玉米苞叶缓冲包装材料的研究

曾庆伟, 赵 倩 ,张思雨, 李祥保, 贾圆圆 ,邢丽娜

(曲阜师范大学 工学院，山东 日照 276826)

玉米苞叶缓冲包装材料的研究

曾庆伟, 赵 倩 ,张思雨, 李祥保, 贾圆圆 ,邢丽娜

(曲阜师范大学 工学院，山东 日照 276826)

以改性异氰酸酯、软泡聚醚多元醇为粘合剂，以玉米苞叶为填充材料，以一氟二氯乙烷和水为发泡剂，辛酸亚锡及三乙烯二胺为催化剂，聚醚改性硅氧烷为稳泡剂，制得了抗压性能优良的缓冲包装材料。

改性异氰酸酯; 玉米苞叶 ; 缓冲包装材料

随着商品经济的发展，缓冲包装技术得到了迅速发展，从最初以稻壳、麦麸、纸屑、刨花等作为包装填充物发展到近年来使用合成包装材料，是包装领域的巨大进步，包装材料迅速发展的同时，人们逐渐回归理性，正视资源枯竭和环境污染问题。以聚苯乙烯为代表的泡沫塑料由于具有缓冲及减振性能优良、质轻、加工容易、廉价等诸多优点，在包装领域获得了广泛的应用，但该材料使用后存在体积庞大、难于降解，焚烧处理会产生毒气等缺点，限制了其进一步推广应用。随着人们环保意识的增强，纸浆模塑、蜂窝纸板及瓦楞纸板近年来得到了一定发展，但瓦楞纸板存在表面较硬，变形后不易复原，不能重复利用从而使用价格高等缺点。植物纤维在农村多为闲置资源，原料来源广泛，目前以植物纤维制作缓冲包装料的研究时有报道[1-2]，具体工艺一般是将植物纤维粉碎，然后和淀粉、聚乙烯醇等可降解粘合剂混合，以碳酸氢铵或碳酸氢钠为发泡剂，烘烤条件下发泡成型，该类产品降解性能良好，但普遍存在缓冲性能差的缺陷，目前尚未见工业化产品，本文以玉米苞叶为填充料，以改性聚氨酯和软泡聚醚多元醇[3]为粘合剂，通过闭模发泡，制备了性能良好且较易降解的缓冲包装材料。

1 实验部分

1.1 实验材料

改性异氰酸酯MDI，深圳科晟达有限公司，软泡聚醚GMN3050，上海高桥，三乙烯二胺，工业品。辛酸亚锡，工业品，迈图硅油Y10366 ，一氟二氯乙烷，莱阳康德化工有限公司，去离子水，自制玉米苞叶。

1.2 制备工艺

将玉米苞叶洗净烘干后粉碎，过50目筛备用。于通风橱中称取适量GMN3050，放入烧杯中，加入发泡剂、水、硅油Y10366、三乙烯二胺和粉碎后的玉米苞叶，充分混合后加入催化剂辛酸亚锡，继续混合均匀后，迅速倒入预先称量好的改性异氰酸酯，搅拌10～15s，倒进模具中闭模发泡，24h后脱模得缓冲包装材料。

1.3 性能测试

材料密度按GB-T-6343-2009测试，压缩强度按GB8168-2008测试。

2 结果与讨论

影响缓冲包装材料性能的因素包括异氰酸酯及聚醚多元醇用量比、发泡剂、催化剂、稳泡剂、填料用量，接下来逐一讨论。

2.1 异氰酸酯及聚醚多元醇用量的确定

称取60g异氰酸酯，分别加入60，50，40，30，20g聚醚多元醇，10%的水及2%的复合催化剂(质量1:1的辛酸亚锡和三乙烯二胺的混合物)进行发泡。结果表明，聚醚多元醇用量过多时材料因交联过度相对较硬，缓冲效果差，用量太少材料不能完全固化，表面发粘，本实验中最佳用量为30 g，即二者用量为2:1。

2.2 发泡剂用量对材料性能的影响

随着人们环保意识的增强，对大气危害严重的三氯三氟乙烷已禁止应用，一氟二氯乙烷对臭氧层的破坏仅为三氯三氟乙烷的十分之一，目前已逐渐取代其它氟氯烃用于发泡，水作为廉价环保的发泡剂也得到了广泛应用，实验发现单纯以水为发泡所得泡沫大小不均匀，因此本实验采用水和一氟二氯乙烷协同发泡，在固定二者比例1:1，异氰酸酯及聚醚多元醇用量为2:1，复合催化剂为2%的条件下，发泡剂用量对材料泡沫密度影响见表1。

