一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料及其制備方法,該材料由主料:回收紙纖維25-35份、SiO2氣凝膠粉末4-8份、聚氨酯熱塑性彈性體25-35份、明膠12-20份、乙烯丙烯酸共聚物15-25份、相容劑PE-g-MAH2-4份和輔料:抗氧劑1-2份、阻燃劑5-8份和加工助劑2-4份制備而成,所采用的材料均為可降解材料,綠色環(huán)保。該材料擠出成型,工藝簡單。本發(fā)明的以熱塑性彈性體和纖維為主的復合材料具有優(yōu)良的彈性和強度,而且由于明膠的存在具有一定的發(fā)泡效果,配合SiO2氣凝膠粉末,能得到良好的阻隔作用。
【專利說明】一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及復合材料【技術領域】,具體涉及一種以回收紙紙纖維為主要原料的具有良好的彈性及其一定阻隔性的復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]塑料材料雖然具有優(yōu)異的性能,且可通過結構設計實現(xiàn)不同的功能,但塑料材料無法降解,且來源于非可再生資源,故尋找可降解材料來作為替代是目前急需發(fā)展的技術課題。尤其是針對非高強度材料領域,其實現(xiàn)的可能性較大。如近20年開發(fā)的可降解材料中,典型的可降解材料如淀粉、聚乳酸和纖維類等。每種可降解材料均有其特點。如淀粉來源最廣泛,也最廉價,可運用于多領域,如材料、膜等。但淀粉力學性能較弱,全淀粉類材料強度很差,而與塑料配合使用則容易出現(xiàn)加工困難和相容性的問題。
[0003]聚乳酸材料是近二十年來出現(xiàn)的新型可降解材料,聚乳酸也稱為聚丙交酯,屬于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物,原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染,而且產(chǎn)品可以生物降解,實現(xiàn)在自然界中的循環(huán),因此是理想的綠色高分子材料。其性質類似于聚苯乙烯,強度大,但較脆,容易在沖擊中斷裂,增韌是其使用的前提。同時,聚乳酸材料價格較高,無法滿足低端產(chǎn)品的需要。
[0004]除此以外,各種纖維材料,生物質蛋白等也均被用各種材料,被作為塑料材料的替代品。
[0005]但目前大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)可降解材料均為硬質材料,且大部分材料均在于研究材料的強度或者綜合力學性能。而軟質具有彈性的工業(yè)生產(chǎn)可降解材料研究較少。雖然很多生物質材料如各種蛋白、膠體本身即擁有較好的彈性,但其成本較高,且強度普遍較低,作為工業(yè)用途材料則存在明顯不足。
[0006]在可降解材料中,纖維類材料本身具有良好的強度,尤其是納米纖維素,其單一納米纖維的強度超過鋼鐵強度。而在不同的復合材料中,纖維素往往也作為填充材料或骨架材料而存在。但在目前的市場中,有一種更加廉價的材料即紙板材料。隨著當今商品流通范圍的擴大,尤其是電子商務的普及,大量的商品均通過紙板包裝來進行運輸,而使用完畢后往往是進行丟棄自然降解,雖未對環(huán)境造成破壞,卻造成了大量資源的浪費,基于紙板本身即為纖維,如可充分利用,將極大的減少了資源浪費。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的主要目的是為了克服現(xiàn)有可降解材料的韌性差和成本較高的缺陷,提供一種由廢紙纖維、明膠、熱塑性彈性體為主要原料制備的,具有良好的彈性、力學性能及阻隔性的可降解復合材料及其制備方法。
[0008]本發(fā)明提出一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料及其制備方法,該復合材料包括下列質量比例的主料:回收紙纖維25-35份、S12氣凝膠粉末4-8份、聚氨酯熱塑性彈性體25-35份、明膠12-20份、乙烯丙烯酸共聚物15-25份、相容劑PE-g-MAH 2_4份,還包括下列質量比例的輔料:抗氧劑1-2份、阻燃劑5-8份和加工助劑2-4份。
[0009]該復合材料的制備方法如下:
(O回收紙纖維的制備及預處理:
(1.1)將回收紙板去除表面雜質后放入水力碎漿機,依漿料濃度為10-15wt%的條件進行水力碎漿;
(1.2)將漿料進行離心脫水或手動脫水去除水分,得到含水率為60?70wt%的回收紙纖維原料;
(1.3)將回收紙纖維原料投入濃度為10-20wt%的鹽酸和草酸混合酸溶液中,在40-60°C下浸泡3-5小時,其中鹽酸與草酸的比例為3:1 ;
