CN115725188A - 一种可降解的高吸能缓冲包装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于缓冲包装材料领域，具体公开了一种可降解高吸能缓冲包装材料及其制备方法。一种可降解高吸能缓冲包装材料，包括以下重量比的原料组分：纸浆10‑20份、聚乙烯醇溶液10‑20份或明胶溶液10‑20份、剪切增稠液5‑20份。本发明以纸浆为原料，分别以聚乙烯醇溶液和明胶溶液为增强剂，通过冷冻干燥方式制备了可降解的缓冲包装材料，将剪切增稠液浸渍到多孔的可降解缓冲包装材料中，利用剪切增稠液良好的吸能特性，制备出一种可降解的高吸能缓冲包装材料。该新型材料不仅具有良好的吸能缓冲性，而且还是一种原料可再生、可降解、绿色环保的缓冲包装材料。
Description
技术领域
本发明属于缓冲包装材料领域，具体涉及一种可降解高吸能缓冲包装材料。
背景技术
缓冲包装材料在产品的运输过程中起到非常重要的作用，他们通过吸收外界冲击能量来提高产品的安全性。泡沫塑料材料因其质轻，成本低，缓冲吸能性好等优点被作为缓冲包装材料大量使用，但由于他们被废弃后很难自然降解，从而造成“白色污染”，严重地污染了生态环境。
纸质缓冲包装材料虽具有可降解的优点，但其表面较硬，与产品表面直接接触易造成产品表面刮花等问题，此外，其缓冲吸能性较差，在运输过程中不能很好的保护内装产品。植物纤维发泡缓冲材料是以废弃植物纤维为原料，通过发泡的方式制备的多孔缓冲材料，具有可降解，成本低等优点，但发泡工艺难以控制，本身缓冲吸能性较差，密度大，与泡沫塑料的缓冲性能相比还有较大差距。目前，并没有一种可降解且具有良好吸能缓冲性的缓冲包装材料。
在提高材料能量吸收方面，具有独特流变性的剪切增稠液引起了研究人员的关注。剪切增稠液是一种新型胶体分散液的非牛顿流体，这种智能材料在稳态的时候是一种具有一点黏度的流体，当对其施加外力或是增加剪切速率时，剪切增稠液的黏度会急剧的增加，整个体系表现出类固体的状态，当去除外力或剪切力后，材料在短时间内又恢复到流体的状态，因此这种材料有着极强的吸收外界冲击的能力。
本发明充分发挥剪切增稠液具有良好的吸收能量的特点，将其与一种可降解缓冲包装材料结合，制备出一种具有高吸能性的绿色缓冲包装材料。这种可降解的高吸能缓冲包装材料较泡沫塑料具有更好的缓冲吸能性和可降解性，是一种非常具有使用前景的绿色缓冲包装材料。
发明内容
本发明提供了一种可降解的高吸能性缓冲包装材料，该可降解的高吸能性缓冲包装材料是以纸浆为原料，分别以聚乙烯醇溶液和明胶溶液为增强剂，通过冷冻干燥方法制备了低密度高孔隙率可降解缓冲材料，将剪切增稠液浸渍到多孔的可降解缓冲材料中，利用剪切增稠液在受到外界冲击时能够吸收大量冲击能量的特性，制备出一种具有可降解的高吸能缓冲包装材料，该材料不仅具有良好的吸能缓冲性，而且还是一种原料可再生、可降解、绿色环保的缓冲包装材料。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种可降解的高吸能缓冲包装材料，包括如下重量份的原料：纸浆10-20份、聚乙烯醇溶液10-20份或明胶溶液10-20份、剪切增稠液5-20份。
作为优选，所述的纸浆为废纸浆、漂白的木浆、草浆、麻浆、蔗浆和竹浆中的任一种。
作为优选，所述的纸浆的含水率在90％-95％之间。
作为优选，所述的聚乙烯醇的溶液浓度在1％-5％之间。
作为优选，所述的明胶的溶液浓度在1％-5％之间。
作为优选，所述的剪切增稠液的质量分数在70％-75％之间，分散粒子为：粒径为0.5±0.2微米的亚微米球形硅微粉，分散相为：聚乙二醇200。
本发明还提供了所述的一种可降解的高吸能可降解缓冲包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
