一种环境友好型缓冲包装材料及其制备方法

摘要

一种环境友好型缓冲包装材料及其制备方法，包括皮革固体废弃物的切片处理，微纤化处理，麻杆芯颗粒的制备，皮浆、麻杆芯颗粒、植物纤维浆的疏解及混合，湿坯的成型和烘干处理。本发明的优点在于综合成本低，生产过程无污染，产品的缓冲性能佳等，且有望替代EPS、EPE成为新型的环保型缓冲包装材料。

说明书

所属技术领域  本发明涉及一种缓冲包装材料及其制备方法，特别是涉及一种以皮革和麻杆为原料的缓冲包装材料及其制备方法

背景技术

目前，国内外市场上大量使用包装材料多为EPS和EPE等泡沫塑料，这些包装由于其不可降解性而带来大严重的“白色污染”，消除“白色污染”，寻求新的可降解的包装材料，已成为世界各国的一个共同的研究课题。

从1998年开始，欧洲、美国、日本、韩国、澳洲等地区和国家均立法禁止泡沫(EPS)包装的工业产品进入，或者提高几倍的环保税来限制和淘汰泡沫塑料包装材料作为包装的产品进入，形成所谓的“绿色贸易壁垒”据有关部门统计，由于没有绿色包装“护照”，全国每年有74亿美元的商品出口受阻，给我国带来巨大的经济损失。

目前主要的替代产品是纸浆模塑防震内衬包装制品，其抗震耐冲击性能大大低于EPS材料，该产品制品的抗成耐冲击性能主要是通过制品的几何结构来保证，由于受到模具结构及加工的影响，制品的发展受到很大的制约，只能制作小型包装衬垫，而制作大型家电产品的包装衬垫及填充仍然采用EPS发泡塑料制品，这一技术难题至今米能得到有效解决，从提升产品绿色环保包装形象，降低废弃物回收再生利用，避免”绿色”贸易壁垒角度考虑，研究、开发、生产、推广及应用”绿色包装”材料和制品，已是当务之急，并具有深远的意义。

另外，制革工业所面临的主要问题是所产生的污染和对资源的极大浪费。在制革过程中，仅有原料皮重20％的物质转化为可以售出的皮革，其余的都作为废弃物丢弃了。这一方面浪费了优良的原料皮资源，另一方面也对环境造成了极大的危害。据报道，我国每年约产生140万吨的皮革边角废弃物，这些固体废弃物是造成皮革工业污染严重的重要因素之一。20世纪80年代以来，由于发达国家日益严格的环保法规的限制，可用于填埋固体废弃物的地点逐渐减少，污染治理费用日益昂贵，发达国家逐渐将其污染严重的工业向发展中国家转移，人们也积极开展了制革固体废弃物资源化的研究和应用工作。

我国是制革大国，特别是由于我国具有丰富的原料皮资源、廉价的劳动力和先进的制革技术等优势，现在已经发展成为世界皮革的加工中心和商贸中心，这虽然为我国出口创汇提供了机遇，但同时也带来了严重的制革污染。据不完全统计，我国每年加工猪、牛、羊等皮革约110亿张(折合成标准张)，产生的皮革边角皮屑废物量巨大。因此，充分利用皮革资源，使制革固体废弃物资源化，而不以牺牲环境为代价换取暂时的经济发展，成为我国皮革产业发展面临的严峻挑战和必然选择。中国皮革工业要持续发展，就必须消灭污染，皮革固体废弃物的综合利用就是其中的一个方面。因此，“制革废弃物资源化”已成为国内外关注的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种完全可生物降解的缓冲包装材料；

本发明的另一个目的就是提供一种环保型皮革固体废弃物的用途，在解决皮革废弃物污染的同时，实现皮革废弃物的综合利用。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种环境友好型缓冲包装材料，以麻杆芯颗粒、胶原纤维、植物纤维为原料，经混浆，成型，烘干形成氢键结合后制成。

本发明的一种环境友好型缓冲包装材料，其所含原料各组分的重量比为：麻杆芯颗粒∶胶原纤维∶植物纤维＝(50～95)∶(5～20)∶(0-30)。以上各成分重量比均以干基计。

本发明的一种环境友好型缓冲包装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)切片处理，即将皮革固体废弃物切成1cm×1cm～5cm×5cm的大碎块，优选1cm×1cm～3cm×3cm，水洗去除杂质，备用；或者，将洗净的皮革碎块置于60～120℃的蒸煮液中蒸煮20～50min，而更好的是在80～100℃的蒸煮液中蒸煮30～40min，之后用水洗去残留的药液，备用；所述的蒸煮液为蒸煮药剂的含量为1～6％，液比为1∶10～1∶40的药液，而更好的是：蒸煮药剂的含量为2～3％，液比为1∶15～1∶25；所述的蒸煮药剂是CaO、或NaOH、或Ca(OH)₂、或MgO、或Mg(OH)₂、或NH₃·nH₂O、或HCl、或H₂SO₄；其中，CaO、NaOH、Ca(OH)₂、MgO、Mg(OH)₂为固体，NH₃·nH₂O、HCl、H₂SO₄为液体；所述的液比为蒸煮液的体积与按干重量计算的皮革下脚料的重量的比值；

