玉米苞葉緩沖包裝材料的研究

曾慶偉, 趙 倩 ,張思雨, 李祥保, 賈圓圓 ,邢麗娜

(曲阜師范大學 工學院，山東 日照 276826)

玉米苞葉緩沖包裝材料的研究

曾慶偉, 趙 倩 ,張思雨, 李祥保, 賈圓圓 ,邢麗娜

(曲阜師范大學 工學院，山東 日照 276826)

以改性異氰酸酯、軟泡聚醚多元醇為粘合劑，以玉米苞葉為填充材料，以一氟二氯乙烷和水為發泡劑，辛酸亞錫及三乙烯二胺為催化劑，聚醚改性硅氧烷為穩泡劑，制得了抗壓性能優良的緩沖包裝材料。

改性異氰酸酯; 玉米苞葉 ; 緩沖包裝材料

隨著商品經濟的發展，緩沖包裝技術得到了迅速發展，從最初以稻殼、麥麩、紙屑、刨花等作為包裝填充物發展到近年來使用合成包裝材料，是包裝領域的巨大進步，包裝材料迅速發展的同時，人們逐漸回歸理性，正視資源枯竭和環境污染問題。以聚苯乙烯為代表的泡沫塑料由于具有緩沖及減振性能優良、質輕、加工容易、廉價等諸多優點，在包裝領域獲得了廣泛的應用，但該材料使用后存在體積龐大、難于降解，焚燒處理會產生毒氣等缺點，限制了其進一步推廣應用。隨著人們環保意識的增強，紙漿模塑、蜂窩紙板及瓦楞紙板近年來得到了一定發展，但瓦楞紙板存在表面較硬，變形后不易復原，不能重復利用從而使用價格高等缺點。植物纖維在農村多為閑置資源，原料來源廣泛，目前以植物纖維制作緩沖包裝料的研究時有報道[1-2]，具體工藝一般是將植物纖維粉碎，然后和淀粉、聚乙烯醇等可降解粘合劑混合，以碳酸氫銨或碳酸氫鈉為發泡劑，烘烤條件下發泡成型，該類產品降解性能良好，但普遍存在緩沖性能差的缺陷，目前尚未見工業化產品，本文以玉米苞葉為填充料，以改性聚氨酯和軟泡聚醚多元醇[3]為粘合劑，通過閉模發泡，制備了性能良好且較易降解的緩沖包裝材料。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

改性異氰酸酯MDI，深圳科晟達有限公司，軟泡聚醚GMN3050，上海高橋，三乙烯二胺，工業品。辛酸亞錫，工業品，邁圖硅油Y10366 ，一氟二氯乙烷，萊陽康德化工有限公司，去離子水，自制玉米苞葉。

1.2 制備工藝

將玉米苞葉洗凈烘干后粉碎，過50目篩備用。于通風櫥中稱取適量GMN3050，放入燒杯中，加入發泡劑、水、硅油Y10366、三乙烯二胺和粉碎后的玉米苞葉，充分混合后加入催化劑辛酸亞錫，繼續混合均勻后，迅速倒入預先稱量好的改性異氰酸酯，攪拌10～15s，倒進模具中閉模發泡，24h后脫模得緩沖包裝材料。

1.3 性能測試

材料密度按GB-T-6343-2009測試，壓縮強度按GB8168-2008測試。

2 結果與討論

影響緩沖包裝材料性能的因素包括異氰酸酯及聚醚多元醇用量比、發泡劑、催化劑、穩泡劑、填料用量，接下來逐一討論。

2.1 異氰酸酯及聚醚多元醇用量的確定

稱取60g異氰酸酯，分別加入60，50，40，30，20g聚醚多元醇，10%的水及2%的復合催化劑(質量1:1的辛酸亞錫和三乙烯二胺的混合物)進行發泡。結果表明，聚醚多元醇用量過多時材料因交聯過度相對較硬，緩沖效果差，用量太少材料不能完全固化，表面發粘，本實驗中最佳用量為30 g，即二者用量為2:1。

2.2 發泡劑用量對材料性能的影響

隨著人們環保意識的增強，對大氣危害嚴重的三氯三氟乙烷已禁止應用，一氟二氯乙烷對臭氧層的破壞僅為三氯三氟乙烷的十分之一，目前已逐漸取代其它氟氯烴用于發泡，水作為廉價環保的發泡劑也得到了廣泛應用，實驗發現單純以水為發泡所得泡沫大小不均勻，因此本實驗采用水和一氟二氯乙烷協同發泡，在固定二者比例1:1，異氰酸酯及聚醚多元醇用量為2:1，復合催化劑為2%的條件下，發泡劑用量對材料泡沫密度影響見表1。

表1 發泡劑用量對材料泡沫密度的影響

隨發泡劑用量的增加，產生氣體的速度加快，材料的泡沫密度逐漸減小，發泡劑用量較少時，材料密度較大，緩沖性能較差，抗壓強度大，發泡劑用量過多，材料密度較小，材料抗壓強度急劇下降，鑒于此，實驗中發泡劑用量為15%。