(1)制备聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的制备方法：按要求称取适量聚乙烯醇，将称取好的聚乙烯醇加入到烧杯中，随后慢慢加入定量的水，将烧杯置于80℃的恒温水浴锅内，并用机械搅拌器进行搅拌，搅拌速率300-500r/min，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，取出制备好的聚乙烯醇溶液后放置室温冷却，即可得到透明的聚乙烯醇溶液。
(2)制备明胶溶液，所述明胶溶液的制备方法：按要求称取适量明胶，将称取好的明胶加入到烧杯中，随后慢慢加入定量的水，将烧杯置于70℃的恒温水浴锅内，并用机械搅拌器进行搅拌，搅拌速率300-400r/min，搅拌至明胶完全溶解，取出制备好的明胶溶液后放置室温冷却，即可得到呈现微黄色的明胶溶液。
(3)制备剪切增稠液，所述剪切增稠液的制备方法，包括以下步骤：将粒径为0.5±0.2微米的亚微米球形硅微粉加入到聚乙二醇200中，要求控制硅微粉的质量分数在70％-75％之间，将硅微粉分多批次逐渐加入，每次加入后用机械搅拌器进行机械搅拌，直到加入的硅微粉均匀分散在聚乙二醇200中，再加下一次，机械搅拌器的搅拌速度为500-600r/min，当机械搅拌器不能将其分散时，将其进行超声处理，使其均匀分散后再进行添加，直到将全部硅微粉分散到聚乙二醇200中，再继续搅拌2-3h，将搅拌后的硅微粉和聚乙二醇200的混合液体再用超声进行分散24-30h，即得到具有良好剪切增稠性能的剪切增稠液。
(4)称取适量步骤(1)制备的聚乙烯醇溶液或适量步骤(2)制备的明胶溶液添加至特定含水率的纸浆中，将其进行机械搅拌，搅拌速率为600-800r/min，搅拌时间为1-2h，得到混匀增强剂的纸浆溶液。
(5)步骤(4)得到的混匀增强剂的纸浆溶液，倒入模具中，将模具放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理48-72h，即得到可降解的缓冲包装材料。
(6)取适量步骤(3)得到的剪切增稠液浸渍到步骤(5)得到的可降解的缓冲包装材料，即可得到可降解的高吸能缓冲包装材料。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图1显示了用10.2kg重锤在700mm高度下分别对实例1和同等尺寸的聚苯乙烯发泡材料进行动态冲击得到的加速度-时间曲线。
附图2显示了用10.2kg重锤在在700mm高度下分别对实例2和同等尺寸的聚苯乙烯发泡材料进行动态冲击得到的加速度-时间曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。在不背离本发明本质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
实施例1：
一种可降解的高吸能缓冲包装材料，包括如下重量份的原料：纸浆15份、聚乙烯醇溶液15份、剪切增稠液10份。所述纸浆为废纸浆；所述纸浆的含水率为90％；所述聚乙烯醇溶液的浓度为3％。
(1)制备聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的制备方法：按要求称取适量聚乙烯醇，将称取好的聚乙烯醇加入到烧杯中，随后慢慢加入定量的水，将烧杯置于80℃的恒温水浴锅内，并用机械搅拌器进行搅拌，搅拌速率400r/min，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，取出制备好的聚乙烯醇溶液后放置室温冷却，即可得到透明的聚乙烯醇溶液。
