CN113059885B - 一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，该方法为：将毛竹长竹纤维经漂洗灭菌后放入复配柔软剂中进行憎水性增柔处理，再加入聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯和水制成改性竹纤维悬浮液；将改性竹纤维悬浮液进行往复振动和超声处理后，附着在成型滤网上，经滤水、下部抽真空和脱水后制得改性纤维薄毡；将改性纤维薄毡与聚对苯二甲酸乙二酯薄膜在热熔浸胶机进行加热辊压，制得竹纤维增强吸塑片材；再采用连续送料吸塑工艺进行二次加热，然后利用真空吸附工艺制成竹纤维增强吸塑包装容器。本发明制备的毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器具有较好的耐热性和密实性，还具备强度高、环保无污染的特点。

Description

一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法
技术领域
本发明属于绿色纤维材料的技术领域，具体涉及一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法。
背景技术
随着在全国范围内禁止生产和销售超薄塑料购物袋、发泡塑料餐具等一次性塑料包装材料，其主要目的是为了加强环境保护，减少一次性塑料对生态造成的破坏，“禁塑令”的实施无疑将使包装材料迎来发新的变革。
真空吸塑成型技术利用热塑性塑料片材，制造开口塑料壳体制品的一种方法，是将塑料片材裁成一定尺寸加热软化后，借助片材两面的气压差和机械压力，使其变形后敷贴在特定的模具轮廓面上，经过冷却定型，并切边修整后完成吸塑制品的过程，广泛用于塑料包装、灯饰、广告、装饰等行业。近年来随着电子、包装等行业的飞速发展，国内市场对塑料板、片材的需求量以每年12％的速度持续增长。目前我国用于生产塑料板、片材的合成树脂主要有聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等。但是，那些难以回收并且对环境有害的包装材料如PVC，许多国家已经开始限制其使用；PS燃烧时会释放有毒气体，而PET成本相对较高。随着“禁塑令”的实施，以及人类的环保意识的加强，包装材料对环境的影响也受到人们的广泛关注。因此，开发出一种低成本的新型环保材料，在物流、食品内托、电子行业等领域中替代塑料的大量应用，降低塑料制品带来的环境污染变得尤为迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法。该方法以竹纤维作为原材料并对其进行改性，使其适用于吸塑成型技术，制备的毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器有较强的耐热性和强度，是环保生态的可降解、可持续利用的容器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、竹纤维改性：先对毛竹长竹纤维进行漂洗灭菌，再将毛竹长竹纤维在温度为40℃-50℃、搅拌速度为2000r/min-3000r/min的条件下放入复配柔软剂中进行憎水性增柔处理30min-40min，然后按照所述毛竹长竹纤维、水a、聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯的质量比为100：1000：(5-9)：(2-6)：(8-12)的比例加入水a、聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯并混合均匀，最后调节pH至4-6，制成改性竹纤维悬浮液；
所述复配柔软剂由水b、二甲基硅油和乳化剂组成，憎水性增柔处理过程中毛竹长竹纤维与水b、二甲基硅油和乳化剂的质量比为100：1000：(5-9)：(10-15)；
步骤二、改性竹纤维薄毡制备：将步骤一中所述改性竹纤维悬浮液同时进行机械往复振动和超声处理，然后将其均匀地附着在成型滤网上，形成湿的纤维薄毡，依次经滤水、下部抽真空和定向脱水后，获得改性竹纤维薄毡；
步骤三、竹纤维增强吸塑片材制备：将步骤二中所述改性竹纤维薄毡与涂敷偶联剂的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜利用热熔浸胶机进行加热辊压复合，保持温度，制得竹纤维增强吸塑片材；
步骤四、竹纤维增强吸塑包装容器制备：采用连续送料吸塑工艺对步骤三所述竹纤维增强吸塑片材二次加热，然后利用真空吸附工艺制成竹纤维增强吸塑包装容器。
