1.本发明涉及纸纤维模塑成型技术领域，尤其涉及一种纸纤维模塑材料及其制备方法。
背景技术：
2.纸浆模塑是一种立体造纸技术，以植物纤维为基础原料，在模塑机上由特殊的模具塑造出一定形状的纸制品，可用于制作一次性餐具、防震托盘、装饰托盘等。目前，纸浆模塑一般包括制浆、吸塑成型、干燥定型等工序。
3.在日常生产和生活中，经常会遇到一些含水、含油或具有腐蚀性的物品，比如汉堡等快餐食品中，含油量就较多。为了满足应用需要，要求用来进行包装的纸制品具有较好的防水、放油或防腐性能。目前，在纸浆模塑过程中，最常用的方法是直接在纸浆液中加入防水剂、防腐剂或防油剂。但是这种方法得到的纸制品防水、防油和防腐性能仍然较差，并且目前的纸浆模塑法得到的纸制品表面只能体现出纸纤维的形态，无法进行装饰。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明提供了一种纸纤维模塑材料及其制备方法。本发明提供的纸纤维模塑材料在纸纤维层上下表面设置功能层，可以方便的实现防水、防腐、防油和防冲击等功能，还可以体现出装饰效果。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种纸纤维模塑材料，包括纸纤维层和分别设置在纸纤维层两侧表面的第一功能层和第二功能层；所述纸纤维层的制备原料包括纸浆板、添加剂和胶液。
7.优选的，所述纸浆板包括甘蔗浆板、竹浆板、草浆板、针树浆板和阔叶浆板中的一种或几种；
8.所述添加剂包括干强剂、湿强剂和防腐剂的一种或几种。
9.优选的，所述胶液为醋酸乙烯胶液；所述纸纤维和醋酸乙烯胶液的质量比为8:(1.5～2.5)。
10.优选的，所述纸纤维层的制备原料还包括施胶剂和/或填料。
11.优选的，所述第一功能层和第二功能层独立地包括牛皮纸层、涂布纸层、pet层、淋膜纸层、bopp膜层、布料层、人造革层、塑料膜层和铝箔层中的一种或几种。
12.本发明还提供了上述方案所述纸纤维模塑材料的制备方法，包括以下步骤：
13.(1)将纸浆板粉碎后过滤，得到纤维絮；将所述纤维絮和除胶液之外的纸纤维层的制备原料混合后平铺，得到平铺层；
14.(2)向所述平铺层喷施胶液，得到喷胶纤维层；
15.(3)将所述喷胶纤维层的上下表面分别与第一功能层和第二功能层贴合，然后进行热压成型，得到纸纤维模塑材料。
16.优选的，所述步骤(1)具体为：用计量辊向锤片式粉碎机中送入纸浆板，纸浆板被
粉碎形成纸纤维絮，纸纤维絮风送至成型网，除胶液之外的纸纤维层的制备原料由定量喷粉机送至成型网筒与纸纤维絮混合，所得混合料降落至带负压成型网的输送带上，形成平铺层。
17.优选的，所述喷胶前，还包括将所述平铺层进行辊压，得到辊压层；所述平铺层的厚度为20～40mm，所述辊压层的厚度为6～10mm。
18.优选的，所述热压成型的方式包括冲压成型。
19.本发明提供了一种纸纤维模塑材料，包括第一功能层、第二功能层和设置在第一功能层和第二功能层之间的纸纤维层；所述纸纤维层的制备原料包括纸浆板、添加剂和胶液本发明在纸纤维层上下表面设置功能层，可以根据实际需要选择功能层的种类，便于实现防水、防腐、防油和防冲击等功能，还能赋予包装材料热合性，内外表面可以采用不同颜色的材料，且包装材料表面无纤维丝，可以体现出装饰效果；并且本发明提供的包装材料和现有技术中湿法纸浆模塑强度相当。进一步的，本发明选择的功能层包括牛皮纸层、涂布纸层、pet层、淋膜纸层、bopp膜层、布料层、人造革层、塑料膜层和铝箔层中的一种或几种，在实际生产时，可以根据具体的应用场合选择不同种类的功能层，材料的功能多样，应用场景更加广泛。
