一种环保可回收的软包装材料及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种环保可回收的软包装材料及其制备工艺 (Environment-friendly recyclable flexible packaging material and preparation process thereof ) 是由 周隆裕 卞松锋 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于软包装材料领域,具体公开了一种环保可回收的软包装材料及其制备工艺,所述软包装材料由以下重量份的原料制成：葡聚糖40-60份；秸秆纤维30-60份、分散剂25-45份、海藻酸钠15-25份、低聚PVA10-20份、聚乙二醇10-20份、增塑剂、白炭黑、消泡剂。本发明公开的软包装材料,主要使用生物基原料,环境友好,有机溶剂含量低,原料易得,制备简单；可以直接使用本单一材料制备成软包装,无需复合多种材料加工,成本低,工序少；产品机械强度高,阻氧和耐腐蚀性能好,易于回收再利用,绿色环保。(The invention belongs to the field of flexible packaging materials, and particularly discloses an environment-friendly recyclable flexible packaging material and a preparation process thereof, wherein the flexible packaging material is prepared from the following raw materials in parts by weight: 40-60 parts of glucan; 30-60 parts of straw fiber, 25-45 parts of dispersing agent, 15-25 parts of sodium alginate, 78-20 parts of oligomeric PVA10, 10-20 parts of polyethylene glycol, plasticizer, white carbon black and defoaming agent. The flexible packaging material disclosed by the invention mainly uses bio-based raw materials, is environment-friendly, has low organic solvent content, is easy to obtain the raw materials, and is simple to prepare; the single material can be directly used for preparing the flexible package, the processing of compounding various materials is not needed, the cost is low, and the working procedures are few; the product has high mechanical strength, good oxygen resistance and corrosion resistance, easy recycling and environmental protection.)
技术领域
本发明属于软包装材料领域，具体公开了一种环保可回收的软包装材料及其制备工艺。
背景技术
传统的软包装材料主要由薄膜、油墨和粘合剂构成，各自所占比例可达70％、20％、10％。塑料软包装具有很多优点，质地轻、携带方便、耐冲击性能强、阻隔性能好、容易印刷、成本较低、可用于微波加热等等。食品行业是软包装行业最重要的应用市场，已占到全球软包装市场产值的80％。维持食品在保质期内的色、香、味等特性是食品软包装应具备的最基本的功能。市场上30％的食品在临近保质期时，就已经失去食品原有的色、香、味等特性，消费者在不知情的情况下，一旦食用了这类食品将严重影响其健康。这一方面是由于一些不负责任的食品企业出于对食品销售半径和周期的商业化考虑，标识时故意延长了食品的保质期；另一方面是由于采用的食品软包装材料不当，不能起到真正保护食品特性的作用。
目前，软包装材料中，大部分使用复合材料，例如基底材料使用PET(涤纶树脂)，OPP(邻苯基苯酚)等，提供基础的强度；在其上又涂覆有PVDC(聚偏二氯乙烯)，尼龙等材料，实现防水，耐腐蚀，耐燃，阻隔氧气等效果；两者经过复合加工作为包装材料。这些复合材料制备工序较多，并且大部分不好回收再利用，甚至很多都难以分解，燃烧时还会产生大量的有毒气体，对环境污染很大。因此，目前市场需要一种单一材料制成的软包装材料，大大减少制造工序的同时，能够具有如PET材料的强度，硬脆性，防刮耐高温特质，又具有PVDC材质的耐腐蚀，阻氧能力好的特点，同时还具有良好的回收再利用性能，用于食品，医疗制品的包装，绿色环保节能。
发明内容
