CN117084534A - 一种纸浆模塑制品及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种纸浆模塑制品及其制备方法，属于纸浆制品技术领域。本发明采用的改性纤维素浆料、助剂、有机填充物、以及淀粉的组合制备了所述纸浆模塑制品。由于主要原料取材天然，不仅成本低廉，而且绿色环保。添加的助剂能很好的满足模塑制品在作为中餐餐具或化妆品包装时的使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及纸浆制品技术领域，具体涉及一种纸浆模塑制品及其制备方法和应用。
背景技术
纸浆模塑制品简称纸浆模塑，它是以废纸为原料，添加部分化学药品，然后根据不同的用途制成各种形状的模型制品，通常被用来作为鸡蛋、水果、精密器件、易破易碎的玻璃、陶瓷制品、工艺品、电器等的包装衬垫，它不仅具有良好的缓冲保护性能，而且通气吸潮性好，对鸡蛋、水果起到一定的保鲜作用。
生产纸浆模塑技术和设备近些年来发展很快，但其基本生产工艺过程是：浆料制备、模塑成型、干燥三道工序。
一、浆料制备
制备浆料时主要采用废纸和纸箱纸盒厂、印刷厂的纸边角余料为原料，将它们用水力碎浆机碎解成浆后，筛除杂质，加入适当胶料，以提高纸浆模的耐水性能。施胶一般采用成本较低的松香胶，加入量为纸浆重量的1.3％-3.0％，然后用10％的硫酸铝溶液将松香胶沉淀在纤维上。最后配置成浓度0.5％-1.5％的浆料。
二、模塑成型
与生产纸盒一样，生产纸浆模的关键设备是模具，它必须制成与被包装商品外形轮廓相似，或与被缓冲保护部位相配套的形状。由于形状复杂不易整体加工，故大都采用条状、小块加工后再拼装成模板。模板应选用耐腐蚀性能优良的材料如铜、合金钢、玻璃钢等制成。沿模板厚度方向开有滤水小孔，然后在其表面铺上一层铜网或其他滤网，要求网面与模板不规则表面紧密贴合在一起。这样模具就制好了，俗成阴模。
模塑成型原理与纸页成型一样，也是通过出滤网上纸浆中的水分而在网面形成纤维层，最后经压实脱水，干燥成型。根据强迫脱水的方式不同，模塑成型还可以分为真空成型法和压缩成型法。
三、干燥
纸浆模的干燥方法有自然干燥法、干燥室干燥法和烘道连续式干燥法。自然干燥时是将湿纸浆模放在网状托盘内，然后放在太阳下晾晒，或放在专门场地里内，让水分自然蒸发干燥，时间长，但干燥均一性好，很少发生翘曲。干燥室和烘道干燥能提高生产速度，但由于受热不均匀和制品厚度相差甚大，故在干燥过程中很容易发生翘曲变形，如有条件，最好能在模型装置贴压下干燥定型，并控制合适的干燥程度曲线。干燥后的纸浆模要求水分在7％-12％。水分过高时会降低制品强度，影响使用效果。
目前，世界纸浆原料大部分来自木材，随着木材需求量的逐年增加，木材价格也不断上涨。而即使是木材资源较丰富的国家，也预计不久就会出现原木供不应求的局面。因此，原料问题已经成为各国发展制浆工业的重大问题，制浆原料的来源也在不断扩大。
为了降低成本，保证原材料供应稳定，现在采用不同工艺将木材与其他纤维性原料转变为纤维分离后的产品来进行制浆，这些过程为热转化过程。过程的完成可以采用化学方法(即采用化学品)、机械方法(即采用磨浆)或者二者相结合的方法。因此，“纸浆”在此是通指，用于代表化学浆、半化学浆、化学机械浆和机械浆。纸浆主要用来制造纸和纸板，也有部分“纸浆”被加工成各类纤维素衍生物(纤维素酯类和纤维素醚类)和再生纤维素(人选棉和人造丝)。
在制浆领域，其他纤维主要采用各类稻草类原料，包括竹浆、甘蔗浆、草浆、芦苇浆、秸秆浆等，其常用的制浆工艺可以参考现有木浆制备工艺。
由于纸浆模塑产品的主要原料具有生物降解性的特点、纸浆模塑产品具有循环使用较容易的特点等，其需求日益高涨。
迄今，作为食品用的容器(包括托盘等)，塑料制容器得到了广泛使用，若直接将塑料制容器埋设废弃于土中，则存在不被生物降解的问题。因此，出于对环境的考虑，人们也期望利用纸浆模塑产品代替塑料制容器。
然而，纸浆模塑产品由于以纸浆作为主要原料，因此要想作为食品用的容器加以利用时，存在耐水性、耐油性和阻气性低的难点。因此，对于作为食品用的容器利用的纸浆模塑产品(以下也简称为“纸浆模塑容器”)，为了赋予其耐水性、耐油性和阻气性，一般在容器的表面层压加工塑料薄膜。然而，这种纸浆模塑容器由于难以从以纸浆作为主要原料的容器主体部分分离塑料薄膜，因此不适于循环使用，若不分离而直接埋设废弃于土中，则存在塑料薄膜不被生物降解的问题。