20.本发明还提供了上述方案所述纸纤维模塑材料的制备方法，本发明采用干法纸浆模塑的方法制备纸纤维模塑材料，其中先将纸浆板进行粉碎和过滤，之后将所得纸纤维絮和添加剂等原料混合后平铺，然后进行喷胶，并将喷胶后的纤维层与功能层进行热压成型。现有技术中采用的纸浆模塑法需要先使用大量水制备纸浆(纸纤维和水的质量比为1:100)，后期通过压制、干燥等手段将水去除，其中压榨后的含水率为70％左右，最终产品的含水率为8～10％，需要消耗大量的能耗进行干燥，同时耗水量高，产生的废水量大，环保压力大。本发明提供的方法和现有技术的方法相比，制备过程中不使用水，后期也不需要干燥除水，能耗小(制备每吨产品仅耗能2000～3000千瓦)，不会对水体造成污染，环保压力小，且在热压成型过程中，一步即可实现成型、热塑、降水分、模切以及与功能层的复合，制备步骤简单，容易操作。
具体实施方式
21.本发明提供了一种纸纤维模塑材料，包括纸纤维层和分别设置在纸纤维层两侧表面的第一功能层和第二功能层；所述纸纤维层的制备原料包括纸浆板、添加剂和胶液。
22.本发明提供的纸纤维模塑材料包括纸纤维层。在本发明中，所述纸纤维层的制备原料包括纸浆板、添加剂和胶液；所述纸浆板优选包括甘蔗浆板、草浆板、竹浆板、针树浆板和阔叶浆板中的一种或几种；所述纸浆板的克重优选为300～440g/m2，更优选为390～440g/m2；所述甘蔗浆板中甘蔗纤维的长度优选为0.65～2.17mm，宽度优选为21～28μm，所述竹浆板中竹纤维的长度优选为1.8～2.5mm；在本发明的具体实施例中，采用竹浆可以起到防霉的作用。
23.在本发明中，所述添加剂优选包括干强剂、湿强剂和防腐剂中的一种或几种；所述干强剂优选包括变性淀粉增干强剂、壳聚糖和半纤维素中的一种或几种；所述湿强剂优选包括pae、双醛淀粉和阳离子淀粉中的一种或几种；所述防腐剂优选包括次氯酸盐和氯胺中的一种或两种；在本发明中，所述纸浆板和添加剂的总质量之比优选为8:(0.1～1)，更优选
为8:(0.5～1)，具体的，所述纸浆板和干强剂的质量比优选为8:(0.1～0.3)，更优选为8:0.2，所述纸浆板和湿强剂的质量比优选为8:(0.2～0.5)，更优选为8:0.3，所述纸浆板和防腐剂的质量比优选为8:(0.1～0.3)，更优选为8:0.1。
24.在本发明中，所述胶液优选为醋酸乙烯胶液，所述醋酸乙烯胶液的固含量优选为45％；本发明对所述醋酸乙烯胶液的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售醋酸乙烯胶液即可；所述纸浆板和胶液的质量比优选为8:(1.5～2.5)，更优选为8:2。
25.在本发明中，所述纸纤维层的制备原料优选还包括施胶剂和/或填料，所述施胶剂优选为羧甲基纤维素钠或胶粉；所述纸浆板和所述施胶剂的质量比优选为7～8:1.5～3；所述纸浆板和所述填料的质量比优选为7～8:1～2；所述填料优选为滑石粉；在本发明的具体实施例中，所述胶粉优选为水溶性胶粉，更优选为能够快速溶于水的胶粉，具体可以为市售的山东力昂505型胶粉。
26.在本发明的具体实施例中，所述纸纤维层的配方优选包括以下质量份数的组分：甘蔗浆7份，竹浆1份，醋酸乙烯胶液2份，干强剂0.2份，湿强剂0.3份，防腐剂0.1份。
27.或，所述纤维层的配方优选包括以下质量份数的组分：甘蔗浆8份，胶粉1份，醋酸乙烯胶液1份，干强剂0.2份，湿强剂0.3份，防腐剂0.1份。
28.或，所述纤维层的配方优选包括以下质量份数的组分：草浆7份，胶粉1份，醋酸乙烯胶液1.5份，干强剂0.2份，湿强剂0.3份，防腐剂0.1份，滑石粉1份。
29.在本发明中，上述三个配方中，甘蔗浆、竹浆和草浆的质量以甘蔗浆板、竹浆板和草浆板的质量计。
