阅读说明：本技术 一种防水阻燃型瓦楞纸箱及其生产工艺 (Waterproof flame-retardant corrugated carton and production process thereof ) 是由 吕宏伟 朱木根 于 2020-04-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种防水阻燃型瓦楞纸箱,由防水阻燃瓦楞纸制成,该瓦楞纸包括基纸和涂覆于基纸表面的功能涂层,基纸经过浸渍液浸渍改性处理；该瓦楞纸箱的生产工艺如下：第一步、将基纸浸渍于浸渍液中,超声后干燥；第二步、将涂料均匀涂覆于浸渍后的基纸表面,固化、瓦楞辊加工；第三步、钉箱。本发明通过浸渍液浸渍处理基纸,浸渍液中的有效成分与基纸纤维具有较强的结合力,不仅能够充分发挥阻燃性能,而且能够形成交联的网络结构,提高基纸的力学性能；经过功能涂料的涂覆,使瓦楞纸具备良好的防水性能；并且,浸渍液、功能涂料的各个原料均是环保原料,基纸本身是采用普通木材制成的,因此,得到的瓦楞纸具有易降解的特性,符合环保要求。(The invention discloses a waterproof flame-retardant corrugated case which is made of waterproof flame-retardant corrugated paper, wherein the corrugated paper comprises base paper and a functional coating coated on the surface of the base paper, and the base paper is subjected to impregnation modification treatment by an impregnation liquid; the production process of the corrugated case comprises the following steps: firstly, dipping base paper in a dipping solution, and drying after ultrasonic treatment; step two, coating the coating on the surface of the impregnated base paper uniformly, curing and processing by a corrugating roller; and thirdly, nailing the box. According to the invention, the base paper is impregnated by the impregnating solution, so that the effective components in the impregnating solution and the base paper fibers have strong binding force, the flame retardant property can be fully exerted, a cross-linked network structure can be formed, and the mechanical property of the base paper is improved; the corrugated paper has good waterproof performance through coating of the functional coating; moreover, the raw materials of the impregnating solution and the functional coating are environment-friendly raw materials, and the base paper is made of common wood, so that the obtained corrugated paper has the characteristic of easy degradation and meets the requirement of environmental protection.)

一种防水阻燃型瓦楞纸箱及其生产工艺

技术领域

本发明属于瓦楞纸箱领域，具体地，涉及一种防水阻燃型瓦楞纸箱及其生产工艺。

背景技术

瓦楞纸是由挂面纸和通过瓦楞棍加工而形成的波形的瓦楞纸粘合而成的板状物，具有成本低、质量轻、加工易、强度大、印刷适应性样优良、储存搬运方便等优点，采用瓦楞纸加工成的瓦楞纸箱，可用作食品或者数码产品的包装，使用较为广泛。

瓦楞纸由于其主要成分是吸水性较强的纸纤维，容易受潮，在应用于需要干燥储存的食品材料时，其防水性能影响到包装内材料的品质和保质期，现有的瓦楞纸箱通常是直接在瓦楞纸的表面涂布防水材料，但是涂布的防水材料防水持久性较差，长时间在水中浸渍时容易出现渗水的情况，不能实现完全防水，只能表面轻微防水，当瓦楞纸箱存储在潮湿环境中或者在运输途中被雨水淋湿时容易造成内部的浸水，进而影响内部材料的质量。此外，由于瓦楞纸板的主要成分为植物纤维素，在受热时随着温度升高而脱水氧化，常温状态下瓦楞纸板的氧指数仅为15％，属于易燃品。在电商、物流、快递行业的仓储和运输过程中，大量的瓦楞纸箱堆积，存在较大的消防安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防水阻燃型瓦楞纸箱及其生产工艺，该瓦楞纸箱采用特制的防水阻燃瓦楞纸制成，瓦楞纸包括基纸和功能涂层，通过浸渍液浸渍处理基纸，浸渍液中的有效成分能够分布于基纸内部，与基纸纤维具有较强的结合力，不仅能够充分发挥阻燃性能，而且能够形成交联的网络结构，提高基纸的力学性能；经过功能涂料的涂覆，不仅能够形成具有疏水功能的致密的表面涂层，而且能够提高基纸本体表面的疏水性能，使瓦楞纸具备良好的防水性能；得到具有防水功能的阻燃型瓦楞纸，在包装领域具有广泛的应用空间；并且，浸渍液、功能涂料的各个原料均是环保原料，制备过程中也避免了有毒溶剂的使用，基纸本身是采用普通木材制成的，因此，得到的瓦楞纸具有易降解的特性，符合环保要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种防水阻燃型瓦楞纸箱，由防水阻燃瓦楞纸制成，所述防水阻燃瓦楞纸包括基纸和涂覆于基纸表面的功能涂层，其中，基纸经过浸渍液浸渍改性处理；

