专利名称：一种绿色环保缓冲纤维包装材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及的纤维包装材料，特别是涉及一种绿色环保缓冲纤维包装材料及其制备方法，该材料可用于包装工业电子产品做缓冲包装材料使用。
背景技术：
塑料高分子化合物一般是由乙烯等低分子化合物通过加工反应而成的大分子聚合物等产品，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(EPS/XPS)作为最为常见的塑料，因其加工方便、生产成本低和物理性能优良等优点，深受广大消费者的青睐。塑料用途极为广泛，如作为食品的快餐盒、包装袋以及工业产品的缓冲包装材料等，再如在建筑领域内作为保温材料、装饰材料等塑料建筑材料使用等。然而，这些塑料制品材料在制造和使用过程中存在许多的问题，如难以生物可降解和高温下会析出双酚类有毒物质等对环境存在严重的危害，引起了严重的环境污染，给人类身心健康产生重大威胁，这种污染形式常被人们称之为“白色污染”，成为当前社会最为严重的污染危害之一。为此，世界许多国家已经或正采取强制立法手段禁止发泡塑料的生产和使用。面临目前存在的“白色污染问题”，人们采用了许多的技术措施，如焚烧回收热能、填埋、化学回收和废弃塑料再生等来解决或减轻其对环境产生的影响。但这些处理方式仍存在工艺复杂、成本代价高和不能从根本上解决塑料废弃物所带来的环境污染等问题。目前研究环境可降解的塑料可分为以下3种[黄发荣.环境可降解塑料的研究，材料导报，2007，14 (7) 40-44] (1)光降解塑料，主要由不饱和烃和CO共聚形成的聚合物或者通过添加过渡金属化合物和光敏剂与多芳香族化合物来制造的聚合物；( 生物破坏性塑料，主要通过在塑料中添加淀粉或生物降解剂等方法来制造的塑料产品；C3)具有全生物降解功能的发泡塑料，如聚羟基烷酸酯(PHAs)类塑料、聚乳酸(PLA)类塑料、聚ε -己内酯(PCL)类塑料、二元酸二元醇聚酯类塑料、淀粉(March)类塑料和聚乙烯醇类塑料等。在上述环境可降解塑料中，具有全生物降解的发泡塑料发展迅速。目前国内外学者主要采用湿法发泡的方法(谢拥群，陈彦，张璧光.植物纤维膨化材料的研究[J].木材工业，2004，18 O) :30-32.)使植物纤维在水混合态中搅拌并引起帚化，加入胶粘剂使纤维定向、结合，再加入表面活性剂与胶粘剂在搅拌条件下，形成很多小汽室从而达到体积增大的目的，形成的许多小汽室使材料具有一定的缓冲和机械性能。此外，我国学者也以4种纸浆如甘蔗渣化学浆、杉木机械浆、马尾松爆破浆和新闻纸废纸浆为原料(陈彦.膨化纤维制缓冲包装材料研究[P].硕士学位论文，2004)，采用复合胶粘剂，成泡剂，纤维延伸剂(聚乙酸乳液胶)和碳酸钙填料进行膨化成型具有孔状的发泡材料，认为在气泡成长过程中纤维间隙被不断充涨，加入表面活性剂使气泡稳定，当干燥时浆料中的水分逐渐被蒸发，纤维间隙越小直至连接，并认为形成的膨化纤维内部立体交叉架构证明气泡对纤维的张力作用是存在的，该膨化包装材料除了具有天然材料的可自然降解、可重复利用、可再生和资源广泛等特点外，还具有塑料发泡包装材料的低密度、抗冲击性能、保温隔热、吸音防震等特点。
但是，在以可降解植物纤维为原料，在制造纸浆模塑、植物纤维类缓冲包装材料过程中，还存在一些问题如下(1)在纸浆模塑成型中，主要以低浓度废纸纸浆悬浮液为研究对象，通过模具内的抽吸孔真空抽吸成型的方法进行初步成型，然后在热模具内进行热压定型，主要生产低厚度的产品，该成型方法缺点是用水量大，工艺复杂、污染严重，且多生产低档的包装产品，若生产高白度的产品还需继续脱墨处理，因而成本很高，污染更为严重，应用包装大型电子仪器还需提高其各项性能或生产结构复杂的模塑产品来提高其性能，因此开发废纸制浆造纸浆模塑产品还有相当的潜力。( 植物纤维发泡材料是主要以植物纤维、淀粉为主要材料进行烘培或挤出发泡成型，且多以化学发泡剂发泡成型，对环境有一定负面影响。此外，淀粉分子含有无数计的羟基，虽然目前很多的研究者采用酯化或乙酰化的方法改性羟基以提高其抗水性，但若真正实现抗水性还很困难，而且淀粉发泡材料由于原料来源的广泛性、成本较高及脆性较大也限制了该种包装材料的广泛应用，这在一些资料已有提及。
发明内容
本发明专利的主要目的在于克服目前国内外缓冲包装材料中的缺点，提供一种绿色环保的超低密度天然纤维缓冲包装材料。本发明的另一目的在于提供上述绿色环保天然纤维缓冲包装材料的制备方法。本发明将植物纤维在高速分散中与化学助剂均勻混合并处理一段时间，使得植物纤维表面的羟基化学基团得到改性处理，通过嫁接一些防水性基团并反应，使得其与水分子形成氢键的能力大大下降，从而提高其防水性能；通过在植物纤维表面的羟基基团嫁接一些基团，使得植物纤维在燃烧过程中产生强耗氧物质或产生灭火性的化学物质，使得其具有阻止继续燃烧的能力；同时加入抗菌助剂以降低病菌或霉菌在植物纤维环境下的生存能力。在对植物纤维处理后，将其与MUP-20聚氨酯胶黏剂化合物高度均勻混合，通过这种方法使得树脂微粒均勻分布与植物纤维表面，以获得较好的均布性。通过在植物纤维表面引入大量发泡性聚氨酯胶黏剂并在水蒸气左右下产生发泡和交联反应促使材料内部趋于多微孔化，使得制备的纤维材料具有抵抗外界冲击力的能力或吸收外界施加的能量，从而赋予材料较好的缓冲性能。根据目标密度和厚度，将适量的上述纤维/化学助剂/胶黏剂混合物注入反应器的反应区内，固定好后由反应器下部位的喷射孔喷入高温蒸汽；在喷射过程中树脂表面的活性基团与纤维表面的-OH、-COOH或酚羟基等基团进行交联固化反应，以及与蒸汽(H2O分子)进行发泡反应，在材料内部形成巨量的微孔隙结构，促使材料结构趋于轻质、多微孔化。本发明的目的通过如下技术方案实现一种绿色环保植物纤维缓冲包装材料的制备方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在气流干燥至纤维含水率为8% 13% ；(2)化学改性溶液的制备在混合池内，加入占绝干植物纤维重量1 3%的防水剂、8 15%的阻燃剂和0. 2 1. 