2.3 催化劑用對材料性能的影響

緩沖材料的制備涉及兩種催化劑，實驗中選擇有機錫化合物辛酸亞錫和胺類催化劑三乙烯二胺為復合體系，其中辛酸亞錫主要是促進異氰酸酯與羥基反應形成氨基甲酸酯從而促使鏈增長，三乙烯二胺則催化異氰酸酯與水的發泡反應，二者的比例對泡沫性能有一定影響， 實驗中首先固定二者的總用量為百分之二，發泡劑用量為15%，其它物質用量同2.2，不同比例催化劑對材料抗壓強度的影響見表2。

表2 催化劑比例對材料抗壓強度的影響

由2表看出，隨胺比錫數值的增大，錫的用量越來越小，大分子鏈增長速率變慢，發泡速率加快，材料緩沖性能增強，抗壓縮強度逐漸減小，當二者用量為3:1時，由于鏈增長反應不完全，材料強度明顯受到影響，綜合考慮本實驗選用1:2。固定胺比錫為1:2，催化劑總量分別按配方總量1%,1.5%,2%,2.5%,3% 進行實驗，發現催化劑用量太少時，材料固化不充分，太大時反應速度太快，不利于閉模發泡，綜合考慮本實驗選用1.5%。

2.4 泡沫穩定劑對材料性能的影響

合適的泡沫穩定劑是保障實驗成功的關鍵，泡沫穩定劑使得泡沫均勻，在各物質用量同2.3條件下，泡沫穩定劑用量對泡沫密度的影響見表3。

由表3可以看出，隨泡沫穩定劑用量增大，泡沫密度減小，這是由于泡沫穩定劑的使用使得泡沫持久而且均勻，當用量達0.6%以后，變化緩慢，因此本實驗選用0.6%。

表3 泡沫穩定劑用量對材料泡沫密度的影響

2.5 玉米苞葉用量對材料性能的影響

實驗過程中，玉米苞葉的添加量對材料的降解性能有重要影響，玉米苞葉的添加量越多，材料的的降解性能越好，但添加太多會使體系黏度過大，分散不均勻從而影響材料的抗壓強度及泡沫均勻性，在各物質用量同2.4條件下，玉米苞葉用量對材料性能的影響見表4。

表4 玉米苞葉用量對材料性能的影響

由表4可以看出，隨著玉米苞葉添加量的增加，緩沖材料的抗壓強度先增加后急劇減小，這主要是由于玉米苞葉添加量小時，在體系中混合均勻，起到了增強纖維的作用，隨著玉米苞葉用量的進一步增加，體系分散不均勻，抗壓強度和發泡情況均不理想，再考慮到降解因素，本實驗玉米苞葉合適用量為30%。

綜上所述，緩沖材料的最佳配方為：異氰酸酯和聚醚多元醇(二者比例2:1) 52.9%，復合催化劑1.5%，泡沫穩定劑0.6%，發泡劑15%，玉米苞葉30%，此時材料的抗壓強度為14.5 MPa。

3 結論

(1)以聚氨酯為粘合材料，添加玉米苞葉，制備了一種降解性能較好的緩沖包裝材料，該材料利用閑置資源，不僅減少了污染，而且降低了成本。

(2)該緩沖材料的最佳配方為：異氰酸酯和聚醚多元醇(二者比例2:1) 52.9%，復合催化劑1.5%，泡沫穩定劑0.6%，發泡劑15%，玉米苞葉30%，此時材料的抗壓強度為14.5 Mpa。

[1] 高 德，常 江，鞏 雪.玉米秸桿緩沖包裝材料的研究[J].包裝工程，2007，28(1)：27-29.

[2] 郁 青，何春霞.淀粉/秸桿基緩沖包裝材料的制備及其性能研究[J].包裝工程，2009，30(12)：6-8.

[3] 陳秋玲，張春紅，孫可偉.利用植物纖維制備降解聚氨酯泡沫材料的研究進展[J].材料導報，2008，22(10)：100-102.

(本文文獻格式：曾慶偉, 趙 倩 ,張思雨, 等.玉米苞葉緩沖包裝材料的研究[J].山東化工，2017，46(04)：14-15.)

Research of Cushioning Packing Material with Corn bract

ZengQingwei,ZhaoQian,ZhangSiyu,LiXiangbao,JiaYuanyuan,XingLina

(Qufu Normal University, Rizhao 276826, China)

Using soft polyether glycol and modfied polyisocyanate as adhesion agent,corn bract as stuffing,dichlorofluoroethane and water as foaming agent,stannous octoate and triethylene diamine as catalyst,silicone oil as foam stabilizer.A new cushioning packing material with excellent compressive strength was prepared.

modfied polyisocyanate;corn bract;cushioning packing material

2017-01-06

國家級、校級大學生創新創業訓練項目，項目編號201510446014

曾慶偉(1995—),山東臨沂人，在讀本科生，國家級、校級大學生創新創業訓練項目負責人，研究方向為環保緩沖包裝材料。

TQ572.7

A

1008-021X(2017)04-0014-02