该瓦楞纸箱由如下步骤制成：

第一步、将浸渍液倒入玻璃皿中，并将浸渍液加热至50-55℃，将基纸浸渍于浸渍液中，超声浸渍10-12s，取出基纸，在60℃的热恒温鼓风干燥箱内干燥50-60min，得到浸渍处理后的基纸；

第二步、将涂料均匀涂覆于浸渍后的基纸表面，涂布量为30-50g/m²，先室温下静置10-15min，再于105℃恒温条件下固化60-70min，最后经瓦楞辊加工，制得瓦楞纸；

第三步、将上述瓦楞纸通过钉箱机钉箱，得到所述瓦楞纸箱。

进一步地，所述浸渍液由如下方法制备：

在75℃恒温条件、80-90r/min磁力搅拌条件下将硅溶胶缓慢加入至NaOH溶液中，加完后磁力搅拌50-60min，再加入甲基纤维素和纳米TiO₂，继续搅拌30-40min，得到浸渍液。

进一步地，所述NaOH溶液的质量分数为30％，硅溶胶、NaOH溶液、甲基纤维素和纳米TiO₂的用量之比为10:2:0.5:0.2。

进一步地，所述功能涂层所用的涂料，由如下方法制备：

(1)在三口烧瓶中加入聚几内酯多元醇与丁二酸酐，再加入适量有机锡催化剂，常温反应24h，再加入N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷，升高温度至75-80℃，反应10h，制得改性聚氨酯树脂；

其中，聚几内酯多元醇、丁二酸酐所用的物质的量之比为1.2:1；N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡催化剂的加入量分别为体系质量的4％和0.1％；

(2)将改性聚氨酯树脂加入质量分数为5％的醋酸水溶液中，再加入少量甲醇，磁力搅拌3h，得到改性聚氨酯乳液；

改性聚氨酯树脂、醋酸水溶液和甲醇所用的质量之比为10:7:0.1；

(3)将纳米纤维素、壳聚糖加入至改性聚氨酯乳液中，磁力搅拌3h，得到涂料；

纳米纤维素、壳聚糖的加入量分别为改性聚氨酯乳液质量的5％和3％。

一种防水阻燃型瓦楞纸箱的生产工艺，包括如下步骤：

第一步、将浸渍液倒入玻璃皿中，并将浸渍液加热至50-55℃，将基纸浸渍于浸渍液中，超声浸渍10-12s，取出基纸，在60℃的热恒温鼓风干燥箱内干燥50-60min，得到浸渍处理后的基纸；

第二步、将涂料均匀涂覆于浸渍后的基纸表面，涂布量为30-50g/m²，先室温下静置10-15min，再于105℃恒温条件下固化60-70min，最后经瓦楞辊加工，制得瓦楞纸；