(1.4)將投入鹽酸和草酸混合酸溶液中的回收紙纖維原料進行機械脫水,并用清水洗滌三次,然后投入濃度為10-15wt%氫氧化鈉水溶液中,浸泡3-5小時;
(2)材料預處理:
將明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物、相容劑PE-g-MAH投入乙醇中,在室溫下攪拌10分鐘后,于50° C下干燥2-4小時;
(3)共混擠出:
(3.1)將上述步驟(I)中預處理后的紙纖維及上述步驟(2)中預處理后的明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物與S12氣凝膠粉末、聚氨酯熱塑性彈性體、抗氧劑、阻燃劑、加工助劑在50°C下充分干燥6-8小時,然后按一定比例加入高速共混機于60° C下共混5-10分鐘,共混速度為200轉/分鐘;
(3.2)將高速共混機中的混合物取出,并投入雙螺桿擠出機中熔融共混后擠出,擠出溫度為170-190° C,停留時間為2-3分鐘,螺桿轉速為250轉/分鐘,然后冷卻、造粒,形成具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合粒子。
[0010]優(yōu)選地,所述明膠為工業(yè)明膠顆粒,其粒徑為0.5-1.5mm。
[0011 ] 優(yōu)選地,該明膠為工業(yè)骨明膠顆粒。
[0012]優(yōu)選地,所述抗氧劑為抗氧劑1010,抗氧劑1076或抗氧劑264中的一種或幾種任意比例的混合。
[0013]優(yōu)選地,所述阻燃劑為氮、磷類化學膨脹型阻燃劑,如采用磷酸銨鹽、脲醛樹脂及季戊四醇配合作為阻燃劑使用。
[0014]優(yōu)選地,所述加工助劑為ACR-201加工助劑、ACR-301加工助劑、ACR-401加工助劑中的一種或幾種任意比例的混合。
[0015]優(yōu)選地,所述回收紙纖維來自于蜂窩紙板、瓦楞紙板及其邊角料和廢料,是利用生活廢紙制備,能夠大大節(jié)省材料,變廢為寶。
[0016]優(yōu)選地,所述S12氣凝膠粉末為將S12氣凝膠破碎形成的粉末。
[0017]氣凝膠為當凝膠脫去大部分溶劑,使凝膠中液體含量比固體含量少得多,或凝膠的空間網(wǎng)狀結構中充滿的介質是氣體,外表呈固體狀,其孔隙率達88-99%之間。S i O 2氣凝膠是一種由S12構成的氣凝膠,其具有良好的阻隔性與隔熱性。其制備方式多樣,且均為成熟工藝。如采用專利CN102951650A公開的一種通過硅醇鹽制備S12氣凝膠的方法,CN103435055A公開的一種常壓下制備低密度二氧化娃氣凝膠的方法等。
[0018]優(yōu)選的,所述S12氣凝膠的孔徑介于10_300nm之間,S12氣凝膠粉末的粒徑介于100-1000微米之間。
[0019]優(yōu)選地,所述乙烯丙烯酸共聚物可選擇牌號杜邦EAA2022,EAA2014或陶氏EAA6100, EAA5990。
[0020]所述相容劑PE-g-MAH可自行合成,合成方法可參考中國專利CN1392169A,也可采用購買現(xiàn)有產(chǎn)品,如南京塑泰產(chǎn)品ST-6型號的PE-g-MAH或上海劍橋塑料的PE-g-MAH產(chǎn)品O
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明的具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料由廢紙纖維、明膠、熱塑性彈性體為主要原料制備而成,原料廉價,制作工藝簡單,成本低。而且制備過程中使用的材料均為可降解材料,環(huán)保性強;回收紙纖維是利用生活廢紙制備,能夠大大節(jié)省材料,變廢為寶。
[0022]以熱塑性彈性體和纖維為主的復合材料具有優(yōu)良的彈性和強度,而且由于明膠的存在具有一定的發(fā)泡效果,配合S12氣凝膠粉末,能得到良好的阻隔作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法的流程示意圖。
[0024]本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例,參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0025]應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0026]參照圖1,提出本發(fā)明的實施例一:
