CN1958655A - 一种可降解难燃发泡缓冲包装材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明目的是提供一种可降解难燃发泡缓冲包装材料及其制造方法，以天然双烯类高聚物天然橡胶作为基材，用它把植物纤维粉末、珍珠岩、阻燃剂及其他原料联结形成一定的形体，同时加入增塑剂、软化剂、发泡剂，阻燃剂为氢氧化镁，聚磷酸铵。上述配方制造的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其密度(g/cm2)0.1－0.2，疏松度3000－5000孔/cm3，动态缓冲系数1.0－1.2，静态缓冲系数3.5－3.9，燃烧性能测定(垂直燃烧法)为FV－1等级，霉菌浸蚀试验IV级。
Description
技术领域
本发明涉及一种缓冲包装材料及其制造方法，尤其涉及一种可降解难燃的缓冲包装材料及其制造方法。
背景技术
目前，国内外使用的缓冲包装材料是发泡塑料如EPS，EPE和纸浆模塑，纸板等；国外使用的是以淀粉为主要基材的发泡缓冲包装材料。EPS和EPE存在着不能降解的问题，纸浆模塑和纸板包装材料虽然可降解，但造纸前期会对环境造成影响。淀粉类发泡缓冲包装材料，由于使用的是价格较高的高直链的变形淀粉为原料，与通用塑料(EPS)相比价格高影响其大量应用。所以，人们都寻找可降解的缓冲包装材料。天津商学院包装工程系王高升等在《包装工程》2001第6期论文“农作物秸秆缓冲包装材料的研制”，该文献报道了以农作物秸秆为主要原料制备缓冲包装材料，是以玉米秸秆的芯部为主要原料和橡胶粘合剂混合，采用模压成型技术，制备有一定强度和缓冲性能的绿色包装材料，但此研究未涉及发泡步骤，也没有添加无机填料，仅靠玉米秸秆的芯部天然泡沫结构，使材料具有一定的缓冲性能。武汉远东绿世界公司的苏笑海2000年申请的中国专利(申请专利号：CN00114543.6)“双发泡植物纤维包装材料”，该申请专利采用植物纤维、植物淀粉、填料、辅料为主要原料制成，主要以改性淀粉为基质。吕启晟1997年申请的专利“可生物降解复合缓冲包装材料”(申请号CN97109166.8)是以膨化淀粉制品、胶粘剂、篐面纸、等复合而成的发泡材料。它主要是将橡胶经过加工制成的粘合剂粘结起来。未见采用无机填料。西安建筑科技大学1999年申请的中国专利“秸秆纤维发泡减震缓冲包装材料及其生产方法”中的材料采用农作物秸秆粉碎物和粘结剂为原料，添加交连剂、催化剂和发泡剂，经混合、交连反应、发泡、浇注、烘烤定型、自然干燥而制成，但在制造过程中使用甲醛为交联剂，而且使用淀粉基和聚乙烯醇混合使用，材料外观为硬质的。南通工学院景晓辉等在《包装工程》1999年06期的论文“植物纤维泡沫包装材料的研究”中的材料采用淀粉为材料的粘合剂，加工采用浇注成型，未使用双烯类高分子树脂为基质。徐华1999年申请的中国专利“可降解的缓冲包装材料的制备工艺”(专利申请号为CN99113950.X)中的材料采用玉米棒芯和/或玉米秆芯和/或高粱秆芯和/或一年生轻质植物材料为发泡原料母体，使用淀粉为粘合剂，经过压铸成型而成。未使用双烯类高分子树脂为基质。杨光立等人2002年申请的中国专利“一种发泡可降解材料组合物及其生产方法”(专利申请号CN02117560.8)中的材料使用淀粉膨化，二次成型而成，为食品膨化技术，未使用双烯类高分子树脂为基质。中国科学院长春应用化学研究所2003年的中国专利“一种可完全生物降解的泡沫缓冲包装材料及其制造方法”(专利申请号CN200310110045.6)中的材料采用淀粉和聚乙烯醇，使用物理发泡。未使用双烯类高分子树脂为基质，也未使用无机填料。