第三步、将上述瓦楞纸通过钉箱机钉箱，得到所述瓦楞纸箱。

本发明的有益效果：

本发明采用浸渍液对基纸进行浸渍改性处理，基纸经过浸渍液浸渍后，由于TiO₂表面含有较多羟基，在氢键和静电引力的作用下，掺入的TiO₂可被吸附在纸纤维表面；浸渍液中硅溶胶的-Si-O-Si-链在碱性环境中可发生均裂和异裂，分别形成-Si·，-SiO·以及-Si⁺，-Si-O^-，均具有极强的反应活性，在水溶液中可产生具有较强光催化活性的H·和·OH，可与纤维板中含羟基-OH的有机物(纸纤维)相互反应，能够使浸渍液与基纸纤维结合牢固；同时，在碱性环境中，所形成的-Si-OH和-Ti-OH可在氢键作用下形成具有交联结构的硅质链网络结构，使浸渍液在基纸内形成交联网络结构，不仅能够增强其中硅质成分和纳米TiO₂与基纸的结合牢度，而且交联网络结构能够提高基纸的力学性能；TiO₂本身作为遮光剂，耐高温性能优良，在体系中可持续地产生遮光效应，进而提高基纸的阻燃性能；硅质成分本身是一种膨胀型阻燃剂，在燃烧过程中膨胀附着于基纸纤维表面，达到阻燃目的；且纳米TiO₂在燃烧过程中可作为一种助催化剂，可促成硅质生成更多的网状交联结构，进一步提高阻燃性能；此外，基纸经过浸渍处理后，浸渍液中悬浮颗粒能够填充基纸内部的空隙，提高基纸的挺度，而且甲基纤维素具有增稠作用，也能够增加基纸的挺度，对抗压、耐压方面的强度指标具有促进作用；

本发明在基纸表面还涂覆有一层涂料形成功能涂层，该涂层采用改性聚氨酯乳液作为成膜基体，改性聚氨酯树脂分子链上接枝的硅烷链在步骤(2)水解之后形成Si-OH，能够与纳米纤维素和壳聚糖表面的-OH发生反应，形成了Si-O-C键，使无机填料与成膜基体通过化学键的方式结合，即纳米纤维素、壳聚糖与成膜基体之间的相容性增大、相互作用增强，使纳米纤维素和壳聚糖均匀分布于涂层内，稳定发挥填料作用，提高涂层的致密性和力学性能；此外，聚氨酯分子链与填料的相互作用能够减少纳米纤维素、壳聚糖表面的亲水基团-OH的数量，同时也由于聚合物分子链本身的疏水性，使得涂料在形成涂层后具有优良的疏水性能；再者，硅醇基团一方面由自身缩合而形成Si-O-Si键的聚合物，另一方面与纳米纤维素、壳聚糖表面的-OH发生醚化反应生成Si-O-C键，致使涂层成为一种更为致密的三维网络结构，提高涂层的致密性，显著提升基纸的阻隔性能和力学性能；另外，硅醇基团还能与基纸表面纤维上的-OH作用，在提高涂层的附着力的同时减少基纸表面-OH的含量，提高基纸本体的疏水性能；

本发明通过浸渍液浸渍处理基纸，浸渍液中的有效成分能够分布于基纸内部，与基纸纤维具有较强的结合力，不仅能够充分发挥阻燃性能，而且能够形成交联的网络结构，提高基纸的力学性能；经过功能涂料的涂覆，不仅能够形成具有疏水功能的致密的表面涂层，而且能够提高基纸本体表面的疏水性能，使瓦楞纸具备良好的防水性能；得到具有防水功能的阻燃型瓦楞纸，在包装领域具有广泛的应用空间；并且，浸渍液、功能涂料的各个原料均是环保原料，制备过程中也避免了有毒溶剂的使用，基纸本身是采用普通木材制成的，因此，得到的瓦楞纸具有易降解的特性，符合环保要求。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种防水阻燃型瓦楞纸箱，采用防水阻燃型瓦楞纸制成，该瓦楞纸包括基纸和涂覆于基纸表面的功能涂层，其中，基纸经过浸渍液浸渍改性处理；

浸渍液由如下方法制备：

在75℃恒温条件、80-90r/min磁力搅拌条件下将硅溶胶缓慢加入至NaOH溶液(质量分数为30％)中，加完后磁力搅拌50-60min，再加入甲基纤维素和纳米TiO₂，继续搅拌30-40min，得到浸渍液；

