玉米苞葉緩沖包裝材料的研究

曾慶偉, 趙 倩 ,張思雨, 李祥保, 賈圓圓 ,邢麗娜

(曲阜師范大學(xué) 工學(xué)院，山東 日照 276826)

玉米苞葉緩沖包裝材料的研究

曾慶偉, 趙 倩 ,張思雨, 李祥保, 賈圓圓 ,邢麗娜

(曲阜師范大學(xué) 工學(xué)院，山東 日照 276826)

以改性異氰酸酯、軟泡聚醚多元醇為粘合劑，以玉米苞葉為填充材料，以一氟二氯乙烷和水為發(fā)泡劑，辛酸亞錫及三乙烯二胺為催化劑，聚醚改性硅氧烷為穩(wěn)泡劑，制得了抗壓性能優(yōu)良的緩沖包裝材料。

改性異氰酸酯; 玉米苞葉 ; 緩沖包裝材料

隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，緩沖包裝技術(shù)得到了迅速發(fā)展，從最初以稻殼、麥麩、紙屑、刨花等作為包裝填充物發(fā)展到近年來(lái)使用合成包裝材料，是包裝領(lǐng)域的巨大進(jìn)步，包裝材料迅速發(fā)展的同時(shí)，人們逐漸回歸理性，正視資源枯竭和環(huán)境污染問(wèn)題。以聚苯乙烯為代表的泡沫塑料由于具有緩沖及減振性能優(yōu)良、質(zhì)輕、加工容易、廉價(jià)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在包裝領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但該材料使用后存在體積龐大、難于降解，焚燒處理會(huì)產(chǎn)生毒氣等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，紙漿模塑、蜂窩紙板及瓦楞紙板近年來(lái)得到了一定發(fā)展，但瓦楞紙板存在表面較硬，變形后不易復(fù)原，不能重復(fù)利用從而使用價(jià)格高等缺點(diǎn)。植物纖維在農(nóng)村多為閑置資源，原料來(lái)源廣泛，目前以植物纖維制作緩沖包裝料的研究時(shí)有報(bào)道[1-2]，具體工藝一般是將植物纖維粉碎，然后和淀粉、聚乙烯醇等可降解粘合劑混合，以碳酸氫銨或碳酸氫鈉為發(fā)泡劑，烘烤條件下發(fā)泡成型，該類(lèi)產(chǎn)品降解性能良好，但普遍存在緩沖性能差的缺陷，目前尚未見(jiàn)工業(yè)化產(chǎn)品，本文以玉米苞葉為填充料，以改性聚氨酯和軟泡聚醚多元醇[3]為粘合劑，通過(guò)閉模發(fā)泡，制備了性能良好且較易降解的緩沖包裝材料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

改性異氰酸酯MDI，深圳科晟達(dá)有限公司，軟泡聚醚GMN3050，上海高橋，三乙烯二胺，工業(yè)品。辛酸亞錫，工業(yè)品，邁圖硅油Y10366 ，一氟二氯乙烷，萊陽(yáng)康德化工有限公司，去離子水，自制玉米苞葉。

1.2 制備工藝

將玉米苞葉洗凈烘干后粉碎，過(guò)50目篩備用。于通風(fēng)櫥中稱(chēng)取適量GMN3050，放入燒杯中，加入發(fā)泡劑、水、硅油Y10366、三乙烯二胺和粉碎后的玉米苞葉，充分混合后加入催化劑辛酸亞錫，繼續(xù)混合均勻后，迅速倒入預(yù)先稱(chēng)量好的改性異氰酸酯，攪拌10～15s，倒進(jìn)模具中閉模發(fā)泡，24h后脫模得緩沖包裝材料。

1.3 性能測(cè)試

材料密度按GB-T-6343-2009測(cè)試，壓縮強(qiáng)度按GB8168-2008測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

