CN114013835A - 一种造纸黑液制备保温、可降解发泡包装材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种造纸黑液制备保温、可降解发泡包装材料的方法，将由制浆造纸工业制浆产生的造纸黑液经蒸发、浓缩后，使黑液固含量在40‑60%之间，pH值大于10；然后将造纸黑液与聚醚多元醇按照1：1~1：10比例混合，并添加催化剂、稳定剂、硅烷类偶联剂、发泡剂等，并加入异氰酸酯混合均匀，然后按照1‑15%的比例加入糊化淀粉，得到基底液；将基底液转移至纸质基材表面，对纸质基材进行加热使基底液完成发泡。本发明利用黑液中的全组分，将造纸黑液用于发泡包装材料，即解决了造纸黑液的处理难题为企业降低了运行成本，又制备了一种新型的具有缓冲隔热效果的绿色环保纸基包装材料，且本发明通过在纸质基材表面形成一层聚氨酯发泡材料，使制备得到的材料具有保温、缓冲等功能。

Description

一种造纸黑液制备保温、可降解发泡包装材料的方法
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及用造纸黑液制备保温、可降解的发泡包装材料的方法。
背景技术
制浆造纸工业中通过碱法蒸煮产生的造纸黑液是一种色度深、味臭、碱性大的制浆造纸废水，占工业总排行的10％左右。黑液中主要含有氢氧化钠和二氧化硅等无机物，木质素、半纤维素、有机酸、树脂等有机物，传统的回收方法有碱回收法、电渗析法、膜处理法、酸析木质素法等方法。造纸黑液的回收利用一直是实现清洁生产的关键，上述的方法存在处理程度低、回收难等问题，科研人员致力于通过化学改性，提纯分离各类物质，实现黑液组分分离。木质素用于减水剂、水处理剂等，白泥用于建筑材料，还可用于水煤炭添加剂。
随着社会经济水平的提高，网络经济和物流业快速发展，使得包装工业得到了蓬勃发展，同时环保意识日益加强，纸质包装材料因具有良好的可降解性，逐渐受到重视，但是现有的纸质包装材料功能单一，对其包装的产品通常不具有缓冲保护、隔热等作用，使其应用受限，开发一种能够降解且具有隔热、缓冲作用的包装材料成为亟待解决的技术难题。
黑液中存大量木质素、糖类物质，存在羧基、羟基等，同时具有胶体性、黏结性，可使其成为石油一样重要的化工原料。
发明内容
发明目的：针对现有技术对黑液处理利用能力的不足，结合生物质可降解包装材料的市场需求，本发明提供了一种保温、可降解的发泡包装材料及其制备方法，制得的材料不仅赋予原有纸质包装材料更好的缓冲保护、隔热效果，还具有绿色、环保、可循环利用的特性。
为实现上述目的，本发明提出了一种造纸黑液制备保温、可降解发泡包装材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将由制浆造纸工业制浆产生的造纸黑液经蒸发、浓缩后，使黑液固含量在40-60％之间，pH值大于10；
(2)将步骤(1)得到的造纸黑液与聚醚多元醇按照1：1～1：10比例混合，添加催化剂、稳定剂、硅烷类偶联剂、发泡剂、糊化淀粉，并加入异氰酸酯混合均匀，得到基底液；
(3)将步骤(2)得到的基底液转移至纸质基材表面，对纸质基材进行加热使基底液完成发泡，在一种实施方式中，可以采用在塑料袋中混合均匀基底液，未发泡时及时转移至纸质基材实现基底液的转移。
为了进一步优化条件，步骤(2)的造纸黑液在与聚醚多元醇混合前先进行氧化改性，氧化改性的步骤为：在40-100℃水浴加热下，将氧化剂滴加进造纸黑液中，保温，即得氧化改性造纸黑液。优选地，将氧化剂在10min内加入造纸黑液中，保温20-30min。
优选地，所述氧化剂为二氧化氯、过氧化氢、过氧乙酸中的任意一种或几种的组合，造纸黑液和氧化剂的摩尔比为1：1-10。
所述催化剂为胺类催化剂或锡类催化剂，其中，所述胺类催化剂为N-N二甲基环己胺或N,N-二甲基苄胺等胺类，所述锡类催化剂为辛酸亚锡或二丁基二月桂酸锡。
优选地，所述稳定剂为AK8860硬泡系列硅油。
所述硅烷类偶联剂为KH550、KH570、A-172等中的任意一种或几种的混合物。
所述发泡剂为物理发泡剂或可膨胀微球，其中，优选地，物理发泡剂可以为氯氟烃、氢化氟烷烃等类型物理发泡剂，如氢化氯氟烃类HCFC-141b、氟代烃类HFC-365mfc。
其中，造纸黑液、聚醚多元醇、稳定剂、催化剂、偶联剂、发泡剂、水、糊化淀粉和异氰酸酯的质量比为10～50：50-100：1.0～2.4：0.5～1.2：1.0～2.4：10～20：1～10：1～15：100～120。
具体地，所述纸质基材为纤维纸、箱板纸、牛皮纸、瓦楞纸、铜版纸或白板纸中的任意一种。
优选地，步骤(3)中，所述加热温度为40-60℃