2%的防腐剂作为化学助剂，并加入水稀释配成化学助剂固含量占总溶液重量65 90%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂，阻燃剂为SUNF0R-RDP型齐聚磷酸酯阻燃剂，防腐剂为TST25型卡松防腐剂；(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3-5倍的混合液，所得混合液搅拌混合均勻；MPU-20聚氨酯树的用量为所述混合液占绝干天然植物纤维重量的10 30% ；(4)混合将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤( 制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液搅拌混合均勻后放入高速喷射枪的贮液罐中，将步骤(1)所得的植物纤维放入耐高压聚乙烯塑料袋内；以喷射枪为气流发生装置，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将所述贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型先将成型器的上孔板卸下或打开，将步骤(4)所得混合物注入材料成形区，混合物下部位均勻铺装在下喷射孔板上，从蒸汽入口处通入400 压力的水蒸汽20 30s后，停止通入蒸气，将混合物在成形区内继续保留近1 30min后取出，将取出后的材料含水率干燥降低至10 13%。进一步地，所述的天然植物纤维优选为针叶松木材纤维、阔叶杨木材纤维和非木材稻草纤维中的一种或多种。所述干燥至纤维含水率为8% 13%是通过60°C 105°C的气流干燥。所述步骤(3)的混合液搅拌混合均勻是在高速数显搅拌机上，在转速为1000 2000r/min条件下搅拌混合1 !Bmin。所述步骤中的搅拌混合均勻是在高速数显搅拌机上进行1000 2000r/min搅拌混合1 :3min。所述步骤(4)中的成型器，包括上孔板、隔热材料、下喷射孔板、高温压力蒸汽入口和成型腔；成型腔上端设有上孔板，下端设有下喷射孔板，下喷射孔板上设有多个高温压力蒸汽入口，成型腔外周设有隔热材料。本发明另一目的是提供一种绿色环保植物纤维缓冲包装材料，由上述述方法中任一种制备。所述绿色环保植物纤维缓冲包装材料为由植物纤维构成的网络结构，该材料的密度彡100kg/m3，厚度彡30mm，吸水率彡0. 5% ；阻燃级别为V-I标准，在室内放置12个月无霉变现象；材料最低动态缓冲系数> 6. 0，静态缓冲系数> 4. 0，材料在静态缓冲过程中出现2次屈服现象。该发明产品与现有技术的缓冲包装材料相比，具有如下优点1.可制造超低密度多孔天然纤维缓冲包装材料，其密度<=100kg/m3，厚度可在彡20謹，孔隙率在99%以上。2.制备周期极短，约为1. 5min，为传统热模压法生产周期的1/25-1/100，喷蒸热压方法的1/3，与生产聚苯乙烯等发泡塑料时间相当。3.以清洁水蒸汽分子为发泡剂和加工介质，产生的发泡气体也无色无毒，整个生产过程不会产生对周边环境产生影响的噪声、大气和水污染，这是其他瓦愣纸板、蜂窝纸板、EPS发泡塑料和纸浆模塑产品的制备技术无法比拟的。4.在相同的应变量条件下，材料所对应的静应力大小顺序为农业废弃物植物纤维垫<纤维成形体<蜂窝纸板< EPS泡沫塑料，也即表明成形体会在很低的静压力作用下就可以产生较好的缓冲作用，而蜂窝纸板和EPS泡沫塑料只有在很高的静应力条件下可可以发挥很好的缓冲作用。5.与其他缓冲包装材料相比，该新型绿色环保缓冲材料则在静态缓冲过程中会出现2次屈服效应，因而其大大提高对包装件的缓冲效率，并且可在更高的应力要求下产生缓冲效果。6.与瓦楞纸板相比，该新型绿色环保缓冲材料具有更低的最大加速度值，而瓦楞纸板的最大加速度值却很高，且该新型缓冲材料可在更高的冲击静应力条件下获得最小的最大加速度值，而瓦楞纸板则需在很低的冲击静应力下才能获得最小的最大加速度值。7.与蜂窝纸板相比，该新型缓冲材料具有相当的最小的最大加速度值，但该新型缓冲材料具有更好的缓冲性能，其原因是该新型缓冲材料可在更高的冲击静应力条件下获得最小的最大加速度值，而蜂窝纸板只能在相对较低的情况下取得最小的最大加速度值。8.与EPS泡沫塑料相比，该新型缓冲材料却具有较差的缓冲性能，其原因是聚氨酯泡沫塑料的最小的最大加速度值比该新型缓冲材料要低，而成该新型缓冲材料也可以在更高的冲击静应力条件下获得较低的冲击静应力。9.蜂窝纸板是一种刚性较大的材料，价格昂贵、复原性极差，一旦被压溃便无法再次使用，其生产工艺和产品构造很复杂，而纸浆模塑制品由于其过于致密，在承受较大的静应力、高跌落高度或多次冲击条件下，抗振耐冲击性能就较差，所以只能制作小型包装衬垫。与蜂窝纸板和纸浆模塑，该新型缓冲材料却不会出现以上问题。10.材料具有良好的抗湿性能(小于8% )和在恶劣环境下很好的尺寸稳定性(小于2%)在以内。产品机械加工性能好，可通过机械切割等方式将产品加工成任意形状的材料。在生产制造和使用过程中无任何有毒物质释放，是一种广受消费者喜爱的绿色环保新型产品。
图1为本发明绿色环保纤维缓冲包装材料制备装置简图。图2为本发明的绿色环保纤维缓冲包装材料(a)与蜂窝纸板(b)、发泡聚氨酯泡沫塑料(c)和双层叠置AB型双瓦楞纸板(d)动态缓冲性能比较。
具体实施例方式为了更加深入理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。如图1所示，一种制备绿色环保的功能性隔热吸声材料的成型器，包括上孔板1、隔热材料2、下喷射孔板3、高温压力蒸汽入口 4、成型腔5。成型腔5上端设有上孔板1，下端设有下喷射孔板3，下喷射孔板3上设有多个高温压力蒸汽入口 4，成型腔5外周设有隔热材料2。在将纤维经过与化学改性处理后，与MPU-20树脂混合，混合反应物放入成型腔5，调节上孔板1来达到材料的预定密度和厚度。实施例1一种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在95°C条件下气流干燥至纤维含水率为12% ；天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶木材纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10% ；通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80% ；通过100目数的纤维含量彡 10%。