影響緩沖包裝材料性能的因素包括異氰酸酯及聚醚多元醇用量比、發(fā)泡劑、催化劑、穩(wěn)泡劑、填料用量，接下來(lái)逐一討論。

2.1 異氰酸酯及聚醚多元醇用量的確定

稱(chēng)取60g異氰酸酯，分別加入60，50，40，30，20g聚醚多元醇，10%的水及2%的復(fù)合催化劑(質(zhì)量1:1的辛酸亞錫和三乙烯二胺的混合物)進(jìn)行發(fā)泡。結(jié)果表明，聚醚多元醇用量過(guò)多時(shí)材料因交聯(lián)過(guò)度相對(duì)較硬，緩沖效果差，用量太少材料不能完全固化，表面發(fā)粘，本實(shí)驗(yàn)中最佳用量為30 g，即二者用量為2:1。

2.2 發(fā)泡劑用量對(duì)材料性能的影響

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)大氣危害嚴(yán)重的三氯三氟乙烷已禁止應(yīng)用，一氟二氯乙烷對(duì)臭氧層的破壞僅為三氯三氟乙烷的十分之一，目前已逐漸取代其它氟氯烴用于發(fā)泡，水作為廉價(jià)環(huán)保的發(fā)泡劑也得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單純以水為發(fā)泡所得泡沫大小不均勻，因此本實(shí)驗(yàn)采用水和一氟二氯乙烷協(xié)同發(fā)泡，在固定二者比例1:1，異氰酸酯及聚醚多元醇用量為2:1，復(fù)合催化劑為2%的條件下，發(fā)泡劑用量對(duì)材料泡沫密度影響見(jiàn)表1。

表1 發(fā)泡劑用量對(duì)材料泡沫密度的影響

隨發(fā)泡劑用量的增加，產(chǎn)生氣體的速度加快，材料的泡沫密度逐漸減小，發(fā)泡劑用量較少時(shí)，材料密度較大，緩沖性能較差，抗壓強(qiáng)度大，發(fā)泡劑用量過(guò)多，材料密度較小，材料抗壓強(qiáng)度急劇下降，鑒于此，實(shí)驗(yàn)中發(fā)泡劑用量為15%。

2.3 催化劑用對(duì)材料性能的影響

緩沖材料的制備涉及兩種催化劑，實(shí)驗(yàn)中選擇有機(jī)錫化合物辛酸亞錫和胺類(lèi)催化劑三乙烯二胺為復(fù)合體系，其中辛酸亞錫主要是促進(jìn)異氰酸酯與羥基反應(yīng)形成氨基甲酸酯從而促使鏈增長(zhǎng)，三乙烯二胺則催化異氰酸酯與水的發(fā)泡反應(yīng)，二者的比例對(duì)泡沫性能有一定影響， 實(shí)驗(yàn)中首先固定二者的總用量為百分之二，發(fā)泡劑用量為15%，其它物質(zhì)用量同2.2，不同比例催化劑對(duì)材料抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表2。

表2 催化劑比例對(duì)材料抗壓強(qiáng)度的影響

由2表看出，隨胺比錫數(shù)值的增大，錫的用量越來(lái)越小，大分子鏈增長(zhǎng)速率變慢，發(fā)泡速率加快，材料緩沖性能增強(qiáng)，抗壓縮強(qiáng)度逐漸減小，當(dāng)二者用量為3:1時(shí)，由于鏈增長(zhǎng)反應(yīng)不完全，材料強(qiáng)度明顯受到影響，綜合考慮本實(shí)驗(yàn)選用1:2。固定胺比錫為1:2，催化劑總量分別按配方總量1%,1.5%,2%,2.5%,3% 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)催化劑用量太少時(shí)，材料固化不充分，太大時(shí)反應(yīng)速度太快，不利于閉模發(fā)泡，綜合考慮本實(shí)驗(yàn)選用1.5%。

2.4 泡沫穩(wěn)定劑對(duì)材料性能的影響

合適的泡沫穩(wěn)定劑是保障實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，泡沫穩(wěn)定劑使得泡沫均勻，在各物質(zhì)用量同2.3條件下，泡沫穩(wěn)定劑用量對(duì)泡沫密度的影響見(jiàn)表3。

