一种纸浆模塑制品的生产工艺的制作方法

本发明涉及纸浆模塑，尤其是一种纸浆模塑制品的生产工艺。

背景技术：

1、纸浆模塑制品是在纸和纸板生产工艺的基础上发展起来的一种立体造纸技术，其主要以天然植物纤维为原料，添加其他助剂，使用模具加工成拟定形状，并进行整饰、功能性等处理制成的产品。纸浆模塑制品原料来源于大自然，使用后废弃物可回收再利用、可降解，是一种典型的环保型绿色包装产品。其应用范围从要求相对不高的蛋托、果托、工业产品内衬、食品药品包装，发展到高精仪器仪表、电子产品的防护包装和高精一次性餐盒等领域。纸浆模塑制品的制备工艺主要包括碎浆打浆、纸浆施胶、调配浆料、纸模成型、挤压脱水、纸模干燥、热压整型与切边等工序。

2、植物纤维是指从自然界生长的植物中提取的纤维，现有的纸浆模塑制品大多使用机械强度较高的木材纤维，而强度较差的秸秆纤维由于性能不足很少使用。然而秸秆(尤其是稻草秸秆)的产量巨大，如不加以回收利用，是一种原料损失。因此需要改进纸浆模塑制品的生产工艺来合理利用秸秆纤维。

3、纸浆由长纤维和细小纤维构成，一般来讲，造纸原料中的那些通过直径75μm的圆孔或者纤维筛分仪的200目筛的颗粒，会被看作是细小纤维。细小纤维对纸浆模塑制品的结构、物理强度等性能均存在很大影响。细小纤维含量过高时会对强度产生不利影响，含量过低时无法起到填充长纤维之间孔隙的功能，也会造成强度下降。因此细小纤维的含量需要控制在适宜的水平，过高或过低都会对强度产生不利影响，从而影响产品的成品率。

4、传统的纸浆模塑制品生产工艺中需要将磨浆料挤浆后再加水调浆使用，这样不仅费时耗力，还容易造成纤维原料的损失，而且还会不可避免地产生废水。但是不经挤浆得到的纸浆料，其细小纤维含量较高，影响了成型制品的性能。且现有的生产工艺中的纸浆纤维的分散效果不够好，需要加入合适的助悬剂来改善纸浆料的助悬性能。

5、综上所述，如何设计一种纸浆模塑制品的生产工艺，以稻草秸秆为基本原料，不需要挤浆工艺仍能保证纸浆模塑制品的稳定成型、强度以及其他综合性能，是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纸浆模塑制品的生产工艺，其通过阳离子高岭土对细小纤维进行吸附和架桥，减少了细小纤维含量过高对纸浆模塑制品的成型及机械强度的影响，从而无需挤浆工艺，无废水排放实现水循环，同时通过特定的助悬剂设计和应用，促进了纸浆料的稳定性和分散性，最终改善了纸浆模塑制品的综合性能。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种纸浆模塑制品的生产工艺，具体包括以下步骤：稻草秸秆经切碎、搓丝、发酵、磨浆、调浆以及成型，其中，调浆同时加入添加剂，所述添加剂的掺量为10～30％；所述添加剂包括质量比为1：(3.5～4)的a组分和b组分，所述a组分为阳离子高岭土，所述b组分包括0.3～0.5份pam、15～30份碳酸钙和3～5份助悬剂。

4、所述阳离子高岭土的制备方法为：

5、(1)将(3-氨丙基)三甲氧基硅烷与水、乙醇混合制成溶液，将纳米高岭土置于搅拌机中，在搅拌条件(300～500r/min)下将溶液喷洒至纳米高岭土表面，喷洒完后搅拌20～40min，烘干，得处理好的高岭土；

6、(2)将丙烯酸与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵混合均匀，然后在搅拌条件下加入三乙胺，在110～120℃反应1～2h，得到的产物与1,2-环氧基-5-己烯，在引发剂、70～80℃条件下进行聚合反应，反应时间为3～5h，得共聚物；

7、(3)室温下，将壳聚糖溶于(3～5倍量)醋酸溶液(质量浓度为3％)，然后加入步骤(1)得到的处理好的高岭土，以及步骤(2)得到的共聚物，搅拌反应2～3h，得阳离子高岭土。

8、进一步地，(3-氨丙基)三甲氧基硅烷、丙烯酸、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、1,2-环氧基-5-己烯的摩尔比为1：(2.1～3.2)：(2～3)：(2～3)。

9、进一步地，步骤(1)中，(3-氨丙基)三甲氧基硅烷与水、乙醇的质量比为1：(3～4)：(0.35～0.45)，溶液的喷入量为纳米高岭土质量的3～6％；步骤(2)中，三乙胺的加入量为丙烯酸质量的3～6％，引发剂为过氧化苯甲酰/n，n-二甲基苯胺或者偶氮二异庚腈，其加入量为反应原料质量的0.2～0.4％。步骤(3)中，壳聚糖与处理好的高岭土的质量比为(0.03～0.1)：1。

10、本发明还提供了一种用于纸浆模塑制品的生产工艺中的助悬剂，所述助悬剂的制备方法包括以下步骤：

11、s1、将阿拉伯胶、海藻酸钠、十八烷酸以及黄原胶，与聚乙烯吡咯酮混合均匀，在140～150℃加热熔融，然后迅速冷却，室温干燥固化后粉碎过100～200目筛，得粉末；