硅溶胶、NaOH溶液、甲基纤维素和纳米TiO₂的用量之比为10:2:0.5:0.2；

基纸经过浸渍液浸渍后，由于TiO₂表面含有较多羟基，在氢键和静电引力的作用下，掺入的TiO₂可被吸附在纸纤维表面；浸渍液中硅溶胶的-Si-O-Si-链在碱性环境中可发生均裂和异裂，分别形成-Si·，-SiO·以及-Si⁺，-Si-O^-，均具有极强的反应活性，在水溶液中可产生具有较强光催化活性的H·和·OH，可与纤维板中含羟基-OH的有机物(纸纤维)相互反应，能够使浸渍液与基纸纤维结合牢固；同时，在碱性环境中，所形成的-Si-OH和-Ti-OH可在氢键作用下形成具有交联结构的硅质链网络结构，使浸渍液在基纸内形成交联网络结构，不仅能够增强其中硅质成分和纳米TiO₂与基纸的结合牢度，而且交联网络结构能够提高基纸的力学性能；TiO₂本身作为遮光剂，耐高温性能优良，在体系中可持续地产生遮光效应，进而提高基纸的阻燃性能；硅质成分本身是一种膨胀型阻燃剂，在燃烧过程中膨胀附着于基纸纤维表面，达到阻燃目的；且纳米TiO₂在燃烧过程中可作为一种助催化剂，可促成硅质生成更多的网状交联结构，进一步提高阻燃性能；此外，基纸经过浸渍处理后，浸渍液中悬浮颗粒能够填充基纸内部的空隙，提高基纸的挺度，而且甲基纤维素具有增稠作用，也能够增加基纸的挺度，对抗压、耐压方面的强度指标具有促进作用；

功能涂层所用的涂料，由如下方法制备：

(1)在三口烧瓶中加入聚几内酯多元醇与丁二酸酐，再加入适量有机锡催化剂，常温反应24h，再加入N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷，升高温度至75-80℃，反应10h，制得改性聚氨酯树脂；

其中，聚几内酯多元醇、丁二酸酐所用的物质的量之比为1.2:1；N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡催化剂的加入量分别为体系质量的4％和0.1％；

丁二酸酐与聚几内酯多元醇的端羟基-OH发生酯化反应，使丁二酸酐开环接枝于聚己内酯多元醇分子链上，在有机高分子链上引入羧基-COOH，引入的-COOH官能团与氨基丙基三乙氧基硅烷上的氨基-NH₂发生缩合反应，形成-CO-NH-键，使N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷接枝于高分子链上，形成改性聚氨酯树脂；

(2)将改性聚氨酯树脂加入质量分数为5％的醋酸水溶液中，再加入少量甲醇，磁力搅拌3h，得到改性聚氨酯乳液；

改性聚氨酯树脂、醋酸水溶液和甲醇所用的质量之比为10:7:0.1；

(3)将纳米纤维素、壳聚糖加入至改性聚氨酯乳液中，磁力搅拌3h，得到涂料；

纳米纤维素、壳聚糖的加入量分别为改性聚氨酯乳液质量的5％和3％；

改性聚氨酯树脂分子链上接枝的硅烷链在步骤(2)水解之后形成Si-OH，能够与纳米纤维素和壳聚糖表面的-OH发生反应，形成了Si-O-C键，使无机填料与成膜基体通过化学键的方式结合，即纳米纤维素、壳聚糖与成膜基体之间的相容性增大、相互作用增强，使纳米纤维素和壳聚糖均匀分布于涂层内，稳定发挥填料作用，提高涂层的致密性和力学性能；此外，聚氨酯分子链与填料的相互作用能够减少纳米纤维素、壳聚糖表面的亲水基团-OH的数量，同时也由于聚合物分子链本身的疏水性，使得涂料在形成涂层后具有优良的疏水性能；再者，硅醇基团一方面由自身缩合而形成Si-O-Si键的聚合物，另一方面与纳米纤维素、壳聚糖表面的-OH发生醚化反应生成Si-O-C键，致使涂层成为一种更为致密的三维网络结构，提高涂层的致密性，显著提升基纸的阻隔性能和力学性能；另外，硅醇基团还能与基纸表面纤维上的-OH作用，在提高涂层的附着力的同时减少基纸表面-OH的含量，提高基纸本体的疏水性能；

