CN112454600A - 一种生物基包装盒的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及包装盒领域，具体公开了一种生物基包装盒的生产工艺，包括如下步骤：S1秸秆处理：先将玉米秸秆浸入第一处理液中，浸泡1‑2h后取出，再经水洗、干燥，接着浸入第二处理液内，温度40‑50℃，处理20‑30min后取出，然后经干燥、切碎，得到秸秆料，所述第一处理液为10‑20wt%氢氧化钠溶液，所述第二处理液为3‑5wt%偶联剂；S2热压制板：混合秸秆料和胶黏剂，再经热压制得厚度为3‑4mm的纸板，温度130‑150℃，时间60‑90s，压力为1‑2MPa；S3加工成型：纸板经加工制成包装盒。秸秆纤维经过预处理，其与胶黏剂的结合强度大大提高，进而有利于提高成型纸板的耐破强度。

Description

一种生物基包装盒的生产工艺
技术领域
本申请涉及包装盒的领域，更具体的说，它涉及一种生物基包装盒的生产工艺。
背景技术
包装盒即用于包装产品的盒子，根据材料的不同有纸盒、铁盒、木盒、皮盒等。其中纸盒的原材料最为便宜，且生产加工方便，成本低，是目前最为常见的包装盒。近年来环保主义深入人心，生物基材料用于生产包装盒也是逐渐流行。
生物基材料是指除粮食以外的秸秆等木质纤维素类农林废弃物，其回收利用符合当下的环保主义，且成本低，经济效益高。相关技术中，玉米秸秆等生物基材料尝试采用传统造纸工艺制成纸板，但是普遍存在质量差的问题，具体表现为纸板耐破强度和耐折度不足。工艺上存在诸多难点，无法实现规模化、产业化。
针对上述情况，相关技术中采用玉米秸秆和胶黏剂混合后热压成型的工艺制得纸板，但是玉米秸秆表面含有一层高级脂肪烃衍生物形成的致密蜡膜，影响胶黏剂在秸秆表面的润湿性，降低胶合强度，进而存在纸板耐破强度仍不足的问题。
发明内容
为了改善包装盒的耐破强度不足的问题，本申请提供一种生物基包装盒的生产工艺。
本申请提供一种生物基包装盒的生产工艺，采用如下技术方案：
一种生物基包装盒的生产工艺，包括如下步骤：
S1秸秆处理：先将玉米秸秆浸入第一处理液中，浸泡1-2h后取出，再经水洗、干燥，接着浸入第二处理液内，温度40-50℃，处理20-30min后取出，然后经干燥、切碎，得到秸秆料，所述第一处理液为10-20wt%氢氧化钠溶液，所述第二处理液为3-5wt%偶联剂；
S2热压制板：按质量比(6-8):1混合秸秆料和胶黏剂，再经热压制得厚度为3-4mm的纸板，温度130-150℃，时间60-90s，压力为1-2MPa；
S3加工成型：纸板经加工制成包装盒。
通过采用上述技术方案，秸秆表面有光滑的高级脂肪族衍生物形成的角质蜡状膜、大量的二氧化硅和一定量的非极性抽提物。经过S1秸秆处理，秸秆纤维表层半纤维素等杂质被氢氧化钠溶解，表面变得粗糙，且使纤维素束原纤化、长泾增大，再经偶联剂处理，对秸秆表面进行修饰，提高秸秆纤维与胶黏剂的结合力；经过S2热压制板、S3加工成型制成所需样式的包装盒。
秸秆纤维经过预处理，其与胶黏剂的结合强度大大提高，进而有利于提高成型纸板的耐破强度。氢氧化钠和偶联剂复合处理起到复配效果，对于秸秆纤维的处理效果好。
可选的，所述第一处理液还包括0.6-0.8wt%羟基茜草素。
通过采用上述技术方案，羟基茜草素具有抑制纤维素剥皮反应的作用，起到良好的作用保护。
可选的，所述胶黏剂为大豆基胶黏剂。
通过采用上述技术方案，胶黏剂环保程度高，不存在传统醛类胶黏剂的危害。
可选的，所述胶黏剂的制备过程如下：按重量份计，先将20-30份大豆粉、5-7份聚酰胺环氧氯丙烷树脂、60-70份水混合均匀，再加入8-10份壳聚糖，加热至50-60℃，以500-600r/min的转速搅拌10-15min，得到胶黏剂。
通过采用上述技术方案，普通大豆基胶黏剂相比于脲醛树脂胶等常用胶存在胶黏强度差等问题。经过聚酰胺环氧氯丙烷树脂改性，使胶黏剂的韧性、耐水、耐热分解等性能得到改善；经过壳聚糖改性，胶黏剂的胶结强度得到改善。
可选的，所述胶黏剂的制备过程中，添加壳聚糖时一同加入2-3份儿茶素。
通过采用上述技术方案，经过儿茶素改性，胶黏剂引入大量活性羟基，与经过偶联剂处理的秸秆纤维之间存在键合作用，胶结效果好。