表1 发泡剂用量对材料泡沫密度的影响

随发泡剂用量的增加，产生气体的速度加快，材料的泡沫密度逐渐减小，发泡剂用量较少时，材料密度较大，缓冲性能较差，抗压强度大，发泡剂用量过多，材料密度较小，材料抗压强度急剧下降，鉴于此，实验中发泡剂用量为15%。

2.3 催化剂用对材料性能的影响

缓冲材料的制备涉及两种催化剂，实验中选择有机锡化合物辛酸亚锡和胺类催化剂三乙烯二胺为复合体系，其中辛酸亚锡主要是促进异氰酸酯与羟基反应形成氨基甲酸酯从而促使链增长，三乙烯二胺则催化异氰酸酯与水的发泡反应，二者的比例对泡沫性能有一定影响， 实验中首先固定二者的总用量为百分之二，发泡剂用量为15%，其它物质用量同2.2，不同比例催化剂对材料抗压强度的影响见表2。

表2 催化剂比例对材料抗压强度的影响

由2表看出，随胺比锡数值的增大，锡的用量越来越小，大分子链增长速率变慢，发泡速率加快，材料缓冲性能增强，抗压缩强度逐渐减小，当二者用量为3:1时，由于链增长反应不完全，材料强度明显受到影响，综合考虑本实验选用1:2。固定胺比锡为1:2，催化剂总量分别按配方总量1%,1.5%,2%,2.5%,3% 进行实验，发现催化剂用量太少时，材料固化不充分，太大时反应速度太快，不利于闭模发泡，综合考虑本实验选用1.5%。

2.4 泡沫稳定剂对材料性能的影响

合适的泡沫稳定剂是保障实验成功的关键，泡沫稳定剂使得泡沫均匀，在各物质用量同2.3条件下，泡沫稳定剂用量对泡沫密度的影响见表3。

由表3可以看出，随泡沫稳定剂用量增大，泡沫密度减小，这是由于泡沫稳定剂的使用使得泡沫持久而且均匀，当用量达0.6%以后，变化缓慢，因此本实验选用0.6%。

表3 泡沫稳定剂用量对材料泡沫密度的影响

2.5 玉米苞叶用量对材料性能的影响

实验过程中，玉米苞叶的添加量对材料的降解性能有重要影响，玉米苞叶的添加量越多，材料的的降解性能越好，但添加太多会使体系黏度过大，分散不均匀从而影响材料的抗压强度及泡沫均匀性，在各物质用量同2.4条件下，玉米苞叶用量对材料性能的影响见表4。

表4 玉米苞叶用量对材料性能的影响

由表4可以看出，随着玉米苞叶添加量的增加，缓冲材料的抗压强度先增加后急剧减小，这主要是由于玉米苞叶添加量小时，在体系中混合均匀，起到了增强纤维的作用，随着玉米苞叶用量的进一步增加，体系分散不均匀，抗压强度和发泡情况均不理想，再考虑到降解因素，本实验玉米苞叶合适用量为30%。

综上所述，缓冲材料的最佳配方为：异氰酸酯和聚醚多元醇(二者比例2:1) 52.9%，复合催化剂1.5%，泡沫稳定剂0.6%，发泡剂15%，玉米苞叶30%，此时材料的抗压强度为14.5 MPa。

3 结论

(1)以聚氨酯为粘合材料，添加玉米苞叶，制备了一种降解性能较好的缓冲包装材料，该材料利用闲置资源，不仅减少了污染，而且降低了成本。

(2)该缓冲材料的最佳配方为：异氰酸酯和聚醚多元醇(二者比例2:1) 52.9%，复合催化剂1.5%，泡沫稳定剂0.6%，发泡剂15%，玉米苞叶30%，此时材料的抗压强度为14.5 Mpa。

[1] 高 德，常 江，巩 雪.玉米秸杆缓冲包装材料的研究[J].包装工程，2007，28(1)：27-29.

[2] 郁 青，何春霞.淀粉/秸杆基缓冲包装材料的制备及其性能研究[J].包装工程，2009，30(12)：6-8.

[3] 陈秋玲，张春红，孙可伟.利用植物纤维制备降解聚氨酯泡沫材料的研究进展[J].材料导报，2008，22(10)：100-102.

(本文文献格式：曾庆伟, 赵 倩 ,张思雨, 等.玉米苞叶缓冲包装材料的研究[J].山东化工，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

国家级、校级大学生创新创业训练项目，项目编号201510446014

曾庆伟(1995—),山东临沂人，在读本科生，国家级、校级大学生创新创业训练项目负责人，研究方向为环保缓冲包装材料。

TQ572.7

A

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