(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量2%的SH-202R型硅铜类防水剂、11%的阻燃剂和0.9%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量80%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为1500r/min条件下搅拌混合anin ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的15%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(1500r/min)搅拌混合aiiin，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将成型器上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入5001tfa压力的水蒸汽2 后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近15min后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至12%。获得的纤维材料的孔隙分为椭圆形、圆形、多边形、三角形及不规则形状孔隙特征，主要为纤维/纤维间孔隙及纤维细胞腔内部孔隙，纤维与纤维间连接成连续的空间网络结构并作为缓冲过程中承受力的作用，在纤维材料受外力压缩而缓冲过程中纤维间孔隙及纤维内孔隙起到缓冲的作用。材料整个外形为自然色且多孔状结构。经检测，所得材料密度为85kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数为5. 8，吸水率< 0. 5%，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数可低至4. 55，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能5. 6%，收缩和膨胀系数在1.3%。该材料具有比农业废弃物植物纤维垫、双层叠置AB型双瓦楞纸板和蜂窝纸板更优良的缓冲性能，而略逊与EPS泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料等塑料产品。图2为本发明的绿色环保纤维缓冲包装材料(a)与蜂窝纸板(b)、发泡聚氨酯泡沫塑料(c)和双层叠置AB型双瓦楞纸板(d)动态缓冲性能比较。如图2所示，与双层叠置AB型双瓦楞纸板相比，该成形体具有非常优良的动态缓冲性能。成形体具有很低的最大加速度值，而双层叠置AB型双瓦楞纸板的最大加速度值却很高，再次是该成形体可在更高的冲击静应力条件下获得最小的最大加速度值，而双层叠置AB型双瓦楞纸板则需在很低的冲击静应力下才能获得最小的最大加速度值。与蜂窝纸板相比，成形体具有相当的最小的最大加速度值，但成形体具有更好的缓冲性能，其原因是成形体可在更高的冲击静应力条件下获得最小的最大加速度值，而蜂窝纸板只能在相对较低的情况下取得最小的最大加速度值。而与聚氨酯泡沫塑料相比，成形体却具有较差的缓冲性能，其原因是聚氨酯泡沫塑料的最小的最大加速度值比成形体要低，而成形体也可以在更高的冲击静应力条件下获得较低的冲击静应力。与上述相关的环保型通用的缓冲包装材料相比，本实施例产品还具有生产周期短，装备简单的特点，如制备密度上述的材料样品的生产周期近1. 5min。蜂窝纸板是一种刚性较大的材料，价格昂贵、复原性极差，一旦被压溃便无法再次使用，其生产工艺和产品构造很复杂，而纸浆模塑制品由于其过于致密，在承受较大的静应力、高跌落高度或多次冲击条件下，抗振耐冲击性能就较差，所以只能制作小型包装衬垫。而目前使用频繁的EPS等泡沫塑料虽然具有优良的缓冲性能，但其在制造和使用过程中导致极为严重的环境污染问题，如“白色污染”。因此开发该中绿色环保的超低密度纤维成形体具有非常重要的现实意义和长远意义，植物纤维经过高温蒸汽处理后可几乎杀死许多的霉菌等有害物质，这一点对于包装进出口非常有利，可以用于包装中小型的电子等产品。实施例2一种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在105°C条件下气流干燥至纤维含水率为13%;所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80%;通过100目数的纤维含量彡10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、15%的阻燃剂和1.2%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量90%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为2000r/min条件下搅拌混合:3min ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的30%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速QOOOr/min)搅拌混合:3min，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入700kPa压力的水蒸汽30s后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近30min后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至13%。