可选的，所述偶联剂的制备过程如下：先将150-200份二甲苯和20-30份γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，控制温度为10-15℃，再滴加20-30份醋酸酐，滴加时间为90-120min，滴加完成后持续搅拌4-6h，最后蒸除过量的醋酸、醋酸酐和二甲苯，得到偶联剂。
通过采用上述技术方案，γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和醋酸酐进行酰胺化反应，得到具有酰胺基的硅烷偶联剂，用于秸秆纤维处理时，有利于提高与大豆基胶黏剂的结合性能，进而提高纸板的抗破强度。
可选的，所述第二处理液还包括2-4wt%纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅与偶联剂共同具有复配作用，带有酰胺基的偶联剂对于纳米二氧化硅具有较好的分散效果，有利于纳米二氧化硅分散填充至秸秆纤维间隙处，进而提高纸板的强度和防水性。
可选的，所述第二处理液还包括1-2wt%全氟辛基三氯硅烷。
通过采用上述技术方案，全氟辛基三氯硅烷中含有强极性的氟原子，引入到秸秆纤维中，有利于纸板防水性大幅提高。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用氢氧化钠和偶联剂依次处理秸秆纤维，去除秸秆纤维中多余的杂质，提高秸秆纤维和胶黏剂的结合强度，进而有利于提高包装盒的耐破强度；
2、本申请的胶黏剂为改性大豆基胶黏剂，大豆胶黏剂依次经过聚酰胺环氧氯丙烷树脂、壳聚糖、儿茶素改性，其各方面性能均得以提升，并且胶黏剂与经过偶联剂处理的秸秆纤维之间存在键合作用，胶结效果好；
3、本申请的偶联剂具有酰胺基，有利于引入儿茶素的大豆胶黏剂形成键合，提高胶结强度，进而提高纸板的抗破强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
本申请的实施例采用如下原料：
玉米秸秆市售均可，本实施例中选用的玉米秸秆主要含量如下：纤维素37.5wt%，半纤维素28.1wt%，木质素9.2wt%。
脲醛树脂胶购买自济南汇锦川化工有限公司。
实施例1：
一种生物基包装盒的生产工艺，包括如下步骤：
S1秸秆处理：先将玉米秸秆浸入第一处理液中，料液质量比为1:10，第一处理液为10wt%氢氧化钠溶液、溶剂为水，室温浸泡2h后取出，再经水洗、风干，接着浸入第二处理液内，料液质量比为1:10，第二处理液为3wt%KH560、溶剂为水，温度50℃，处理30min后取出，然后经风干、切碎、过5目筛，得到秸秆料；
S2热压制板：按质量比6:1混合秸秆料和脲醛树脂胶，再经热压制得厚度为3mm的纸板，温度130℃，时间60s，压力为1MPa；
S3加工成型：纸板经剪裁、弯折、胶粘工序加工制成包装盒。
实施例2：
一种生物基包装盒的生产工艺，包括如下步骤：
S1秸秆处理：先将玉米秸秆浸入第一处理液中，料液质量比为1:10，第一处理液为20wt%氢氧化钠溶液、溶剂为水，室温浸泡1h后取出，再经水洗、风干，接着浸入第二处理液内，料液质量比为1:10，第二处理液为5wt%KH560、溶剂为水，温度40℃，处理20min后取出，然后经风干、切碎、过5目筛，得到秸秆料；
S2热压制板：按质量比8:1混合秸秆料和脲醛树脂胶，再经热压制得厚度为4mm的纸板，温度150℃，时间90s，压力为2MPa；
S3加工成型：纸板经剪裁、弯折、胶粘工序加工制成包装盒。
实施例3：
一种生物基包装盒的生产工艺，包括如下步骤：
S1秸秆处理：先将玉米秸秆浸入第一处理液中，料液质量比为1:10，第一处理液为15wt%氢氧化钠溶液、溶剂为水，室温浸泡1.5h后取出，再经水洗、风干，接着浸入第二处理液内，料液质量比为1:10，第二处理液为4wt%KH560、溶剂为水，温度45℃，处理25min后取出，然后经风干、切碎、过5目筛，得到秸秆料；
S2热压制板：按质量比7:1混合秸秆料和脲醛树脂胶，再经热压制得厚度为3.5mm的纸板，温度140℃，时间75s，压力为1.5MPa；
S3加工成型：纸板经剪裁、弯折、胶粘工序加工制成包装盒。
实施例4：
与实施例3的区别仅在于，第一处理液还包括0.6wt%羟基茜草素。
实施例5：
与实施例3的区别仅在于，第一处理液还包括0.8wt%羟基茜草素。
实施例6：