该状况下，为了赋予纸浆模塑容器耐水性、耐油性和阻气性，提出了在容器的原料液(纸浆浆料)中添加拒水剂、耐油剂等并且在容器表面形成阻气性纸层。此外，为了赋予耐水性和阻气性等，还提出了在纸浆浆料中添加负载了有机多金属氧化物的纤维素复合体来得到纸浆模塑容器。
发明内容
本发明的目的在于提出一种纸浆模塑制品及其制备方法和应用。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种纸浆模塑制品，包含
改性纤维素50-100份；
助剂1-10份；
有机填充物20-50份；以及
淀粉，其中，所述淀粉中直链淀粉的占比不超过10wt％，更加优选直链淀粉含量为2～5wt％，所述淀粉相对于所述改性纤维素浆料的质量百分比为10-50％。
所述淀粉可以从各种植物，例如马铃薯、稻谷、木薯、玉米中可以提取，直接从植物中提取的淀粉一般包括直链淀粉和支链淀粉，淀粉中直链淀粉含量越高，常温下水溶性越好，反之，支链淀粉含量越高，常温下水溶性越差，但高温条件下可以溶解。
优选地，所述助剂为改性生物质材料或者无氟疏水剂。
优选地，所述改性生物质材料选自微纳纤维素、甲壳素、壳聚糖、黄原胶之一或其组合。
优选地，所述无氟疏水剂为具有至少一个式-SiR(OR1)2或-Si(OR1)3的末端基团的聚二有机硅氧烷，其中R表示具有1-4个碳原子的烷基、取代的烷基、烯基或芳基，每个R1表示具有1-4个碳原子的烷基。
更加优选地，所述无氟疏水剂选自正丙基二乙氧基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷或正丁基二乙氧基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷，这两种有机硅氧烷常用于进行疏水改性，具有低毒和改善分散性的作用，其制备方法可参照专利WO2008/034806。
优选地，所述填充物选自酒糟渣、咖啡渣、中药渣之一或其组合。
进一步优选地，所述填充物呈粉末状或纤维状；所述中药渣包括甘草、黄连、黄柏、连翘、鱼腥草、金银花、蒲公英中的任一种或多种。
优选地，所述改性纤维素的原料选自纸纤维、木纤维、竹纤维、甘蔗纤维、草纤维之一或其组合。
优选地，所述的改性纤维素采用碱法蒸煮，包括如下步骤：
1)在打碎的原料纤维中加入固体碱，所述固体碱为烧碱和/或苛性碱，其中固体碱的用量为干原料量的10-25wt％；
2)通入蒸汽进行加热，加热升温并恒温1-2小时，加热和恒温过程中保持搅拌状态；
3)将所得纤维进行洗涤，至洗水呈中性，得到改性纤维素。
优选地，所述改性纤维素与纯水混合打浆得到改性纤维素浆料。
本发明还该提供一种纸浆模塑制品的制备方法，先制备改性纤维素浆料，以浆内施胶的方式依次在浆料中添加防水防油助剂、填充物，最后加入不溶于水的粉末状淀粉，得到含纤维素浆料的水性组合物；将上述水性组合物转移至模具中进行模制和干燥作业，得到纸浆模塑产品。
优选地，所述模制作业是通过将含纤维素浆料的水性组合物在1000kPa至1500kPa下加压1分钟至10分钟来进行的；所述干燥作业包括在100℃至250℃下将压榨的浆料干燥，得到制品，以及将所得制品进行真空脱水1min至5min。
本发明还该提供上述的纸浆模塑制品或制备方法制备得到的纸浆模塑制品的应用，具体为作为餐具或化妆品包装。
本发明具有如下有益效果：
主要原料均取材天然，改性纤维素浆料选自纸浆、木浆、竹浆、甘蔗浆、草浆之一或其组合，填充物选自酒糟渣、咖啡渣、中药渣之一或其组合，淀粉来源于植物，其中纤维素浆料以及填充物可采用农业废弃物，不仅成本低廉，而且绿色环保。低直链淀粉能够显著改善模塑制品的加工性能，配合填充物及改性纤维素浆料，所得的模塑制品具有优异的生物降解性能。另外，由于本发明所述的模塑制品中纤维制品和填充物均有一定的生物亲水性，要想保证模塑制品在作为中餐餐具或化妆品包装时，能具有合适的防水防油性能，特别在模塑制品中添加了防水剂、防油助剂，能很好的满足模塑制品在作为中餐餐具或化妆品包装时的使用性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例制备得到的中餐餐具的纸浆模塑制品图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例涉及的纸浆模塑制品，包含如下组分：
