一种利用城市污泥制备的复合包装材料及其制备方法与流程

本发明涉及污泥的环保处理领域，特别涉及一种利用城市污泥制备的复合包装材料及其制备方法。

背景技术：

随着人口的日益增加和全球社会的日益城镇化，城市生活污水的产量越来越大，作为城市污水处理的副产品的污泥也越来越多，城市污泥中含有大量的微生物、腐殖质和纤维素，其有机物含量一般都高于50%，现有城市污泥的资源化利用一般有两种方式，一种是将污泥经低温干化后，采用填埋、焚烧或热解碳化的方式进行处理，通过产气回收能源，另一种是以湿污泥的方式进行堆肥、发酵、热水解等处理，处理后的污泥主要用于土地利用、建材利用或工业产品利用。

包装纸板是目前电子商务及物流业中常用的包装材料，中国发明专利申请cn107829334a公开了一种污泥纸板及其制备方法，并具体公开了可将城市污泥或工业污泥作为原料，与植物纤维、粘合剂、润滑剂等混合，通过脱水、成型、干燥、压光、裁切等工艺制成纸板，但是，该方案制得的包装纸板，由于并没有对城市污泥中的病毒、细菌、有机物等进行处理，导致制得的纸板仅适用于塑料产品、玻璃产品等非食品类的小型产品的包装，适用范围较小，使对城市污泥的消耗量较小，且制得的纸板也容易在使用过程中给使用者带来健康危害，影响城市污泥资源化的推广利用。

综上所述，目前亟需要一种技术方案，解决目前还没有可利用城市污泥制备包装纸板的完善方案，利用城市污泥制得的包装纸板给使用者带来健康危害，导致城市污泥的资源化利用范围有限，不利于城市污泥资源化的推广利用的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对目前还没有可利用城市污泥制备包装纸板的完善方案，利用城市污泥制得的包装纸板给使用者带来健康危害，导致城市污泥的资源化利用范围有限，不利于城市污泥资源化的推广利用的技术问题，提供了一种利用城市污泥制备的复合包装材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用城市污泥制备的复合包装材料，包括由污泥粉料、纤维浆料和发泡剂混合搅拌制得的发泡浆料，所述污泥粉料由城市污泥经过用于分解有机物的物化处理制得，所述污泥粉料中有机物含量小于10%。

本发明的一种利用城市污泥制备的复合包装材料，采用经过用于分解有机物的物化处理后的城市污泥作为原料，充分利用城市污泥中的纤维素、氧化硅和各种金属氧化物，使制得的复合包装材料相对于普通包装纸板具有更好的防火、防虫蛀的特性，为城市污泥提供了新的环保资源化利用途径，原料来源广泛，造价较低，同时，由于作为原材料的城市污泥经过了用于分解有机物的物化处理，使得其中的微生物、有机质被分解，细菌病毒被消灭，使得制得的复合包装材料不易受外界酸碱环境等影响，性能稳定，使用过程更环保，也避免了给使用者带来伤害，使得该复合包装材料适用范围较广，有利于增大对城市污泥的资源化利用范围，另外，由于在原材料中还添加了发泡剂，增加了制得材料中的气泡数量，有利于使制得的复合包装材料单位体积重量更轻，且具有较好的保温隔热、耐高低温和防潮效果，适用范围更广。

作为优选，所述纤维浆料中包括植物纤维和/或纸板纤维，所述植物纤维由园林凋落物和/或农业秸秆制得，所述发泡剂包括由动物毛发经过蛋白提取处理制得的蛋白液。通过采用植物纤维和/或纸板纤维增加了制得材料中的纤维素，使城市污泥中的氧化硅和各种金属氧化物的颗粒被较好的锁紧在纤维之间，有利于使制得的复合包装材料具有更好的韧性和抗折弯效果，提高复合包装材料的承重性能，且由于农业秸秆的宏观表面平滑，结构解密，带有一层天然蜡质保护膜，有利于减小制得的复合包装材料的表面粗糙度，使得制得的复合包装材料不需要进行表面处理，方便材料的制备，也为农业秸秆和废弃纸板提供了经济环保的资源化利用途径，同时，通过采用动物毛发作为发泡剂原料，制备蛋白液作为发泡剂，不仅发泡效果较好，也进一步使得原材料环保、来源广泛、造价较低，更为家禽类动物毛发提供了较好的资源化利用途径。