30.本发明提供的纸纤维模塑材料包括分别设置在纸纤维层两侧表面的第一功能层和第二功能层。在本发明中，所述所述第一功能层和第二功能层独立地包括牛皮纸层、涂布纸层、pet层(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、淋膜纸层、bopp膜层(双向拉伸聚丙烯薄膜)、布料层、人造革层、塑料膜层和铝箔层一种或几种；所述涂布纸层优选为甲基丙烯酸高聚物涂布纸层或聚乳酸(pla)涂布纸层；所述淋膜纸层优选为聚乙烯(pe)淋膜纸层；所述布料层的厚度优选为1mm，其余功能层的厚度优选为0.03～0.06mm；在本发明中，第一功能层和第二功能层的种类可以相同，也可以不同，且第一功能层和第二功能层均可以设置多层，具体如选择白牛皮层+涂布层为第一功能层，在本发明的具体实施例中，优选根据实际需要选择功能层的种类，具体的，当选择铝箔为功能层时，所得模塑材料具有高避光性和低热传导性，当选择pla涂布纸为功能层时，所得模塑材料具有可降解、热封、防水和防油性，当选择人造革层或布料层为功能层时，所得模塑材料具有装饰美观性，当选择pe膜为功能层时，所得包装材料具有热合性，当选择牛皮纸层为功能层时，所得模塑材料除具有高强度、可降解的性能；另外，通过设置功能层，还可以使包装材料内外表面呈现不同的颜色，避免体现纤维丝的形态，装饰性好。
31.在本发明中，当所述纸纤维模塑材料的克重为350g/m2时，其模塑纸碗抗压性能大于等于300n。
32.本发明还提供了上述方案所述纸纤维模塑材料的制备方法，包括以下步骤：
33.(1)将纸浆板粉碎后过滤，得到纤维絮；将所述纤维絮和除胶液之外的纸纤维层的制备原料混合后平铺，得到平铺层；
34.(2)向所述平铺层喷施胶液，得到喷胶纤维层；
35.(3)将所述喷胶纤维层的上下表面分别与第一功能层和第二功能层贴合，然后进行热压成型，得到纸纤维模塑材料。
36.本发明将纸浆板粉碎后过滤，得到纤维絮；将所述纤维絮和除胶液之外的纸纤维层的制备原料混合后平铺，得到平铺层。在本发明中，所述粉碎优选在锤片式粉碎机中进行，所述平铺优选在带负压成型网的输送带上进行。在本发明的具体实施例中，优选采用计量辊向锤片式粉碎机中送入纸浆板，纸浆板被粉碎形成纸纤维絮，纸纤维絮风送至成型网，除胶液之外的纸纤维层的制备原料由定量喷粉机送至成型网筒与纸纤维絮混合，所得混合料降落至带负压成型网的输送带上，形成平铺层；在本发明中，所述锤片式粉碎机的转速优选为2000～6000转/分钟，更优选为3000～5000转/分钟，所述成型网筒的孔径优选为4.1mm，中心距优选为5.5～6mm；所述平铺层的厚度优选为20～40mm，所述平铺层的克重优选为260～500g/m2。
37.得到平铺层后，本发明向所述平铺层喷施胶液，得到喷胶纤维层。在本发明中，所述喷施胶液前，还包括将所述平铺层进行辊压，得到辊压层，所述辊压层的厚度优选为6～10mm，本发明通过辊压使纤维层具有一定强度。在本发明中，所述胶液即为上述方案所述纤维层的制备原料中的胶液，具体为聚乙烯醇胶液；本发明优选采用高雾化气压喷胶枪在辊压层的上下表面喷施胶液。传统的湿法造纸是通过纤维素的氢化作用结合，而本发明采用干法造纸的方法，先使纤维絮交叉关联，然后通过喷胶粘合形成具有一定强度的纤维层，并且胶液中含有55％左右的水，胶粉遇水后也能与纤维粘合。
38.得到喷胶纤维层后，本发明将所述喷胶纤维层的上下表面分别与第一功能层和第二功能层贴合，然后进行热压成型，得到纸纤维模塑材料。在本发明中，所述热压成型的方式优选包括冲压成型；在本发明的具体实施例中，优选根据第一功能层和第二功能层的种类，按照本领域技术人员熟知的条件进行冲压成型即可；所述冲压成型在模具中进行，本发明对所述模具的形状没有特殊要求，根据包装材料的具体应用场景选择合适的模具即可，具体可以制备成一次性餐具、固定托盘等。
39.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
40.实施例1
41.一种纸纤维模塑材料，中间为纸纤维层，上表层为40g/m2白牛皮层+8g/m2涂布层(涂布层为甲基丙烯酸共聚物层，事先将涂布层涂在白牛皮层上)，下表层为40g/m2白牛皮层。以质量份计，纸纤维层的制备原料为：甘蔗浆板7份，竹浆板1份，醋酸乙烯胶液(pavc胶液)2份，干强剂(具体为变性淀粉增干强剂)0.1份，湿强剂(具体为pae)0.15份，防腐剂(具体为次氯酸盐)0.1份，羧甲基纤维素钠0.1份。
