CN116102762A - 一种纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，包括以下步骤，步骤一，使用打浆机对纸浆进行疏解，得到纸浆悬浮液；将玉米支链淀粉置于水中，使用机械搅拌器分散并熟化，得到熟化支链淀粉水溶液；将纸浆悬浮液和熟化支链淀粉水溶液混合并分散均匀得到第一混合液；步骤二，将十二烷基硫酸钠加入第一混合液中，使用机械搅拌器将十二烷基硫酸钠分散20min至均匀，得到第二混合液；将第二混合液转移至高速雾化机中，在机械剪切作用力下完成机械发泡，得到第三混合液；步骤三，将第三混合液转移至圆柱体聚丙烯多孔容器中，通过孔隙自然排除多余的水分；然后将排干水分的产品转移至烘箱中干燥，得到均匀成型的纸浆基复合泡沫缓冲材料。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫缓冲材料加工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法
背景技术
泡沫缓冲材料广泛应用于建筑、家具、运输和军工等领域。传统的泡沫缓冲材料以石油基泡沫为主，如膨胀型聚苯乙烯泡沫(EPS)和聚乙烯泡沫(EPE)，具有优良的力学性能和成熟的成型加工方法。但石油基泡沫的不断生产伴随着石油资源的大量消耗，对废弃泡沫材料的填埋和焚烧处理方法也衍生严重的环境污染和碳排放。开发可降解的生物质泡沫和新型、绿色的成型加工方式具有重要的科研和社会价值。目前，生物质泡沫普遍存在制备工艺复杂、对设备要求高、宏观成型差、机械性能不足和无法完全生物降解等问题。因此开发可降解、机械性能优良和成型均匀的生物质泡沫和绿色新型的成型加工方法具有重要的意义。
专利CN109161057A公开了一种纤维素泡沫材料的生产方法，以浆粕、旧棉、硫酸钠结晶水合物为原料，经过制备粘胶液、碱棉、芒硝和模塑成型等步骤得到纤维素泡沫材料；专利CN106008724A公开了一种纤维素泡沫和提高纤维素泡沫材料拉伸强度的方法，通过碱处理纤维素纤维和粘胶溶液的粘合实现高强度纤维素泡沫的制备；专利CN106800791A公开了了一种微米纤维素增强的纸浆泡沫材料及其制备方法，通过复合纸浆和聚丙烯酰胺以及掺入微米纤维素实现泡沫的制备。尽管生物质泡沫的制备和加工方法不断在研究和开发，但是上述专利依旧存在一下问题:(1)泡沫材料的加工过程伴随着碱液和化学粘合剂的使用，具有毒性并会衍生一定的环境污染；(2)材料的预处理过程复杂，成型加工流程较长，设备要求高，增加了泡沫材料制备的复杂性和规模化生产难度；(3)可控机械性能范围小；(4)宏观成型不均匀。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤一，使用打浆机对纸浆进行疏解，使纸浆纤维均匀分散在水中，得到纸浆悬浮液；将玉米支链淀粉置于水中，使用机械搅拌器在75℃的条件下分散并熟化20min，得到熟化支链淀粉水溶液；将所述纸浆悬浮液和所述熟化支链淀粉水溶液混合并分散均匀得到第一混合液；
步骤二，将十二烷基硫酸钠加入所述第一混合液中，使用机械搅拌器将所述十二烷基硫酸钠分散20min至均匀，得到第二混合液；将所述第二混合液转移至高速雾化机中，在所述高速雾化机的机械剪切作用力下完成机械发泡，得到第三混合液；
步骤三，将所述第三混合液转移至圆柱体聚丙烯多孔容器中，通过孔隙自然排除多余的水分；然后将排干水分的产品转移至烘箱中干燥，得到均匀成型的纸浆基复合泡沫缓冲材料。
优选的是，其中所述步骤一中，所述纸浆悬浮液的质量分数为3wt％，所述熟化支链淀粉水溶液的质量分数为0.3-1.5wt％；所述纸浆悬浮液和所述熟化支链淀粉水溶液以2:1进行混合。
优选的是，其中所述步骤二中，所述十二烷基硫酸钠的用量分别为0.1、0.3和0.5g/L中的任意一种。
优选的是，其中所述步骤一中，得到的所述第一混合液中纸浆和淀粉的质量比为20:1-5。
优选的是，其中所述步骤一中，所述纸浆为竹纸浆、桑木纸浆、构树皮纸浆和草浆中的任意一种；所述纸浆纤维的长度为0.4-2.4mm。
优选的是，其中所述步骤一中，所述打浆机转速为3000r/min，打浆疏解时间为10-30min；所述机械搅拌器的转速为500-1000r/min。
优选的是，其中所述步骤一中，所述玉米支链淀粉的粘度分为500、1200、2000和3000mPa·s四种中的任意一种。
优选的是，其中所述步骤二中，所述机械搅拌器的转速为800r/min；所述高速雾化机的转速分别为2000、3500和5000r/min中的任意一种。
优选的是，其中所述步骤三中，所述圆柱体聚丙烯多孔容器的孔隙分布在该圆柱体的底面和侧面，孔隙大小为120目；排除多余水分的时间为15-25min，直至无明显液滴低落停止。
优选的是，其中所述步骤三中，所述烘箱的干燥温度为70-85℃，烘干时间为10-16小时。