由表3可以看出，隨泡沫穩(wěn)定劑用量增大，泡沫密度減小，這是由于泡沫穩(wěn)定劑的使用使得泡沫持久而且均勻，當(dāng)用量達(dá)0.6%以后，變化緩慢，因此本實(shí)驗(yàn)選用0.6%。

表3 泡沫穩(wěn)定劑用量對(duì)材料泡沫密度的影響

2.5 玉米苞葉用量對(duì)材料性能的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玉米苞葉的添加量對(duì)材料的降解性能有重要影響，玉米苞葉的添加量越多，材料的的降解性能越好，但添加太多會(huì)使體系黏度過(guò)大，分散不均勻從而影響材料的抗壓強(qiáng)度及泡沫均勻性，在各物質(zhì)用量同2.4條件下，玉米苞葉用量對(duì)材料性能的影響見(jiàn)表4。

表4 玉米苞葉用量對(duì)材料性能的影響

由表4可以看出，隨著玉米苞葉添加量的增加，緩沖材料的抗壓強(qiáng)度先增加后急劇減小，這主要是由于玉米苞葉添加量小時(shí)，在體系中混合均勻，起到了增強(qiáng)纖維的作用，隨著玉米苞葉用量的進(jìn)一步增加，體系分散不均勻，抗壓強(qiáng)度和發(fā)泡情況均不理想，再考慮到降解因素，本實(shí)驗(yàn)玉米苞葉合適用量為30%。

綜上所述，緩沖材料的最佳配方為：異氰酸酯和聚醚多元醇(二者比例2:1) 52.9%，復(fù)合催化劑1.5%，泡沫穩(wěn)定劑0.6%，發(fā)泡劑15%，玉米苞葉30%，此時(shí)材料的抗壓強(qiáng)度為14.5 MPa。

3 結(jié)論

(1)以聚氨酯為粘合材料，添加玉米苞葉，制備了一種降解性能較好的緩沖包裝材料，該材料利用閑置資源，不僅減少了污染，而且降低了成本。

(2)該緩沖材料的最佳配方為：異氰酸酯和聚醚多元醇(二者比例2:1) 52.9%，復(fù)合催化劑1.5%，泡沫穩(wěn)定劑0.6%，發(fā)泡劑15%，玉米苞葉30%，此時(shí)材料的抗壓強(qiáng)度為14.5 Mpa。

[1] 高 德，常 江，鞏 雪.玉米秸桿緩沖包裝材料的研究[J].包裝工程，2007，28(1)：27-29.

[2] 郁 青，何春霞.淀粉/秸桿基緩沖包裝材料的制備及其性能研究[J].包裝工程，2009，30(12)：6-8.

[3] 陳秋玲，張春紅，孫可偉.利用植物纖維制備降解聚氨酯泡沫材料的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2008，22(10)：100-102.

(本文文獻(xiàn)格式：曾慶偉, 趙 倩 ,張思雨, 等.玉米苞葉緩沖包裝材料的研究[J].山東化工，2017，46(04)：14-15.)

Research of Cushioning Packing Material with Corn bract

ZengQingwei,ZhaoQian,ZhangSiyu,LiXiangbao,JiaYuanyuan,XingLina

(Qufu Normal University, Rizhao 276826, China)

Using soft polyether glycol and modfied polyisocyanate as adhesion agent,corn bract as stuffing,dichlorofluoroethane and water as foaming agent,stannous octoate and triethylene diamine as catalyst,silicone oil as foam stabilizer.A new cushioning packing material with excellent compressive strength was prepared.

modfied polyisocyanate;corn bract;cushioning packing material

2017-01-06

國(guó)家級(jí)、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)201510446014

曾慶偉(1995—),山東臨沂人，在讀本科生，國(guó)家級(jí)、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，研究方向?yàn)榄h(huán)保緩沖包裝材料。

TQ572.7

A

1008-021X(2017)04-0014-02