改性纤维素浆料50-100份；
助剂1-10份；
有机填充物20-50份；以及
淀粉，其中，所述淀粉中直链淀粉的占比不超过10wt％，更加优选直链淀粉含量为2～5wt％，所述淀粉相对于所述改性纤维素浆料的质量百分比为10-50％。
本申请实施例纸浆模塑制品的制备方法，包括如下步骤：
S1：采用碱法蒸煮制备改性纤维素浆料：在打碎的植物纤维中加入固体碱，其中固体碱的用量为干原料量的10-25wt％；通入蒸汽进行加热，加热升温并恒温1-2小时，加热和恒温过程中保持搅拌状态；将所得纤维进行洗涤，至洗水呈中性，得到改性纤维素；将所得改性纤维素与纯水混合打浆，其中绝干浆：改性纤维素浆料＝0.2～0.5：100；
S2：以浆内施胶的方式依次在浆料中添加防水剂、防油助剂、填充物，最后加入淀粉，得到含纤维素浆料的水性组合物；
S3：将上述水性组合物转移至模具中进行模制，在1000kPa至1500kPa下加压1分钟至10分钟，并在100℃至250℃下干燥，得到预制品；
S4：将所得预制品进行真空脱水1min至5min，得到纸浆模塑产品。
实施例1
本实施例包括如下步骤：
S1：采用碱法蒸煮制备改性纤维素浆料：在打碎的纸浆纤维中加入烧碱(NaOH)，其用量为干原料重量的10wt％；通入水蒸汽进行加热，升温至150℃并恒温1小时，加热和恒温过程中保持搅拌状态；蒸煮结束后采用清水洗涤，至洗水呈中性，得到改性纤维素；将所得改性纤维素与纯水混合打浆，其中绝干浆：改性纤维素浆料＝0.5：100；
S2：以浆内施胶的方式依次在浆料中添加正丙基二乙氧基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷、微纳纤维素、烘干的咖啡渣，最后淀粉，得到含纤维素的水性组合物；其中改性纤维素、聚二甲基硅氧烷、微纳纤维素、咖啡渣，淀粉的质量份数分别为：80份、2份、2份、20份、15份，所加淀粉中直链淀粉含量为10wt％；
S3：将上述水性组合物转移至模具中进行模制，在1000kPa下加压5min，并在120℃下干燥0.5h，得到预制品；
S4：将所得预制品进行真空脱水5min，得到的纸浆模塑产品如图1所示。
对比例1
与实施例1相比，不同之处在于，步骤S2中未加入淀粉。
对比例2
与实施例1相比，不同之处在于，步骤S2所加淀粉中直链淀粉含量为20wt％。
对比例3
与实施例1相比，不同之处在于，步骤S2中未加入咖啡渣。
对比例4
与实施例1相比，不同之处在于，步骤S2中未加入正丙基二乙氧基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷。
对比例5
与实施例1相比，不同之处在于，步骤S2中未加入微纳纤维素。
实施例2
与实施例1相比，不同之处在于：
步骤S1采用KOH对纸浆纤维进行碱法蒸煮；
步骤S2改性纤维素的质量份数为50份。
实施例3
与实施例1相比，不同之处在于：
步骤S2加入的助剂为正丁基二乙氧基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷和甲壳素。
实施例4
与实施例1相比，不同之处在于：
步骤S2加入的助剂为正丁基二乙氧基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷和黄胶原。
实施例5
与实施例1相比，不同之处在于：
步骤S2加入的助剂为正丙基二乙氧基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷和黄胶原。
实施例6
与实施例1相比，不同之处在于：
步骤S1采用木浆纤维；
步骤S2填充物选择酒糟渣，所述酒糟渣经烘干和粉碎处理。
实施例7
与实施例1相比，不同之处在于：
步骤S1采用竹浆纤维，烧碱的用量为干原料重量的25wt％；
步骤S2填充物选择中药渣，所述中药渣中包含甘草、桂枝、黄连，在加入浆液中之前经过烘干和粉碎处理。
实施例8
与实施例1相比，不同之处在于：
