CN115819991B - 一种用于纸床的纸塑复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于纸床的纸塑复合材料及其制备方法，属于纸塑复合材料技术领域。将植物纤维浆料与环氧基硅烷偶联剂反应制备预处理浆料；再与乳液胶粘剂搅拌混合均匀，得到混合浆；加入硅溶胶得到混合液A；加入铝溶胶得到混合液B；混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。本发明复合材料的主要制备原料为天然植物纤维，且制备过程不使用有机溶剂，具有绿色环保的优势。且通过加入环氧基硅烷偶联剂、硅溶胶、铝溶胶可以显著改善复合材料的硬度和强度，使其满足纸床的支撑要求。

Description

一种用于纸床的纸塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于纸塑复合材料技术领域，涉及一种用于纸床的纸塑复合材料及其制备方法。

背景技术

纸塑复合材料是将纸基材料与高分子树脂基体复合而成的一种新型材料。该复合材料同时具有纸基材料的环保特性和高分子材料的力学性能。在包装材料、装饰材料等方面具有广泛的应用。

现在的易碎物品包装或缓冲支撑主要为泡沫塑料，如PS塑料或ABS塑料等。虽然泡沫塑料具有抗压能力强和成本便宜的优点，但是不符合环保要求。因此采用纸塑材料进行替代具有绿色环保的优点。

专利CN112498976A公开了一种酒瓶的纸塑酒托；专利CN206407371U公开了一种易碎物品缓冲结构包装纸塑产品。上述专利均通过采用纸塑材料及通过结构设计以解决现有使用的包装存在不环保和保护性较差的问题。然而现有的纸塑材料在力学性能上与纯粹的塑料产品还有一定的差距，如何提升纸塑材料的力学性能，如强度和韧性是本领域技术人员需要克服的技术障碍。

专利CN110294921A公开了一种高强度环保纸塑包装材料及其制备方法，包括以下重量份组分制备而成：聚乳酸20-35份、黄麻纤维15-22份、废报纸10-19份、氢氧化钠溶液1-5份、增塑剂0.9-1.7份、消泡剂1.4-2.1份。所得纸塑包装材料拉伸强度可达到28.9MPa，断裂伸长率可达到125.6％，撕裂强度可达到92.4KN/m。但该专利所得纸塑材料硬度较低，无法用于易碎物品的缓冲包装或支撑。

专利CN110295513A公开了一种环保耐腐蚀纸塑材料，在纸基材料上通过用层合、挤出贴面、共挤塑等技术将不同性能的塑料基层与纸基复合，可以赋予纸基防尘、防污、阻隔气体、保香、透明或不透明、防紫外线、装潢、印刷、热封等功能。但该专利所得纸塑材料同样无法用于易碎物品的缓冲包装或支撑。

从目前家具市场来说，床板主要以木材为主，可分为板式、板木、松木、硬木等四种类型，木板床虽然抗压性能较好，对脊柱的调整也有一定的优势，但是木板床为实木制作，需要消耗大量的森林资源，且运输不便。当今，为节约宝贵的木材资源，需要找到一种更加绿色环保的包装材料。鉴于纸板所具有的绿色环保理念，且重量轻、易于搬运，无公害的优势，纸板家具市场也在慢慢发展，但普通的纸板材料无法满足床体的支撑要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于纸床的纸塑复合材料及其制备方法，属于纸塑复合材料技术领域。将植物纤维浆料与环氧基硅烷偶联剂反应制备预处理浆料；再与乳液胶粘剂搅拌混合均匀，得到混合浆；加入硅溶胶得到混合液A；加入铝溶胶得到混合液B；混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。本发明复合材料的主要制备原料为天然植物纤维，且制备过程不使用有机溶剂，具有绿色环保的优势。且通过加入环氧基硅烷偶联剂、硅溶胶、铝溶胶可以显著改善复合材料的硬度和强度，使其满足纸床的支撑要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)往植物纤维浆料中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至80-90℃反应1-2h，得到预处理浆料；

(2)往预处理浆料中加入乳液胶粘剂搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往混合浆中滴加硅溶胶混匀，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往混合液A中滴加铝溶胶混匀，得到混合液B；