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明使用的造纸黑液与聚醚多元醇进行混合后得到的材料作为合成聚氨酯的原料，造纸黑液是作为制浆造纸工业的废弃物，具有来源广泛、成本低的优势；此外，该材料的制备方法充分利用了制浆造纸工业产生的黑液废弃物，为造纸黑液的处理提供了新的方案，即节省了黑液处理成本，又开发了一种新型环保包装材料；
(2)本发明配置的基底液组分中含有的造纸黑夜和聚醚多元醇均为富含羟基的物质，在其与异氰酸酯进行聚合反应生成聚氨酯产物后，该产物中含有未参与反应的羟基，当其转移至纸质基材表面后，由于纸质基材表面含有大量的羟基、羧基等基团，由于氢键作用，基底液与纸质基材能够很好的贴合在一起，在无需外加粘合剂的前期下，即可在纸质基材表面附着一层聚氨酯发泡材料，得到具有保温、可降解的发泡包装材料，此外，由于纸质基材表面形成有一层聚氨酯发泡材料，制得的产品的力学性能也具有明显的提升，使该材料的使用效果得到明显改善；
(3)本发明通过在纸质基材表面形成一层聚氨酯发泡材料，使制备得到的材料具有保温、缓冲等功能，能应用在食品包装、物流包装、纸箱、纸袋、信封等商品中；此外，该材料为可降解材料，具有极好的环境友好性；本制备方法还可通过控制基底液在纸质基材上的铺展方式，可在纸质基材表面的获得网格状、条纹状或斑点状等不同形状的聚氨酯发泡材料，可满足不同条件下的使用需要，实用性更强。
附图说明
图1为仅用造纸黑液制备的发泡材料的照片；
图2为用改性后的造纸黑液制备的发泡材料的照片；
图3为用改性后的造纸黑液同时添加糊化淀粉制备的发泡材料的照片；
图4为不同实施例得到的发泡材料的导热系数图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，实施例将有助于理解本发明，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述实施例中所用试剂如下：聚醚多元醇选用聚醚多元醇4110，异氰酸酯选用多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)，稳定剂选用AK8860硬泡系列硅油，催化剂选用N-N二甲基环己胺PC-8，偶联剂选用硅烷偶联剂KH570，发泡剂选用一氟二氯乙烷HCFC-141b。糊化淀粉可用市售产品，也可以实验室自制，淀粉制备成淀粉乳液，经过水浴加热反应制备成具有粘结性的糊化淀粉。
下述实施例中采用的糊化淀粉通过如下步骤得到：淀粉为市售玉米淀粉或小麦淀粉的一种，本专利使用的玉米淀粉，首先100g淀粉加入300mL蒸馏水中混合均匀搅拌10min，95℃水浴上加热，并不断搅拌，淀粉浆由开始糊化直至完全成糊。
实施例1
一种制浆造纸黑液制备保温、可降解的发泡包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、首先将造纸黑液经过蒸发浓缩，黑液固含量为55％，pH值为11.5之间；
S2、然后按表1中的物料质量比配制得到基底液，不同原料用量所对应的实施案例分别命名为编号1、2、3；
S3、将基底液转移至80g/m2商业打印纸的表面，并使其铺满整个纸张表面，在50℃温度中进行发泡后，制得目标产品。制得的产品中均可以在打印纸表面形成具有弹性的聚氨酯发泡材料，且聚氨酯发泡材料与打印纸粘结成一体，产品图如图1所示，其中右图为撕去打印纸后的图。
表1
Figure BDA0003333246560000041
实施例2
与实施例1相比，实施例2中造纸黑液用过氧化氢氧化改性，改性步骤为：在80℃水浴中，在10min内将过氧化氢滴加进造纸黑液中，反应30min，造纸黑液与过氧化氢用质量比，比值为2：1，制得氧化改性后的造纸黑液。其它实验条件与实施案例1中的条件相同，最后在打印纸表面形成具有弹性的聚氨酯发泡材料。产品图如图2所示，其中右图为撕去打印纸后的图。实施案例分别命名为编号2-1、2-2、2-3。
实施例3
与实施例1和2相比，实施例3中使用经过实施例2改性的造纸黑液，辅助材料中添加5％糊化淀粉。其它实验条件与实施案例1中的条件相同，最后在打印纸表面形成具有弹性的聚氨酯发泡材料。产品图如图3所示，其中右图为撕去打印纸后的图。实施案例分别命名为编号3-1、3-2、3-3。
实施案例4
与实施例1相比，实施例4中辅助材料添加5％糊化淀粉。其它实验条件与实施案例1中的条件相同，最后在打印纸表面形成具有弹性的聚氨酯发泡材料。实施例分别命名为编号4-1、4-2、4-3。
实施案例5
与实施例3相比，实施例5中辅助材料添加1、5、10％(糊化淀粉加入量相对于黑液和聚醚多元醇的重量和)糊化淀粉，造纸黑液和聚醚多元醇的比例为30：70。其它实验条件与实施案例3中的条件相同，最后在打印纸表面形成具有弹性的聚氨酯发泡材料。实施例分别命名为编号5-1、5-2、5-3。
