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CN107826462A - 含秸秆纤维复合薄膜的复合纸及其制备方法 - Google Patents

含秸秆纤维复合薄膜的复合纸及其制备方法 Download PDF

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CN107826462A CN201711142841.6A CN201711142841A CN107826462A CN 107826462 A CN107826462 A CN 107826462A CN 201711142841 A CN201711142841 A CN 201711142841A CN 107826462 A CN107826462 A CN 107826462A
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Abstract

本发明公开了一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸的制备方法，所述制备方法包括：(1)将秸秆粉碎，分散于水中，在TEMPO(2,2,6,6‑四甲基‑1‑哌啶‑N‑氧基)、次氯酸盐存在的情况下进行氧化处理，干燥；(2)将干燥后的氧化秸秆、聚丙烯酸酯和有机溶剂进行混合，之后进行软化，得到秸秆混合物；(3)将秸秆混合物、聚丙烯、柠檬酸、磷酸二氢钠、聚乙烯蜡、六溴苯和乙二醇混合，然后进行预压、热压和砂光，制得薄膜；(4)将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上制得了含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，该复合薄膜不仅具有良好的抗拉强度，还具有良好的透气性，非常适用于制备果蔬的包装材料。

Description

含秸秆纤维复合薄膜的复合纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及秸秆材料的制备领域，具体地，涉及一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸及其制备方法。
背景技术
任何一种包装材料包括塑料薄膜或可食用薄膜，对氧气、氮气、二氧化碳以及水蒸气的通透性测定十分重要，特别是用于果蔬保鲜的包装材料，其透气性非常重要，这是因为具有合适透气性的薄膜，才能对果蔬后的生理代谢获得起到一定的调控作用，从而提高果蔬的食用品质、延长果蔬的架货寿命，对此，为了获得具有良好透气性的材料，人们进行了广泛的研究。
中国专利申请201110203184.8公开了一种低透气量透气膜的组合物及其制备方法，其组分包括：聚烯烃树脂混合物、透气量调节剂、表面改性的微米级无机粒子、抗氧剂、润滑剂和偶联剂。其优点在于纳微米无机填料能够提高透气膜的力学性能，同时表面偶联改性的无机粒子增加了与聚烯烃基体树脂的相容性，但不足之处在于高添加量(30％-55％)的微米无机粒子不能够很好地均匀分散在基体树脂中，从而影响了薄膜材料的透气均匀性。
中国专利申请201110125458.6公开了一种聚烯烃薄膜及其制备方法，其组分包括：聚烯烃树脂、成孔剂和萃取剂。其优点在于所采用传统湿法制备的聚丙烯烃薄膜的结构小、数量多，但其采用两步高体积百分比浓度的萃取过程，其萃取溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷等属于高污染、有毒溶剂，可对人体和环境造成巨大伤害。
中国专利申请201710110501.9公开了一种透气性复合薄膜及其制备方法，该复合薄膜由如下重量百分比的组分制备而成：60％-82％的聚烯烃树脂聚合物、2％-8％微纳米晶纤维素粒子、0.4％-1％抗氧剂、15％-30％分散剂、0.1％-0.5％润滑剂、0.2％-1％偶联剂。其制备方法如下：将微纳米晶纤维素水分散液和偶联剂分散均匀；再加入分散剂混合均匀，并干燥得预处理填料；将所得到的预处理填料、聚烯烃树脂、抗氧剂、润滑剂添加到双螺杆挤出机中，经过熔融挤出、冷却和造粒得透气性复合薄膜组成物，热压延制备平整薄膜；再浸入清洗剂中，超声、干燥；双向拉伸并进行热定型处理，得透气性复合薄膜。该复合薄膜透气性能高效、机械性能优良。缺点是需要浸入清洗剂中，处理过程较繁琐。
合理、高效利用农作物秸秆资源、变废为宝、生产环境友好材料已成为世界的热点课题。我国是一个农业大国，水稻、小麦、玉米、棉花等是主要的农作物品种。我国农作物秸秆年产量达7亿吨，列世界第一位。目前，这些富含纤维素的农作物秸秆主要有以下处理方式，但都存在不足：1、填埋、燃烧等废弃处理，不仅没有有效利用资源，而且在燃烧过程中会排放大量的二氧化碳，污染环境；2、制燃料乙醇，转化率低，成本高；3、燃烧发电，附加值低。因此，秸秆的高效利用课题还需要广泛研究。将秸秆作为一些复合薄膜例如密度板等的原料，不仅可以变废为宝，而且能够有效利用资源，目前利用秸秆为原料制得的复合薄膜还存在机械强度较低的问题，但是往往提高了秸秆复合材料的抗拉强度，其透气性却不理想，不能实现作为果蔬包装材料使用。
因此，提供一种机械强度较高，同时透气性好的秸秆纤维复合薄膜及其制备方法是本发明亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸及其制备方法，解决了目前利用秸秆为原料制得的复合薄膜克服了机械强度和透气性不能并存的问题，本发明制备的含秸秆纤维复合薄膜的复合纸中的复合薄膜不仅具有较好的抗拉强度，还具有良好的透气性，并且制备方法简单，易于实现。