经检测，所得材料密度为82kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数4. 8，吸水率0. 5 %，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数5. 23，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能5. 1 %，收缩和膨胀系数1.1%。实施例3—种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在70°C条件下气流干燥至纤维含水率为10% ；所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的阔叶杨木材纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80%;通过100目数的纤维含量彡10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量2%的防水剂、12%的阻燃剂和0.8%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量78%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为1500r/min条件下搅拌混合anin ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的15%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(1500r/min)搅拌混合aiiin，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入500kPa压力的水蒸汽2 后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近25min后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至12%。经检测，所得材料密度为83kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数5. 7，吸水率0. 6 %，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数5. 87，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能5. 4%，收缩和膨胀系数1. 1%。实施例4一种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在99°C条件下气流干燥至纤维含水率为12% ；所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的非木材稻草纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80%;通过100目数的纤维含量彡10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量2. 5%的防水剂、14%的阻燃剂和1. 的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量88%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为1800r/min条件下搅拌混合2. 5min ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的 25%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(lSOOr/min)搅拌混合2. 5min，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入600kPa压力的水蒸汽20s后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近30min后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至11%。经检测，所得材料密度为80kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数5. 6，吸水率0. 4 %，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数5. 7，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能4. 77%，收缩和膨胀系数0. 8%。实施例5—种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在100°C条件下气流干燥至纤维含水率为8% ；所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维、阔叶杨木材纤维和非木材稻草纤维(上述三种纤维重量比例为1 2 1)；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量<80%;通过100目数的纤维含量彡10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、8%的阻燃剂和1.2%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量65%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为2000r/min条件下搅拌混合Imin ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的30%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(lOOOr/min)搅拌混合:3min，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入400kPa压力的水蒸汽30s后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近Imin后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至13%。