本发明至少包括以下有益效果：本发明采用绿色无污染的玉米支链淀粉作为物理交联剂，并对淀粉粘度进行调控，不包含有机溶剂和化学粘合剂，机械发泡方法有效地降低了表观密度(0.06-0.1g/cm3)、增加了孔隙率(92-96％)；使纸浆基复合泡沫缓冲材料具有大范围的可控机械强度(0.31-1.92MPa)，显著增大纸浆基复合泡沫缓冲材料的机械强度，具有轻质高强的特点；表面活性剂十二烷基硫酸钠的合理使用和干燥方法简化了成型加工的设备要求和加工复杂性，具有广泛的应用前景。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法的流程示意图；
图2为本发明的5个实施例中淀粉浓度的增加对纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量增大的对比示意图；
图3为本发明的3个实施例中SDS用量对纸浆基复合泡沫缓冲材料的孔隙率显著增加的对比示意图；
图4为本发明的3个实施例中高速雾化机转速的增大对纸浆基复合泡沫缓冲材料的表观密度显著降低的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤一，使用打浆机对纸浆对质量分数为3wt％纸浆进行疏解20min，使纸浆纤维均匀分散在水中，得到纸浆悬浮液；将粘度为500mPa·s的玉米支链淀粉置于水中，使用机械搅拌器在75℃的条件下分散并熟化20min，得到质量分数为0.3wt％熟化支链淀粉水溶液；将纸浆悬浮液和熟化支链淀粉水溶液以质量比2:1混合并分散均匀得到第一混合液，此时纸浆和支链淀粉的质量分数分别为2wt％和0.1wt％；
步骤二，将0.1g/L浓度的十二烷基硫酸钠加入所述第一混合液中，使用机械搅拌器将所述十二烷基硫酸钠分散20min至均匀，得到第二混合液；将所述第二混合液转移至高速雾化机中，在所述高速雾化机2000r/min转速的机械剪切作用力下完成机械发泡，得到第三混合液；
步骤三，将所述第三混合液转移至圆柱体聚丙烯多孔容器中，通过孔隙自然排除多余的水分；然后将排干水分的产品转移至烘箱中干燥，得到均匀成型的纸浆基复合泡沫缓冲材料。
实施例2-5：
将实施例1中玉米支链淀粉的用量作为变量，得到不同纸浆和淀粉质量分数配比的第一混合液。
实施例1-5工艺条件中纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量、表观密度和孔隙率如表1所示。
表1不同玉米支链淀粉浓度(第一混合液中)条件制备材料的压缩模量、表观密度和孔隙率
由表1的结果可知，在控制其他变量恒定的情况下，随着第一混合液中淀粉浓度的增加，纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量增大(如图2所示)，表观密度增加，孔隙率略微降低。玉米支链淀粉作为纸浆纤维主体的物理粘合剂和增强材料，对纸浆基复合泡沫缓冲材料具有显著的增强效果。
实施例6-8：
将实施例1中玉米支链淀粉的粘度作为变量，得到不同粘度变量的第一混合液。
实施例1及实施例6-8工艺条件中纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量、表观密度和孔隙率如表2所示。
表2不同玉米支链淀粉粘度(第一混合液中)条件制备材料的压缩模量、表观密度和孔隙率
由表2的结果可知，在控制其他变量恒定的情况下，随着第一混合液中淀粉粘度的增加，纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量增大，表观密度增加，孔隙率略微降低。玉米支链淀粉的粘度越高，对纸浆基复合泡沫缓冲材料主体的增强效果越明显。
实施例9-10：
将实施例1中十二烷基硫酸钠(SDS)的用量作为变量，得到不同SDS浓度的第一混合液。
实施例1及实施例9-10工艺条件中纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量、表观密度和孔隙率如表3所示。
表3不同SDS浓度(第一混合液中)条件制备材料的压缩模量、表观密度和孔隙率
由表3的结果可知，在控制其他变量恒定的情况下，随着第一混合液中SDS用量的增加，纸浆基复合泡沫缓冲材料的发泡程度增大；纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量略微降低，表观密度降低，孔隙率显著增加(如图3所示)。SDS的浓度由0.3增加到0.5g/L时，纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量、表观密度和孔隙率变化并不明显，说明对于第一混合液，0.3g/L浓度的SDS能够使混合液发泡完全。
实施例11-12：
将实施例1中高速雾化机的转速作为变量。
实施例1及实施例11-12工艺条件中纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量、表观密度和孔隙率如表4所示。
表4不同高速雾化机转速条件制备材料的压缩模量、表观密度和孔隙率