42.制备方法为：甘蔗浆板和竹浆板用计量辊送入锤片式粉碎机内进行粉碎形成纸纤维絮，纸纤维絮风送至成型网筒(孔径4.1mm，中心距6mm)，干强剂、湿强剂和防腐剂由定量喷粉机送至成型网筒与纸纤维絮混合，混合料降落至带负压成型网输送带上形成平铺层，通过控制输送带速度控制平铺层的克重为260g/m2。平铺层的初始厚度为20～40mm，经辊压形成6～10mm有一定强度纤维层，然后使用高雾化气压喷胶枪喷pvac胶，之后在喷胶后的纤维层表面贴合上表层和下表层，最后进入冲床冲压，为采用碗状模具，制备成模塑纸碗，冲压时模具每平方厘米的压力为5mpa，成型时间为2s，成型温度为130℃，所得模塑纸碗的克重为350g/m2，抗压性能≥300n。
43.实施例2
44.其他条件和实施例1相同，仅将纸纤维层的制备原料替换为：甘蔗浆8份，胶粉1份，醋酸乙烯胶液1份，干强剂0.2份，湿强剂0.3份、防腐剂0.1份，干强剂、湿强剂和防腐剂的种类和实施例1相同，且各个原料均以质量份数计。所得纸纤维模塑材料的克重为350g/m2。
45.实施例3
46.其他条件和实施例1相同，仅将纸纤维层的制备原料替换为：草浆7份，胶粉1份，醋酸乙烯胶液1.5份，干强剂0.2份，湿强剂0.3份，防腐剂0.1份，滑石粉1份，干强剂、湿强剂和防腐剂的种类和实施例1相同，且各个原料均以质量份数计。所得纸纤维模塑材料的克重为350g/m2。
47.实施例4
48.其他条件和实施例1相同，仅将第一功能层和第二功能层均替换为pla涂层纸层，冲压成型条件改为：模具每平方厘米的压力为4mpa，成型时间为2s，成型温度为70℃，将实施例4的模塑材料制备成碗状，便于进行耐水和耐油性测试。
49.按照gb/t36787-2018《纸浆模塑餐具》中的方法测试实施例4制备的纸纤维模塑材料的耐热水性和耐热油性，结果显示，实施例4制备的纸浆模塑材料注入95
±
5℃热水后测试24h，无阴漏、渗漏和变形现象；实施例1～3制备的纸浆模塑材料注入95
±
5℃热油后测试24h，无阴漏、渗漏和变形现象。而现有技术中湿法纸浆模塑法制备的模塑材料在95
±
5℃热水下测试仅能保持0.5h，在95
±
5℃热油下测试也仅能保持0.5h，该结果表明，本发明制备的纸浆模塑材料具有优异的防水性和防油性。
50.对实施例4制备的纸纤维模塑材料进行热合性测试，测试条件为：温度80～110℃，时间2s，压力＞130kpa，结果表明，采用pla涂层纸为功能层时，所得模塑材料具有较好的热合性能。
51.实施例5
52.其他条件和实施例1相同，仅将第一功能层和第二功能层均替换为pe淋膜纸层，冲压成型条件改为：模具每平方厘米的压力为4mpa，成型时间为2s，成型温度为80℃。
53.对实施例5制备的纸纤维模塑材料进行热合性测试，测试条件为温度120～180℃，时间2s，压力＞130kpa，结果表明，采用pe淋膜纸纸为功能层时，所得模塑材料具有较好的热合性能。
54.实施例6
55.其他条件和实施例1相同，仅将上表层替换为铝箔层，下表层替换为牛皮纸层，冲压成型条件改为：模具每平方厘米的压力为2mpa，成型时间为4s，成型温度为150℃。所得纸纤维模塑材料具有高强度，不易变形的特点，且有隔热功能。
56.实施例7
57.其他条件和实施例1相同，仅将上表层替换为装饰布层，下表层替换为牛皮纸层，冲压成型条件改为：模具每平方厘米的压力为5mpa，成型时间为3s，成型温度为120℃。所得纸纤维模塑材料具有装饰功能，同时强度较高。
58.另外，实施例1～7制备的模塑材料显示出较好的防腐性，说明功能层的设置能提高纸纤维模塑材料的防腐性。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。