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降解难燃发泡缓冲包装材料。本发明中的天然双烯类高聚物天然橡胶是作为基材使用，它可把植物纤维粉末，珍珠岩，阻燃剂及原料联结形成一定的形体；同时天然橡胶是一种可降解的材料。植物纤维粉末是农作物废弃秸秆，木材锯末，它是可降解难燃缓冲包装材料的填料，起到增加体积，减少密度的作用，同时也是可降解的材料。珍珠岩是一种微孔无机填料，在可降解难燃缓冲包装材料中作为填料，起到增加体积，减少密度，支撑发泡的作用。增塑剂环烷油是对天然高分子材料起到表面润浸作用，有利于材料之间的界面结合，且环烷油可降解。软化剂机油是使天然高分子更加塑化，在满足工艺加工的的同时能够减少天然橡胶的用量，同时使可降解难燃缓冲包装材料具有一定的柔软度，机油可以降解。发泡剂可以是发泡剂AC、发泡剂H、发泡剂OBSA中的任一种或两种，用两种可以得到大小孔径不同的发泡结果；发泡剂主要是产生氮气发泡，对环境无不良影响。发泡成核剂是轻质碳酸钙。阻燃剂为氢氧化镁，聚磷酸铵，可以是二种阻燃剂同时使用或独立使用，添加阻燃剂氢氧化镁和聚磷酸铵，可以使缓冲包装材料难燃，由于缓冲材料中的植物纤维粉末，增塑剂环烷油，软化剂机油及天然橡胶都是有机物或高分子材料，在温度高时能够燃烧。加入阻燃剂氢氧化镁和磷酸铵可以阻止其燃烧，使之成为难燃的缓冲包装材料。
具体实施方式
本发明的一种可降解难燃发泡缓冲包装材料组成以重量份计，其中：天然双烯类聚合物100份，植物纤维粉末100-150份，珍珠岩50-150份，增塑剂5-20份，软化剂20-70份，发泡剂5-15份，发泡成核剂10-50份，阻燃剂10-60份。上述材料中，天然双烯类聚合物为天然橡胶可以是1号烟片胶，2号烟片胶，3号烟片胶或20号标准胶，其中3号烟片胶为好。植物纤维粉末为农作物废弃秸秆粉末、木材锯末的一种或两种混合，秸秆粉末的平均粒径为0.01-1.5mm，其中平均粒径在0.01-0.1mm的秸秆粉末和平均粒径在0.05-1.5mm的木材锯末混合使用为好，其重量比例为秸秆粉末∶木材锯末为65∶35，重量份为120份时力学性能最佳。珍珠岩可以是平均粒径在0.05-2.0mm之间，其中平均粒径为0.3-1.0mm的为最佳，重量份为120份为最佳。增塑剂可用环烷油。软化剂为工业机油，工业机油可为0号、10号或20号机油，其中以10号机油，50份为佳。发泡剂为发泡剂AH、H、OBSH中的一种或两种的混合，其中重量份8份为佳。发泡成核剂是轻质碳酸钙，粒径为0.01-0.1mm重量份15份为佳。阻燃剂可以是氢氧化镁和聚磷酸铵同时使用。氢氧化镁和聚磷酸铵的重量比为5∶1为好，氢氧化镁的粒径为0.01-0.1mm，聚磷酸铵的粒径为0.01-0.1mm，其中重量份为20-40份就有较好的阻燃效果。
一种可降解难燃发泡缓冲包装材料的制备工艺分为4个工序，工序1塑化工序、工序2高速搅拌混合粉料工序、工序3混炼工序、工序4加温发泡工序。下面分别说明各工序。
1先将天然橡胶塑炼，设备用开放式炼胶机或密炼机。塑炼到一定可塑度时停机出料，以备后续工序使用。再将塑炼过的天然橡胶加入增塑剂制成有一定可塑性的母胶。2高速搅拌混合粉料工序，按照配方的要求称量好各组分，将各组分放入高速搅拌机中进行混合，得到混合粉料，然后停放24小时以上备用。3混炼工序，把母胶和混合粉料在开放式炼胶机或密炼机中混炼，混炼均匀后下片。4加温发泡工序，把上述工序下好片切成一定形状，放入模具中加温发泡，制备出可降解难燃发泡缓冲包装材料。
实施例1：
