特定配比，能够得到一种高强度的纸制品包装材料，可用于制备电器包装盒、服饰包装盒或礼品盒，将特殊处理的改性淀粉聚合物与特定的植物纤维纸浆、胶原蛋白复配，能够提高纸制品的强度和韧性，且能够形成较为稳定的体系，有利于最终得到的纸制品的均匀致密性能，同时加入的填料能够在提升纸品的不透明度和平滑度，还能提高其物理强度。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本发明所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本发明中提供的任何定义不一致，则以本发明中提供的术语定义为准。
在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本发明的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种高强度纸制品包装材料，按照重量份计，包括以下制备原料：纸原浆45-55份、改性淀粉聚合物4-6份、填料3-6份、增强材料30-40份、抗氧剂1-3份。
所述纸原浆的制备方法为：清除回收的废纸中的杂质，对清理后的废纸脱墨处理，采用常规的制浆法制备成纸原浆。
在一些优选的实施方式中，按照重量份计，所述改性淀粉聚合物的制备原料包括淀粉35-50份、水85-90份、助剂1.5-3份、苯乙烯2-4份、丙烯酸丁酯4-6份、引发剂0.2-0.6份。
优选的，按照重量份计，所述改性淀粉聚合物的制备原料包括淀粉44份、水87份、助剂2份、苯乙烯3份、丙烯酸丁酯5份、引发剂0.3份。
在本发明中，所述改性淀粉聚合物与改性淀粉聚合物的制备原料的重量份标准不同。
所述改性淀粉聚合物的制备方法包括以下步骤：将淀粉、助剂、水加入到反应器中在65-85℃的条件下混合2.5-3.5h，然后加入丙烯酸丁酯和苯乙烯、引发剂在75-78℃的条件下混合4.5-5.5h，降温后即得。
在一些优选的实施方式中，所述增强材料包括植物纤维纸浆和胶原蛋白。
优选的，按照重量份计，所述增强材料包括植物纤维纸浆28-36份、胶原蛋白2-4份。
在一些优选的实施方式中，所述植物纤维纸浆的纤维长宽比为30-60之间。
优选的，所述植物纤维纸浆的纤维长宽比为50-60之间。
在一些优选的实施方式中，所述植物纤维纸浆包括漂白阔叶木纸浆或漂白针叶浆。
优选的，所述植物纤维纸浆为漂白针叶浆，可通过市售购买可得，包括但不限于银星牌针叶KP浆或狮牌针叶木KP浆，更加优选为狮牌针叶木KP浆。
申请人在研究中发现，将改性淀粉聚合物与特定的植物纤维纸浆、胶原蛋白复配，能够提高纸制品的强度和韧性，且能够形成较为稳定的体系，有利于最终得到的纸制品的均匀致密性能，申请人认为可能的原因是植物纤维和胶原蛋白的分子结构中包含许多活性基团，二者以特定比例复配可以促使二者的分子链相互缠绕，并通过氢键、范德华力、共价键等多种方式结合，进一步提高纤维间的结合力，从而提高了最终纸制品的强度和韧性，同时二者的活性基团还可以与改性淀粉聚合物的分子结构产生交联，形成三维的大分子结构，三者协同作用增加了体系的稳定性，有利于得到均匀致密的纸制品。此外申请人还意外发现当选用特定长宽比的纤维浆时，尤其在50-60范围内可以提升最终纸制品的耐撕裂性能和耐弯折性，推测原因是选用合适的长宽比，使得纸制品单位面积内纤维的相互交织更为致密，从而进一步提升了纸制品的强度。
在一些优选的实施方式中，所述填料包括高岭土、滑石粉、碳酸钙、白炭黑、膨润土中的一种或多种。
优选的，所述填料为碳酸钙。
更加优选的，所述碳酸钙包括重质碳酸钙和纳米碳酸钙，且二者的重量比为1：(0.5-1.5)。
进一步优选的，所述碳酸钙包括重质碳酸钙和纳米碳酸钙，且二者的重量比为1：1。
所述重质碳酸钙的粒径为325目～500目，优选为400目，可通过市售购买，包括但不限于购自于南召县金磊钙业有限公司。
所述纳米碳酸钙的粒径为45-55nm，优选为50nm，可通过市售购买，包括但不限于购自于山东旗屹化工科技有限公司。