针对以上不足，本发明公开了一种环保可回收的软包装材料及其制备工艺。要使用生物基原料，环境友好，有机溶剂含量低，原料易得，制备简单；可以直接使用本单一材料制备成软包装材料。
本发明的技术方案如下：
一种环保可回收的软包装材料，由以下重量份的原料制成：
优选的，上述一种环保可回收的软包装材料，由以下重量份的原料制成：
更优选的，上述一种环保可回收的软包装材料，由以下重量份的原料制成：
进一步的，上述一种环保可回收的软包装材料，所述葡聚糖为酵母－β－葡聚糖，分子量800-1000KD。
进一步的，上述一种环保可回收的软包装材料，所述秸秆纤维选自水稻秸秆纤维、小麦秸秆纤维、玉米秸秆纤维、油菜秸秆纤维、棉花秸秆纤维中的一种。
进一步的，上述一种环保可回收的软包装材料，所述秸秆纤维为玉米秸秆纤维，由以下步骤制备而成：
S1预处理：将玉米秸秆放入粉碎机粉碎，过20-40目筛孔，获得秸秆粗料；
S2预浸出：使用固液比1:3，浓度3％-10％的氢氧化钾浸泡粗料；浸泡温度 40-60℃，时间15-30min；
S3蒸发：将上述原料过滤后，放入反应釜中高温蒸煮，至含水量为50％时停止；
S4磨浆：将上述原料放入磨浆机进行磨浆，得到秸秆浆料；
S5真空干燥：将上述秸秆浆料放入真空干燥机中进行真空干燥，压力 0.001-0.003Mpa，温度150-200℃；
S6细磨：将上述真空干燥后的秸秆粉末，放入球磨机中进行细磨，过200 目筛后收集，得所述玉米秸秆纤维。
进一步的，上述一种环保可回收的软包装材料，所述低聚PVA的平均分子量为15000-20000。
进一步的，上述一种环保可回收的软包装材料，所述增塑剂为二苯基甲烷二异氰酸酯：二丙二醇二苯甲酸酯质量比1:1-1：5混合而成。
进一步的，上述一种环保可回收的软包装材料，所述分散剂由以下重量份的原料混合而成：
进一步的，上述一种环保可回收的软包装材料的制备工艺，其特征在于，由以下步骤制成：
S1原料制备：制备秸秆纤维、分散剂、增塑剂；
S2鼓风干燥：取秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA，分别置于鼓风干燥设备中干燥，其中，低聚PVA以及葡聚糖干燥至水分含量低于300ppm以下备用；秸秆纤维干燥至含水量低于2.5％；
S3一次搅拌：将干燥好的秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA倒入混合机中，加入分散剂，在搅拌速度为250-400rpm、温度为50-60℃条件下，搅拌25-40min；然后加入聚乙二醇和海藻酸钠，在相同温度、搅拌速度为1100～1300rpm下,搅拌15-20min后，停止加热；
S4二次搅拌：待降温至40℃，保持40℃继续搅拌，在搅拌速度为1400～ 1500rpm下，加入增塑剂，搅拌25-35秒；再加入白炭黑、消泡剂，搅拌15-20 秒出料；
S5.螺杆挤出：混合好的物料移入长径比大于96:1的同向双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的加工温度140℃，待温度达到要求的工艺温度后，恒温3-6min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于5000Pa、主机螺杆转速为100-500rpm，挤出造粒、冷却后，即得所述环保可回收的软包装材料。
本发明的环保可回收软包装材料，制成一次性软包装薄膜或者容器之后，直接回收后，通过彻底的清洗之后，可以直接使用步骤S4混合搅拌，步骤S5 挤出来再生，相比复合材料回收后，要分离基材，涂层等，大大节省了回收的工序，降低了回收成本。
根据以上技术方案可知，本发明公开的一种环保可回收的软包装材料及其制备工艺至少有以下有益效果：
本发明中的一种环保可回收的软包装材料，大量使用生物基原料，特别是可以使用中国农村中供应量巨大的废气的作物的秸秆，特别是其中的玉米秸秆，配合葡聚糖、低聚PVA等生物基材料，充分的混合交联，制备获得的软包装材料环境友好，有机溶剂含量低，原料易得，制备简单；可以直接使用本单一材料制备成软包装膜或者容器，无需复合多种材料加工，成本低，工序少；产品机械强度高，耐腐蚀性能和阻氧能力好，相比复合材料制成的包装材料，易于回收再利用，绿色环保，可广泛用于食品和医药行业。
附图说明
附图1为本发明中一种环保可回收的软包装材料制备工艺流程图；
附图2为本发明中玉米秸秆纤维原料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种环保可回收的软包装材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
所述葡聚糖为酵母－β－葡聚糖，平均分子量800KD；
所述秸秆纤维选自水稻秸秆纤维，商业购得。
所述低聚PVA的平均分子量为15000；
所述增塑剂为二苯基甲烷二异氰酸酯：二丙二醇二苯甲酸酯质量比1:1混合而成。
所述分散剂由以下重量份的原料混合而成：
上述环保可回收的软包装材料，如附图1所示，由以下步骤制成：
S1原料制备：制备秸秆纤维、分散剂、增塑剂；
S2鼓风干燥：取秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA，分别置于鼓风干燥设备中干燥，其中，低聚PVA以及葡聚糖干燥至水分含量低于300ppm以下备用；秸秆纤维干燥至含水量低于2.5％；