作为优选，所述用于分解有机物的物化处理包括焚烧和/或碳化和/或热解和/或湿式氧化。采用焚烧和/或碳化和/或热解方式分解城市污泥中的有机物，处理工艺较简单，且经过处理得到的污泥粉料中富含碳化颗粒物，有利于使制得的包装材料防潮效果较好，而采用湿式氧化的方式分解城市污泥中的有机物，利用氧化剂在液相处理，能充分去除城市污泥中的有机物，且杀菌灭毒效果较好，其中的重金属元素也被充分分散至氧化剂溶液中，使制得无毒、无污染、性能稳定的城市污泥粉料，进而使制得的复合包装材料无毒、无污染、性能稳定、使用环保。

作为优选，还包括材料改良剂，所述材料改良剂包括热塑性塑料和/或稳泡剂，所述热塑性塑料在熔融状态与发泡浆料混合，所述热塑性塑料包括聚乙烯和/或聚丙烯和/或聚氯乙烯和/或聚苯乙烯和/或聚酰胺，所述稳泡剂包括丙三醇。通过在发泡浆料中添加热塑性塑料，使得制得的复合包装材料不仅能达到普通纸板包装材料的包装效果，还具塑料板的特性，使制得的复合包装材料具有防水、耐潮湿、防虫蛀、抑菌的优良性能，同时，在发泡浆料中添加稳泡剂，有利于使发泡浆料中气泡数量较多，且稳定性更好，使制得的复合包装材料更轻便，且具有耐高低温、耐潮湿的优良特性。

作为优选，所述发泡浆料中各组分原材料的重量份为：污泥粉料20-50份、纤维浆料35-50份、发泡剂2-3份。可根据实际情况，调整各原材料的重量份，当增加污泥粉料的量时，有利于增加制得的复合包装材料的抗折弯强度和单位体积重量，当增加纤维浆料时，有利于提高复合包装材料的韧性和承重效果，当增加发泡剂时，有利于使复合包装材料中气泡稳定，保温隔热效果较好。

作为优选，还包括热塑性塑料20-35份和/或稳泡剂1-3份。可根据实际情况，添加热塑性塑料和稳泡剂，使得制得防水且保温隔热效果较好的复合包装材料。

作为优选，所述发泡浆料中各组分原材料的重量份为：污泥粉料35份、纤维浆料45份、发泡剂3份，热塑性塑料25份，稳泡剂2份。

一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1：制备初始浆料：将污泥粉料、纤维浆料、发泡剂混合制得初始浆料；步骤2：发泡处理：加热步骤1制得初始浆料，并同时搅拌发泡，制得发泡浆料，加热温度120℃-150℃；步骤3：模具成型：将步骤2制得发泡浆料注入模具，烘干成型。

本发明的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法，制备工艺较简单，且采用搅拌发泡的方式增加发泡浆料中的气泡量，发泡效果较好，采用模具成型的方式制备复合包装材料，使得制得的复合包装材料不需要裁剪直接用于物品包装，使用更方便，可根据实际情况，预先准备好各原材料后，在需要使用包装材料时进行混合搅拌发泡并模具成型，方便该复合包装材料的制备。

作为优选，步骤2和步骤3之间还设置有步骤2.1：改良材料：在发泡浆料中加入热塑性塑料和/或稳泡剂，搅拌均匀制得改良的发泡浆料。可根据实际情况，在发泡浆料注入模具之前加入材料改良剂，使得根据实际情况，制得不同性能的复合包装材料，使该制备方式适用于制备不同性能的复合包装材料，适用范围更广。

作为优选，所述步骤1包括步骤1.1：制备污泥粉料：将城市污泥依次经过用于分解有机物的物化处理、干燥处理后制得污泥粉料，所述用于分解有机物的物化处理包括焚烧和/或碳化和/或热解和/或湿式氧化，所述污泥粉料含水率小于2%。可根据实际情况，选择一种或多种分解有机物的物化处理方式对城市污泥进行处理，有效减少城市污泥中的有机物的含量。

