CN109852017A - 秸秆填充的全降解包装材料及其制备方法和瓦楞板制品 - Google Patents

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吴春
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Abstract

本发明属于包装材料技术领域，尤其涉及一种秸秆填充的全降解包装材料及其制备方法和瓦楞板制品，增韧改性的聚乳酸、农作物秸秆粉、加工助剂，在高混机中混合均匀后，经双螺杆混料机混炼后挤出得到秸秆填充的全降解包装材料粒料。得到的秸秆填充全降解包装材料粒料再经挤出、压延成薄片，通过热粘合机制成瓦楞板。本发明的原料易得、加工成型工艺简单，所得的瓦楞板强度高、耐撕裂性好、有较好的耐水性，可广泛用于制作各种垫板、挡板、托盘或包装箱、盒。本发明采用的主要材料均为健康环保、可自然降解和再生的资源，成本低廉，既可以回收再次利用，也可以弃置在环境中任其自然降解回归泥土，对环境不造成任何污染。

Description

秸秆填充的全降解包装材料及其制备方法和瓦楞板制品
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，尤其涉及一种秸秆填充的全降解包装材料及其制备方法和瓦楞板制品。
背景技术
目前，人们在生活和生产工作中使用的钙塑瓦楞板基本都是由聚乙烯(PE)、碳酸钙和少量助剂经高混、密炼或双螺杆混料机混合后，再由双辊机混炼、四辊压延机压延成薄片，最后通过板材成型机热粘合制成的三层瓦楞板，该瓦楞板还可以进一步裁剪后装订成钙塑箱、盒。这种钙塑瓦楞板质轻、强度高，可用于制作各种垫板、托盘、挡板或各种包装箱、盒。钙塑瓦楞板除了具有纸质瓦楞板的所有使用性能外，还具有纸质瓦楞板不具有的耐水、防潮，高抗冲、阻燃等性能。在许多国家都被当作重点推广的外包装材料，特别是在一些有液体渗出的产品包装上有着不可比拟的优势，如用于菜苗、蔬菜、瓜果、农药、机械零配件、雏禽等的包装运输上。但这种由聚烯烃制造的钙塑瓦楞板、箱、盒在一些不便于回收的地方，使用废弃后难以自然降解，易造成白色污染。
秸秆是自然界中产量最丰富的一种富含纤维素的天然高分子材料，它不但可以自然降解，而且还可以再生，每年都大量地从自然界中生长出来。就目前来看，我国在对秸秆作为材料的利用上是远远不够的，绝大部分秸秆都被当作废物来处理了。以前，秸秆主要被当作农村的燃料使用而消耗掉，但随着我国城镇化建设的推进和大量使用高能、清洁的天然气、煤后，秸秆就变成了一种负担，若不处理直接堆在田间则会妨碍耕种，若进行焚烧处理又会造成烟尘污染，若进行填埋又会消耗大量的人力、物力而浪费资源。但如果通过技术加工，充分利用秸秆富含纤维素而具有一定的强度、无毒、无害、可生物降解、可再生等优势，将秸秆变废为宝，一定会带来可观的效益。
目前国内对秸秆的深度处理方式主要有三种：一、通过物理和化学方法将秸秆中的纤维素提取出来再利用，但这种方式的工艺复杂，处理成本较高，更严重的是这种处理方式会产生大量的废物(废水、废气、废渣等)污染环境。二、将秸秆机械加工后，再结合物理和化学方法用粘接剂将秸秆加工成片材或板材，用于包装行业，但用这种方式制备的秸秆制品美观度不好、性能较差，附加值较低，难以得到大规模应用。三、将秸秆进行机械粗加工后结合生物技术，使秸秆转变为动物饲料或腐质肥料，这种方式同样存在处理技术不易掌握、劳动强度大，所得产品的附加值低等问题。
发明内容
针对目前所用聚烯烃钙塑包装材料难以自然降解和植物秸秆的利用困难、用秸秆制造的包装材料性能差、附加值低等不足，本发明提供了一种秸秆填充的全降解包装材料及其制备方法和瓦楞板制品，本发明以植物秸秆粉为主要填充物，可自然降解的合成高分子为胶结料，制备一种可完全自然降解的秸秆填充的包装材料，以及用该材料制备三层瓦楞板和瓦楞板包装箱、盒的方法。
为了实现上述目标，本发明的技术方案如下：
秸秆填充的全降解包装材料，其由以下原料按质量分数制备：增韧改性的聚乳酸45～65份，农作物秸秆粉25～45份，加工助剂10份。
其中，所述的加工助剂包括，纳米碳酸钙2～5份，滑石粉0～4份，液体石蜡1.8～2.0份，甘油0.24～0.8份，硬脂酸1.2～2.5份，硅烷偶联剂0.20～0.45份，总计10份。
农作物秸秆粉所用的秸秆为常见的农作物秸秆，包括高粱秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆以及甘蔗渣等；农作物秸秆收获后最好经过1个月左右的自然晾晒、风干，使其含水率降到15％以下，以便于贮存和进一步加工，干燥后的秸秆经过初步分选，不得有霉烂变质，夹杂泥沙、石头或其它杂物。将干燥后的农作物秸秆经旋刀式植物秸秆粉碎机，粉碎至直径为0.5mm以下的粉状颗粒。