S3一次搅拌：将干燥好的秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA倒入混合机中，加入分散剂，在搅拌速度为250rpm、温度为50℃条件下，搅拌25min；然后加入聚乙二醇和海藻酸钠，在相同温度、搅拌速度为1100rpm下,搅拌15min后，停止加热；
S4二次搅拌：待降温至40℃，保持40℃继续搅拌，在搅拌速度为1400rpm 下，加入增塑剂，搅拌25秒；再加入白炭黑、消泡剂，搅拌15秒出料；
S5.螺杆挤出：混合好的物料移入长径比大于96:1的同向双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的加工温度140℃，待温度达到要求的工艺温度后，恒温3min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于5000Pa、主机螺杆转速为100rpm，挤出造粒、冷却后，即得所述环保可回收的软包装材料。
实施例2
一种环保可回收的软包装材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
所述葡聚糖为酵母－β－葡聚糖，平均分子量800KD；
所述秸秆纤维选自小麦秸秆纤维，商业购得。
所述低聚PVA的平均分子量为16000；
所述增塑剂为二苯基甲烷二异氰酸酯：二丙二醇二苯甲酸酯质量比1:2混合而成。
所述分散剂由以下重量份的原料混合而成：
上述环保可回收的软包装材料，如附图1所示由以下步骤制成：
S1原料制备：制备秸秆纤维、分散剂、增塑剂；
S2鼓风干燥：取秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA，分别置于鼓风干燥设备中干燥，其中，低聚PVA以及葡聚糖干燥至水分含量低于300ppm以下备用；秸秆纤维干燥至含水量低于2.5％；
S3一次搅拌：将干燥好的秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA倒入混合机中，加入分散剂，在搅拌速度为250rpm、温度为50℃条件下，搅拌25min；然后加入聚乙二醇和海藻酸钠，在相同温度、搅拌速度为1100rpm下,搅拌15min后，停止加热；
S4二次搅拌：待降温至40℃，保持40℃继续搅拌，在搅拌速度为1400rpm 下，加入增塑剂，搅拌25秒；再加入白炭黑、消泡剂，搅拌15秒出料；
S5.螺杆挤出：混合好的物料移入长径比大于96:1的同向双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的加工温度140℃，待温度达到要求的工艺温度后，恒温3min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于5000Pa、主机螺杆转速为100rpm，挤出造粒、冷却后，即得所述环保可回收的软包装材料。
实施例3
一种环保可回收的软包装材料，由以下重量份的原料制成：
所述葡聚糖为酵母－β－葡聚糖，平均分子量900KD；
所述秸秆纤维为玉米秸秆纤维，如附图2所示，由以下步骤制备而成：
S1预处理：将玉米秸秆放入粉碎机粉碎，过30目筛孔，获得秸秆粗料；
S2预浸出：使用固液比1:3，浓度5％的氢氧化钾浸泡粗料；浸泡温度50℃，时间20min；
S3蒸发：将上述原料过滤后，放入反应釜中高温蒸煮，至含水量为50％时停止；
S4磨浆：将上述原料放入磨浆机进行磨浆，得到秸秆浆料；
S5真空干燥：将上述秸秆浆料放入真空干燥机中进行真空干燥，压力 0.002Mpa，温度175℃；
S6细磨：将上述真空干燥后的秸秆粉末，放入球磨机中进行细磨，过200 目筛后收集，得所述玉米秸秆纤维。
所述低聚PVA的平均分子量为17000；
所述增塑剂为二苯基甲烷二异氰酸酯：二丙二醇二苯甲酸酯质量比1:13混合而成。
所述分散剂由以下重量份的原料混合而成：
上述环保可回收的软包装材料，如附图1所示，由以下步骤制成：
S1原料制备：制备秸秆纤维、分散剂、增塑剂；
S2鼓风干燥：取秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA，分别置于鼓风干燥设备中干燥，其中，低聚PVA以及葡聚糖干燥至水分含量低于300ppm以下备用；秸秆纤维干燥至含水量低于2.5％；
S3一次搅拌：将干燥好的秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA倒入混合机中，加入分散剂，在搅拌速度为325rpm、温度为55℃条件下，搅拌30min；然后加入聚乙二醇和海藻酸钠，在相同温度、搅拌速度为1200rpm下,搅拌17min后，停止加热；
S4二次搅拌：待降温至40℃，保持40℃继续搅拌，在搅拌速度为1450rpm 下，加入增塑剂，搅拌30秒；再加入白炭黑、消泡剂，搅拌17秒出料；
S5.螺杆挤出：混合好的物料移入长径比大于96:1的同向双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的加工温度140℃，待温度达到要求的工艺温度后，恒温3-6min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于5000Pa、主机螺杆转速为300rpm，挤出造粒、冷却后，即得所述环保可回收的软包装材料。