(2)制备剪切增稠液，所述剪切增稠液的制备方法，包括以下步骤：将粒径为0.5±0.2微米的亚微米球形硅微粉加入到聚乙二醇200中，要求控制硅微粉的质量分数在72％之间，按硅微粉分多批次逐渐加入，每次加入后用机械搅拌器进行机械搅拌，直到加入的硅微粉均匀分散在聚乙二醇200中，再加下一次，机械搅拌器的搅拌速度为500r/min，当机械搅拌器不能将其分散时，将其进行超声处理，使其均匀分散后再进行添加，直到将全部硅微粉分散到聚乙二醇200中，再继续搅拌2.5h，将搅拌后的硅微粉和聚乙二醇200的混合液体再用超声进行分散27h，即得到具有良好剪切增稠性能的剪切增稠液。
(3)称取适量步骤(1)制备的聚乙烯醇溶液添加至特定含水率的纸浆中，将其进行机械搅拌，搅拌速率为700r/min，搅拌时间为1.5h，得到混匀增强剂的纸浆溶液。
(4)步骤(3)得到的混匀增强剂的纸浆溶液，倒入模具中，将模具放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理60h，即得到可降解的缓冲包装材料。
(5)取适量步骤(2)得到的剪切增稠液浸渍到步骤(4)得到的可降解的缓冲包装材料，即可得到可降解的高吸能缓冲包装材料。
附图1显示用10.2kg重锤在700mm高度下分别对实例1和同等尺寸的聚苯乙烯发泡材料进行动态冲击得到的加速度-时间曲线。可以看出，常规聚苯乙烯发泡缓冲材料的在冲击过程中产生的最大加速度值是实例1高吸能性可降解缓冲包装材料的8倍，这表明在同等冲击条件下，本发明的可降解高吸能缓冲包装材料的动态缓冲效果是普通聚苯乙烯发泡材料的8倍左右，说明本发明制备的可降解高吸能缓冲包装材料具有良好的缓冲吸能性。
实施例2：
一种可降解的高吸能缓冲包装材料，按重量比包括以下组分：纸浆15份、明胶溶液15份、剪切增稠液10份。所述纸浆为废纸浆；所述纸浆的含水率为90％；所述明胶溶液的浓度为3％。
(1)制备明胶溶液，所述明胶溶液的制备方法：按要求称取适量明胶，将称取好的明胶加入到烧杯中，随后慢慢加入定量的水，将烧杯置于70℃的恒温水浴锅内，并用机械搅拌器进行搅拌，搅拌速率300r/min，搅拌至明胶完全溶解，取出制备好的明胶溶液后放置室温冷却，即可得到呈现微黄色的明胶溶液。
(2)制备剪切增稠液，所述剪切增稠液的制备方法，包括以下步骤：将粒径为0.5±0.2微米的亚微米球形硅微粉加入到聚乙二醇200中，要求控制硅微粉的质量分数在72％之间，按硅微粉分多批次逐渐加入，每次加入后用机械搅拌器进行机械搅拌，直到加入的硅微粉均匀分散在聚乙二醇200中，再加下一次，机械搅拌器的搅拌速度为500r/min，当机械搅拌器不能将其分散时，将其进行超声处理，使其均匀分散后再进行添加，直到将全部硅微粉分散到聚乙二醇200中，再继续搅拌2.5h，将搅拌后的硅微粉和聚乙二醇200的混合液体再用超声进行分散27h，即得到具有良好剪切增稠性能的剪切增稠液。
(3)称取适量步骤(1)制备的明胶溶液添加至特定含水率的纸浆中，将其进行机械搅拌，搅拌速率为700r/min，搅拌时间为1.5h，得到混匀增强剂的纸浆溶液。
(4)步骤(3)得到的混匀增强剂的纸浆溶液，倒入模具中，将模具放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理60h，即得到可降解的缓冲包装材料。
(5)取适量步骤(2)得到的剪切增稠液浸渍到步骤(4)得到的可降解的缓冲包装材料，即可得到可降解的高吸能缓冲包装材料。
对实施例1-2得到的可降解的高吸能缓冲包装材料的缓冲性能通过落锤冲击试验进行测定，并与目前市场常用聚苯乙烯发泡缓冲材料进行比较，得到加速度-时间曲线如图1和图2所示。
