CN115491930A - 一种可降解纸浆模塑产品及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纸浆模塑产品(IPC分类号：D21J1/00)，尤其涉及一种可降解纸浆模塑产品及其制备方法和应用。按重量份计，原料至少包含：植物纸浆50～70份、烷基烯酮二聚体1～3份、聚乙烯醇3～5份、防水剂1～3份、补强剂2～5份、填料3～5份、水30‑40份。本发明提供了一种可降解纸浆模塑产品，可用于餐具等产品。该纸浆模塑采用针叶木浆和蔗渣浆的混合物，在聚乙烯醇及其他助剂的协同作用下，不仅使产品具有防水防油的功能，尤其可以防120℃热油。制备的产品具有较高的机械强度，表面光亮，增强了防污的能力。此外，本发明提供的纸浆模塑不含氟，废弃后可经破碎并自然降解成种植用土壤。

Description

一种可降解纸浆模塑产品及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种纸浆模塑产品(IPC分类号：D21J1/00)，尤其涉及一种可降解纸浆模塑产品及其制备方法和应用。
背景技术
随着生活节奏的加快和外卖行业的兴起，一次性餐具的用量惊人，给固废处理和环境造成了很大的压力，为了寻求可降解、无污染的绿色包装原材料,世界各国学者进行了不懈的努力。纸餐模塑具外观美观，防油、防水、耐高温、不渗不漏，具有良好的透气性、韧性和强度，卫生无毒，可回收再利用，可很快自然降解，而且生产工艺流程简单，厂房占地面积小，投资规模小，见效快，是目前发泡餐具的替代品中生产能力最大，生产企业最多的产品。
专利申请CN201811407719.1制备了一种纸塑复合材料可用于餐盒等产品，在此发明中，采用了全氟烷基类化学品，有毒，难降解。专利申请CN109577071A制备了一种纸餐模塑，由于采用了非木材纤维，由于其纤维直径小，长度短，因此使用了大量的助剂来提高纸餐模塑的机械强度，对环境不友好。
因此，本发明为了解决上述问题提供了一种可降解纸浆模塑产品，可用于餐具等产品。该纸浆模塑采用针叶木浆和蔗渣浆的混合物，在聚乙烯醇及其他助剂的协同作用下，使得纸浆的纤维之间具有较强的粘结力，不仅使纸浆模塑具有防水防油的功能，尤其可以防120℃热油，而且使得制备的纸浆模塑具有较高的机械强度，表面光亮，增强了防污的能力。此外，本发明提供的可降解纸浆模塑不含氟，废弃后可经破碎并自然降解成种植用土壤。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种可降解纸浆模塑产品，按重量份计，原料至少包含：植物纸浆50～70份、烷基烯酮二聚体1～3份、聚乙烯醇3～5份、防水剂1～3份、补强剂2～5份、填料3～5份、水30-40份。
优选的，所述植物纸浆为蔗渣浆、针叶木浆、草浆、苇浆一种或多种。
进一步优选的，所述植物纸浆为针叶木浆，蔗渣浆的混合物。
进一步优选的，所述针叶木浆和蔗渣浆的重量比为1：5。所述针叶木浆可市售，例如大连扬润贸易有限公司出售的硫酸盐针叶浆；所述蔗渣浆可市售，例如广西嘉宇纸张纸浆优选公司生产的漂白蔗渣浆。
优选的，所述烷基烯酮二聚体可市售，例如山东昌耀新材料有限公司出售的cy--960589
进一步优选的，所述植物纸浆和烷基烯酮二聚体的重量比为(30～35):1。
本发明通过限定烷基烯酮二聚体和植物纸浆的重量比，提高了纸浆模塑的防水和防油性能。申请人推测：烷基烯酮二聚体的熔点较低，在高温条件下很容易与纤维反应，形成酮基酯衍生物，并定位在纤维上，疏水端面向纤维表面形成疏水层，具有优异的防水性能。但是，烷基烯酮二聚体的内酯环结构使其极易同带活泼氢的物质发生反应，在水中不稳定，可使得产品的防水和防油性能的性能降低。此外，烷基烯酮二聚体需要较长的熟化时间，也影响了产品的机械强度。
优选的，所述聚乙烯醇(CAS号：9002-89-5)，可市售，例如山东开普勒生物科技有限公司出售的kpl-23902。