(2)将步骤(1)所得皮革碎块放入高浓磨浆机中进行微纤化解离，后将解离所得胶原纤维浆滤干，置于密封袋中平衡水分，备用；其中盘磨机的喂料螺杆转速为10～120rpm，盘磨间隙为0.05mm～1.2mm；优选喂料螺杆转速为60～80rpm，盘磨间隙为0.3mm～0.8mm；

(3)将去皮的麻杆芯用粉碎机粉碎至0.1cm～1cm后，优选0.5cm～0.8cm，将其放入打浆机中打浆10min～90min，更好的是打浆30min～50min，后将水滤去备用；

(4)选取叩解度为8°SR～50°SR，更好的为15°SR～30°SR；筛分值为0.5mm～8mm，更好的为1mm～3mm的植物纤维浆，备用；

(5)将胶原纤维浆、麻杆芯颗粒、植物纤维浆与水于纤维疏解机中混和、疏解；各原料的重量比为：胶原纤维浆(以干基计)∶麻杆芯颗粒(以干基计)∶植物纤维浆(以干基计)＝(5～20)∶(50～95)∶(0～30)，而上述三种固体混合物(以干基计)∶水＝1∶(10～40)，疏解时间为5min～30min；

(6)将步骤(5)中充分疏解所得混合浆料在模具中滤水成型；所述的模具按缓冲包装材料所包装产品的外形设计。

(7)将步骤(6)中所成型的湿坯放置于50℃～150℃，更好的是100℃～150℃的烘箱中烘至含水率为5％～20％，优选10％～15％即可。

本发明的一种环境友好型缓冲包装材料制备方法的步骤(1)中，可以直接将水洗后的皮革下脚料送入高浓盘磨机进行微纤化解离，也可以先将皮革下脚料置于蒸煮液中蒸煮后再水洗去残留的药液，蒸煮处理的目的在于使待磨的皮革下脚料能得到充分的润涨，使得盘磨机的能耗大大降低以及细浆的得率提高，进而提高生产效率。

麻杆芯被粉碎后颗粒的大小对所得缓冲材料的缓冲性能影响很大，总的来说有这么一个规律：麻杆芯颗粒越大，其缓冲效果越好；将麻杆芯颗粒放入打浆机中打浆的目的是为了使颗粒表面能够帚化，也就是能够使颗粒表面官能团得到充分的暴露，这有利于它与植物纤维和胶原纤维的结合。

组分中的植物纤维是指木材或非木材植物纤维原料，而木材纤维原料主要为针叶材和阔叶材，其中也包括它们的“三剩物”，即采伐剩余物、造材剩余物、加工剩余物，以及灌木和藤类，还包括制浆造纸工业的废纤维原料等；非木材植物纤维原料主要是指竹类和农作物秸杆及渣屑类纤维原料。而纤维质量的好坏我们用纤维分离度与纤维筛分值来衡量，其中纤维分离度是指解纤过程中纤维被分离的程度，而浆料的滤水性能在一定程度上可以反映纤维被分离的程度，即纤维分离度，生产上正是利用浆料滤水性能与纤维分离度的这种相互关系，通过测定浆料的滤水性能而间接地测定纤维分离度；通常纤维分离度或浆料滤水性能可以反映浆料质量，但它往往只能表示浆料性质的一个方面，因此，再通过测试纤维筛分值予以补充分析被分离的纤维质量状况，而所谓筛分值就是浆科中留于或者通过各种规格筛网的纤维重量所占的百分比。所以本发明中植物纤维的叩解度为8°SR～50°SR，更好的为15°SR～30°SR，筛分值为0.5mm～8mm，更好的为1mm～3mm。

三大组分(胶原纤维、植物纤维、麻杆芯颗粒)在疏解机中混合，疏解；疏解的时间应控制在5～30min，而较好的是在10～20min，因为时间过短有可能导致混浆不均匀，而时间过长又会导致生产效率的下降。

成品的含水率对该产品的缓冲性能亦有较大影响，一般来说，在5％～20％的含水率范围内，产品的含水率越高，其缓冲效果越好，但考虑到包装材料对被包装物的影响，我们选择产品的含水率为10％～15％。