以重量份计，用100份3号天然橡胶在开炼机中塑炼30秒后，薄通3次。再将5份环烷油加入，30-45秒钟后薄通3次后下片制成母胶。用50份麦秸粉平均粒径0.05-0.2mm和50份材料锯末平均粒径为0.5-1.0mm，50份珍珠岩平均粒径0.1-1mm。20份标号10号的机油，5份发泡剂OBSH，10份轻质碳酸钙，15份氢氧化镁，5份聚磷酸铵一起加入到高速搅拌机中进行搅拌。搅拌时间为8-10分钟，将混合好的混合料粉放出，然后停放24小时后以备用。再把开炼机调整到辊距在3-4mm，温度在50±1℃时将母胶加入，待包辊后把混合料粉加入，混炼3-5分钟，然后下片。片的厚度3mm-4mm，将从开炼机上下的3-4mm片切成290*290mm尺寸大小，2片叠加放入300*300*25mm的钢质模具中，然后将模具放入温度在150℃的平板加热机上加热15分钟，到规定时间后从平板加热机上取出模具，打开模具可得到300*300*25mm的可降解难燃发泡缓冲包装材料。
实施例2：
以重量份计，用100份2号天然橡胶在开炼机中塑炼30秒后，薄通3次。再将10份环烷油加入，30-45秒钟后薄通3次后下片制成母胶。用60份麦秸粉平均粒径0.05-0.2mm和65份材料锯末平均粒径为0.5-1.0mm，70份珍珠岩平均粒径0.1-1mm。30份标号10号的机油，5份发泡剂AC，5发泡剂OBSH，10份轻质碳酸钙，25份氢氧化镁，8份聚磷酸铵一起加入到高速搅拌机中进行搅拌。搅拌时间为8-10分钟，将混合好的混合料粉放出，然后停放24小时后以备用。再把开炼机调整到辊距在3-4mm，温度在50±1℃时将母胶加入，待包辊后把混合料粉加入，混炼3-5分钟，然后下片。片的厚度3mm-5mm，片的厚度3mm-5mm，将从开炼机上下的3-5mm片切成290*290mm尺寸大小，2片叠加将从开炼机上下的3-5mm片放入300*300*25mm的钢质模具中，然后将模具放入温度在150℃的平板加热机上加热15-20分钟，到规定时间后从平板加热机上取出模具，打开模具可得到300*300*25mm的可降解难燃发泡缓冲包装材料。
实施例3：
以重量份计，用70份麦秸粉平均粒径0.05-0.2mm和70份材料锯末平均粒径为0.5-10mm，80份珍珠岩平均粒径0.1-1mm。20份标号0号的机油，5份发泡剂AC，5份发泡剂H，40份轻质碳酸钙，15份氢氧化镁，5份聚磷酸铵一起加入到高速搅拌机中进行搅拌。搅拌时间为8-10分钟，将混合好的混合料粉放出，然后停放24小时后以备用。用100份3号天然橡胶在密炼机中塑炼，20秒后。再将10份环烷油加入。经30-45秒钟后，将混合好的混合料粉加入，温度在70±10℃混炼3-5分钟，然后排料，下片。下片用下片机，片的厚度3mm-5mm，将从开炼机上下的3-5mm片切成290*290mm尺寸大小，2片叠加放入300*300*25mm的钢质模具中，然后将模具放入温度在150℃的平板加热机上加热20分钟，到规定时间后从平板加热机上取出模具，打开模具可得到厚度在25mm300*300*25mm的可降解难燃发泡缓冲包装材料。
实施例4：
以重量份计，用100份2号天然橡胶在开炼机密炼机中塑炼，30秒后，薄通3次。再将10份环烷油加入，30-45秒钟后薄通3次后下片制成母胶。用80份麦秸粉平均粒径0.05-0.2mm和75份材料锯末平均粒径为0.5-10mm，90份珍珠岩平均粒径0.1-1mm。30份标号0号的机油，8份发泡剂AC，5份发泡剂OBSH，40份轻质碳酸钙，10份氢氧化镁，5份聚磷酸铵一起加入到高速搅拌机中进行搅拌。搅拌时间为8-10分钟，将混合好的混合料粉放出，然后停放24小时后以备用。再把开炼机调整到辊距在3-4mm，温度在50±1℃时将母胶加入，待包辊后把混合料粉加入，混炼3-5分钟，然后下片。片的厚度3mm-5mm，将从开炼机上下的3-5mm片切成290*290mm尺寸大小，2片叠加放入300*300*25mm的钢质模具中，然后将模具放入温度在150℃的平板加热机上加热20分钟，到规定时间后从平板加热机上取出模具，打开模具可得到300*300*25mm的可降解难燃发泡缓冲包装材料。