上述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤一中所述乳化剂为阴离子型乳化剂或阳离子型乳化剂，所述阴离子型乳化剂为月桂醇磷酸酯钾，所述阳离子型乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵。
上述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤一中所述改性竹纤维悬浮液的固含量为70％-80％。
上述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤二中所述超声处理的频率为20KHz-130KHz，振荡的频率为30r/min-300r/min，处理时间为5min-10min；所述改性竹纤维薄毡的面密度50g/m2-250g/m2，厚度为5mm-20mm，含水率低于10％。
上述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤三中所述竹纤维增强吸塑片材中聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量分数为15％-30％；所述偶联剂的涂敷量是聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量的3％，偶联剂为硅烷偶联剂或纳米银改性硅烷偶联剂；所述热熔浸胶机的进料速度为2m/min，辊压温度为110℃-200℃，辊压压力为0.2MPa-0.3MPa。
上述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤三中所述竹纤维增强吸塑片材性能：密度为0.5g/cm3-0.7g/cm3，内结合强度≥0.2MPa，断裂伸长率为50％-100％，弯曲强度为20MPa-40MPa，成型压缩率＜5％。
上述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤四中所述二次加热温度为150℃-220℃，加热时间5s-10s。
上述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤四中所述竹纤维增强吸塑包装容器为竹纤维增强吸塑餐盒。
制备的毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的性能：耐折度≥80次，简支梁缺口冲击强度为6-9kJ/m2；理化性能：跌落性能、漏水性、耐热水、耐热油、浸泡液等性能达到标准要求；重金属(以Pb计，4％乙酸，体积分数，60℃，2h)＜2mg/kg，荧光性物质(254nm及365nm)为阴性，微生物:大肠菌群、沙门氏菌(/50cm2)未检出，霉菌(CFU/g)＜10。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在毛竹长竹纤维改性时与聚对苯二甲酸乙二酯纤维混合，提升了改性竹纤维薄毡与聚对苯二甲酸乙二酯纤维薄膜界面的结合性，保证了制备的竹纤维增强吸塑片材的耐热性和可吸性。
2、本发明将性竹纤维薄毡与聚对苯二甲酸乙二酯纤维薄膜复合成毡，使制备的竹纤维增强吸塑片材有较好的均匀性、延展性和强度。
3、本发明采用毛竹为原材料，开发出新型环保包装容器，减少对环境的污染。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例的毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器(餐盒)的制备方法包括以下步骤：
步骤一、竹纤维改性：以毛竹为原材料，采用专利名称“一种模塑成型复合材料用长竹纤维的制备方法(申请号202010385470.X)”中公开的方法制备毛竹长竹纤维，再进行漂洗灭菌，将100份毛竹长竹纤维放入复配柔软剂中进行憎水性增柔处理，复配柔软剂各组分与毛竹长竹纤维的比例为：毛竹长竹纤维、水b、二甲基硅油和十六烷基三甲基氯化铵的质量比为100：1000：7：15，憎水性增柔处理温度为40℃，时间为40min，搅拌速度为2500r/min；增柔处理后按照毛竹长竹纤维、水a、聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺和聚甘油辛酸酯的质量比为100：1000：9：3：10的比例加入聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯和水a持续搅拌，然后调节pH至6制成改性竹纤维悬浮液，其固含量为75％；