经检测，所得材料密度为82kg/m3，厚度为51mm，材料最低动态缓冲系数5. 3，吸水率0. 6 %，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数6.21,且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能5. 1 %，收缩和膨胀系数1.1%。实施例6一种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在105°C条件下气流干燥至纤维含水率为8% % ；所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80%;通过100目数的纤维含量> 10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量2%的防水剂、11%的阻燃剂和1. 的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量77%的化学改性溶液；天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维、阔叶杨木材纤维和非木材稻草纤维(上述三种纤维重量比例为1:2:1)；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10% ；通过14目但保留在100目间的纤维含量<80% ；通过100目数的纤维含量彡 10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、8%的阻燃剂和1.2%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量65%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNFOR-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为1570r/min条件下搅拌混合2. 2min ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的 24%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(1720r/min)搅拌混合2. 5min，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/
1PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入600kPa压力的水蒸汽30s后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近5min后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至11%。经检测，所得材料密度为81kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数5. 7，吸水率0. 4 %，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数5. 54，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能5. 1%，收缩和膨胀系数1. 0%。实施例7一种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在105°C条件下气流干燥至纤维含水率为8% % ；所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的阔叶杨木材纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80%;通过100目数的纤维含量> 10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、11 %的阻燃剂和0. 7%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量69%的化学改性溶液；天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维、阔叶杨木材纤维和非木材稻草纤维(上述三种纤维重量比例为1:2:1)；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10% ；通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80% ；通过100目数的纤维含量彡 10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、8%的阻燃剂和1.2%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量65%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为1200r/min条件下搅拌混合2. 2min ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的 24%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤(2)制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(HOOr/min)搅拌混合1.5min，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；