本发明的优点是：

1.整个生产过程无添加任何胶类物质，而是利用组分自身的官能团形成氢键结合，这使得该生产过程无任何污染，且该发明产品废弃后易于降解，属于环境友好型产品。

2.该产品原料资源丰富，且价格低廉，综合称本低，减震缓冲效果好，市场应用前景良好。本发明有望代替市场上使用的EPS、EPE等泡沫塑料包装材料。

3.本产品生产所用的皮革均为工厂所废弃的下脚料，属于废弃物的再利用，对减轻环境压力起到了重大的作用。

具体实施例  下面结合具体实施例对本发明的一种环境友好型缓冲包装材料及其制备方法做进一步详细说明：

实施例1：一种环境友好型缓冲包装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)切片处理，即将皮革固体废弃物切成1cm×1cm～2cm×2cm碎块，水洗去除杂质，备用；

(2)将步骤(1)所得皮革碎块放入高浓磨浆机中进行微纤化解离，后将解离所得胶原纤维浆滤干，置于密封袋中平衡水分，备用；其中盘磨机的喂料螺杆转速为10～30rpm，盘磨间隙为0.05mm～0.2mm；

(3)将去皮的麻杆芯用粉碎机粉碎至0.1cm～0.5cm后，将其放入打浆机中打浆10min～30min，后将水滤去，所得湿麻杆芯颗粒备用；

(4)选取叩解度为8°SR～50°SR，筛分值为0.5mm～8mm的杉木浆，备用；

(5)将胶原纤维浆、麻杆芯颗粒、植物纤维浆与水于纤维疏解机中混和、疏解；各原料的重量比为：胶原纤维浆(以干基计)∶麻杆芯颗粒(以干基计)∶植物纤维浆(以干基计)＝(5～20)∶(50～95)∶(0～30)，而上述三种固体混合物(以干基计)∶水＝1∶(10～40)，疏解时间为5min～15min；

(6)将步骤(5)中充分疏解所得混合浆料在模具中滤水成型；

(7)将步骤(6)中所成型的湿坯放置于50℃烘箱中烘至含水率为5％即可。

实施例2：一种环境友好型缓冲包装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)切片处理，即将皮革固体废弃物切成4cm×4cm～5cm×5cm碎块，水洗去除杂质，备用；

(2)将步骤(1)所得皮革放入高浓磨浆机中进行微纤化解离，后将解离所得胶原纤维浆滤干，置于密封袋中平衡水分，备用；其中盘磨机的喂料螺杆转速为80～120rpm，盘磨间隙为0.6mm～1.2mm；

(3)将去皮的麻杆芯用粉碎机粉碎至0.6cm～1cm后，将其放入打浆机中打浆60min～90min，后将水滤去，得湿麻杆芯颗粒备用；

(4)选取叩解度为12～25°SR，筛分值为1～2mm的竹浆，备用；

(5)将胶原纤维浆、麻杆芯颗粒、植物纤维浆与水于纤维疏解机中混和、疏解；各原料的重量比为：胶原纤维浆(以干基计)∶麻杆芯颗粒(以干基计)∶植物纤维浆(以干基计)＝(5～20)∶(50～95)∶(0～30)，而上述三种固体混合物(以干基计)∶水＝1∶(10～40)，疏解时间为20min～30min；

(6)将步骤(5)中充分疏解所得混合浆料在模具中滤水成型；

(7)将步骤(6)中所成型的湿坯放置于150℃烘箱中烘至含水率为15％～20％即可。

实施例3：一种环境友好型缓冲包装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)切片处理，即将皮革固体废弃物切成2cm×2cm～3cm×3cm碎块，水洗去除杂质后，置于60～120℃蒸煮液中蒸煮20～50min，然后水洗去除残碱，所述的蒸煮液是：蒸煮药剂H₂SO₄1～3％，液比为1∶20～1∶40；

(2)将步骤(1)蒸煮后的皮革碎块放入高浓磨浆机中进行微纤化解离，后将解离所得胶原纤维浆滤干，置于密封袋中平衡水分，备用；其中盘磨机的喂料螺杆转速为30～60rpm，盘磨间隙为0.4mm～0.8mm；

(3)将去皮的麻杆芯用粉碎机粉碎至0.3cm～0.7cm后，将其放入打浆机中打浆20min～60min，后将水滤去，所得湿麻杆芯颗粒备用；

(4)选取叩解度为20～30°SR，筛分值为3～5mm的马尾松浆，备用；

(5)将胶原纤维浆、麻杆芯颗粒、植物纤维浆与水于纤维疏解机中混和、疏解；各原料的重量比为：胶原纤维浆(以干基计)∶麻杆芯颗粒(以干基计)∶植物纤维浆(以干基计)＝(5～20)∶(50～95)∶(0～30)，而上述三种固体混合物(以干基计)∶水＝1∶(10～40)，疏解时间为10min～20min；