可自然降解的合成高分子材料为增韧改性的聚乳酸。
该秸秆粉填充的全降解包装材料的制备方法，经干燥处理的农作物秸秆粉中依次加入加工助剂、聚乳酸，充分搅拌混合，得到复合物预混料；用双螺杆挤出造粒机挤出造粒，得到秸秆填充的全降解包装材料粒料。
具体包括以下步骤：
(1)按计量比例称取一定量的硅烷偶联剂、甘油和液体石蜡，置入玻璃容器中搅拌混合均匀，得到液体加工助剂；
按计量比例称取一定量的纳米碳酸钙、滑石粉和硬脂酸，置入容器中搅拌混合均匀，得到固体加工助剂；
(2)按计量比例称取经干燥处理的农作物秸秆粉，其含水率低于5％；加入到混合机中，边搅拌边通过喷洒的方式加入前面配制的液体加工助剂；搅拌均匀后，加入固体加工助剂，继续搅拌，混合均匀；最后加入计量的聚乳酸粉末或颗粒，充分搅拌混合，得到复合物预混料；
(3)选择螺杆长径比为35:1～45:1的平行双螺杆挤出造粒机，将混合好的复合物预混料加入到双螺杆挤出造粒机的加料斗中，设置双螺杆挤出机的料筒温度为160～190℃，出口模头的温度为170～185℃，螺杆转速为100～260转/分钟，待温度升高到预设值后开始挤出，然后通过风冷热切得到粒径为3～5mm的可全降解的秸秆填充的全降解包装材料粒料。
本发明还提供利用该秸秆填充的全降解包装材料制成产品的方法，秸秆填充的全降解瓦楞板，其制备方法包括以下步骤：选取一台普通的单螺杆挤出机，设置单螺杆挤出机的料筒温度为160～180℃，出口模头的温度为170～180℃，螺杆转速为100～200转/分钟，将前一步制备的粒料加入到单螺杆挤出机中，待温度升高到预设值后开始挤出。挤出的料条经两台双辊机混炼、薄通数次，然后牵入四辊压延机中压延成0.2～0.3mm厚的薄片，牵引、冷却后卷取成卷。最后通过通用的热粘合机热粘合制成厚度约4.0mm的三层瓦楞板。
该瓦楞板可以直接作为垫板、托盘、背板材料等使用，也可以进一步裁剪后装订成箱、盒，作为工农业产品的外包装。
本发明利用农业生产时产生的农作物秸秆作为主要填充料，干燥粉碎后直接使用，不但原料来源广泛、充足，而且不再产生其他废弃物，不会产生任何的环境污染问题。生产工艺采用现有的钙塑瓦楞板生产方式，所需设备简单，可以通过调整配方，得到不同性能要求的产品，工艺应变能力强，便于大批量生产。生产过程中能耗少、无污染，产生的废料可以重复使用，完全无三废排放。本发明所得的产品可以为薄片状(直接作为包装纸、膜使用)，也可以成瓦楞板状(直接作为垫板、托盘、背板材料使用)，还可以进一步将瓦楞板裁剪后装订成箱、盒，用于各种产品的外包装。产品使用后既可以回收再次利用，也可以弃置在环境中任其自然降解回归泥土，对环境不造成任何污染。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
将经过干燥处理的农作物秸秆用旋刀式植物秸秆粉碎机，粉碎至直径为0.5mm以下的粉状颗粒。然后按照表中的配方比例，称取一定量的硅烷偶联剂、甘油和液体石蜡，置入一个玻璃容器中搅拌混合均匀，得到液体加工助剂；按计量比例称取一定量的纳米碳酸钙、滑石粉和硬脂酸，置入容器中搅拌混合均匀，得到固体加工助剂；按计量比例称取经干燥处理的农作物秸秆粉(其含水率要低于5％，若含水率过高，应做进一步的干燥处理)，加入到搅拌混合机中，边搅拌边通过喷洒的方式加入前面配制的液体加工助剂。搅拌均匀后，加入固体加工助剂，继续搅拌，混合均匀。最后加入计量的聚乳酸粉末或颗粒，充分搅拌混合均匀，得到复合物预混料。
选择螺杆长径比为35:1～45:1的平行双螺杆挤出造粒机，将混合好的复合物预混料加入到双螺杆挤出造粒机的加料斗中，设置双螺杆挤出机的料筒温度为160～190℃，出口模头的温度为170～185℃，螺杆转速为100～260转/分钟，待温度升高到预设值后开始挤出，然后通过风冷热切得到粒径为3～5mm的秸秆填充的可全降解包装材料粒料。
用一台普通的单螺杆挤出机，设置单螺杆挤出机的料筒温度为160～180℃，出口模头的温度为170～180℃，螺杆转速为100～200转/分钟，将前一步制备的粒料加入到单螺杆挤出机中，待温度升高到预设值后开始挤出。挤出的料条经两台双辊机混炼、薄通数次，然后牵入四辊压延机中压延成0.2～0.3mm厚的薄片，牵引、冷却后卷取成卷。最后通过通用的热粘合机热粘合制成厚度约4.0mm的三层瓦楞板。
表1瓦楞板的基本物理性能
表1中是6种不同配方的复合料的配方比例，以及由该配方制得的厚度约4.0mm的三层瓦楞板的基本物理性能。