本發(fā)明的具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料以回收紙纖維、S12氣凝膠粉末、聚氨酯熱塑性彈性體、明膠、乙烯丙烯酸共聚物、相容劑PE-g-MAH為主料,以抗氧劑、阻燃劑、加工助劑為輔料制備而成,所采用的材料均為可降解材料,綠色環(huán)保。其中各原料的質量分別為:回收紙纖維2.6kg,S12氣凝膠粉末0.5kg,聚氨酯熱塑性彈性體2.6kg,明膠1.3kg,乙烯丙烯酸共聚物1.73kg,相容劑PE-g-MAH 0.26kg,抗氧劑0.13kg,阻燃劑
0.52kg,加工助劑 0.26kg。
[0027]其中,明膠優(yōu)選工業(yè)骨明膠顆粒,其粒徑為0.5-1.5mm。
[0028]抗氧劑可為抗氧劑1010,抗氧劑1076或抗氧劑264中的一種或幾種任意比例的混合。本實施例中的抗氧劑優(yōu)選抗氧劑1010。
[0029]阻燃劑為氮、磷類化學膨脹型阻燃劑,優(yōu)選磷酸銨鹽、脲醛樹脂及季戊四醇配合作為阻燃劑使用,其中,磷酸銨鹽、脲醛樹脂與季戊四醇的質量比為6:3:1。
[0030]加工助劑優(yōu)選ACR-201加工助劑。
[0031]該回收紙纖維來自于蜂窩紙板、瓦楞紙板及其邊角料和廢料,是利用生活廢紙制備,能夠大大節(jié)省材料,變廢為寶。
[0032]該S12氣凝膠粉末為將S12氣凝膠破碎形成的粉末。氣凝膠為當凝膠脫去大部分溶劑,使凝膠中液體含量比固體含量少得多,或凝膠的空間網(wǎng)狀結構中充滿的介質是氣體,外表呈固體狀,其孔隙率達88-99%之間。S12氣凝膠是一種由S12構成的氣凝膠,其具有良好的阻隔性與隔熱性。
[0033]其中,S12氣凝膠的孔徑介于10_300nm之間,S12氣凝膠粉末的粒徑介于100-1000微米之間。
[0034]該乙烯丙烯酸共聚物可選擇牌號杜邦EAA2022,EAA2014或陶氏EAA6100,EM5990。
[0035]該相容劑PE-g-MAH可自行合成,合成方法可參考中國專利CN1392169A,也可采用購買現(xiàn)有產(chǎn)品,如南京塑泰產(chǎn)品ST-6型號的PE-g-MAH或上海劍橋塑料的PE-g-MAH產(chǎn)品。
[0036]該具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法如下:
(O回收紙纖維的制備及預處理:
(1.1)將回收紙板去除表面雜質后放入水力碎漿機,依漿料濃度為1wt^的條件進行水力碎漿;
(1.2)將漿料進行離心脫水或手動脫水去除水分,得到含水率為60wt%的回收紙纖維原料;
(1.3)將回收紙纖維原料投入濃度為10wt%的鹽酸和草酸混合酸溶液中,在40°C下浸泡3小時,其中鹽酸與草酸的比例為3:1 ;
(1.4)將投入鹽酸和草酸混合酸溶液中的回收紙纖維原料進行機械脫水,并用清水洗滌三次,然后投入濃度為10wt%氫氧化鈉水溶液中,浸泡3小時;
(2)材料預處理:
將明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物、相容劑PE-g-MAH投入乙醇中,在室溫下攪拌10分鐘后,于50° C下干燥2小時;
(3)共混擠出:
(3.1)將上述步驟(I)中預處理后的紙纖維及上述步驟(2)中預處理后的明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物與S12氣凝膠粉末、聚氨酯熱塑性彈性體、抗氧劑、阻燃劑、加工助劑在50°C下充分干燥6小時,然后按一定比例加入高速共混機于60° C下共混5分鐘,共混速度為200轉/分鐘;
(3.2)將高速共混機中的混合物取出,并投入雙螺桿擠出機中熔融共混后擠出,擠出工段I區(qū)溫度為170° C,2區(qū)溫度為175° C,3區(qū)溫度為180° C,4區(qū)溫度為190° C,擠出工段溫度為170° C,停留時間為2分鐘,螺桿轉速為250轉/分鐘,然后冷卻、造粒,形成具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合粒子。
[0037]該方法制得的具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料由廢紙纖維、明膠、熱塑性彈性體為主要原料制備而成,原料廉價,制作工藝簡單,成本低。而且制備過程中使用的材料均為可降解材料,環(huán)保性強;回收紙纖維是利用生活廢紙制備,能夠大大節(jié)省材料,變廢為寶。
[0038]以熱塑性彈性體和纖維為主的復合材料具有優(yōu)良的彈性和強度,而且由于明膠的存在具有一定的發(fā)泡效果,配合S12氣凝膠粉末,能得到良好的阻隔作用。
[0039]實施例二:
本發(fā)明的具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料以回收紙纖維、S12氣凝膠粉末、聚氨酯熱塑性彈性體、明膠、乙烯丙烯酸共聚物、相容劑PE-g-MAH為主料,以抗氧劑、阻燃劑、加工助劑為輔料制備而成,所采用的材料均為可降解材料,綠色環(huán)保。其中各原料的質量分別為:回收紙纖維2.4kg,S12氣凝膠粉末0.43kg,聚氨酯熱塑性彈性體2.78kg,明膠1.4kg,乙烯丙烯酸共聚物1.73kg,相容劑PE-g-MAH 0.26kg,抗氧劑0.13kg,阻燃劑
0.52kg,加工助劑 0.26kg。
[0040]其中,明膠優(yōu)選工業(yè)骨明膠顆粒,其粒徑為0.5-1.5mm。
[0041]抗氧劑可為抗氧劑1010,抗氧劑1076或抗氧劑264中的一種或幾種任意比例的混合。本實施例中的抗氧劑優(yōu)選抗氧劑1010。
[0042]阻燃劑為氮、磷類化學膨脹型阻燃劑,優(yōu)選磷酸銨鹽、脲醛樹脂及季戊四醇配合作為阻燃劑使用,其中,磷酸銨鹽、脲醛樹脂與季戊四醇的質量比為6:3:1。
[0043]加工助劑優(yōu)選ACR-201加工助劑。
[0044]該回收紙纖維來自于蜂窩紙板、瓦楞紙板及其邊角料和廢料,是利用生活廢紙制備,能夠大大節(jié)省材料,變廢為寶。
[0045]該S12氣凝膠粉末為將S12氣凝膠破碎形成的粉末。氣凝膠為當凝膠脫去大部分溶劑,使凝膠中液體含量比固體含量少得多,或凝膠的空間網(wǎng)狀結構中充滿的介質是氣體,外表呈固體狀,其孔隙率達88-99%之間。S12氣凝膠是一種由S12構成的氣凝膠,其具有良好的阻隔性與隔熱性。
[0046]其中,S12氣凝膠的孔徑介于10_300nm之間,S12氣凝膠粉末的粒徑介于100-1000微米之間。
[0047]該乙烯丙烯酸共聚物可選擇牌號杜邦EAA2022,EAA2014或陶氏EAA6100,EM5990。
[0048]該相容劑PE-g-MAH可自行合成,合成方法可參考中國專利CN1392169A,也可采用購買現(xiàn)有產(chǎn)品,如南京塑泰產(chǎn)品ST-6型號的PE-g-MAH或上海劍橋塑料的PE-g-MAH產(chǎn)品。
[0049]該具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法如下:
(O回收紙纖維的制備及預處理:
(1.1)將回收紙板去除表面雜質后放入水力碎漿機,依漿料濃度為15wt%的條件進行水力碎漿;
(1.2)將漿料進行離心脫水或手動脫水去除水分,得到含水率為70wt%的回收紙纖維原料;
(1.3)將回收紙纖維原料投入濃度為20wt%的鹽酸和草酸混合酸溶液中,在60°C下浸泡5小時,其中鹽酸與草酸的比例為3:1 ;
(1.4)將投入鹽酸和草酸混合酸溶液中的回收紙纖維原料進行機械脫水,并用清水洗滌三次,然后投入濃度為15wt%氫氧化鈉水溶液中,浸泡5小時;
(2)材料預處理:
將明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物、相容劑PE-g-MAH投入乙醇中,在室溫下攪拌10分鐘后,于50° C下干燥4小時;
(3)共混擠出:
(3.1)將上述步驟(I)中預處理后的紙纖維及上述步驟(2)中預處理后的明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物與S12氣凝膠粉末、聚氨酯熱塑性彈性體、抗氧劑、阻燃劑、加工助劑在50°C下充分干燥8小時,然后按一定比例加入高速共混機于60° C下共混10分鐘,共混速度為200轉/分鐘; (3.2)將高速共混機中的混合物取出,并投入雙螺桿擠出機中熔融共混后擠出,擠出工段I區(qū)溫度為170° C,2區(qū)溫度為175° C,3區(qū)溫度為180° C,4區(qū)溫度為190° C,擠出工段溫度為170° C,停留時間為3分鐘,螺桿轉速為250轉/分鐘,然后冷卻、造粒,形成具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合粒子。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換,或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】,均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料,其特征在于,包括下列質量比例的主料:回收紙纖維25-35份、3102氣凝膠粉末4-8份、聚氨酯熱塑性彈性體25-35份、明膠12-20份、乙烯丙烯酸共聚物15-25份、相容劑2-4份,還包括下列質量比例的輔料:抗氧劑1-2份、阻燃劑5-8份和加工助劑2-4份。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料,其特征在于,所述明膠為工業(yè)明膠顆粒,其粒徑為0.5-1.