实施例1-5中制备的聚氨酯发泡材料的压缩强度(MPa)如下表2所示。
表2
Figure BDA0003333246560000051
聚氨酯泡沫塑料具有较好的保温性能，导热系数一般在0.02-0.03W/(m·K)之间，图4为案例1-3、2-3、3-3、4-3和5-3制备的不同泡沫的导热系数。由于泡孔结构和大小的差异导致泡沫导热系数的有一定的区别，分布在0.023-0.026W/(m·K)之间，基本满足实际生产需要。
经济性分析：造纸黑液的常规处理方法，依然需要使用化学药品、热能、电能的消耗。经济成本较高。聚醚多元醇的市场价格为1.3万/t，造纸黑液经过浓缩改性后，可直接用于替代部分聚醚多元醇生产聚氨酯泡沫。按照聚醚多元醇的30％的替代率，可节省成本0.39万元。
综上所述，制浆造纸黑液含有多种成分，传统的黑液处理需要经过提取、蒸发、燃烧、苛化等主要步骤，对技术要求和设备投资较高，本技术利用黑液中的全组分，将造纸黑液用于发泡包装材料，即解决了造纸黑液的处理难题为企业降低了运行成本，又制备了一种新型的具有缓冲隔热效果的绿色环保纸基包装材料，且本发明通过在纸质基材表面形成一层聚氨酯发泡材料，使制备得到的材料具有保温、缓冲等功能，能应用在食品包装、物流包装、纸箱、纸袋、信封等商品中；此外，该材料为可降解材料，具有极好的环境友好性；本制备方法还可通过控制基底液在纸质基材上的铺展方式，可在纸质基材表面的获得网格状、条纹状或斑点状等不同形状的聚氨酯发泡材料，可满足不同条件下的使用需要，实用性更强。
本发明提供了一种利用造纸黑液制备保温、可降解发泡包装材料的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种造纸黑液制备保温、可降解发泡包装材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将由制浆造纸工业制浆产生的造纸黑液经蒸发、浓缩后，使黑液固含量在40-60%之间，pH值大于10；
（2）将步骤（1）得到的造纸黑液与聚醚多元醇按照1：（1~10）的比例混合，添加催化剂、稳定剂、硅烷类偶联剂、发泡剂、糊化淀粉，并加入异氰酸酯混合均匀，得到基底液；
（3）将步骤（2）得到的基底液转移至纸质基材表面，对纸质基材进行加热使基底液完成发泡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）的造纸黑液在与聚醚多元醇混合前先进行氧化改性，氧化改性的步骤为：在40-100℃水浴加热下，将氧化剂滴加进造纸黑液中，保温，即得氧化改性造纸黑液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化剂为二氧化氯、过氧化氢、过氧乙酸中的任意一种或几种的组合，造纸黑液和氧化剂的摩尔比为1：（1-10）。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为胺类催化剂或锡类催化剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳定剂为AK8860 硬泡系列硅油。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷类偶联剂为KH550、KH570、A-172中的任意一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发泡剂为物理发泡剂或可膨胀微球。
8.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，造纸黑液、聚醚多元醇、稳定剂、催化剂、偶联剂、发泡剂、水、糊化淀粉和异氰酸酯的质量比为10~50：50-100： 1.0~2.4：0.5~1.2：1.0~2.4：10~20：1~10：1~15：100~120。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纸质基材为纤维纸、箱板纸、牛皮纸、瓦楞纸、铜版纸或白板纸中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述加热温度为40-60℃。
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刘德启: "草浆造纸黑液改性制备木质素酚醛树脂结合剂", 《耐火材料》 *

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