作为优选，所述步骤1还包括步骤1.2：制备纤维浆料：采用园林凋落物和/或农业秸秆和/或废弃纸板为原料，处理制得含有植物纤维和/或纸板纤维的纤维浆料。可根据实际情况，选择一种或多种具有纤维素的材料经过处理后制备纤维浆料，材料来源广泛，且其中的纤维素可较容易被分散提取，方便纤维浆料的制备。

作为优选，所述步骤1还包括步骤1.3：制备发泡剂：采用动物毛发为原料，依次经过清洗、干燥、粉碎、酸液浸泡、热水解、过滤后制得蛋白液发泡剂，所述蛋白液的ph值小于7。通过采用动物毛发作为原料，制备蛋白液作为发泡剂，为动物毛发的资源化利用提供了经济环保的利用途径，且处理方式较简单，方便发泡剂的环保制备。

作为优选，所述步骤1.2包括如下步骤：步骤1.2.1：制备植物纤维粉料：将园林凋落物和/或农业秸秆依次经过粉碎、碱液浸泡、清洗、烘干、粉碎后制得植物纤维粉料，所述植物纤维粉料含水率小于2%；步骤1.2.2：制备纸板纤维浆料：将废弃纸板浸泡软化后，粉碎制得纸板纤维浆料；步骤1.2.3：搅拌混合：将植物纤维粉料和纸板纤维浆料混合，添加胶结剂，搅拌均匀，制得纤维浆料。植物纤维粉料和纸板纤维浆料的制备方式较简单，可较容易的分散提取其中的纤维素，再利用胶结剂粘接在一起，使制得的纤维浆料和污泥粉料混合后较容易的凝结成型，为园林凋落物和/或农业秸秆和/或废纸纸板提供了经济环保的资源化利用途径。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的有益效果是：

1、采用经过用于分解有机物的物化处理后的城市污泥作为原料，充分利用城市污泥中的纤维素、氧化硅和各种金属氧化物，使制得的复合包装材料相对于普通包装纸板具有更好的防火、防虫蛀的特性，为城市污泥提供了新的环保资源化利用途径，原料来源广泛，造价较低；

2、由于作为原材料的城市污泥经过了用于分解有机物的物化处理，使得其中的微生物、有机质被分解，细菌病毒被消灭，使得制得的复合包装材料不易受外界酸碱环境等影响，性能稳定，使用过程更环保，也避免了给使用者带来伤害，使得该复合包装材料适用范围较广，有利于增大对城市污泥的资源化利用范围；

3、由于在原材料中还添加了发泡剂，增加了制得材料中的气泡数量，有利于使制得的复合包装材料单位体积重量更轻，且具有较好的保温隔热、耐高低温和防潮效果，适用范围更广；

本发明的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法的有益效果是：

1、制备工艺较简单；

2、采用搅拌发泡的方式增加发泡浆料中的气泡量，发泡效果较好；

3、采用模具成型的方式制备复合包装材料，使得制得的复合包装材料不需要裁剪直接用于物品包装，使用更方便。

附图说明

图1是本发明的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备流程示意图；

图2是本发明中所述发泡浆料的制备流程示意图；

图3是本发明中所述纤维浆料的制备流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，一种利用城市污泥制备的复合包装材料，包括由污泥粉料、纤维浆料和发泡剂混合搅拌制得的发泡浆料，所述污泥粉料由城市污泥经过用于分解有机物的物化处理制得，所述污泥粉料中有机物含量小于10%。

本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料，优选所述用于分解有机物的物化处理为湿式氧化处理，所述纤维浆料中包括由农业秸秆制得的植物纤维，使得同时为城市污泥和农业秸秆提供了经济环保的资源化利用途径，充分利用城市污泥中的纤维素、氧化硅和各种金属氧化物，结合植物纤维中的纤维素和城市污泥中的蛋白，通过植物纤维和城市污泥中的纤维素将城市污泥中的氧化硅和各种金属氧化物束缚稳定，通过城市污泥中的蛋白使浆料在搅拌状态下发泡，形成较多稳定的气泡，并在蛋白和纤维素的稳泡作用下，使制得的复合包装材料相对于普通包装纸板具有更好的防火、防虫蛀的特性，承重能力、保温隔热效果更好，单位体积质量更小，使用更轻便，且原料来源广泛，造价较低，城市污泥中的有机物被预先减少，使其性能稳定，不易受外界酸碱环境等影响，使用过程更环保，不会给使用者带来伤害，使得该复合包装材料适用范围较广，增大对城市污泥的资源化利用范围。

