本發(fā)明涉及一種包裝緩沖材料，具體涉及一種微細化植物纖維緩沖材料及其制備方法。

背景技術(shù)：
目前，常見可降解環(huán)保緩沖材料主要是紙漿模塑制品和蜂窩紙板產(chǎn)品，其材料脆性大、比重大、回彈性差、緩沖系數(shù)小，且環(huán)境濕度對結(jié)構(gòu)性能影響較大。植物纖維發(fā)泡緩沖材料是有別于紙漿模塑制品和蜂窩紙板的新型綠色緩沖材料，它以植物纖維為主要原料，添加助劑，進行發(fā)泡處理，使材料內(nèi)部形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此具有很好的緩沖性能，保障了緩沖材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。植物纖維類緩沖材料利用可再生自然資源，是具有易降解又有利于加工成型的環(huán)保材料，在人類資源日益緊張的情況下，其研究和開發(fā)更為重要。中國專利公開號CN1250066公開了“一種秸稈纖維發(fā)泡減振緩沖包裝材料及其生產(chǎn)方法”。該包裝材料采用農(nóng)作物秸稈粉碎物和粘接劑作為原料，但原材料本身抗張性能較差，容易吸濕影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能。且采用傳統(tǒng)烘箱高溫烘烤發(fā)泡，則傳熱速度較慢，發(fā)泡體系含有大量水蒸氣無法及時逸出，發(fā)泡效果并不理想，最突出的問題是樣品外表面干燥較快，導致內(nèi)部難以充分干燥，極大影響緩沖材料的力學性能。中國專利公開號CN103450696A公開了“一種紙纖維發(fā)泡緩沖材料”。將廢紙、玉米淀粉、水、甘油、碳酸鈣、偶氮二甲酰胺、發(fā)泡劑混合，采用傳統(tǒng)化學發(fā)泡方法制備出紙纖維發(fā)泡緩沖材料。該材料廢紙制成紙漿的工藝較復(fù)雜，力學性能沒有植物漿料的好，且成本較高，同時添加劑的用量也較大。中國申請?zhí)枮?8122244.7公開了“一種植物纖維發(fā)泡包裝材料的制造方法”。首先將甘蔗蔗渣、麥桿、稻草、蘆葦、一年生草本等天然植物纖維原料通過物料前期蒸曬，烘干后研磨粉碎，將粉碎后的原料在高壓釜中蒸煮軟化、加入AC發(fā)泡劑、淀粉等添加劑混合制成粒狀，經(jīng)膨化系統(tǒng)一次發(fā)泡、再加入防水劑、羧酸鈉、三元醇等助劑，在模具中加溫定向發(fā)泡膨化，即得所需包裝材料。該方法原料處理繁瑣耗時，所用添加劑種類和用量較多，工藝較復(fù)雜。中國專利公開號CN1912247A公開了“一種植物纖維液體發(fā)泡包裝材料的制備方法”。以化學漿、化學機械漿和機械漿混合漿料為原料，添加助劑，采用傳統(tǒng)化學發(fā)泡工藝制得發(fā)泡包裝材料。該方法原料組合較為復(fù)雜，成本相對單一漿料稍高；制備過程中所用添加劑較多，且對于植物纖維所用發(fā)泡工藝的發(fā)泡效果不理想。綜上所述，植物纖維發(fā)泡緩沖材料在國內(nèi)外已經(jīng)具備了一定研究基礎(chǔ)，具有很大發(fā)展?jié)摿?，但也存在一些關(guān)鍵性問題限制了其大規(guī)模生產(chǎn)及使用。這些問題主要包括兩個方面，其一是植物纖維和淀粉來源較廣，不同原料自身的性質(zhì)也不同，使得待發(fā)泡的混合物體系具有不確定性，進而導致成型過程中氣泡成核率低且分布非常不均勻；其二是緩沖材料是開孔的空間結(jié)構(gòu)，比表面積較大，并且植物纖維和淀粉都具有極強的親水性，所以在濕度大的環(huán)境中材料容易吸潮軟化，緩沖性能受到較大影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種微細化植物纖維緩沖材料及其制備方法，該方法得到的植物纖維緩沖包裝材料既能滿足商品包裝需要又環(huán)保易降解，并有效改善材料的應(yīng)用性，提高材料的緩沖性能。本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：本發(fā)明微細化植物纖維緩沖材料，它主要由以下按重量份配比的原料制備而成：微細化植物纖維20.8份～24.0份，陽離子淀粉4.5份～9.2份，聚乙烯醇1.5份～3.0份，增塑劑0.5份～1.0份，發(fā)泡劑9.0份～11.0份。所述微細化植物纖維的制備是：取一定量的以絕干漿計的漂白漿，常溫下加水浸泡4.5h，加水量為漂白漿質(zhì)量的16～17倍，再用疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃為20％～30％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％，再利用PFI磨對上述漿料進行打漿處理，得到打漿度為65～75°SR的微細化植物纖維。所述微細化植物纖維是指蔗渣或桉木為原料制得的微細化植物纖維；所述增塑劑為硬脂酸鎂；所述發(fā)泡劑為NaHCO3。本發(fā)明微細化植物纖維緩沖材料的制備方法，它包括以下步驟：(1)將陽離子淀粉與聚乙烯醇溶于水中配制成溶液，進行糊化處理，并冷卻至室溫，得到陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物；(2)將微細化植物纖維和硬脂酸鎂加入陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻，再加入發(fā)泡劑NaHCO3，混勻靜置2min后注入模具；(3)將模具置于微波反應(yīng)器中，利用微波發(fā)泡，待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h 得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。在步驟(2)中，按陽離子淀粉∶聚乙烯醇∶水的重量份比為4.5～9.2份∶1.5～3.0份∶200～220份配制溶液，然后在90℃條件下糊化處理25～30min，并冷卻至室溫。在步驟(4)中，所述的微波發(fā)泡條件為：微波功率800W，發(fā)泡時間4～6min。本發(fā)明針對植物纖維發(fā)泡緩沖材料現(xiàn)有問題，通過改善發(fā)泡體系材料組成，優(yōu)化發(fā)泡成型工藝來制備緩沖材料，從根本上提高材料的結(jié)構(gòu)強度和緩沖性能，有效地改善材料的適用性，其具有的優(yōu)點如下：(1)由于烘干后，纖維制品尺寸收縮，隨著打漿度的上升，尺寸收縮越大，體積變化率明顯增加，制品成型的穩(wěn)定性越差，且高打漿度的樣品吸濕效果增加更加明顯；但是材料緩沖性能隨著打漿度的增加而得到改善，在受到外界的壓力和沖擊時，高打漿度漿料制備的緩沖材料具有更好的強度。