此外，通常需要加入一定的填料来保证纸制品的不透明度和平滑度，在现有技术中常以碳酸钙来作为填料，尤其采用重质碳酸钙的居多，但是加入重质碳酸钙后会对纸制品的强度产生一定的负影响，申请人在实验中意外发现，当用特定的纳米碳酸钙与重质碳酸钙复配时，不仅提高了纸制品的平滑度，还能提高其强度，申请人认为可能的原因是加入纳米碳酸钙后，一部分会附着在重质碳酸钙表面，会以整体的方式均匀地嵌入到体系中形成的三维网络结构中，能够起到支撑的作用，还有部分纳米碳酸钙会单独填充到纤维的间隙之间，二者协同从而提高了纸制品的机械强度。
在一些优选的实施方式中，所述抗氧剂包括茶多酚和/或黄酮类化合物。
优选的，所述抗氧剂包括茶多酚和黄酮类化合物，且二者的重量比为1：0.5。
所述黄酮类化合物为山奈酚。
在一些优选的实施方式中，所述淀粉包括马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的一种或多种。
在一些优选的实施方式中，所述助剂包括双氧水和氢氧化钠，且二者的重量比为(1.7-2.5)：1。
优选的，所述助剂包括双氧水和氢氧化钠，且二者的重量比为2：1。
在一些优选的实施方式中，所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、硫代硫酸钠中的一种或多种。
优选的，所述引发剂包括过硫酸钾或过硫酸铵。
更加优选的，所述引发剂为过硫酸钾。
本发明对所述高强度纸制品包装材料的制备方法不做限制，包括但不限于，包括以下步骤：
(1)往纸原浆中加入改性淀粉聚合物、增强材料、填料、抗氧剂后混合搅拌均匀，得到纸制品浆料；
(2)将步骤(1)得到的纸制品浆料在成型机上加工处理，即得到所述纸制品包装材料。
本发明的另一方面提供了一种高强度纸制品包装材料在制备电器包装盒或服饰包装盒中的应用。
实施例
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例1
本实施例提供了一种高强度纸制品包装材料，按照重量份计，包括以下制备原料：纸原浆52份、改性淀粉聚合物4.5份、填料4份、增强材料37份、抗氧剂2.5份。
所述纸原浆的制备方法为：清除回收的废纸中的杂质，对清理后的废纸脱墨处理，采用常规的制浆法制备成纸原浆。
按照重量份计，所述改性淀粉聚合物的制备原料包括淀粉44份、水87份、助剂2份、苯乙烯3份、丙烯酸丁酯5份、引发剂0.3份。
所述改性淀粉聚合物的制备方法包括以下步骤：将淀粉、助剂、水加入到反应器中在80℃的条件下混合3h，然后加入丙烯酸丁酯和苯乙烯、引发剂在76℃的条件下混合5h，降温后即得。
所述增强材料包括植物纤维纸浆34份、胶原蛋白3份。
所述植物纤维纸浆为狮牌针叶木KP浆，纤维长宽比为56。
所述填料包括重质碳酸钙和纳米碳酸钙，且二者的重量比为1：1，所述重质碳酸钙购自于南召县金磊钙业有限公司，所述纳米碳酸钙的粒径为50nm，购自于山东旗屹化工科技有限公司。
所述抗氧剂包括茶多酚和山奈酚，且二者的重量比为1：0.5。
所述淀粉为马铃薯淀粉，所述助剂包括双氧水和氢氧化钠，且二者的重量比为2：1，引发剂为过硫酸钾。
实施例2
本实施例提供了一种高强度纸制品包装材料，按照重量份计，包括以下制备原料：纸原浆47份、改性淀粉聚合物6份、填料5份、增强材料40份、抗氧剂2份。
所述纸原浆的制备方法为：清除回收的废纸中的杂质，对清理后的废纸脱墨处理，采用常规的制浆法制备成纸原浆。
按照重量份计，所述改性淀粉聚合物的制备原料包括淀粉44份、水87份、助剂2份、苯乙烯3份、丙烯酸丁酯5份、引发剂0.3份。
所述改性淀粉聚合物的制备方法包括以下步骤：将淀粉、助剂、水加入到反应器中在80℃的条件下混合3h，然后加入丙烯酸丁酯和苯乙烯、引发剂在76℃的条件下混合5h，降温后即得。
所述增强材料包括植物纤维纸浆36份、胶原蛋白4份。
所述植物纤维纸浆为狮牌针叶木KP浆，纤维长宽比为56。