优选的，所述发泡浆料中各组分原材料的重量份为：污泥粉料20-50份、纤维浆料35-50份、发泡剂2-3份。可根据实际情况，调整各原材料的重量份，当增加污泥粉料的量时，有利于增加制得的复合包装材料的抗折弯强度和单位体积重量，当增加纤维浆料时，有利于提高复合包装材料的韧性和承重效果，当增加发泡剂时，有利于使复合包装材料中气泡稳定，保温隔热效果较好。

优选的，所述纤维浆料包括由农业秸秆制得的植物纤维和由废弃纸板制得的纸板纤维，所述发泡浆料中各组分原材料的重量份为：污泥粉料20-50份、植物纤维20-30份、纸板纤维15-20份、发泡剂2-3份，具体所述发泡浆料中各组分原材料的重量份为：污泥粉料40份、植物纤维25份、纸板纤维17份、发泡剂3份。可根据实际情况，调整各原料组分的量，使得制得具有不同性能的复合包装材料，且可根据实际情况，增加污泥粉料的用量，使得增大对城市污泥的消耗量。

实施例2

如图1-3所示，本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料，原料组成与实施例1相同，区别在于：所述发泡剂包括由动物毛发经过蛋白提取处理制得的蛋白液。

本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料，通过采用动物毛发作为制备发泡剂的原料，采用动物毛发制备蛋白液作为发泡剂，不仅发泡效果较好，且具有较好的稳泡效果，也进一步使得原材料环保、来源广泛、造价较低，制得的复合包装材料材质轻便，保温隔热效果较好，更为动物毛发提供了较好的资源化利用途径，本实施例优选所述动物毛发为家禽类羽毛，形成集成了城市污泥、农业秸秆、家禽羽毛三种废弃物的环保复合包装材料，最大程度的为这些废弃物提供了经济环保的利用途径。

实施例3

如图1-3所示，本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料，原料组成与实施例1相同，区别在于：还包括材料改良剂，本实施例优选所述材料改良剂包括热塑性塑料和稳泡剂。

本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料，通过在发泡浆料中添加热塑性塑料，使得制得的复合包装材料不仅能达到普通纸板包装材料的包装效果，还具塑料板的特性，使制得的复合包装材料具有防水、耐潮湿、防虫蛀、抑菌的优良性能，且表面粗糙度更小，同时，在发泡浆料中添加稳泡剂，有利于使发泡浆料中气泡数量较多，且稳定性更好，使制得的复合包装材料更轻便，且具有耐高低温、耐潮湿的优良特性，本实施例优选所述热塑性塑料为聚苯乙烯，所述稳泡剂为丙三醇。

优选的，所述发泡浆料中包括热塑性塑料20-35份，稳泡剂1-3份，优选所述发泡浆料中各组分原材料的重量份为：污泥粉料20-50份、植物纤维20-30份、纸板纤维15-20份、发泡剂2-3份，热塑性塑料20-35份，稳泡剂2份，具体所述发泡浆料中各组分原材料的重量份为：污泥粉料45份、植物纤维28份、纸板纤维18份、发泡剂2.5份、聚苯乙烯30份、丙三醇2份。可根据实际情况调整各组分原材料的重量份，使得制得不同性能的复合包装材料。

实施例4

如图1-3所示，一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1：制备初始浆料：将污泥粉料、纤维浆料、发泡剂混合制得初始浆料；步骤2：发泡处理：加热步骤1制得初始浆料，并同时搅拌发泡，制得发泡浆料，加热温度120℃-150℃，搅拌速度1500r/min-2500r/min，优选2000r/min；步骤3：模具成型：将步骤2制得发泡浆料注入模具，烘干成型。

优选的，所述步骤1具体包括步骤1.1：制备污泥粉料：将城市污泥经过湿式氧化处理后，减少城市污泥中有机物含量，至有机物体积含量小于10%，再干燥处理，制得含水率小于2%的污泥粉料。通过湿式氧化处理对城市污泥进行处理，使城市污泥中的有机物被液态的湿式氧化处理过程分解殆尽，对有机物的分解效果较好，也有利于将城市污泥中的细菌、病毒在液相中消灭彻底，使制得有机物含量较少的稳定污泥粉料。