与实施例3的区别仅在于，第一处理液还包括0.7wt%羟基茜草素。
实施例7：
与实施例3的区别仅在于，胶黏剂为大豆基胶黏剂，胶黏剂的制备过程如下：按重量份计，先将20份大豆粉、5份聚酰胺环氧氯丙烷树脂、60份水混合均匀，再加入8份壳聚糖，加热至50℃，以500r/min的转速搅拌15min，得到胶黏剂。
实施例8：
与实施例3的区别仅在于，胶黏剂为大豆基胶黏剂，胶黏剂的制备过程如下：按重量份计，先将30份大豆粉、7份聚酰胺环氧氯丙烷树脂、70份水混合均匀，再加入10份壳聚糖，加热至60℃，以600r/min的转速搅拌10min，得到胶黏剂。
实施例9：
与实施例3的区别仅在于，胶黏剂为大豆基胶黏剂，胶黏剂的制备过程如下：按重量份计，先将25份大豆粉、6份聚酰胺环氧氯丙烷树脂、65份水混合均匀，再加入9份壳聚糖，加热至55℃，以550r/min的转速搅拌12min，得到胶黏剂。
实施例10：
与实施例9的区别仅在于，添加壳聚糖时一同加入2份儿茶素。
实施例11：
与实施例9的区别仅在于，添加壳聚糖时一同加入3份儿茶素。
实施例12：
与实施例11的区别仅在于，偶联剂的制备过程如下：先将150份二甲苯和20份γ氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，控制温度为10℃，再滴加20份醋酸酐，滴加时间为90min，滴加完成后持续搅拌4h，最后蒸除过量的醋酸、醋酸酐和二甲苯，得到偶联剂。
实施例13：
与实施例11的区别仅在于，偶联剂的制备过程如下：先将200份二甲苯和30份γ氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，控制温度为15℃，再滴加30份醋酸酐，滴加时间为120min，滴加完成后持续搅拌6h，最后蒸除过量的醋酸、醋酸酐和二甲苯，得到偶联剂。
实施例14：
与实施例11的区别仅在于，偶联剂的制备过程如下：先将180份二甲苯和25份γ氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，控制温度为12℃，再滴加25份醋酸酐，滴加时间为100min，滴加完成后持续搅拌5h，最后蒸除过量的醋酸、醋酸酐和二甲苯，得到偶联剂。
实施例15：
与实施例9的区别仅在于，偶联剂的制备过程如下：先将180份二甲苯和25份γ氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，控制温度为12℃，再滴加25份醋酸酐，滴加时间为100min，滴加完成后持续搅拌5h，最后蒸除过量的醋酸、醋酸酐和二甲苯，得到偶联剂。
实施例16：
与实施例14的区别仅在于，第二处理液还包括2wt%纳米二氧化硅。
实施例17：
与实施例14的区别仅在于，第二处理液还包括4wt%纳米二氧化硅。
实施例18：
与实施例14的区别仅在于，第二处理液还包括3wt%纳米二氧化硅。
实施例19：
与实施例11的区别仅在于，第二处理液还包括3wt%纳米二氧化硅。
实施例20：
与实施例14的区别仅在于，第二处理液还包括1wt%全氟辛基三氯硅烷。
实施例21：
与实施例14的区别仅在于，第二处理液还包括2wt%全氟辛基三氯硅烷。
对比例1：
与实施例3的区别仅在于，秸秆纤维未经过第一处理液处理。
对比例2：
与实施例3的区别仅在于，秸秆纤维未经过第二处理液处理。
对比例3：
与实施例3的区别仅在于，秸秆纤维未经过第一处理液和第二处理液处理。
性能测试：
根据GB/T 1539-2007《纸板 耐破度的测定》中记载的方法，对实施例1-21、对比例1-3的纸板进行耐破度测试，所得结果见表1。
根据GB/T 1540-2002《纸和纸板吸水性的测定(可勃法)》中记载的方法，对实施例1-21、对比例1-3的纸板进行防水测试，测得可勃值，即单位面积纸板表面所吸收的水的质量，测试时间60s，所得结果见表1。
表1 纸板性能测试结果记录表
耐破度/KPa 可勃值(g/m<sup>2</sup>) 耐破度/KPa 可勃值(g/m<sup>2</sup>)
实施例1 973 91 实施例13 1176 90
实施例2 955 88 实施例14 1205 89
实施例3 992 92 实施例15 947 92
实施例4 1073 93 实施例16 1262 75