步骤二、改性竹纤维薄毡制备：将步骤一所述改性竹纤维悬浮液同时进行振荡频率为300r/min的机械往复振动和超声频率为70KHz的超声处理，处理时间为7min，然后移动成型滤网，将其均匀地附着在滤网上，形成湿的纤维薄毡，依次经滤水、下部抽真空和定向脱水后，获得改性竹纤维薄毡，改性竹纤维薄毡的面密度为250g/m2，厚度为5mm，含水率低于10％；
步骤三、竹纤维增强吸塑片材制备：将步骤二中改性竹纤维薄毡与涂敷硅烷偶联剂的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜进行辊压复合，然后在进料速度为2m/min、辊压温度为150℃、辊压压力为0.2MPa的条件下进行热熔浸胶机加热辊压复合，保持温度，制得竹纤维增强吸塑片材；所述偶联剂的涂敷量是聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量的3％，所述竹纤维增强吸塑片材中聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量分数为15％；
步骤四、竹纤维增强吸塑包装容器制备：采用连续送料吸塑工艺，在温度为180℃，加热时间为6s的条件下对步骤三制得竹纤维增强吸塑片材进行二次加热，然后利用真空吸附工艺制作竹纤维增强吸塑餐盒，最后进行风冷、脱模、后处理、切割和修边，得到毛竹纤维束增强吸塑成型餐盒成品。
本实施例制备的竹纤维增强吸塑片材性能：密度为0.6g/cm3，内结合强度≥0.2MPa，断裂伸长率为75％、弯曲强度为25MPa、成型压缩率＜5％。
本实施例制备的毛竹纤维束增强吸塑成型餐盒成品的性能：耐折度≥100次，简支梁缺口冲击强度7kJ/m2；理化性能：跌落性能、漏水性、耐热水、耐热油、浸泡液等性能达到标准要求；重金属(以Pb计，4％乙酸，体积分数，60℃，2h)＜2mg/kg，荧光性物质(254nm及365nm)为阴性。
实施例2
本实施例与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：步骤一中所述乳化剂为阴离子型乳化剂或阳离子型乳化剂，所述阴离子型乳化剂为月桂醇磷酸酯钾，所述阳离子型乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵。
实施例3
本实施例的毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器(餐盒)的制备方法包括以下步骤：
步骤一、竹纤维改性：以毛竹为原材料，采用专利名称“一种模塑成型复合材料用长竹纤维的制备方法(申请号202010385470.X)”中公开的方法制备毛竹长竹纤维，再进行漂洗灭菌，将100份毛竹长竹纤维放入复配柔软剂中进行憎水性增柔处理，复配柔软剂各组分与毛竹长竹纤维的比例为：毛竹长竹纤维、水b、二甲基硅油和十八烷基三甲基氯化铵的质量比为100：1000：9：13，憎水性增柔处理温度为50℃，时间为30min，搅拌速度为2000r/min；增柔处理后按照毛竹长竹纤维、水a、聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺和聚甘油辛酸酯的质量比为100：1000：5：6：8的比例加入聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯和水a持续搅拌，然后调节pH至5制成改性竹纤维悬浮液，其固含量为70％；
步骤二、改性竹纤维薄毡制备：将步骤一所述改性竹纤维悬浮液同时进行振荡频率为30r/min的机械往复振动和超声频率为130KHz的超声处理，处理时间为5min，然后移动成型滤网，将其均匀地附着在滤网上，形成湿的纤维薄毡，依次经滤水、下部抽真空和定向脱水后，获得改性竹纤维薄毡，改性竹纤维薄毡的面密度为150g/m2，厚度为20mm，含水率低于10％；
步骤三、竹纤维增强吸塑片材制备：将步骤二中改性竹纤维薄毡与涂敷纳米银改性硅烷偶联剂(市购)的纳米银聚对苯二甲酸乙二酯薄膜进行辊压复合，然后在进料速度为2m/min、辊压温度为200℃、辊压压力为0.3MPa的条件下进行热熔浸胶机加热辊压复合，保持温度，制得竹纤维增强吸塑片材；所述偶联剂的涂敷量是聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量的3％，所述竹纤维增强吸塑片材中聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量分数为30％；