(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入500kPa压力的水蒸汽23s后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近17min后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至12%。经检测，所得材料密度为80kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数4. 5，吸水率0. 5 %。阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数5. 54，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能4. 7%，收缩和膨胀系数1. 3%。实施例8一种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在80°C条件下气流干燥至纤维含水率为9%;所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80%;通过100目数的纤维含量彡10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量2%的防水剂、15%的阻燃剂和1. 的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量88%的化学改性溶液；天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维、阔叶杨木材纤维和非木材稻草纤维(上述三种纤维重量比例为1:2:1)；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10% ；通过14目但保留在100目间的纤维含量<80% ；通过100目数的纤维含量彡 10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、8%的阻燃剂和1.2%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量65%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为1710r/min条件下搅拌混合2. 5min ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的 25%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(1200r/min)搅拌混合2. %iin，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入550kPa压力的水蒸汽2 后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后料含水率干燥降低至11%。经检测，所得材料密度为80kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数3. 4，吸水率0. 8 %，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数6. 45，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能5. 2%，收缩和膨胀系数1. 1%。实施例9一种制备绿色环保天然纤维缓冲包装材料的方法，包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在105°C条件下气流干燥至纤维含水率为8% ；所述的天然植物纤维为利用盘磨法制备的非木材稻草纤维；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10%;通过14目但保留在100目间的纤维含量< 80%;通过100目数的纤维含量彡10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、11 %的阻燃剂和0. 9%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量87%的化学改性溶液；天然植物纤维为利用盘磨法制备的针叶松木材纤维、阔叶杨木材纤维和非木材稻草纤维(上述三种纤维重量比例为1:2:1)；其中纤维尺寸为通过过筛14目数的纤维含量< 10% ；通过14目但保留在100目间的纤维含量<80% ；通过100目数的纤维含量彡 10%。(2)化学改性溶液的制备在混合池槽内，加入占绝干植物纤维重量3%的防水剂、8%的阻燃剂和1.2%的防腐剂，并加入水，配成固含量占总溶液重量65%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂(枣阳四海化工有限公司)，阻燃剂为SUNF0R-RDP齐聚磷酸酯阻燃剂(烟台新秀化学用品有限公司)，防腐剂为TST25卡松防腐剂(广州天源化工有限公司)。(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3倍，所得混合物在高速数显搅拌机上转速为1650r/min条件下搅拌混合2. 4min ；MPU-20聚氨酯树的用量为其液体重量占绝干天然植物纤维重量的 27%。