该瓦楞纸箱的生产工艺，包括如下步骤：

第一步、将浸渍液倒入玻璃皿中，并将浸渍液加热至50-55℃，将基纸浸渍于浸渍液中，超声浸渍10-12s，取出基纸，在60℃的热恒温鼓风干燥箱内干燥50-60min，得到浸渍处理后的基纸；

第二步、将涂料均匀涂覆于浸渍后的基纸表面，涂布量为30-50g/m²，先室温下静置10-15min，再于105℃恒温条件下固化60-70min，最后经瓦楞辊加工，制得瓦楞纸；

第三步、将上述瓦楞纸通过钉箱机钉箱，得到所述瓦楞纸箱。

实施例1

浸渍液由如下方法制备：

在75℃恒温条件、80r/min磁力搅拌条件下将硅溶胶缓慢加入至NaOH溶液(质量分数为30％)中，加完后磁力搅拌50min，再加入甲基纤维素和纳米TiO₂，继续搅拌30min，得到浸渍液；

硅溶胶、NaOH溶液、甲基纤维素和纳米TiO₂的用量之比为10:2:0.5:0.2。

实施例2

浸渍液由如下方法制备：

在75℃恒温条件、90r/min磁力搅拌条件下将硅溶胶缓慢加入至NaOH溶液(质量分数为30％)中，加完后磁力搅拌60min，再加入甲基纤维素和纳米TiO₂，继续搅拌40min，得到浸渍液；

硅溶胶、NaOH溶液、甲基纤维素和纳米TiO₂的用量之比为10:2:0.5:0.2。

实施例3

功能涂层所用的涂料，由如下方法制备：

(1)在三口烧瓶中加入聚几内酯多元醇与丁二酸酐，再加入适量有机锡催化剂，常温反应24h，再加入N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷，升高温度至75℃，反应10h，制得改性聚氨酯树脂；

其中，聚几内酯多元醇、丁二酸酐所用的物质的量之比为1.2:1；N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡催化剂的加入量分别为体系质量的4％和0.1％；

(2)将改性聚氨酯树脂加入质量分数为5％的醋酸水溶液中，再加入少量甲醇，磁力搅拌3h，得到改性聚氨酯乳液；

改性聚氨酯树脂、醋酸水溶液和甲醇所用的质量之比为10:7:0.1；

(3)将纳米纤维素、壳聚糖加入至改性聚氨酯乳液中，磁力搅拌3h，得到涂料；

纳米纤维素、壳聚糖的加入量分别为改性聚氨酯乳液质量的5％和3％。

实施例4

功能涂层所用的涂料，由如下方法制备：

(1)在三口烧瓶中加入聚几内酯多元醇与丁二酸酐，再加入适量有机锡催化剂，常温反应24h，再加入N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷，升高温度至80℃，反应10h，制得改性聚氨酯树脂；

其中，聚几内酯多元醇、丁二酸酐所用的物质的量之比为1.2:1；N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡催化剂的加入量分别为体系质量的4％和0.1％；

(2)将改性聚氨酯树脂加入质量分数为5％的醋酸水溶液中，再加入少量甲醇，磁力搅拌3h，得到改性聚氨酯乳液；

改性聚氨酯树脂、醋酸水溶液和甲醇所用的质量之比为10:7:0.1；

(3)将纳米纤维素、壳聚糖加入至改性聚氨酯乳液中，磁力搅拌3h，得到涂料；

纳米纤维素、壳聚糖的加入量分别为改性聚氨酯乳液质量的5％和3％。

实施例5

一种防水阻燃型瓦楞纸箱，由防水阻燃瓦楞纸制成，该瓦楞纸包括基纸和涂覆于基纸表面的功能涂层，其中，基纸经过浸渍液浸渍改性处理；

该瓦楞纸由如下步骤制成：

第一步、将实施例1制得的浸渍液倒入玻璃皿中，并将浸渍液加热至50℃，将基纸浸渍于浸渍液中，超声浸渍10s，取出基纸，在60℃的热恒温鼓风干燥箱内干燥50min，得到浸渍处理后的基纸；