所述纳米银对聚苯二甲酸乙二酯纤维制备的具体流程：将聚对苯二甲酸乙二酯纤维、蒸馏水、纳米银按照质量比为120:1000:5的比例进行混合，在温度为80℃、转速为2000r/min的条件下高速搅拌，反应30min，然后抽滤干燥，获得纳米银聚对苯二甲酸乙二酯纤维。
步骤四、竹纤维增强吸塑包装容器制备：采用连续送料吸塑工艺，在温度为220℃，加热时间为5s的条件下对步骤三制得竹纤维增强吸塑片材进行二次加热，然后利用真空吸附工艺制作竹纤维增强吸塑餐盒，最后进行风冷、脱模、后处理、切割和修边，得到毛竹纤维束增强吸塑成型餐盒成品。
本实施例制备的竹纤维增强吸塑片材性能：密度为0.7g/cm3，内结合强度≥0.3MPa，断裂伸长率为80％、弯曲强度为20MPa、成型压缩率＜5％。
本实施例制备的毛竹纤维束增强吸塑成型餐盒成品的性能：耐折度≥120次，简支梁缺口冲击强度6.5kJ/m2；理化性能：跌落性能、漏水性、耐热水、耐热油、浸泡液等性能达到标准要求；重金属(以Pb计，4％乙酸，体积分数，60℃，2h)＜2mg/kg，荧光性物质(254nm及365nm)为阴性。
经实验测定本实施例制备的竹纤维增强增强吸塑餐盒具有抑菌功能，微生物:大肠菌群、沙门氏菌(/50cm2)未检出，霉菌(CFU/g)＜10。
实施例4
本实施例与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：步骤一中所述乳化剂为阴离子型乳化剂或阳离子型乳化剂，所述阴离子型乳化剂为月桂醇磷酸酯钾，所述阳离子型乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵。
实施例5
本实施例的毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器(托盘)的制备方法包括以下步骤：
步骤一、竹纤维改性：以毛竹为原材料，采用专利名称“一种模塑成型复合材料用长竹纤维的制备方法(申请号202010385470.X)”中公开的方法制备毛竹长竹纤维，再进行漂洗灭菌，将100份毛竹长竹纤维放入复配柔软剂中进行憎水性增柔处理，复配柔软剂各组分与毛竹长竹纤维的比例为：毛竹长竹纤维、水b、二甲基硅油和月桂醇磷酸酯钾的质量比为100：1000：5：10，憎水性增柔处理温度为45℃，时间为35min，搅拌速度为3000r/min；增柔处理后按照毛竹长竹纤维、水a、聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺和聚甘油辛酸酯的质量比为100：1000：6：2：12的比例加入聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯和水a持续搅拌，然后调节pH至4制成改性竹纤维悬浮液，其固含量为80％；
步骤二、改性竹纤维薄毡制备：将步骤一所述改性竹纤维悬浮液同时进行振荡频率为200r/min的机械往复振动和超声频率为20KHz的超声处理，处理时间为10min，然后移动成型滤网，将其均匀地附着在滤网上，形成湿的纤维薄毡，依次经滤水、下部抽真空和定向脱水后，获得改性竹纤维薄毡，改性竹纤维薄毡的面密度为50g/m2，厚度为10mm，含水率低于10％；
步骤三、竹纤维增强吸塑片材制备：将步骤二中改性竹纤维薄毡与涂敷改性硅烷偶联剂(市购)的石墨烯聚对苯二甲酸乙二酯薄膜进行辊压复合，然后在进料速度为2m/min、辊压温度为110℃、辊压压力为0.25MPa的条件下进行热熔浸胶机加热辊压复合，保持温度，制得竹纤维增强吸塑片材；所述偶联剂的涂敷量是聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量的3％，所述竹纤维增强吸塑片材中聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量分数为23％；
所述石墨烯对聚苯二甲酸乙二酯纤维制备的具体流程：将聚对苯二甲酸乙二酯纤维、蒸馏水、石墨烯按照质量比为150:1000:5的比例进行混合，在温度为90℃、转速为3000r/min的条件下反应60min，然后抽滤干燥，获得石墨烯聚对苯二甲酸乙二酯纤维；
步骤四、竹纤维增强吸塑包装容器制备：采用连续送料吸塑工艺，在温度为150℃，加热时间为10s的条件下对步骤三制得竹纤维增强吸塑片材进行二次加热，然后利用真空吸附工艺制作竹纤维增强吸塑碗，最后进行风冷、脱模、后处理、切割和修边，得到毛竹纤维束增强吸塑成型托盘成品。
本实施例制备的竹纤维增强吸塑片材性能：密度为0.5g/cm3，内结合强度≥0.2MPa，断裂伸长率为50％、弯曲强度为40MPa、成型压缩率＜5％。