步骤S2中改性纤维素、聚二甲基硅氧烷、微纳纤维素、咖啡渣，淀粉的质量份数分别为：100份、5份、5份、50份、30份，所加淀粉中直链淀粉含量为2wt％。
性能测试
1，防油性测试：抗油脂等级测定方法采用TAPPI T 559cm-12标准，具体为：用一系列不同体积比的蓖麻油、甲苯和正庚烷配制成12种不同表面张力的测试液(编号为1-12)。测试时，在距离待测纸浆模塑制品底部高25mm处滴下1滴测试液，15s后，擦去剩下的测试液，立即观察制品表面是否有渗透现象；重复测试，直到模塑制品表面被渗透而变色。该食品包装纸的防油度即不引起制品表面变色的等级最高的测试液的编号。防油等级越高，则表示食品包装纸的耐油性越强，实用性更好。结果如表1所示。
2，防水性测试：在测试之前将模塑制品在70°下真空干燥1h以去除水分。然后将预处理的样品浸入去离子水中1h来进行吸水测试。用干净的纸巾擦去多余的水分后，记录每个样品的重量。结果见表1。
3，降解性测试：环境温度：33-38℃；湿度：57％；野外条件下自然完全分解的时间。结果如表1所示。
表1实施例及对比例的测试结果
本发明所采用的助剂为改性生物质材料和/或无氟疏水剂，二者同时使用时具有很好的协同效果，防油等级在所有实施例中最高，防水性也最优异。低直链淀粉能显著改善模塑制品的加工性能，相对于未添加淀粉的对比例1以及直链淀粉较高的对比例2，模塑制品脱模后的外观更光滑平整有光泽，此外，有机填充材料与淀粉共用的实施例相对于单独使用的实施例表现出更加优异的降解性能，可能是有机填充剂和淀粉的存在促进了微生物对于纸塑材料的分解。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纸浆模塑制品，其特征在于，包含
改性纤维素50-100份；
助剂1-10份；
有机填充物20-50份；以及
淀粉，其中，所述淀粉中直链淀粉的占比不超过10wt%，所述淀粉相对于所述改性纤维素的质量百分比为10-50%。
2.根据权利要求1所述纸浆模塑制品，其特征在于，所述助剂为改性生物质材料和/或无氟疏水剂。
3.根据权利要求2所述纸浆模塑制品，其特征在于，所述改性生物质材料选自微纳纤维素、甲壳素、壳聚糖、黄原胶之一或其组合。
4.根据权利要求2所述纸浆模塑制品，其特征在于，所述无氟疏水剂为具有至少一个式-SiR(OR1)2或-Si(OR1)3的末端基团的聚二有机硅氧烷，其中R表示具有1-4个碳原子的烷基、取代的烷基、烯基或芳基，每个R1表示具有1-4个碳原子的烷基。
5.根据权利要求1所述纸浆模塑制品 ，其特征在于，所述有机填充物选自酒糟渣、咖啡渣、中药渣之一或其组合。
6.根据权利要求1所述纸浆模塑制品，其特征在于，所述改性纤维素的原料选自纸纤维、木纤维、竹纤维、甘蔗纤维、草纤维之一或其组合。
7.根据权利要求1所述的纸浆模塑制品，其特征在于，所述的改性纤维素采用碱法蒸煮得到，包括如下步骤：
1)在打碎的原料纤维中加入固体碱混合均匀，所述固体碱为氢氧化钠或氢氧化钾，其中固体碱的用量为干原料量的10-25wt％；
2)通入蒸汽进行加热，加热升温并恒温1-2小时，加热和恒温过程中保持搅拌状态；
3)将所得纤维进行洗涤，至洗水呈中性，得到改性纤维素。
8.一种纸浆模塑制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先制备改性纤维素浆料，以浆内施胶的方式依次在浆料中添加助剂、有机填充物，最后加入淀粉，得到含改性纤维素的水性组合物；将上述水性组合物转移至模具中进行模制和干燥作业，得到纸浆模塑产品。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述模制作业是通过将含改性纤维素的水性组合物在1000kPa至1500kPa下加压1分钟至10分钟来进行的；所述干燥作业包括在100℃至250℃下将压榨的浆料干燥，得到制品，以及将所得制品进行真空脱水1min至5min。
10.根据权利要求1-7任一项所述的纸浆模塑制品或权利要求8-9任一项所述的制备方法制备得到的纸浆模塑制品在中餐餐具或化妆品包装中的应用。
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