CN102408584A - 一种秸秆基包装材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种秸秆基包装材料的制备方法，属于包装材料及制造领域。本发明将玉米、水稻、小麦等废弃农作物秸秆经机械粉碎、干燥后，添加廉价的胶黏剂和填料，经模压、风干等工序制备而成。本发明的特点是秸秆来源丰富充足，价格低廉；所添加的胶黏剂均为可自然降解材料，且含量低，生产过程简单能耗低，污染少。本产品经添加碳酸钙、滑石粉等无机填料后，在较小的成型压力下即可制备得到具有一定强度的新型的绿色包装材料，满足果蔬、禽蛋、药品、玻璃制品、瓷器等小型物品的包装运输要求。

Description

一种秸秆基包装材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种秸秆基包装材料的制备方法，是以小麦、水稻、玉米、花生壳等农作物废弃物为基料，添加常用的胶黏剂和无机填料以增加包装材料的强度，采用热模压成型技术制备包装材料的方法，属于包装材料及制造领域。

背景技术

近年来，国内外所使用的包装材料大多为塑料制品，例如发泡聚苯乙烯(EPS)、聚丙烯(PP)材料等。这类塑料包装制品虽然质轻，但是无法在自然界中生物降解，造成了严重的白色污染，后续的清污处理困难极大，带来了严重的社会负面效应。而且随着石油资源的枯竭，开采成本的提升，塑料制品的价格必将随之上涨。

随着我国科技水平的提高以及社会需求的增长，粮、棉等农作物的产量逐年提高，每年形成7亿吨左右的秸秆资源，其中大部分被焚烧，不仅没有使秸秆资源得到有效的再利用，而且造成了环境污染，向空气中排放了大量的二氧化碳和固体微粒。秸秆是一种可再生的生物资源，利用现代化工和生物技术，将秸秆本身或秸秆中的不同组分制备成工业、农业、生物等领域的产品，不仅开发了新的资源利用方式，增强可持续发展的能力，而且缓解了大量秸秆被焚烧所带来的环境污染问题，开辟节能减排新途径，具有重要的经济、政治和环境意义。

利用稻杆、麦杆等农业废弃物经混合、模压等干法加工制成植物纤维缓冲包装材料是一种变废为宝的有效途径。将粘合剂以及无机填料添加入秸秆当中能有效提升包装材料的强度，拓宽材料的应用领域，提升应用价值。制得的包装材料不仅具有良好的使用性能和力学强度，并能实现自行降解，减少白色污染。为此国内外都在积极研究新型包装材料以实现替代塑料制品。其中，张光瑞等人的发明专利(专利公开号为CN1040768)以植物的杆、茎、叶作为主要原料，加入粘合剂后在常温下压制成型。杨中平等人的发明专利(专利公开号为CN1129664A)是以玉米秸秆中的髓为原料，在不添加粘合剂的情况下经热模压成型制备包装材料。

目前，国内外以生物质材料为基体的包装材料中很少添加无机填料，因此在成型加工要求成型压力较大，才能使得生物质在热压成型过程中结合的较为致密，制品具有较好的机械强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有成本低廉、质轻、力学强度好、工艺简单以及无污染的一种秸秆基包装材料的制备方法。

按照本发明提供的技术方案：一种秸秆基包装材料的制备方法，其配方比例按重量份计，步骤如下：

(1)粉碎：取农作物废弃物，机械粉碎后过40目筛，得到秸秆粉料待用；

(2)混合：取30-100份的淀粉和15-30份聚乙烯醇，溶解于30-100份85-95℃水中，制得糊状物；加入30-100份的秸秆粉料，搅拌后混合均匀；加入溶于50-60℃水中的胶黏剂15-50份，再加入无机填料15-100份，搅拌后混合均匀，得到混合物；

(3)模压成型：将所得混合物加入到模具中模压成型；模压温度为120℃，模压时间为2-5小时，模压压力为400000Pa；

(4)风干：将模压成型的混合物取出在自然条件风干24-48小时，修边成型后即制得秸秆基包装材料。

所述胶黏剂为硅酸钠和氟硅酸钠。

所述无机填料为碳酸钙或滑石粉。

所述农作物废弃物为麦秸、玉米、水稻和花生壳中之一或任意几种的任意比例组合。

秸秆基包装材料性能评价测定：

1、悬臂梁冲击强度测定：

测试按照GB5471有关规定进行制备，将每个需要测试的样品分成五份，连续测试五次，求取平均值。

冲击强度单位为(KJ/m²)，计算式如下：

$a=\frac{W}{h\×b}\×{10}^3$

式中

a-材料的冲击强度，KJ/m²；

W-破坏试样吸收并修正后的能量值，J；

b-试样宽度，mm；

h-试样厚度，mm；

2、吸潮性能测定：秸秆基包装材料在自然条件下能够吸收空气当中的水分，使其重量增加，力学强度降低，因此需要测量样品的吸潮率。计算吸潮率时计算式如下：

$k=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\×100\%$

其中：k-吸潮率/％；Q₁-吸湿后重量/g；Q₂-吸湿后重量/g；

本发明的有益效果：

1、本发明利用我国每年产出量巨大的农作物废弃物如小麦、玉米、水稻等的秸秆作为包装材料的基材，其来源广泛、制备过程简单，所需设备较少，适宜于制备平面模压包装制品。

2、本发明使用无机填料作为包装材料的增强材料，淀粉和聚乙烯醇可以较好的包覆在无机填料的表面，使得无机填料与秸秆基材的结合力增强，因此在热压成型时可以采用较小的压力即能使得材料具有较好的强度。根据对比实验测算，添加无机填料的包装材料比不使用无机填料的包装材料的机械强度提高了60％以上，满足作为小型包装材料的使用要求；