本实施例制备的毛竹纤维束增强吸塑成型托盘成品的性能：耐折度≥80次，简支梁缺口冲击强度9kJ/m2；理化性能：跌落性能、漏水性、耐热水、耐热油、浸泡液等性能达到标准要求；重金属(以Pb计，4％乙酸，体积分数，60℃，2h)＜2mg/kg，荧光性物质(254nm及365nm)为阴性。
经实验测定本实施例制备的竹纤维增强吸塑碗具有防静电功能，表面电阻率为1×104≤Ω＜1×106。
实施例6
本实施例与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：步骤一中所述乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、竹纤维改性：先对毛竹长竹纤维进行漂洗灭菌，再将毛竹长竹纤维在温度为40℃-50℃、搅拌速度为2000r/min-3000r/min的条件下放入复配柔软剂中进行憎水性增柔处理30min-40min，然后按照所述毛竹长竹纤维、水a、聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯的质量比为100：1000：(5-9)：(2-6)：(8-12)的比例加入水a、聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚丙烯酰胺、聚甘油辛酸酯并混合均匀，最后调节pH至4-6，制成改性竹纤维悬浮液；
所述复配柔软剂由水b、二甲基硅油和乳化剂组成，憎水性增柔处理过程中毛竹长竹纤维与水b、二甲基硅油和乳化剂的质量比为100：1000：(5-9)：(10-15)；
步骤二、改性竹纤维薄毡制备：将步骤一中所述改性竹纤维悬浮液同时进行机械往复振动和超声处理，然后将其均匀地附着在成型滤网上，形成湿的纤维薄毡，依次经滤水、下部抽真空和定向脱水后，获得改性竹纤维薄毡；
步骤三、竹纤维增强吸塑片材制备：将步骤二中所述改性竹纤维薄毡与涂敷偶联剂的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜利用热熔浸胶机进行加热辊压复合，保持温度，制得竹纤维增强吸塑片材；
步骤四、竹纤维增强吸塑包装容器制备：采用连续送料吸塑工艺对步骤三所述竹纤维增强吸塑片材二次加热，然后利用真空吸附工艺制成竹纤维增强吸塑包装容器。
2.根据权利要求1所述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤一中所述乳化剂为阴离子型乳化剂或阳离子型乳化剂，所述阴离子型乳化剂为月桂醇磷酸酯钾，所述阳离子型乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵。
3.根据权利要求1所述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤一中所述改性竹纤维悬浮液的固含量为70％-80％。
4.根据权利要求1所述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤二中所述超声处理的频率为20KHz-130KHz，振荡的频率为30r/min-300r/min，处理时间为5min-10min；所述改性竹纤维薄毡的面密度50g/m2-250g/m2，厚度为5mm-20mm，含水率低于10％。
5.根据权利要求1所述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤三中所述竹纤维增强吸塑片材中聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量分数为15％-30％；所述偶联剂的涂敷量是聚对苯二甲酸乙二酯薄膜的质量的3％，偶联剂为硅烷偶联剂或纳米银改性硅烷偶联剂；所述热熔浸胶机的进料速度为2m/min，辊压温度为110℃-200℃，辊压压力为0.2MPa-0.3MPa。
6.根据权利要求1所述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤三中所述竹纤维增强吸塑片材性能：密度为0.5g/cm3-0.7g/cm3，内结合强度≥0.2MPa，断裂伸长率为50％-100％，弯曲强度为20MPa-40MPa，成型压缩率＜5％。
7.根据权利要求1所述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤四中所述二次加热温度为150℃-220℃，加热时间5s-10s。
8.根据权利要求1所述的一种毛竹纤维束增强吸塑成型包装容器的制备方法，其特征在于，步骤四中所述竹纤维增强吸塑包装容器为竹纤维增强吸塑餐盒。
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