进一步优选的，所述聚乙烯醇和烷基烯酮二聚体的重量比为2:1。
本发明通过限定聚乙烯醇和烷基烯酮二聚体的重量比，不仅解决了烷基烯酮二聚体在水中不稳定以及熟化滞后的问题，同时提高了纸浆模塑的防油和防水性能。本申请推测：在水溶液体系和高温作用下，聚乙烯醇的羟基与烷基烯酮二聚体反应结合，烷基烯酮二聚体的内酯环打开，因此，既不会因高温而水解，同时也会缩短施胶的滞后熟化期。其自身良好的成膜性能，提高了纸浆模塑的防油和防水性能。但是聚乙烯醇作为一种热塑性树脂，溶解难度高，泡沫多，易结皮，易使植物纸浆分散不均。
优选的，所述防水剂为松香胶、硬脂酸钠、有机硅的一种或多种。
进一步优选的，所述防水剂为松香胶。所述松香胶，可市售，例如潍坊铭祥工贸有限责任公司出售的MX-1518。
进一步优选的，所述植物纸浆和松香胶的重量比为(30～35)：1。
在本发明中通过限定松香胶的型号以及植物纸浆和松香胶的重量比，在有效地提高了植物纸浆的分散性的同时，也提高了纸浆模塑的机械强度以及防水防油性能。申请人推测：本申请中松香胶为MX-1518阳离子分散松香胶，在一定程度上对植物纸浆起到了分散的效果。此外，自身携带的阳离子与带有负电荷的纤维素相结合而附着在纤维表面，另一端的疏油基团在纤维表面形成一层表面张力很低的膜，阻碍了水分子或油分子的侵入。当用量较少时，不足以达到防水防油的效果。用量过多时，由于纸浆的正电性，导致纤维絮聚，从而影响产品的机械强度以及防水防油性能。
优选的，所述补强剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠的一种或两种。
进一步优选的，所述补强剂为羧甲基纤维素钠。所述羧甲基纤维素钠(CAS号：9004-32-4)，可市售，例如武汉拉那白医药化工有限公司。
优选的，所述填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、二氧化钛、硅藻土中的一种或多种。
进一步优选的，所述填料为碳酸钙和滑石粉的混合物。所述碳酸钙的平均粒径为1250目，吸油值(DOP)≤20mL/100g。所述碳酸钙可市售，例如广东拾传拾美新材料有限公司出售的CAZ-8022。所述滑石粉的平均粒径800目，吸油值(DOP)≤30mL/100g，可市售，例如江西晟海源新材料有限公司出售的滑石粉。
进一步优选的，所述碳酸钙和滑石粉的重量比为2:1。
本发明中通过限定碳酸钙，滑石粉的粒径和吸油值以及碳酸钙和滑石粉的重量比，在有效地提高产品的机械强度的同时，也保证了产品防渗透的效果，从而提高了耐水，耐油，尤其可以防120℃热油的性能。申请人推测：在本发明中选用的碳酸钙和滑石粉，通过填充纤维之间的微孔来提高产品的机械强度，其自身的耐高温的性能，可以使得产品防120℃热油。此外，碳酸钙的粒径较小，会吸附烷基烯酮二聚体和聚乙烯醇的表面，在制备的过程中容易流失，因此使得产品防渗透的效果变差，但是，滑石粉具有一定的疏水性，可以增强产品的防渗透性。
本发明的第二方面提供了一种可降解纸浆模塑产品的制备方法。
(1)将植物纸浆和水导入碎浆机桶内进行打浆，打浆时间20～30min,备用。
(2)将打浆后的纸浆和填料混合导入搅拌机中，以800～1000r/min的转速搅拌30min，再加入烷基烯酮二聚体，升温50-55℃，搅拌加热，保温得到混合物一；
(3)将聚乙烯醇、补强剂和水混合，导入混炼机中，加热至85～95℃，冷却至常温，得到混合物二；
(4)将混合物一、混合物二导入混料机中，加热搅拌，直至黏糊状，停止加热，导入防水剂，搅拌混合均匀，得到混合物三；
(5)将混合物三导入模具中，进行高温干燥脱水，经压制成型、切割、即可得成品。
有益效果：
1.本发明通过限定打浆的时间，使得植物纸浆的纤维变短，排列紧凑，油脂和水对产品的润湿性能下降，从而提高了纸浆模塑的防油和防水的性能。