优选的，所述步骤1具体还包括步骤1.2：制备纤维浆料：采用园林凋落物和/或农业秸秆和/或废弃纸板为原料，处理制得含有植物纤维和/或纸板纤维的纤维浆料。可根据实际情况，采用园林凋落物、农业秸秆、废弃纸板中的一种或多种，进行纤维素提取的操作后，分散提取其中的纤维素。

优选的，所述步骤1.2具体包括步骤1.2.1：制备植物纤维粉料：将农业秸秆粉碎至1-5mm后，进行碱液浸泡，所述碱液为浓度3%-7%的氢氧化钠溶液，优选浓度5%的氢氧化钠溶液，浸泡时间至少24h，使农业秸秆中的植物纤维被充分分散至碱性溶液中，经过过滤冲洗提取固体物质，将取得固体物质依次经过清洗、烘干、粉碎后制得植物纤维粉料，所述植物纤维粉料含水率小于2%；步骤1.2.2：制备纸板纤维浆料：将废弃纸板浸泡软化后，粉碎制得纸板纤维浆料；步骤1.2.3：搅拌混合：将植物纤维粉料和纸板纤维浆料混合，添加胶结剂，搅拌均匀，制得纤维浆料。通过分别制备植物纤维粉料和纸板纤维浆料，再混合处理，有利于使纸板纤维均匀分布在纤维浆料中，而不会出现团聚现象，使制得的复合包装材料材质均匀，适用范围更广，同时也为园林凋落物和/或农业秸秆和/或废纸纸板提供了经济环保的资源化利用途径，另外，也方便根据实际情况，分别制备植物纤维粉料和纸板纤维储存，在使用时进行混合加水搅拌，方便复合包装材料的制备，本实施例还优选在将植物纤维粉料和纸板纤维浆料混合的同时，添加胶结剂和水，方便制得的纤维浆料与污泥粉料混合后能较容易的干燥凝结成型，也有利于将纤维浆料中的纤维素被积聚在纤维浆料中，所述胶结剂优选为明胶，所述明胶的添加量为3-8份，优选为4-5份，制得的纤维浆料可根据实际情况，添加水进行调和，方便纤维浆料与污泥混合后制得容易干燥凝结的发泡浆料，本实施例优选加入40-45份的水。

实施例5

如图1-3所示，本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法，工艺步骤与实施例4相同，区别在于：所述步骤1还包括步骤1.3：制备发泡剂：采用动物毛发为原料，依次经过清洗、干燥、粉碎、酸液浸泡、热水解、过滤后制得蛋白液发泡剂，所述蛋白液的ph值小于7。

本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法，优选家禽类羽毛作为原料，将家禽类羽毛依次经过清洗、干燥、粉碎后，投入8mol/l的硫酸溶液中，加热至80℃-100℃进行热水解，热水解时间5-8h，得到富含蛋白的酸性溶液，适当调整ph值后，制得ph值小于7的蛋白液，可作为发泡剂使用，为动物毛发的资源化利用提供了经济环保的利用途径，且处理方式较简单，方便发泡剂的环保制备。

实施例6

如图1-3所示，本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法，工艺步骤与实施例5相同，区别在于：步骤2和步骤3之间还设置有步骤2.1：改良材料：在发泡浆料中加入热塑性塑料和/或稳泡剂，加热至120℃-150℃之后，再搅拌均匀制得改良的发泡浆料，本实施例优选同时添加热塑性塑料和稳泡剂，优选所述热塑性塑料为聚苯乙烯，所述稳泡剂优选为丙三醇。

本实施例的一种利用城市污泥制备的复合包装材料的制备方法，通过在发泡浆料注入模具之前加入材料改良剂，利用热聚苯乙烯使制得的复合包装材料具有塑料板的特性，韧性更好，承重、保温隔热效果都更好，同时，添加的稳泡剂有利于使制得的复合包装材料中含有较多的气泡，进一步提高其保温隔热效果，单位体积质量更轻便，方便复合包装材料的只用，使得可根据实际情况，制得不同性能的复合包装材料，使该制备方式适用于制备不同性能的复合包装材料，适用范围更广。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。