(6)将步骤(5)中充分疏解所得混合浆料在模具中滤水成型；

(7)将步骤(6)中所成型的湿坯放置于100～125℃烘箱中烘至含水率为10～20％即可。

实施例4：一种环境友好型缓冲包装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)切片处理，即将皮革固体废弃物切成3cm×3cm～4cm×4cm碎块，水洗去除杂质后置于80～100℃蒸煮液中蒸煮30～40min，然后水洗去除残碱，所述的蒸煮液是：蒸煮药剂NaOH2～3％，液比为1∶15～1∶25。

(2)将步骤(1)蒸煮后的皮革碎块放入高浓磨浆机中进行微纤化解离，后将解离所得胶原纤维浆滤干，置于密封袋中平衡水分，备用；其中盘磨机的喂料螺杆转速为60～80rpm，盘磨间隙为0.8mm～1.2mm；

(3)将去皮的麻杆芯用粉碎机粉碎至0.5cm～1cm后，将其放入打浆机中打浆30min～60min，后将水滤去，所得湿麻杆芯颗粒备用；

(4)选取叩解度为15～30°SR，筛分值为1～5mm的稻草浆，备用；

(5)将胶原纤维浆、麻杆芯颗粒、植物纤维浆与水于纤维疏解机中混和、疏解；各原料的重量比为：胶原纤维浆(以干基计)∶麻杆芯颗粒(以干基计)∶植物纤维浆(以干基计)＝(5～20)∶(50～95)∶(0～30)，而上述三种固体混合物(以干基计)∶水＝1∶(10～40)，疏解时间为25min～30min；

(6)将步骤(5)中充分疏解所得混合浆料在模具中滤水成型；

(7)将步骤(6)中所成型的湿坯放置于80℃～120℃烘箱中烘至含水率为10％～15％即可。

实施例5：一种环境友好型缓冲包装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)切片处理，即将皮革固体废弃物切成3cm×3cm～5cm×5cm碎块，水洗去除杂质后置于60～120℃蒸煮液中蒸煮20～50min，然后水洗去除残酸，所述的蒸煮液是：蒸煮药剂HCl 2～6％，液比为：1∶10～1∶40。

(2)将步骤(1)蒸煮后的皮革碎块放入高浓磨浆机中进行微纤化解离，后将解离所得胶原纤维浆滤干，置于密封袋中平衡水分，备用；其中盘磨机的喂料螺杆转速为60～80rpm，盘磨间隙为0.6mm～0.8mm；

(3)将去皮的麻杆芯用粉碎机粉碎至0.5cm～1cm后，将其放入打浆机中打浆30min～60min，后将水滤去，所得湿麻杆芯颗粒备用；

(4)选取叩解度为12～25°SR，筛分值为2～5mm的废纸浆，备用；

(5)将胶原纤维浆、麻杆芯颗粒、植物纤维浆与水于纤维疏解机中混和、疏解；各原料的重量比为：胶原纤维浆(以干基计)∶麻杆芯颗粒(以干基计)∶植物纤维浆(以干基计)＝(5～20)∶(50～95)∶(0～30)，而上述三种固体混合物(以干基计)∶水＝1∶(10～40)，疏解时间为25min～30min；

(6)将步骤(5)中充分疏解所得混合浆料在模具中滤水成型；

(7)将步骤(6)中所成型的湿坯放置于80℃～120℃烘箱中烘至含水率为10％～15％即可。

实施例6：一种环境友好型缓冲包装材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)切片处理，即将皮革固体废弃物切成1cm×1cm～3cm×3cm碎块，水洗去除杂质，备用；

(2)将步骤(1)所得皮革碎块放入高浓磨浆机中进行微纤化解离，后将解离所得胶原纤维浆滤干，置于密封袋中平衡水分，备用；其中盘磨机的喂料螺杆转速为60～80rpm，盘磨间隙为0.3mm～0.8mm；

(3)将去皮的麻杆芯用粉碎机粉碎至0.5cm～0.8cm后，将其放入打浆机中打浆30min～50min，后将水滤去，所得湿麻杆芯颗粒备用；

(4)将胶原纤维浆、麻杆芯颗粒与水于纤维疏解机中混和、疏解；各原料的重量比为：胶原纤维浆(以干基计)∶麻杆芯颗粒(以干基计)＝(5～20)∶(80～95)，而上述固体混合物(以干基计)∶水＝1∶(10～40)，疏解时间为10min～20min；

(5)将步骤(4)中充分疏解所得混合浆料在模具中滤水成型；

(6)将步骤(5)中所成型的湿坯放置于100℃～150℃烘箱中烘至含水率为10％～15％即可。