实施例4
一种环保可回收的软包装材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
所述葡聚糖为酵母－β－葡聚糖，平均分子量1000KD；
所述秸秆纤维选自油菜秸秆纤维，商业购得；
所述低聚PVA的平均分子量为19000；
所述增塑剂为二苯基甲烷二异氰酸酯：二丙二醇二苯甲酸酯质量比1:4混合而成。
所述分散剂由以下重量份的原料混合而成：
上述环保可回收的软包装材料，如附图1所示，由以下步骤制成：
S1原料制备：制备秸秆纤维、分散剂、增塑剂；
S2鼓风干燥：取秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA，分别置于鼓风干燥设备中干燥，其中，低聚PVA以及葡聚糖干燥至水分含量低于300ppm以下备用；秸秆纤维干燥至含水量低于2.5％；
S3一次搅拌：将干燥好的秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA倒入混合机中，加入分散剂，在搅拌速度为400rpm、温度为60℃条件下，搅拌40min；然后加入聚乙二醇和海藻酸钠，在相同温度、搅拌速度为1300rpm下,搅拌20min后，停止加热；
S4二次搅拌：待降温至40℃，保持40℃继续搅拌，在搅拌速度为1500rpm 下，加入增塑剂，搅拌35秒；再加入白炭黑、消泡剂，搅拌20秒出料；
S5.螺杆挤出：混合好的物料移入长径比大于96:1的同向双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的加工温度140℃，待温度达到要求的工艺温度后，恒温5min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于5000Pa、主机螺杆转速为400rpm，挤出造粒、冷却后，即得所述环保可回收的软包装材料。
实施例5
一种环保可回收的软包装材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
所述葡聚糖为酵母－β－葡聚糖，平均分子量1000KD；
所述秸秆纤维选自棉花秸秆纤维，商业购得。
所述低聚PVA的平均分子量为20000；
所述增塑剂为二苯基甲烷二异氰酸酯：二丙二醇二苯甲酸酯质量比1：5混合而成。
所述分散剂由以下重量份的原料混合而成：
上述环保可回收的软包装材料，如附图1所示，由以下步骤制成：
S1原料制备：制备秸秆纤维、分散剂、增塑剂；
S2鼓风干燥：取秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA，分别置于鼓风干燥设备中干燥，其中，低聚PVA以及葡聚糖干燥至水分含量低于300ppm以下备用；秸秆纤维干燥至含水量低于2.5％；
S3一次搅拌：将干燥好的秸秆纤维、葡聚糖以及低聚PVA倒入混合机中，加入分散剂，在搅拌速度为400rpm、温度为60℃条件下，搅拌40min；然后加入聚乙二醇和海藻酸钠，在相同温度、搅拌速度为1300rpm下,搅拌20min后，停止加热；
S4二次搅拌：待降温至40℃，保持40℃继续搅拌，在搅拌速度为1500rpm 下，加入增塑剂，搅拌35秒；再加入白炭黑、消泡剂，搅拌20秒出料；
S5.螺杆挤出：混合好的物料移入长径比大于96:1的同向双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的加工温度140℃，待温度达到要求的工艺温度后，恒温5min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于5000Pa、主机螺杆转速为500rpm，挤出造粒、冷却后，即得所述环保可回收的软包装材料。
测试例
将实施例1-5获得的软包装材料和现有的使用PET基材+PVDC涂层的复合材料作为对比例分别按照现有工艺制备食品包装膜，其中薄膜阻氧性能由OX2/230 氧气透过率测试系统测试(购自济南兰光机电技术有限公司)，依据标准为GB/T 31354-2014《包装件和容器氧气透过性测试方法库仑计检测法》，本发明依据该标准进行试验。
测试性能如下表1所示。
表1 测试数据表，
根据测试例表1数据，可以得出以下结论，本发明公开的软包装材料，作为一种单一材料制备成的软包装，其力学和耐腐蚀性能，阻氧能力已经达到甚至超过现有的复合材料制备成的软包装的性能，表明本发明的环保可回收软包装材料，制成一次性软包装薄膜或者容器之后，直接回收后，通过彻底的清洗之后，可以直接使用步骤S4混合搅拌，步骤S5挤出来再生，相比复合材料回收后，要分离基材，涂层等，大大节省了回收的工序，降低了回收成本，绿色环保节能，社会效益好，值得大力推广。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明的保护范围，即大凡依本发明权利要求书及发明内容所做的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利申请的保护范围。
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