Claims (6)

1.秸秆填充的全降解包装材料，其特征在于，由以下原料按质量分数制备：增韧改性的聚乳酸45～65份，农作物秸秆粉25～45份，加工助剂10份。
2.根据权利要求1所述的秸秆填充的全降解包装材料，其特征在于，所述的加工助剂包括，纳米碳酸钙2～5份，滑石粉0～4份，液体石蜡1.8～2.0份，甘油0.24～0.8份，硬脂酸1.2～2.5份，硅烷偶联剂0.20～0.45份，总计10份。
3.根据权利要求2所述的秸秆填充的全降解包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：经干燥处理的农作物秸秆粉中依次加入加工助剂、聚乳酸，充分搅拌混合，得到复合物预混料；用双螺杆挤出造粒机挤出造粒，得到秸秆填充的全降解包装材料粒料。
4.根据权利要求3所述的秸秆填充的全降解包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按计量比例称取一定量的硅烷偶联剂、甘油和液体石蜡，置入玻璃容器中搅拌混合均匀，得到液体加工助剂；
按计量比例称取一定量的纳米碳酸钙、滑石粉和硬脂酸，置入容器中搅拌混合均匀，得到固体加工助剂；
(2)按计量比例称取经干燥处理的农作物秸秆粉，其含水率低于5％；加入到混合机中，边搅拌边通过喷洒的方式加入前面配制的液体加工助剂；搅拌均匀后，加入固体加工助剂，继续搅拌，混合均匀；最后加入计量的聚乳酸粉末或颗粒，充分搅拌混合，得到复合物预混料；
(3)选择螺杆长径比为35:1～45:1的平行双螺杆挤出造粒机，将混合好的复合物预混料加入到双螺杆挤出造粒机的加料斗中，设置双螺杆挤出机的料筒温度为160～190℃，出口模头的温度为170～185℃，螺杆转速为100～260转/分钟，待温度升高到预设值后开始挤出，然后通过风冷热切得到粒径为3～5mm的可全降解的秸秆填充的全降解包装材料粒料。
5.秸秆填充的全降解瓦楞板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用单螺杆挤出机，设置单螺杆挤出机的料筒温度为160～180℃，出口模头的温度为170～180℃，螺杆转速为100～200转/分钟，将权利要求1或2的秸秆填充的全降解包装材料粒料加入到单螺杆挤出机中，待温度升高到预设值后开始挤出；
(2)挤出的料条经两台双辊机混炼、薄通数次，然后牵入四辊压延机中压延成0.2～0.3mm厚的薄片，牵引、冷却后卷取成卷；
(3)通过热粘合机热粘合制成瓦楞板。
6.秸秆填充的全降解瓦楞板，其特征在于，根据权利要求5制备得到。
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