为了实现上述目的，本发明提供了一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸的制备方法，所述制备方法包括：(1)将秸秆粉碎，分散于水中，在TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)、次氯酸盐存在的情况下进行氧化处理，干燥；(2)将干燥后的氧化秸秆、聚丙烯酸酯和有机溶剂进行混合，之后进行软化，得到秸秆混合物；(3)将秸秆混合物、聚丙烯、柠檬酸、磷酸二氢钠、聚乙烯蜡、六溴苯和乙二醇混合，然后进行预压、热压和砂光，制得薄膜；(4)将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上。
本发明还提供了一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，所述含秸秆纤维复合薄膜的复合纸由上述的制备方法制得。
通过上述技术方案，本发明提供了一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸及其制备方法，所述制备方法包括：(1)将秸秆粉碎，分散于水中，在TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)、次氯酸盐存在的情况下进行氧化处理，干燥；(2)将干燥后的氧化秸秆、聚丙烯酸酯和有机溶剂进行混合，之后进行软化，得到秸秆混合物；(3)将秸秆混合物、聚丙烯、柠檬酸、磷酸二氢钠、聚乙烯蜡、六溴苯和乙二醇混合，然后进行预压、热压和砂光，制得薄膜；(4)将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上。即通过将秸秆氧化、软化和制备复合薄膜的聚丙烯基体混合，制得了秸秆纤维复合薄膜，该复合薄膜不仅具有良好的抗拉强度，还具有良好的透气性，将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上制得薄膜复合纸，非常适用于制备果蔬的包装材料。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸的制备方法，所述制备方法包括：(1)将秸秆粉碎，分散于水中，在TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)、次氯酸盐存在的情况下进行氧化处理，干燥；(2)将干燥后的氧化秸秆、聚丙烯酸酯和有机溶剂进行混合，之后进行软化，得到秸秆混合物；(3)将秸秆混合物、聚丙烯、柠檬酸、磷酸二氢钠、聚乙烯蜡、六溴苯和乙二醇混合，然后进行预压、热压和砂光，制得薄膜；(4)将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上。
通过上述技术方案，本发明提供了一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸及其制备方法，所述制备方法包括：(1)将秸秆粉碎，分散于水中，在TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)、次氯酸盐存在的情况下进行氧化处理，干燥；(2)将干燥后的氧化秸秆、聚丙烯酸酯和有机溶剂进行混合，之后进行软化，得到秸秆混合物；(3)将秸秆混合物、聚丙烯、柠檬酸、磷酸二氢钠、聚乙烯蜡、六溴苯和乙二醇混合，然后进行预压、热压和砂光，制得薄膜；(4)将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上。即通过将秸秆氧化、软化和制备复合薄膜的聚丙烯基体混合，制得了含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，该复合薄膜不仅具有良好的抗拉强度，还具有良好的透气性，非常适用于制备果蔬的包装材料。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，粉碎的秸秆、水、TEMPO和次氯酸盐的质量之比为20:50-100：5-7：3-4。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，粉碎的秸秆、水、TEMPO和次氯酸盐的质量之比为20:50-100：5-7：3-4。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，氧化处理的条件包括：pH为12-14，处理时间为1-2h，温度为40-70℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，步骤(2)中，混合的条件包括：温度为50-70℃，时间为20-30min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，软化的条件包括：温度为80-95℃，时间为15-25min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，在步骤(3)中，预压的条件包括：压力为2.5-3.5MPa，温度为140-160℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，热压的条件包括：压力为40-60MPa，温度为170-190℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，砂光的条件至少包括：砂光的时间为20-30min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，以重量份计，干燥后的氧化秸秆40-50份，聚丙烯酸酯10-20份，有机溶剂15-25份，聚丙烯60-80份，柠檬酸8-10份，磷酸二氢钠6-8份，聚乙烯蜡3-5份，六溴苯8-10份和乙二醇3-5份。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，其中，聚丙烯酸酯的重均分子量为5000-7000，聚乙烯蜡的重均分子量为7000-8000，聚丙烯的重均分子量为10000-30000。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，秸秆选自小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，在步骤(1)中，粉碎后的秸秆的长度不大于2cm。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，次氯酸盐为次氯酸钾、次氯酸钠和次氯酸钙中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度和透气性，有机溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、乙二醇、甘油中的一种或多种。