故本發(fā)明發(fā)泡緩沖材料的微細化植物纖維打漿度可達到70～75°SR，在保持較低體積變化率和吸濕量的前提下，其吸收外力能量的能力更好，在一定的形變范圍內(nèi)可以承受較大的壓縮和沖擊負載。(2)由于陽離子淀粉含量較高時，陽離子淀粉容易相互纏結(jié)，破壞了纖維的分散體系，淀粉分子在干燥過程易脫水老化，會引起材料的嚴重收縮，且緩沖材料對空氣中水分的吸附能力越強；而當?shù)矸酆康蜁r，發(fā)泡體系的黏度較低，難形成較大的孔隙結(jié)構(gòu)，材料也易收縮。但是，陽離子淀粉加入可以增加纖維間的結(jié)合強度，陽離子淀粉越多，緩沖材料的強度就越高，能夠吸收的能量也越多，在沖擊加速度相同的情況下，所能承受的沖擊載荷也就越大。聚乙烯醇具有很好的成膜性，能夠分布在纖維和淀粉分子的表面，隔絕空氣中水分，降低其吸附能力。隨著聚乙烯醇含量的增加，樣品的體積變化率先減小后增大，樣品的吸濕量隨時間的增加而減小，但聚乙烯醇含量超過一定值后，緩沖材料的吸濕量又開始增加。故本發(fā)明制備過程中，按陽離子淀粉2.7份～5.4份，聚乙烯醇0.9份～1.8份，水適量，攪拌均勻后糊化處理，得到陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。增強了纖維間結(jié)合強度和發(fā)泡體系黏度，有利于形成穩(wěn)定泡孔結(jié)構(gòu)，使制備的緩沖材料在維持較低收縮性和吸濕量條件下，具有較好的適用性和力學強度。(3)采用微波發(fā)泡工藝，相比于傳統(tǒng)烘箱烘烤發(fā)泡，該方法可以從發(fā)泡體系內(nèi)部進行加熱，水更容易變成水蒸氣逸出，具有發(fā)泡速度快、發(fā)泡孔隙均勻、樣品成型效果好等優(yōu)點，提高了生產(chǎn)效率。附圖說明圖1為本發(fā)明的發(fā)泡緩沖材料制備工藝流程圖。具體實施方式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明的實施不限于以下形式。實例1，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的蔗渣漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃20％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為73°SR。(2)將9.2g陽離子淀粉與1.5g聚乙烯醇溶于200g水中，在90℃條件下糊化處理30min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將20.8g微細化植物纖維和0.5g硬脂酸鎂加入上述陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入9.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為5min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。實例2，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的蔗渣漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃30％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為75°SR。(2)將6.0g陽離子淀粉與1.5g聚乙烯醇溶于220g水中，在90℃條件下糊化處理26min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將24.0g微細化植物纖維和1.0g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入11.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為6min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。實例3，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的蔗渣漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃25％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為70°SR。(2)將7.6g陽離子淀粉與1.5g聚乙烯醇溶于210g水中，在90℃條件下糊化處理28min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將22.4g微細化植物纖維和0.5g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入9.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為5min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。實例4，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的蔗渣漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃30％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為75°SR。(2)將7.1g陽離子淀粉與2.0g聚乙烯醇溶于210g水中，在90℃條件下糊化處理27min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將22.4g微細化植物纖維和1.0g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入9.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為4min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。