(5)将混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(1)中所述植物纤维浆料包括纸桨、草浆、木桨、竹桨中的至少一种。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(1)中所述环氧基硅烷偶联剂加入量为植物纤维质量的15～40％。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(2)中所述乳液胶粘剂包括聚醋酸乙烯酯乳液、聚(甲基)丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、环氧树脂乳液、酚醛树脂乳液、聚氯乙烯树脂乳液、有机硅树脂乳液、天然橡胶胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳、丁苯胶乳中的至少一种。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(2)中所述预处理浆料与乳液胶粘剂按固含量计混合的百分含量为：预处理浆料70～90％，乳液胶粘剂10～30％。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(2)中所述混合浆中还加入非植物纤维原料，所述非植物纤维原料包括碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚芳酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、粘胶纤维、聚氨基甲酸酯纤维、聚乙烯醇纤维、壳聚糖纤维、聚羟基脂肪酸酯纤维、聚丁二酸丁二醇酯纤维、聚乳酸纤维、对苯二甲酸酯纤维、聚己内酯纤维中的至少一种；所述非植物纤维原料的加入量为植物纤维质量的5～20％。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(2)中所述混合浆中还加入其他功能助剂，所述其他功能助剂包括消泡剂、偶联剂和颜料；所述消泡剂选自聚醚改性有机硅消泡剂；所述偶联剂选自硅烷偶联剂；所述颜料选自无机颜料。

作为本发明的一种优选技术方案，步骤(3)中所述硅溶胶的加入量以固含量计为植物纤维质量的5～9％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(4)中所述铝溶胶的加入量以固含量计为植物纤维质量的3～6％。

上述制备方法制备得到的用于纸床的纸塑复合材料。

本发明的有益效果：

(1)本发明复合材料的主要制备原料为天然植物纤维，且制备过程不使用有机溶剂，具有绿色环保的优势；

(2)本发明首先在植物纤维浆料中加入环氧基硅烷偶联剂，并在催化剂三乙胺存在下加热至80-90℃，植物纤维表面的羟基与环氧基硅烷偶联剂中的环氧基反应，制备得到表面经过硅烷偶联剂改性的植物纤维，然后依次加入硅溶胶和铝溶胶，改性后的植物纤维表面水解的硅羟基与硅溶胶和铝溶胶中的羟基反应，使硅溶胶和铝溶胶与植物纤维实现化学结合，增强体系稳定性，二者可以协同显著改善复合材料的硬度和强度，使其满足纸床的支撑要求；

(3)本发明通过进一步加入非植物纤维原料可以调节复合材料的韧性等力学性能。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本实施例的一种用于纸床的纸塑复合材料，通过如下方法制备得到：

(1)往纸浆(废纸粉碎制浆得到)中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占纸浆中植物纤维质量18％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至80℃反应2h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将70％的预处理浆料与30％的聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的5％，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往步骤(3)的混合液A中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的4％，得到混合液B；

(5)将步骤(4)所得混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

实施例2

本实施例的一种用于纸床的纸塑复合材料，通过如下方法制备得到：

(1)往纸浆(废纸粉碎制浆得到)中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占纸浆中植物纤维质量20％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至85℃反应2h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将70％的预处理浆料与30％的聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得到混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的6％，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往步骤(3)的混合液A中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的3％，得到混合液B；

(5)将步骤(4)所得混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

实施例3

本实施例的一种用于纸床的纸塑复合材料，通过如下方法制备得到：

(1)往纸浆(废纸粉碎制浆得到)中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占纸浆中植物纤维质量28％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至85℃反应1.5h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将70％的预处理浆料与30％的聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得到混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的8％，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往步骤(3)的混合液A中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的5％，得到混合液B；

(5)将步骤(4)所得混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

实施例4

本实施例的一种用于纸床的纸塑复合材料，通过如下方法制备得到：

(1)往纸浆(废纸粉碎制浆得到)中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占纸浆中植物纤维质量30％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至88℃反应1.5h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将80％的预处理浆料、10％的聚酰胺纤维与10％的聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得到混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的8％，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往步骤(3)的混合液A中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的5％，得到混合液B；

(5)将步骤(4)所得混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

实施例5

本实施例的一种用于纸床的纸塑复合材料，通过如下方法制备得到：

(1)往竹浆中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占竹浆中植物纤维质量35％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至82℃反应2h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将90％的预处理浆料与10％的聚丙烯酸酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得到混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为竹浆中植物纤维质量的8％，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往步骤(3)的混合液A中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为竹浆中植物纤维质量的5％，得到混合液B；

(5)将步骤(4)所得混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

实施例6

本实施例的一种用于纸床的纸塑复合材料，通过如下方法制备得到：

(1)往木浆中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占木浆中植物纤维质量40％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至90℃反应1h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将90％的预处理浆料与10％的环氧树脂乳液胶粘剂搅拌混合均匀得到混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为木桨中植物纤维质量的9％，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往步骤(3)的混合液A中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为木桨中植物纤维质量的6％，得到混合液B；