12、s2、将乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯磺酸钠在引发剂、65～75℃条件下搅拌反应2～4h，得加聚产物，将纳米滑石粉与(2-4倍量)干燥甲苯混合，然后加入加聚产物，搅拌反应1～3h，然后过滤、烘干，得阴离子滑石粉；

13、s3、将卡拉胶和魔芋胶、水混合均匀，加热至70～80℃溶解20～40min，加入步骤s2得到的阴离子滑石粉和分子筛，混合均匀后趁热喷洒至步骤s1得到的粉末表面，然后立刻置于-2～5℃冷却静置，待表面成凝胶后，即得所述助悬剂成品。

14、进一步地，步骤s1中，阿拉伯胶、海藻酸钠、十八烷酸、黄原胶、聚乙烯吡咯酮的质量比为1：(0.5～1.2)：(0.3～0.6)：(0.4～0.8)：(2～5)。

15、进一步地，步骤s2中，乙烯基三乙氧基硅烷与丙烯磺酸钠的摩尔比为1：(1～1.2)，所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯，其加入量为反应原料质量的0.3～0.5％；纳米滑石粉与加聚产物的质量比为1：(0.03～0.1)。

16、进一步地，步骤s3中，卡拉胶、魔芋胶、水、阴离子滑石粉、分子筛、粉末的质量比为1：(0.8～2)：(10～20)：(0.7～1.2)：(0.5～0.8)：(10～30)。

17、本发明还提供了一种将所述的助悬剂应用于纸浆模塑制品的生产工艺中的方法，具体步骤为：在调浆加入添加剂之前，还需往磨浆料中加入甘油和山梨醇，然后搅拌均匀静置1h以上，加入a组分中的阳离子高岭土，然后从上往下鼓入空气20～40min，再加入b组分中的pam、碳酸钙和助悬剂，搅拌均匀即可。

18、进一步地，所述甘油和山梨醇的总加入量为磨浆料质量的5～10％，甘油和山梨醇的质量比为1：(0.4～0.8)。

19、本发明还提供了一种所述的纸浆模塑制品的生产工艺在制备鞋托、杯托、育秧盘、工业产品包装内衬或者农产品包装内衬上的应用。

20、本发明的具有以下有益效果：

21、(1)本发明以稻草秸秆纤维制成纸浆模塑产品，且无需挤浆工艺，其具有工艺简单、节能降耗、制作成本低、对环境无害、可回收利用等优点。

22、(2)高岭土作为纸浆模塑制品生产工艺中常用的填料，能够很好的填充纤维孔隙，提高纸浆成型质量。本发明使用高岭土，除了充当填料外，还由于高岭土良好的吸附性、结合性和粘性，能够与磨浆料中的细小纤维结合，且本发明采用的是阳离子高岭土，在高岭土表面形成长链阳离子聚合物，纸浆纤维中木质素(带负电荷)含量较大，因此促进了长链阳离子聚合物对细小纤维的吸附及架桥，使得细小纤维聚合，减少了磨浆料中游离细小纤维对纸浆性能的影响，从而无需挤浆。

23、(3)本发明的阳离子高岭土制备时，首先通过(3-氨丙基)三甲氧基硅烷进行表面处理，引入氨基，然后再与同样带有氨基的壳聚糖一起，与含环氧基的阳离子聚合物发生反应，最终得到的阳离子高岭土，其表面阳离子较稳定，且壳聚糖中也含阳离子基团，对秸秆纤维也有较好的吸附作用。

24、(4)本发明制备的阳离子高岭土，采用的是纳米高岭土，其粒径小留着率较低，本发明将纳米高岭土制备成阳离子高岭土后，通过增强吸附性以及其与秸秆纤维的结合，也提高了高岭土的留着率。

25、(5)本发明的助悬剂的有效成分为阿拉伯胶、海藻酸钠、十八烷酸以及黄原胶，其依次采用聚乙烯吡咯酮包埋和多孔凝胶包覆，使得本发明得到的助悬剂能够持续发挥助悬作用，促进了纸浆的稳定性和分散性。

26、(6)本发明在制备助悬剂时，由于纸浆中大部分为含负电荷的秸秆纤维，本发明的多孔凝胶中含阴离子滑石粉，可以促进助悬剂在纸浆中的分散，避免其与秸秆纤维发生粘聚。

27、(7)本发明在制备助悬剂时，通过在阿拉伯胶、海藻酸钠共混形成凝胶的过程中加入分子筛，可以提供均匀的孔隙，形成多孔凝胶。

28、(8)由于本发明前述需要采用阳离子高岭土结合细小纤维，而本发明采用的助悬剂为缓释型，若其与阳离子高岭土一起加入磨浆料中，其缓慢的助悬效果将影响了细小纤维纤维的分散，无法有效起到阳离子高岭土结合细小纤维的效果；且助悬剂对长纤维和细小纤维均具有助悬效果，使得阳离子高岭土容易同时与细小纤维和长纤维的结合，减弱了细小纤维与阳离子高岭土的结合效果。

29、因此本发明在加入添加剂之前，在磨浆料中加入低分子助悬剂甘油和山梨醇，由于单位质量的细小纤维的比表面积比长纤维大，因此细小纤维容易混悬在浆料中，分散较好，而长纤维的混悬效果不明显容易下沉，促进了混悬的细小纤维与阳离子高岭土的充分结合，减小长纤维的影响。