由表4的结果可知，在控制其他变量恒定的情况下，随着高速雾化机转速的增大，纸浆基复合泡沫缓冲材料的发泡程度随之增大；纸浆基复合泡沫缓冲材料的压缩模量略微降低，表观密度显著降低(如图4所示)，孔隙率增加，说明机械发泡过程的机械作用程度对纸浆基复合泡沫缓冲材料的体积膨胀具有显著影响。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如上所述，根据本发明，由于采用采用绿色无污染的玉米支链淀粉作为物理交联剂，并对淀粉粘度进行调控，不包含有机溶剂和化学粘合剂，机械发泡方法有效地降低了表观密度(0.06-0.1g/cm3)、增加了孔隙率(92-96％)；使纸浆基复合泡沫缓冲材料具有大范围的可控机械强度(0.31-1.92MPa)，显著增大纸浆基复合泡沫缓冲材料的机械强度，具有轻质高强的特点；表面活性剂十二烷基硫酸钠的合理使用和干燥方法简化了成型加工的设备要求和加工复杂性，具有广泛的应用前景。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，使用打浆机对纸浆进行疏解，使纸浆纤维均匀分散在水中，得到纸浆悬浮液；将玉米支链淀粉置于水中，使用机械搅拌器在75℃的条件下分散并熟化20min，得到熟化支链淀粉水溶液；将所述纸浆悬浮液和所述熟化支链淀粉水溶液混合并分散均匀得到第一混合液；
步骤二，将十二烷基硫酸钠加入所述第一混合液中，使用机械搅拌器将所述十二烷基硫酸钠分散20min至均匀，得到第二混合液；将所述第二混合液转移至高速雾化机中，在所述高速雾化机的机械剪切作用力下完成机械发泡，得到第三混合液；
步骤三，将所述第三混合液转移至圆柱体聚丙烯多孔容器中，通过孔隙自然排除多余的水分；然后将排干水分的产品转移至烘箱中干燥，得到均匀成型的纸浆基复合泡沫缓冲材料。
2.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述纸浆悬浮液的质量分数为3wt％，所述熟化支链淀粉水溶液的质量分数为0.3-1.5wt％；所述纸浆悬浮液和所述熟化支链淀粉水溶液以2:1进行混合。
3.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述十二烷基硫酸钠的用量分别为0.1、0.3和0.5g/L中的任意一种。
4.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，得到的所述第一混合液中纸浆和淀粉的质量比为20:1-5。
5.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述纸浆为竹纸浆、桑木纸浆、构树皮纸浆和草浆中的任意一种；所述纸浆纤维的长度为0.4-2.4mm。
6.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述打浆机转速为3000r/min，打浆疏解时间为10-30min；所述机械搅拌器的转速为500-1000r/min。
7.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述玉米支链淀粉的粘度分为500、1200、2000和3000mPa·s四种中的任意一种。
8.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述机械搅拌器的转速为800r/min；所述高速雾化机的转速分别为2000、3500和5000r/min中的任意一种。
9.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，所述圆柱体聚丙烯多孔容器的孔隙分布在该圆柱体的底面和侧面，孔隙大小为120目；排除多余水分的时间为15-25min，直至无明显液滴低落停止。
10.如权利要求1所述的纸浆基复合泡沫缓冲材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，所述烘箱的干燥温度为70-85℃，烘干时间为10-16小时。
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| CN106084279A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-11-09 | 陕西科技大学 | 一种纤维素基生物可降解型发泡材料的制备方法 |
| CN108004829A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-05-08 | 华南理工大学 | 一种高强度纳米纤维基材料及其制备方法与应用 |
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2022
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