2.本发明中通过限定碳酸钙，滑石粉的粒径和吸油值以及碳酸钙和滑石粉的重量比，在有效地提高产品的机械强度的同时，也保证了产品防渗透的效果，从而提高了耐水，耐油，尤其可以防120℃热油的性能。
3.本发明通过限定烷基烯酮二聚体和植物纸浆的重量比，提高了纸浆模塑的防水和防油性能。
4.本发明通过限定聚乙烯醇和烷基烯酮二聚体的重量比，不仅解决了烷基烯酮二聚体在水中不稳定以及熟化滞后的问题，同时提高了纸浆模塑的防油和防水性能。
5.本发明中通过限定松香胶的型号以及植物纸浆和松香胶的重量比，在有效地提高了植物纸浆的分散性的同时，也提高了纸浆模塑的机械强度以及防水防油性能。
具体实施方式
实施例
实施例1
本发明的实施例1提供了一种可降解纸浆模塑产品，按重量份计，原料包含：植物纸浆60份、烷基烯酮二聚体2份、聚乙烯醇4份、防水剂2份、补强剂3份、填料4份、水35份。所述植物纸浆为针叶木浆和蔗渣浆的混合物
本实施例中的针叶木浆，蔗渣浆的重量比为1：5。
本实施例中的针叶木浆购买自大连扬润贸易有限公司的硫酸盐针叶浆。
本实施例中的蔗渣浆购买自广西嘉宇纸张纸浆优选公司的漂白蔗渣浆。
本实施例中的防水剂为松香胶；所述补强剂为羧甲基纤维素钠；所述填料为碳酸钙和滑石粉的混合物。
本实施例中的烷基烯酮二聚体购买自山东昌耀新材料有限公司的cy–960589。
本实施例中的聚乙烯醇(CAS号：9002-89-5)购买自山东开普勒生物科技有限公司的kpl-23902。
本实施例中的松香胶购买自潍坊铭祥工贸有限责任公司的MX-1518。
本实施例中的羧甲基纤维素钠(CAS号：9004-32-4)购买自武汉拉那白医药化工有限公司。
本实施例中的碳酸钙的平均粒径为1250目，吸油值(DOP)≤20mL/100g。本实施例中的碳酸钙购买自广东拾传拾美新材料有限公司的CAZ-8022。
本实施例中的滑石粉的平均粒径800目，吸油值(DOP)≤30mL/100g，本实施例中的滑石粉购买自江西晟海源新材料有限公司。
本实施例中的碳酸钙和滑石粉的重量比为2:1。
本实施例中纸浆模塑产品的制备方法，包括如下步骤：
(1)将植物纸浆和水导入碎浆机桶内进行打浆，打浆时间30min,备用。
(2)将打浆后的纸浆和填料混合导入搅拌机中，以900r/min的转速搅拌30min，再加入烷基烯酮二聚体，升温53℃，搅拌加热，保温得到混合物一；
(3)将聚乙烯醇、补强剂和水混合，导入混炼机中，加热至90℃，冷却至常温，得到混合物二；
(4)将混合物一、混合物二导入混料机中，加热搅拌，直至黏糊状，停止加热，导入防水剂，搅拌混合均匀，得到混合物三；
(5)将混合物三导入模具中，进行高温干燥脱水，经压制成型、切割、即可得成品。
实施例2
实施例2的具体实施方式同实施例1，不同的是，实施例2中植物纸浆的添加量为65份。
实施例3
实施例3的具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例3中的防水剂的添加量1.7份。
对比例1
对比例1的具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中填料的添加量为2份。
对比例2
对比例2的具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中未添加烷基烯酮二聚体。
对比例3
对比例3的具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例3中碳酸钙和滑石粉的重量比为10:1。
性能测试数据
(1)抗张强度测定：采用ZB-L300抗张强度测试仪测定上述制备的纸浆模塑餐盘(规格：直径为20.5cm，高度为2.5cm，厚度0.15cm)的抗张强度。
(2)吸水量测定:参照国标GB18006.1-2009《塑料一次性可降解餐饮具通用技术条件》，取制备好的纸浆模塑餐盘(规格：直径为20.5cm，高度为2.5cm，厚度0.15cm)两个，放在衬有滤纸的搪瓷盘上，注满95℃±5℃的热水，再移到60℃恒温箱内静置30分钟后观察样品有无变形，有无阴渗变色、漏的迹象，倒空(到餐具内水不再下滴为止)餐具内的水，用电子天平称取加水前、后餐具的重量，计算出重量差，此重量差即为吸水量。