实施例5 1077 92 实施例17 1280 71
实施例6 1080 92 实施例18 1275 72
实施例7 933 94 实施例19 970 84
实施例8 921 93 实施例20 1208 55
实施例9 935 94 实施例21 1208 51
实施例10 945 90 对比例1 421 115
实施例11 942 91 对比例2 471 108
实施例12 1186 88 对比例3 295 124
从表1可以看出：
1、实施例1-3和对比例1-3的测试结果对比可得，本申请采用氢氧化钠和偶联剂依次处理秸秆纤维，去除秸秆纤维中多余的杂质，提高秸秆纤维和胶黏剂的结合强度，所制得的纸板具有较高的耐破强度；
2、实施例3和实施例4-6的测试结果对比可得，羟基茜草素在碱处理中对纤维素起到保护作用，进而有利于保证纸板仍具有良好的强度；
3、实施例3和实施例7-9的测试结果对比可得，本申请制得的大豆基胶黏剂的使用效果接近脲醛树脂胶，且相对环保无污染；
4、实施例9、实施例10-11和实施例12-15测试结果对比可得，本申请特制的偶联剂和经过儿茶素改性大豆胶黏剂之间具有复配作用，相互键合作用强，进而有利于提高胶结强度，使得纸板耐破强度提高；
5、实施例14和实施例16-19测试结果对比可得，本申请的偶联剂相比于KH560对纳米二氧化硅的分散效果更好，有利于提高其对纸板的增强和防水效果；
6、实施例14和实施例20-21测试结果对比可得，秸秆纤维经全氟辛基三氯硅烷处理后，纸板的防水性能提高。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1秸秆处理：先将玉米秸秆浸入第一处理液中，浸泡1-2h后取出，再经水洗、干燥，接着浸入第二处理液内，温度40-50℃，处理20-30min后取出，然后经干燥、切碎，得到秸秆料，所述第一处理液为10-20wt%氢氧化钠溶液，所述第二处理液为3-5wt%偶联剂；
S2热压制板：按质量比(6-8):1混合秸秆料和胶黏剂，再经热压制得厚度为3-4mm的纸板，温度130-150℃，时间60-90s，压力为1-2MPa；
S3加工成型：纸板经加工制成包装盒。
2.根据权利要求1所述的一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于：所述第一处理液还包括0.6-0.8wt%羟基茜草素。
3.根据权利要求1所述的一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于： 所述胶黏剂为大豆基胶黏剂。
4.根据权利要求3所述的一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于：所述胶黏剂的制备过程如下：按重量份计，先将20-30份大豆粉、5-7份聚酰胺环氧氯丙烷树脂、60-70份水混合均匀，再加入8-10份壳聚糖，加热至50-60℃，以500-600r/min的转速搅拌10-15min，得到胶黏剂。
5.根据权利要求4所述的一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于：所述胶黏剂的制备过程中，添加壳聚糖时一同加入2-3份儿茶素。
6.根据权利要求5所述的一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于：所述偶联剂的制备过程如下：先将150-200份二甲苯和20-30份γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，控制温度为10-15℃，再滴加20-30份醋酸酐，滴加时间为90-120min，滴加完成后持续搅拌4-6h，最后蒸除过量的醋酸、醋酸酐和二甲苯，得到偶联剂。
7.根据权利要求6所述的一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于：所述第二处理液还包括2-4wt%纳米二氧化硅。
8.根据权利要求1所述的一种生物基包装盒的生产工艺，其特征在于：所述第二处理液还包括1-2wt%全氟辛基三氯硅烷。
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