实施例5：
以重量份计，用100份1号天然橡胶在开炼机中塑炼，30秒后，薄通3次。再将90份环烷油加入，30-45秒钟后薄通3次后下片制成母胶。用50份麦秸粉平均粒径0.05-0.2mm和80份材料锯末平均粒径为0.5-10mm，100份珍珠岩平均粒径0.1-1mm。20份标号10号的机油，5份发泡剂AC，8份发泡剂OBSH，40份轻质碳酸钙，25份氢氧化镁，5份聚磷酸铵一起加入到高速搅拌机中进行搅拌。搅拌时间为8-10分钟，将混合好的混合料粉放出，然后停放24小时后以备用。再把开炼机调整到辊距在3-4mm，温度在50±1℃时将母胶加入，待包辊后把混合料粉加入，混炼3-5分钟，然后下片。片的厚度3mm-4mm，将从开炼机上下的3-4mm片切成290*290mm尺寸大小，2片叠加放入300*300*25mm的钢质模具中，然后将模具放入温度在150℃的平板加热机上加热20分钟，到规定时间后从平板加热机上取出模具，打开模具可得到300*300*25mm的可降解难燃发泡缓冲包装材料。
实施例6：
以重量份计，用100份3号天然橡胶在开炼机中塑炼，30秒后，薄通3次。再将15份环烷油加入，30-45秒钟后薄通3次后下片制成母胶。用90份麦秸粉平均粒径0.05-0.2mm和85份材料锯末平均粒径为0.5-10mm，120份珍珠岩平均粒径0.1-1mm。60份标号10号的机油，5份发泡剂AC，5份发泡剂OBSH，40份轻质碳酸钙，15份氢氧化镁，5份聚磷酸铵一起加入到高速搅拌机中进行搅拌。搅拌时间为8-10分钟，将混合好的混合料粉放出，然后停放24小时后以备用。再把开炼机调整到辊距在3-4mm，温度在50±1℃时将母胶加入，待包辊后把混合料粉加入，混炼3-5分钟，然后下片。片的厚度3mm-4mm，将从开炼机上下的3-4mm片切成290*290mm尺寸大小，3片叠加放入300*300*25mm的钢质模具中，然后将模具放入温度在153℃的平板加热机上加热25分钟，到规定时间后从平板加热机上取出模具，打开模具可得到厚度在25mm300*300*25mm的可降解难燃发泡缓冲包装材料。
实施例7：
以重量份计，用90份麦秸粉平均粒径0.05-0.2mm和60份材料锯末平均粒径为0.5-10mm，150份珍珠岩平均粒径0.1-1mm。70份标号10号的机油，5份发泡剂H，10份发泡剂OBSH，50份轻质碳酸钙，50份氢氧化镁，10份聚磷酸铵一起加入到高速搅拌机中进行搅拌。搅拌时间为15-20分钟，将混合好的混合料粉放出，然后停放24小时后以备用。用100份1号天然橡胶在密炼机中塑炼40秒后，再将20份环烷油加入，30-45秒再把混合好的混合料粉加入，温度在50-70℃混炼3-5分钟然后排料，排料后用下片机下片。片的厚度4mm-5mm，将从开炼机上下的4-5mm片切成290*290mm尺寸大小，3片叠加放入300*300*25mm的钢质模具中，然后将模具放入温度在160℃的平板加热机上加热25分钟，到规定时间后从平板加热机上取出模具，打开模具可得到厚度在25mm300*300*25mm的可降解难燃发泡缓冲包装材料。