(3)吸油量测定：参照国标GB18006.1-2009《塑料一次性可降解餐饮具通用技术条件》，取制备好的纸浆模塑餐盘(规格：直径为20.5cm，高度为2.5cm，厚度0.15cm)两个，放在衬有滤纸的搪瓷盘上，倒入15g的120℃±5℃的植物油，静置30分钟后观察样品有无变形，有无阴渗变色、漏的迹象，倒空餐具内的植物油，用电子天平称取加水前、后餐具的重量，计算出重量差，此重量差即为吸油量。性能测试数据：
表1是实施例1所制备的纸浆模塑餐具的外观评价。
表1
指标 状态
色泽 色泽均匀，有光泽
粘膜程度 成型完整，无缺损
完整程度 无变形，韧性好
表2是实施例1～3和对比例1～3所制备纸浆模塑餐具的性能测试
表2
抗张强度/kN/m<sup>2</sup> 吸水量/g 吸油量/g
实施例1 15 1.19 1.05
实施例2 14 1.24 1.09
实施例3 14 1.27 1.12
对比例1 10 1.46 1.34
对比例2 9 1.49 1.31
对比例3 11 1.37 1.28

Claims (10)

1.一种可降解纸浆模塑产品，其特征在于，按重量份计，原料至少包含：植物纸浆50～70份，烷基烯酮二聚体1～3份，聚乙烯醇3～5份，防水剂1～3份，补强剂2～5份，填料3～5份，水30-40份。
2.根据权利要求1所述的纸浆模塑产品，其特征在于，所述植物纸浆为蔗渣浆、针叶木浆、草浆、苇浆一种或多种。
3.根据权利要求2所述的纸浆模塑产品，其特征在于，所述植物纸浆为针叶木浆，蔗渣浆的混合物。
4.根据权利要求1所述的纸浆模塑产品，其特征在于，所述聚乙烯醇和烷基烯酮二聚体的重量比为2:1。
5.根据权利要求1所述的纸浆模塑产品，其特征在于，所述防水剂为松香胶、硬脂酸钠、有机硅的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的纸浆模塑产品，其特征在于，所述防水剂为松香胶。
7.根据权利要求1所述的纸浆模塑产品，其特征在于，所述填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、二氧化钛、硅藻土中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的纸浆模塑产品，其特征在于，所述填料为碳酸钙和滑石粉的混合物。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的可降解纸浆模塑产品的制备方法，其特征在于，步骤至少包括：
(1)将植物纸浆和水导入碎浆机桶内进行打浆，打浆时间20～30min,备用；
(2)将打浆后的纸浆和填料混合导入搅拌机中，以800～1000r/min的转速搅拌30min，再加入烷基烯酮二聚体，升温50-55℃，搅拌加热，保温得到混合物一；
(3)将聚乙烯醇、补强剂和水混合，导入混炼机中，加热至85～95℃，冷却至常温，得到混合物二；
(4)将混合物一、混合物二导入混料机中，加热搅拌，直至黏糊状，停止加热，导入防水剂，搅拌混合均匀，得到混合物三；
(5)将混合物三导入模具中，进行高温干燥脱水，经压制成型、切割、即可得成品。
10.一种根据权利要求1～8任一项所述的可降解纸浆模塑产品在餐具中的应用。
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CN116289338A (zh) * 2023-03-08 2023-06-23 江西衡壤生态农业科技有限公司 一种纸浆模塑制品的生产工艺
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