3、本发明因使用碳酸钙、滑石粉等常规无机填料，可以有效改善秸秆包装材料的外观，使其具有较好的整洁度；

4、本发明可广泛应用于蔬菜、果品、药品、禽蛋、玻璃以及陶瓷制品等小型物品的包装，应用领域广泛，并且具有较好的经济应用前景。

附图说明

图1本发明秸秆基包装材料成型结构示意图。

具体实施方式

以下实施例和对比例对本发明进行进一步的描述，但本发明并不仅限于这些实施例。

对比实施例1

取农作物废弃物，机械粉碎后过40目筛，得到秸秆粉料；取10g淀粉和4g聚乙烯醇分别充分溶解在90℃水中待用，取粉碎过筛后的秸秆粉料30g加入其中，在搅拌器中搅拌至混合均匀。将20g的Na₂SiO₃和2g的Na₂SiF₆溶解在50℃的水中形成均相溶液，然后倒入混合物中，混合后倒入磨具中模压，模压温度为120℃，模压时间为2-5小时，模压压力为400000Pa；在自然条件下风干24小时，即得对比包装材料。

测得样品冲击强度为0.456KJ·m^-2，一周吸潮率为3.0％。

实施例1

取农作物废弃物，机械粉碎后过40目筛，得到秸秆粉料；将10g淀粉和4g聚乙烯醇分别充分溶解在90℃水中待用，取粉碎过筛后的秸秆粉料30g加入其中，在搅拌器中搅拌至混合均匀。将20g的Na₂SiO₃和2g的Na2SiF₆溶解在55℃的水中形成均相溶液，然后倒入混合物中，再加入10g碳酸钙，混合后倒入磨具中模压，模压温度为120℃，模压时间为2-5小时，模压压力为400000Pa；在自然条件下风干24小时即制得秸秆基包装材料。

测得样品冲击强度为0.677KJ·m^-2，一周吸潮率为3.2％。

如图1所示，无机填料(2)被胶黏剂(1)所覆盖，进而使得无机填料在秸秆基材(3)中的分散性得到提高，并同时增加其与秸秆基材(3)的结合力，提升了材料的机械强度。

实施例2

取农作物废弃物，机械粉碎后过40目筛，得到秸秆粉料；将10g淀粉和4g聚乙烯醇分别充分溶解在85℃水中待用，取粉碎过筛后的秸秆粉料30g加入其中，在搅拌器中搅拌至混合均匀。将20g的Na₂SiO₃和2g的Na2SiF₆溶解在50℃的水中形成均相溶液，然后倒入混合物中，再加入20g碳酸钙，混合后倒入磨具中模压，模压温度为120℃，模压时间为2-5小时，模压压力为400000Pa；在自然条件下风干24小时即制得秸秆基包装材料。

测得样品冲击强度为0.552KJ·m^-2，一周吸潮率为3.3％。

实施例3

取农作物废弃物，机械粉碎后过40目筛，得到秸秆粉料；将10g淀粉和4g聚乙烯醇分别充分溶解在85℃水中待用，取粉碎过筛后的秸秆粉料30g加入其中，在搅拌器中搅拌至混合均匀。将20g的Na₂SiO₃和2g的Na2SiF₆溶解在55℃的水中形成均相溶液，然后倒入混合物中，再加入28g碳酸钙，混合后倒入磨具中模压，模压温度为120℃，模压时间为2-5小时，模压压力为400000Pa；在自然条件下风干24小时即制得秸秆基包装材料。

测得样品冲击强度为0.498KJ·m^-2，一周吸潮率为3.3％。

实施例4

取农作物废弃物，机械粉碎后过40目筛，得到秸秆粉料；将10g淀粉和4g聚乙烯醇分别充分溶解在95℃水中待用，取粉碎过筛后的秸秆粉料30g加入其中，在搅拌器中搅拌至混合均匀。将20g的Na₂SiO₃和4g的Na₂SiF₆溶解在55℃的水中形成均相溶液，然后倒入混合物中，再加入10g碳酸钙，混合后倒入磨具中模压，模压温度为120℃，模压时间为2-5小时，模压压力为400000Pa；在自然条件下风干24小时即制得秸秆基包装材料。

测得样品冲击强度为0.763KJ·m^-2，一周吸潮率为3.7％。

Claims (4)

1. 一种秸秆基包装材料的制备方法，其特征是：其配方比例按重量份计，步骤如下：

（1）粉碎：取农作物废弃物，机械粉碎后过40目筛，得到秸秆粉料；

（2）混合：取30-100份的淀粉和15-30份聚乙烯醇，溶解于30-100份85-95℃水中，制得糊状物；加入30-100份的秸秆粉料，搅拌后混合均匀；加入溶于50-60℃水中的胶黏剂15-50份，再加入无机填料15-100份，搅拌后混合均匀，得到混合物；

（3）模压成型：将所得混合物加入到模具中模压成型；模压温度为120℃，模压时间为2-5小时，模压压力为400000Pa；

（4）风干：将模压成型的混合物取出在自然条件风干24-48小时，修边成型后即制得秸秆基包装材料。

2.根据权利要求1所述秸秆基包装材料的制备方法，其特征是：所述胶黏剂为硅酸钠和氟硅酸钠。

3.根据权利要求1所述秸秆基包装材料的制备方法，其特征是：所述无机填料为碳酸钙或滑石粉。

4.根据权利要求1所述秸秆基包装材料的制备方法，其特征是：所述农作物废弃物为麦秸、玉米、水稻和花生壳之一或任意几种的任意比例组合。