實例5，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的蔗渣漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃30％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為73°SR。(2)將4.5g陽離子淀粉與3.0g聚乙烯醇溶于200g水中，在90℃條件下糊化處理25min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將24.0g微細化植物纖維和0.5g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入9.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為5min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。實例6，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的蔗渣漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃30％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為73°SR。(2)將6g陽離子淀粉與1.5g聚乙烯醇溶于220g水中，在90℃條件下糊化處理30min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將24g微細化植物纖維和0.5g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入9.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為5min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。實例7，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的桉木漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃20％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為70°SR。(2)將7.6g陽離子淀粉與1.5g聚乙烯醇溶于210g水中，在90℃條件下糊化處理28min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將22.4g微細化植物纖維和0.5g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入9.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為4min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。實例8，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的桉木漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃30％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為65°SR。(2)將4.5g陽離子淀粉與3.0g聚乙烯醇溶于200g水中，在90℃條件下糊化處理25min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將24.0g微細化植物纖維和1.0g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入9.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為6min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的 各項檢測指標如表1所示。實例9，制備工藝如下：(1)取30g以絕干漿計的桉木漂白漿，常溫條件下加500g水浸泡4.5h，通過疏解機將漿料解離10min，抽濾脫水至漿濃25％；然后稱量漿料質(zhì)量，加水稀釋至漿濃為10％；再利用PFI磨對漿濃為10％的漿料進行打漿處理，得到微細化植物纖維，其打漿度為70°SR。(2)將7.6g陽離子淀粉與1.5g聚乙烯醇溶于210g水中，在90℃條件下糊化處理28min，并冷卻至室溫，即得陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物。(3)將22.4g微細化植物纖維和0.5g硬脂酸鎂加入上步陽離子淀粉與聚乙烯醇糊化物中攪拌均勻；再加入11.0gNaHCO3，混均靜置2min，充分起泡后注入模具。(4)將模具置于微波密封消解COD速測儀中，利用微波發(fā)泡，微波功率800W，發(fā)泡時間為5min。待其成型脫模后，于60℃烘箱干燥24h得到植物纖維發(fā)泡緩沖材料。產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。上述實例產(chǎn)品的各項檢測指標如表1所示。表1蔗渣微細化植物纖維發(fā)泡緩沖材料的各項檢測指標：表1中的各項數(shù)據(jù)顯示，發(fā)泡材料的密度由小到大為：實例5＜實例9＜實例7＜實例2＝實例8＜實例6＜實例4＜實例3＜實例1。24h左右樣品吸濕達到最大值，由表1可知 24h后每克樣品吸濕量由低到高為：實例5＜實例4＜實例2＜實例3＜實例6＜實例8＜實例1＜實例9＜實例7。在靜應(yīng)力2.94-3.92kPa附近樣品的最大加速度出現(xiàn)最小值，由小到大順序為：實例5＜實例2＜實例4＜實例6＜實例3＜實例1＜實例7＜實例9＜實例8，皆滿足緩沖材料性能需求。綜上所述，漂白后蔗渣或桉木微細化植物纖維發(fā)泡緩沖材料具有較低的密度和較好的緩沖性能，且吸濕量較低，體積變化不大，產(chǎn)品性能較穩(wěn)定，達到了包裝用發(fā)泡緩沖材料的要求。本發(fā)明操作簡便，綜合成本低，能替代一些硬質(zhì)發(fā)泡塑料，綠色環(huán)保，具有廣闊的市場前景。