(4)混合将步骤(1)所得的植物纤维放入LDPE直立型耐高压聚乙烯塑料袋内(江阴市长泾新达塑料薄膜有限公司)，以高速喷射枪为气流发生装置；将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤C3)制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液同样在高速数显搅拌机上进行高速(1300r/min)搅拌混合2. 7min，混合后将其放入高速喷射枪的贮液罐中(PQ-2/PQ-2U-B，浙江迈特工具制造有限公司)，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型如图1所示，先将上孔板1卸下或打开，将步骤(4)混合后的纤维与化学助剂及胶黏剂混合物注入材料成形区5，混合物下部位尽可能均勻铺装在下喷射孔板3上，从蒸汽入口 4处通入650kPa压力的水蒸汽2 后，停止通入蒸气后将其在成形区内继续保留近2anin后取出，隔热材料2为减少蒸汽的热损失作用，纤维材料获得成型；成型后将材料含水率干燥降低至12%。经检测，所得材料密度为80kg/m3，厚度为50mm，材料最低动态缓冲系数5. 1，吸水
15率0. 3 %，阻燃级别为V-I标准(UL94标准)，在室内放置12个月无霉变现象；静态缓冲系数6. 21，且在静态缓冲过程中会出现2次屈服现象，抗湿性能3. 4%，收缩和膨胀系数1. 3%。
权利要求
1.一种绿色环保植物纤维缓冲包装材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件(1)纤维干燥将天然植物纤维在气流干燥至纤维含水率为8% 13%；(2)化学改性溶液的制备在混合池内，加入占绝干植物纤维重量1 3%的防水剂、8 15%的阻燃剂和0. 2 1. 2%的防腐剂作为化学助剂，并加入水稀释配成化学助剂固含量占总溶液重量65 90%的化学改性溶液；其中防水剂为SH-202R型硅铜类防水剂，阻燃剂为SUNF0R-RDP型齐聚磷酸酯阻燃剂，防腐剂为TST25型卡松防腐剂；(3)发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的制备以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3-5倍的混合液，所得混合液搅拌混合均勻；MPU-20聚氨酯树的用量为所述混合液占绝干天然植物纤维重量的10 30% ；(4)混合将步骤( 制备的化学改性溶液和步骤( 制备的发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液搅拌混合均勻后放入高速喷射枪的贮液罐中，将步骤(1)所得的植物纤维放入耐高压聚乙烯塑料袋内；以喷射枪为气流发生装置，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将所述贮液罐中的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流在耐高压聚乙烯塑料袋内与植物纤维混合；(5)成型先将成型器的上孔板卸下或打开，将步骤(4)所得混合物注入材料成形区，混合物下部位均勻铺装在下喷射孔板上，从蒸汽入口处通入400 700kPa压力的水蒸汽20 30s后，停止通入蒸气，将混合物在成形区内继续保留近1 30min后取出，将取出后的材料含水率干燥降低至10 13%。
2.根据权利要求1所述的绿色环保植物纤维缓冲包装材料的制备方法，其特征在于所述的天然植物纤维为针叶松木材纤维、阔叶杨木材纤维和非木材稻草纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的绿色环保植物纤维缓冲包装材料的制备方法，其特征在于所述干燥至纤维含水率为8% 13%是通过60°C 105°C的气流干燥。
4.根据权利要求1所述的绿色环保植物纤维缓冲包装材料的制备方法，其特征在于所述步骤(3)的混合液搅拌混合均勻是在高速数显搅拌机上，在转速为1000 2000r/min条件下搅拌混合1 :3min。
5.根据权利要求1所述的绿色环保植物纤维缓冲包装材料的制备方法，其特征在于所述步骤中的搅拌混合均勻是在高速数显搅拌机上进行1000 2000r/min搅拌混合1 3min。
6.根据权利要求1所述的绿色环保植物纤维缓冲包装材料的制备方法，其特征在于所述步骤中的成型器，包括上孔板、隔热材料、下喷射孔板、高温压力蒸汽入口和成型腔；成型腔上端设有上孔板，下端设有下喷射孔板，下喷射孔板上设有多个高温压力蒸汽入口，成型腔外周设有隔热材料。
7.—种绿色环保植物纤维缓冲包装材料，其特征在于由权利要求1-6所述方法中任一项制备。
8.根据权利要求7所述的绿色环保植物纤维缓冲包装材料，其特征在于所述绿色环保植物纤维缓冲包装材料为由植物纤维构成的网络结构，该材料的密度< 100kg/m3，厚度^ 30mm，吸水率彡0. 5% ；阻燃级别为V-I标准，在室内放置12个月无霉变现象；材料最低动态缓冲系数> 6. 0，静态缓冲系数> 4. 0，材料在静态缓冲过程中出现2次屈服现象。
全文摘要
本发明公开一种绿色环保缓冲纤维包装材料及其制备方法。制备时，先将天然植物纤维在气流干燥至纤维含水率为8％～13％，然后加入防水剂、阻燃剂和防腐剂作为化学助剂，以乙酸乙酯作为稀释剂，将MPU-20聚氨酯树脂胶黏剂稀释至原体积3-5倍的混合液，以喷射枪为气流发生装置，利用喷射枪启动时产生的高速气流负压作用，将将化学改性溶液和发泡性MPU-20聚氨酯树脂分散液的混合液吸入气流并形成气/液二相混合物流体，气流与植物纤维混合；成型制得超低密度(≥50kg/m3)包装材料。材料缓冲性能优于瓦愣纸板、蜂窝纸板，材料有易机械加工、抗菌性能好、成本低、尺寸稳定性好、抗湿性强等优点。
文档编号C08J9/08GK102382481SQ201110214458
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者刘德桃, 李军, 杨仁党, 陈克复 申请人:华南理工大学