在上述技术方案中，纸质层可在较宽范围内进行选择，为了使薄膜层于纸质层结合性较好，优选地，纸质层为牛皮纸或波纹纸。
本发明还提供了一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，所述含秸秆纤维复合薄膜的复合纸由上述的制备方法制得。该复合薄膜不仅具有良好的抗拉强度，还具有良好的透气性，将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上制得薄膜复合纸，非常适用于制备果蔬的包装材料。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，聚丙烯酸酯的重均分子量为5000-7000，聚乙烯蜡的重均分子量为7000-8000；聚丙烯的重均分子量为10000-30000。
以下抗拉强度参数是通过GB1040-2006的方法测得；氧气透过率(单位为mL/m2，天，标准大气压)测试采用型号为8001的氧气透过率测试仪进行测定，对应标准为GB/T1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法；水蒸气透过率(单位为mL/m2)测试采用型号为Model 3/33水蒸气透过率测试仪进行检测，对应标准为GB/T 30412-2013塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定。
制备例1
以重量份计，将20份秸秆粉碎(粉碎后的秸秆的长度不大于2cm)，分散于50份水中，加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)5份、次氯酸盐3份进行氧化处理(pH为12，处理时间为2h，温度为70℃)，其中，用氢氧化钠作为pH调节剂，氧化处理后干燥。
制备例2
以重量份计，将20份秸秆粉碎(粉碎后的秸秆的长度不大于2cm)，分散于100份水中，加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)7份、次氯酸盐4份进行氧化处理(pH为14，处理时间为1h，温度为40℃)，其中，用氢氧化钠作为pH调节剂，氧化处理后干燥。
制备例3
以重量份计，将20份秸秆粉碎(粉碎后的秸秆的长度不大于2cm)，分散于75份水中，加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)6份、次氯酸盐3.5份进行氧化处理(pH为13，处理时间为1.5h，温度为55℃)，其中，用氢氧化钠作为pH调节剂，氧化处理后干燥。
制备例4
以重量份计，将20份秸秆粉碎(粉碎后的秸秆的长度不大于2cm)，分散于75份水中，加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)10份、次氯酸盐10份进行氧化处理(pH为13，处理时间为1.5h，温度为55℃)，其中，用氢氧化钠作为pH调节剂，氧化处理后干燥。
制备例5
以重量份计，将20份秸秆粉碎(粉碎后的秸秆的长度不大于2cm)，分散于75份水中，加入TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)3份、次氯酸盐2份进行氧化处理(pH为13，处理时间为1.5h，温度为55℃)，其中，用氢氧化钠作为pH调节剂，氧化处理后干燥。
实施例1
以重量份计，将制备例1中制备的干燥后的氧化秸秆40份，聚丙烯酸酯10份和乙醇15份于70℃进行混合30min，之后于95℃进行软化25min，得到秸秆混合物；然后加入聚丙烯60份，柠檬酸8份，磷酸二氢钠6份，聚乙烯蜡3份，六溴苯8份和乙二醇3份混合，然后进行预压，预压压力为3.5MPa，温度为160℃，然后在压力为60MPa，温度为190℃的条件下进行热压，最后砂光30min，制得薄膜；将薄膜进行加热并180℃热压于纸质层的表面上。
制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度为17.4MPa，氧气透过率为1775mL/m2，水蒸气透过率为6.4mL/m2。
实施例2
以重量份计，将制备例2中制备的干燥后的氧化秸秆50份，聚丙烯酸酯20份和乙醇25份于50℃进行混合20min，之后于80℃进行软化15min，得到秸秆混合物；然后加入聚丙烯80份，柠檬酸10份，磷酸二氢钠8份，聚乙烯蜡5份，六溴苯10份和乙二醇5份混合，然后进行预压，预压压力为2.5MPa，温度为140℃，然后在压力为40MPa，温度为170℃的条件下进行热压，最后砂光20min，制得薄膜；将薄膜进行加热并180℃热压于纸质层的表面上。
制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度为17.9MPa，氧气透过率为1820mL/m2，水蒸气透过率为6.7mL/m2。
实施例3