附图2显示了用10.2kg重锤在在700mm高度下分别对实例2和同等尺寸的聚苯乙烯发泡材料进行动态冲击得到的加速度-时间曲线。可以看出，常规聚苯乙烯发泡缓冲材料的在冲击过程中产生的最大加速度值是实例2可降解高吸能缓冲包装材料的8.5倍，这表明在同等冲击条件下，本发明的可降解高吸能缓冲包装材料的动态缓冲效果是普通聚苯乙烯发泡材料的8.5倍左右，本发明制备的可降解高吸能缓冲材料相较传统泡沫塑料具有更好的吸能缓冲性。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.一种可降解的高吸能缓冲包装材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：纸浆10-20份、聚乙烯醇溶液10-20份或明胶溶液10-20份、剪切增稠液5-20份。
2.按照权利要求1所述的可降解的高吸能缓冲包装材料，其特征在于，所述的纸浆为废纸浆、漂白的木浆、草浆、麻浆、蔗浆和竹浆中的任一种。
3.按照权利要求1所述的可降解的高吸能缓冲包装材料，其特征在于，所述的纸浆的含水率在90％-95％之间。
4.按照权利要求1所述的可降解的高吸能缓冲包装材料，其特征在于，所述的聚乙烯醇的溶液浓度在1％-5％之间。
5.按照权利要求1所述的可降解的高吸能缓冲包装材料，其特征在于，所述的明胶的溶液浓度在1％-5％之间。
6.按照权利要求1所述的可降解的高吸能缓冲包装材料，其特征在于，所述的剪切增稠液的质量分数在70％-75％之间，分散粒子为：粒径为0.5±0.2微米的亚微米球形硅微粉，分散相为：聚乙二醇200。
7.制备权利要求1所述的可降解的高吸能缓冲包装材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的制备方法：按要求称取适量聚乙烯醇，将称取好的聚乙烯醇加入到烧杯中，随后慢慢加入定量的水，将烧杯置于80℃的恒温水浴锅内，并用机械搅拌器进行搅拌，搅拌速率300-500r/min，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，取出制备好的聚乙烯醇溶液后放置室温冷却，即可得到透明的聚乙烯醇溶液。
(2)制备明胶溶液，所述明胶溶液的制备方法：按要求称取适量明胶，将称取好的明胶加入到烧杯中，随后慢慢加入定量的水，将烧杯置于70℃的恒温水浴锅内，并用机械搅拌器进行搅拌，搅拌速率300-400r/min，搅拌至明胶完全溶解，取出制备好的明胶溶液后放置室温冷却，即可得到呈现微黄色的明胶溶液。
(3)制备剪切增稠液，所述剪切增稠液的制备方法，包括以下步骤：将粒径为0.5±0.2微米的亚微米球形硅微粉加入到聚乙二醇200中，要求控制硅微粉的质量分数在70％-75％之间，将硅微粉分多批次逐渐加入，每次加入后用机械搅拌器进行机械搅拌，直到加入的硅微粉均匀分散在聚乙二醇200中，再加下一次，机械搅拌器的搅拌速度为500-600r/min，当机械搅拌器不能将其分散时，将其进行超声处理，使其均匀分散后再进行添加，直到将全部硅微粉分散到聚乙二醇200中，再继续搅拌2-3h，将搅拌后的硅微粉和聚乙二醇200的混合液体再用超声进行分散24-30h，即得到具有良好剪切增稠性能的剪切增稠液。
(4)称取适量步骤(1)制备的聚乙烯醇溶液或适量步骤(2)制备的明胶溶液添加至特定含水率的纸浆中，将其进行机械搅拌，搅拌速率为600-800r/min，搅拌时间为1-2h，得到混匀聚乙烯醇溶液或明胶溶液的纸浆。
(5)步骤(4)得到的混匀聚乙烯醇溶液或明胶溶液的纸浆，倒入模具中，将模具放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理48-72h，即得到可降解的缓冲包装材料。
(6)取适量步骤(3)得到的剪切增稠液浸渍到步骤(5)得到的可降解的缓冲包装材料，即可得到可降解的高吸能缓冲包装材料。
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2022
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