上述配方和工艺制造的可降解难燃发泡缓冲包装材料理化性能，霉菌浸蚀试验IV级，其密度(g/c m2)在0.1-0.2，疏松度在3000-5000孔/cm3，动态缓冲系数在1.0-1.2，静态缓冲系数在3.5-3.9。燃烧性能测定(垂直燃烧法)为FV-1等级。
Claims (11)
1.一种可降解难燃发泡缓冲包装材料，采用了含有双烯烃类的天然高聚物，植物纤维粉末，珍珠岩，增塑剂，软化剂，发泡剂，发泡成核剂，阻燃剂，其特征在于所述成分的重量份为：
天然双烯烃类高聚物 100份；
植物纤维粉末 50-150份；
珍珠岩 50-150份；
增塑剂 5-20份；
软化剂 20-70份；
发泡剂 5-15份；
发泡成核剂 10-50份；
阻燃剂 10-60份。
2.根据权利要求1所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于天然双烯烃类聚合物为天然橡胶。
3.根据权利要求1所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于所述植物纤维粉末的重量份为120份，植物纤维粉末可为农作物废弃秸秆粉末、木材锯末，其中的一种或两种以上物质的组合物。
4.根据权利要求3所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于在秸秆粉末、木材锯末的平均粒径为0.01-1.5mm，重量比为：秸秆粉末∶木材锯末为65∶35。
5.根据权利要求1所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于所述的珍珠岩的重量份为120份，珍珠岩的粒径为0.05-2mm。
6.根据权利要求1所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于所述的增塑剂为环烷油。
7.根据权利要求1所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于所述的软化剂的重量份为50份，软化剂为工业机油，标号可为0号、10号或20号。
8.根据权利要求1所述的一种可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于所述发泡剂重量分为8份，发泡剂可为发泡剂AC，发泡剂H，发泡剂OBSH中的一种或两种组合。
9.根据权利要求1所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于所述发泡成核剂重量分15份，发泡成核剂为轻质碳酸钙，粒径为0.01-0.1mm。
10.根据权利要求1所述的可降解难燃发泡缓冲包装材料，其特征在于所述的阻燃剂重量份比20-40份，阻燃剂是氢氧化鎂和聚磷酸铵，氢氧化鎂的粒径为0.01-0.1mm，聚磷酸铵的粒径为0.01-0.1mm。
11.一种可降解难燃发泡缓冲包装材料的制造方法，其特征在于：
(1)将天然橡胶在开炼机中塑炼后薄通，制成母胶，再将塑炼过的橡胶加入增塑剂制成可塑性母胶；
(2)将含有双烯类的天然高聚物、植物纤维粉末、珍珠岩、增塑剂、软化剂、发泡剂、发泡成核剂、和阻燃剂按权利要求1中的配方比例一起加入高速搅拌机中搅拌，得到混合粉料，然后停放24小时以上备用；
(3)把以上工序中制得的母胶和混合粉料在炼胶机或密炼机中混炼，混炼均匀后用下片机下片；
(4)把上述工序下好的片切开，两片或三片叠放入模具中加热发泡，制造出可降解难燃发泡缓冲包装材料。
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