所述填料包括重质碳酸钙和纳米碳酸钙，且二者的重量比为1：1，所述重质碳酸钙购自于南召县金磊钙业有限公司，所述纳米碳酸钙的粒径为50nm，购自于山东旗屹化工科技有限公司。
所述抗氧剂包括茶多酚和山奈酚，且二者的重量比为1：0.5。
所述淀粉为马铃薯淀粉，所述助剂包括双氧水和氢氧化钠，且二者的重量比为2：1，引发剂为过硫酸钾。
实施例3
本实施例提供了一种高强度纸制品包装材料，具体实施方式同实施例1，区别在于所述植物纤维纸浆为阔叶木APMP浆，纤维长宽比为28。
实施例4
本实施例提供了一种高强度纸制品包装材料，具体实施方式同实施例1，区别在于增强材料不包含胶原蛋白。
实施例5
本实施例提供了一种高强度纸制品包装材料，具体实施方式同实施例1，区别在于所述填料不包含纳米碳酸钙。
实施例6
本实施例提供了一种高强度纸制品包装材料，具体实施方式同实施例1，区别在于所述重质碳酸钙和纳米碳酸钙二者的重量比为1：2。
实施例1-6中所述高强度纸制品包装材料的制备方法包括以下步骤：
(1)往纸原浆中加入改性淀粉聚合物、增强材料、填料、抗氧剂后混合搅拌均匀，得到纸制品浆料；
(2)将步骤(1)得到的纸制品浆料在成型机上加工处理，即得到所述纸制品包装材料。
性能测试
1.将实施例1-6得到的纸制品包装材料进行3米高度跌落试验，通过裂纹数量判定机械强度性能。
2.将实施例1-6得到的纸制品包装材料通过弯折试验判定韧性。
测试结果见表1。
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对本领域的技术人员来说，可根据上述说明加以改进和变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，按照重量份计，包括以下制备原料：纸原浆45-55份、改性淀粉聚合物4-6份、填料3-6份、增强材料30-40份、抗氧剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，按照重量份计，所述改性淀粉聚合物的制备原料包括淀粉35-50份、水85-90份、助剂1.5-3份、苯乙烯2-4份、丙烯酸丁酯4-6份、引发剂0.2-0.6份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，所述增强材料包括植物纤维纸浆和胶原蛋白。
4.根据权利要求3所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，所述植物纤维纸浆的纤维长宽比为30-60之间。
5.根据权利要求3或4所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，所述植物纤维纸浆包括漂白阔叶木纸浆或漂白针叶浆。
6.根据权利要求1或2所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，所述填料包括高岭土、滑石粉、碳酸钙、白炭黑、膨润土中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，所述淀粉包括马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的一种或多种。
8.根据权利要求2或7所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，所述助剂包括双氧水和氢氧化钠，且二者的重量比为(1.7-2.5)：1。
9.根据权利要求1或2所述的一种高强度纸制品包装材料，其特征在于，所述抗氧剂包括茶多酚和/或黄酮类化合物。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的高强度纸制品包装材料在制备电器包装盒或服饰包装盒中的应用。
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