以重量份计，将制备例3中制备的干燥后的氧化秸秆45份，聚丙烯酸酯15份和乙醇20份于60℃进行混合25min，之后于88℃进行软化20min，得到秸秆混合物；然后加入聚丙烯70份，柠檬酸9份，磷酸二氢钠7份，聚乙烯蜡4份，六溴苯9份和乙二醇4份混合，然后进行预压，预压压力为3MPa，温度为150℃，然后在压力为50MPa，温度为180℃的条件下进行热压，最后砂光25min，制得薄膜；将薄膜进行加热并180℃热压于纸质层的表面上。制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度为18.5MPa，氧气透过率为1844mL/m2，水蒸气透过率为6.8mL/m2。
实施例4
按照实施例3中的制备方法制备含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，不同的是，将制备例3中制备的干燥后的氧化秸秆变更为“制备例4中制备的干燥后的氧化秸秆”。制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度为18.1MPa，氧气透过率为1615mL/m2，水蒸气透过率为5.8mL/m2。
实施例5
按照实施例3中的制备方法制备含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，不同的是，将制备例3中制备的干燥后的氧化秸秆变更为“制备例5中制备的干燥后的氧化秸秆”。制得的含秸秆纤维复合薄膜的复合纸的抗拉强度为16.8MPa，氧气透过率为1726mL/m2，水蒸气透过率为5.4mL/m2。
实施例6
按照实施例3中的制备方法制备含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，不同的是，预压、热压和砂光的条件为：预压压力为2MPa，温度为160℃，然后压力为30MPa，温度为190℃的条件下进行热压和砂光30min。制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度为17.1MPa，氧气透过率为1745mL/m2，水蒸气透过率为8.2mL/m2。
实施例7
按照实施例3中的制备方法制备含秸秆纤维复合薄膜的复合纸，不同的是，软化条件为：温度为100℃进行软化30min。制得的秸秆纤维复合薄膜的抗拉强度为17.6MPa，氧气透过率为1723mL/m2，水蒸气透过率为8.3mL/m2。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种含秸秆纤维复合薄膜的复合纸的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将秸秆粉碎，分散于水中，在TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-N-氧基)、次氯酸盐存在的情况下进行氧化处理，干燥；
(2)将干燥后的氧化秸秆、聚丙烯酸酯和有机溶剂进行混合，之后进行软化，得到秸秆混合物；
(3)将秸秆混合物、聚丙烯、柠檬酸、磷酸二氢钠、聚乙烯蜡、六溴苯和乙二醇混合，然后进行预压、热压和砂光，制得薄膜；
(4)将薄膜进行加热并热压于纸质层的表面上。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，粉碎的秸秆、水、TEMPO和次氯酸盐的质量之比为20：50-100：5-7：3-4。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，氧化处理的条件包括：pH为12-14，处理时间为1-2h，温度为40-70℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(2)中，混合的条件包括：温度为50-70℃，时间为20-30min；和/或，
软化的条件包括：温度为80-95℃，时间为15-25min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，预压的条件包括：压力为2.5-3.5MPa，温度为140-160℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，热压的条件包括：压力为40-60MPa，温度为170-190℃；
和/或，砂光的条件至少包括：砂光的时间为20-30min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以重量份计，干燥后的氧化秸秆40-50份，聚丙烯酸酯10-20份，有机溶剂15-25份，聚丙烯60-80份，柠檬酸8-10份，磷酸二氢钠6-8份，聚乙烯蜡3-5份，六溴苯8-10份和乙二醇3-5份。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，聚丙烯酸酯的重均分子量为5000-7000，聚乙烯蜡的重均分子量为7000-8000，聚丙烯的重均分子量为10000-30000。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，秸秆选自小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆中的一种或多种；
和/或，在步骤(1)中，粉碎后的秸秆的长度不大于2cm；
和/或，次氯酸盐为次氯酸钾、次氯酸钠和次氯酸钙中的一种或多种；
和/或，有机溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、乙二醇、甘油中的一种或多种；
和/或，纸质层为牛皮纸或波纹纸。
10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制备得到的含秸秆纤维复合薄膜的复合纸。
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