第二步、将实施例3制得的涂料均匀涂覆于浸渍后的基纸表面，涂布量为30g/m²，先室温下静置10min，再于105℃恒温条件下固化60min，最后经瓦楞辊加工，制得瓦楞纸；

第三步、将上述瓦楞纸通过钉箱机钉箱，得到所述瓦楞纸箱。

实施例6

一种防水阻燃型瓦楞纸箱，由防水阻燃瓦楞纸制成，该瓦楞纸包括基纸和涂覆于基纸表面的功能涂层，其中，基纸经过浸渍液浸渍改性处理；

该瓦楞纸由如下步骤制成：

第一步、将实施例1制得的浸渍液倒入玻璃皿中，并将浸渍液加热至53℃，将基纸浸渍于浸渍液中，超声浸渍11s，取出基纸，在60℃的热恒温鼓风干燥箱内干燥55min，得到浸渍处理后的基纸；

第二步、将实施例3制得的涂料均匀涂覆于浸渍后的基纸表面，涂布量为40g/m²，先室温下静置12min，再于105℃恒温条件下固化65min，最后经瓦楞辊加工，制得瓦楞纸；

第三步、将上述瓦楞纸通过钉箱机钉箱，得到所述瓦楞纸箱。

实施例7

一种防水阻燃型瓦楞纸箱，由防水阻燃瓦楞纸制成，该瓦楞纸包括基纸和涂覆于基纸表面的功能涂层，其中，基纸经过浸渍液浸渍改性处理；

该瓦楞纸由如下步骤制成：

第一步、将实施例1制得的浸渍液倒入玻璃皿中，并将浸渍液加热至55℃，将基纸浸渍于浸渍液中，超声浸渍12s，取出基纸，在60℃的热恒温鼓风干燥箱内干燥60min，得到浸渍处理后的基纸；

第二步、将实施例3制得的涂料均匀涂覆于浸渍后的基纸表面，涂布量为50g/m²，先室温下静置15min，再于105℃恒温条件下固化70min，最后经瓦楞辊加工，制得瓦楞纸；

第三步、将上述瓦楞纸通过钉箱机钉箱，得到所述瓦楞纸箱。

对比例1

将实施例5中的基纸不经过浸渍液浸渍处理，其余原料及制备过程不变。

对比例2

将实施例5中的基纸在浸渍处理后不经过涂覆操作，其余原料及制备过程不变。

对比例3

基纸。

对实施例5-7和对比例1-3制得的瓦楞纸做如下性能测试：按照GB/T 2679.17-1997测试边压强度；按照GB/T 6545-1998测定耐破度；将瓦楞纸折成凹槽状，并向凹槽中倒入相同量的清水，静置10min、30min、1h后观察的表面渗水情况，测试防水性能；对瓦楞纸进行氧指数测试，测试结果如下表所示：

由上表可知，实施例5-7制得的瓦楞纸的边压强度为7.25-7.34kN·m^-1，耐破强度为1522-1535kPa，说明本发明制得的瓦楞纸具有较高的力学性能；实施例5-7制得的瓦楞纸在盛装清水时，直至1h都无水印产生，说明本发明制得的瓦楞纸具有良好的防水性能；实施例5-7制得的瓦楞纸的LOI指数为29.5-29.9％(LOI指数大于27％即为难燃材料)，说明本发明制得的瓦楞纸具有良好的阻燃性能；结合对比例1，说明经过浸渍液浸渍处理，不仅能够赋予基纸良好的阻燃性能，而且能够形成交联的三维网络结构，提高基纸的力学性能；结合对比例2，说明经过涂料的涂覆，不仅能够形成防水涂层，而且能够提高基纸本体表面的疏水性，达到提高瓦楞纸防水性能的目的。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。