(5)将步骤(4)所得混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

对比例1

本对比例的一种用于纸床的纸塑复合材料，与实施例1相比，不加入硅溶胶，其通过如下方法制备得到：

(1)往纸浆(废纸粉碎制浆得到)中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占纸浆中植物纤维质量18％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至80℃反应2h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将70％的预处理浆料与30％的聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的6％，得到混合液；

(4)将步骤(3)所得混合液加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

对比例2

本对比例的一种用于纸床的纸塑复合材料，与实施例1相比，不加入铝溶胶，其通过如下方法制备得到：

(1)往纸浆(废纸粉碎制浆得到)中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加占纸浆中植物纤维质量18％的环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至80℃反应2h，得到预处理浆料；

(2)按固含量计，将70％的预处理浆料与30％的聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的9％，得到混合液；

(4)将步骤(3)所得混合液加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

对比例3

本对比例的一种用于纸床的纸塑复合材料，与实施例1相比，不加入环氧基硅烷偶联剂，其通过如下方法制备得到：

(1)按固含量计，将70％的纸浆(废纸粉碎制浆得到)与30％的聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂搅拌混合均匀得混合物，再加入占混合物重量0.5％的聚醚改性有机硅消泡剂、占混合物重量0.5％的硅烷偶联剂和占混合物重量1％的无机颜料，搅拌混合均匀，得到混合浆；

(2)搅拌条件下，往步骤(1)的混合浆中滴加硅溶胶混匀，硅溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的5％，得到混合液A；

(3)搅拌条件下，往步骤(2)的混合液A中滴加铝溶胶混匀，铝溶胶的加入量以固含量计为纸浆中植物纤维质量的4％，得到混合液B；

(4)将步骤(3)所得混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

对以上实施例1～6及对比例1～3所得纸塑复合材料进行性能测试，测试项目包括抗冲击性能(依照GB/T1843-2008)、拉伸强度(依照GB/T1040.1-2006)、弯曲强度(依照GB/T9341-2008)，测试结果如下表1所示。

表1

由表1结果可以明显看出，实施例1-6的纸塑复合材料具备较高的抗冲击性能、拉伸强度和弯曲强度，而对比例1-3的纸塑复合材料的抗冲击性能、拉伸强度和弯曲强度均不同程度降低；本发明通过加入环氧基硅烷偶联剂、硅溶胶、铝溶胶可以显著改善纸塑复合材料的硬度和强度，且具有良好的韧性，满足纸床的支撑要求。通过进一步加入非植物纤维原料可以改善复合材料的韧性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)往植物纤维浆料中加入三乙胺至pH值为10-11，搅拌条件下，滴加环氧基硅烷偶联剂混匀，加热至80-90℃反应1-2h，得到预处理浆料；

(2)往预处理浆料中加入乳液胶粘剂搅拌混合均匀，得到混合浆；

(3)搅拌条件下，往混合浆中滴加硅溶胶混匀，得到混合液A；

(4)搅拌条件下，往混合液A中滴加铝溶胶混匀，得到混合液B；

(5)将混合液B加入到模具中干燥固化成型，得到用于纸床的纸塑复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述植物纤维浆料包括纸桨、草浆、木桨、竹桨中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述环氧基硅烷偶联剂加入量为植物纤维质量的15～40％。

4.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述乳液胶粘剂包括聚醋酸乙烯酯乳液、聚(甲基)丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液、环氧树脂乳液、酚醛树脂乳液、聚氯乙烯树脂乳液、有机硅树脂乳液、天然橡胶胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳、丁苯胶乳中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述预处理浆料与乳液胶粘剂按固含量计混合的百分含量为：预处理浆料70～90％，乳液胶粘剂10～30％。

6.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述混合浆中还加入非植物纤维原料，所述非植物纤维原料包括碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚芳酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、粘胶纤维、聚氨基甲酸酯纤维、聚乙烯醇纤维、壳聚糖纤维、聚羟基脂肪酸酯纤维、聚丁二酸丁二醇酯纤维、聚乳酸纤维、对苯二甲酸酯纤维、聚己内酯纤维中的至少一种；所述非植物纤维原料的加入量为植物纤维质量的5～20％。

7.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述混合浆中还加入其他功能助剂，所述其他功能助剂包括消泡剂、偶联剂和颜料；所述消泡剂选自聚醚改性有机硅消泡剂；所述偶联剂选自硅烷偶联剂；所述颜料选自无机颜料。

8.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述硅溶胶的加入量以固含量计为植物纤维质量的5～9％。

9.根据权利要求1所述的一种用于纸床的纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述铝溶胶的加入量以固含量计为植物纤维质量的3～6％。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的用于纸床的纸塑复合材料。