3.根據(jù)權利要求1所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料,其特征在于,所述抗氧劑為抗氧劑1010,抗氧劑1076或抗氧劑264中的一種或幾種任意比例的混合;所述阻燃劑為氮、磷類化學膨脹型阻燃劑;所述加工助劑為八(^-201加工助劑、八0^-301加工助劑、^-401加工助劑中的一種或幾種任意比例的混合;所述回收紙纖維來自于蜂窩紙板和/或瓦楞紙板。
4.一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法,其特征在于,包括如下步驟: (1)回收紙纖維的制備及預處理: (1.1)將回收紙板去除表面雜質后放入水力碎漿機,依漿料濃度為10-15被%的條件進行水力碎漿; (1.2)將漿料進行離心脫水或手動脫水去除水分,得到含水率為60?70被%的回收紙纖維原料; (1.3)將回收紙纖維原料投入濃度為10-20被%的鹽酸和草酸混合酸溶液中,在40-601下浸泡3-5小時,其中鹽酸與草酸的比例為3:1 ; (1.4)將投入鹽酸和草酸混合酸溶液中的回收紙纖維原料進行機械脫水,并用清水洗滌三次,然后投入濃度為10-15被%氫氧化鈉水溶液中,浸泡3-5小時; (2)材料預處理: 將明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物、相容劑投入乙醇中,在室溫下攪拌10分鐘后,于50° 0下干燥2-4小時; (3)共混擠出: (3.1)將上述步驟(1)中預處理后的紙纖維及上述步驟(2)中預處理后的明膠粉末、乙烯丙烯酸共聚物與3102氣凝膠粉末、聚氨酯熱塑性彈性體、抗氧劑、阻燃劑、加工助劑在501下充分干燥6-8小時,然后按一定比例加入高速共混機于60。下共混5-10分鐘,共混速度為200轉/分鐘; (3.2)將高速共混機中的混合物取出,并投入雙螺桿擠出機中熔融共混后擠出,擠出溫度為170-190° 0,停留時間為2-3分鐘,螺桿轉速為250轉/分鐘,然后冷卻、造粒,形成具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合粒子。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法,其特征在于,各原料的質量比例分別為:回收紙纖維25-35份、3102氣凝膠粉末4-8份、聚氨酯熱塑性彈性體25-35份、明膠12-20份、乙烯丙烯酸共聚物15-25份、相容劑
2-4份,抗氧劑1-2份、阻燃劑5-8份和加工助劑2-4份。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法,其特征在于,所述明膠為工業(yè)明膠顆粒,其粒徑為0.5-1.5皿。
7.根據(jù)權利要求4所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法,其特征在于,所述抗氧劑為抗氧劑1010,抗氧劑1076或抗氧劑264中的一種或幾種任意比例的混合。
8.根據(jù)權利要求4所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法,其特征在于,所述阻燃劑為氮、磷類化學膨脹型阻燃劑。
9.根據(jù)權利要求4所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法,其特征在于,所述加工助劑為八0^-201加工助劑、八0^-301加工助劑、八0^-401加工助劑中的一種或幾種任意比例的混合。
10.根據(jù)權利要求3所述的一種具有彈性和阻隔性的回收紙板纖維復合材料的制備方法,其特征在于,所述回收紙纖維來自于蜂窩紙板和/或瓦楞紙板。
【文檔編號】C08L97/02GK104356672SQ201410591029
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】羅禮發(fā), 尹文欣, 李俊, 廖村元 申請人:正業(yè)包裝(中山)有限公司