技术领域
[0001] 本
发明属于缓冲
包装材料领域，具体涉及一种以椰子壳
纤维生物质为原料的缓冲包装泡沫材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 对精密仪器设备和易碎商品，在运输过程中通常需要缓冲包装材料来对物品达到一定的保护效果，防止其受到损害。目前常用的缓冲包装材料有纸质、气垫、
植物纤维、发泡聚苯乙烯泡沫塑料和聚
氨酯泡沫塑料等缓冲包装材料。但这些传统缓冲包装材料都存在着一定
缺陷和不足，纸质缓冲包装材料表面过硬，复原性差；气垫缓冲包装材料性能不够稳定，强度低；植物纤维类缓冲包装材料易老化，
密度较大，发泡工艺难以控制；聚苯乙烯泡沫塑料降解性很差，燃烧过程中还会释放有毒气体苯乙烯，在使用过程中往往需要固定模具形成固定的形状来对物品达到包装效果，对小批量产品适应性较差。传统硬质聚氨酯泡沫弹性不足，而软质聚氨酯泡沫强度不够，都很难起到较好的缓冲包装作用。半硬质聚氨酯泡沫密度较低且具备较好的缓冲包装能
力，但通常其聚醚多元醇组合料体系
粘度较高，流动性差，对发泡过程中设备损耗较大，并且还存在原料相容性差，泡沫产品易塌陷等问题，配方的优化对其十分关键。
[0003] 传统聚氨酯泡沫通常采用的有氟氯
烃化合物、低沸点烷烃为发泡剂。但氟氯烃化合物会破坏地球臭
氧层结构，也是
温室气体的重要来源，破坏人类生存环境。环戊烷等低沸点烷烃虽然环保无污染，价格也相对低廉，但大多为易燃易爆化学品，在操作使用和储存运输中要求都十分严格，导致其应用收到很大限制。
水作为常用的化学发泡剂，无污染，成本低，发泡效果好，发泡工艺安全简单，属于环境友好型发泡剂，值得推广和应用。
[0004] 随着石油资源的日渐枯竭，人们逐渐寻求新的资源摆脱对石油资源的依赖，绿色环保的聚氨酯泡沫材料也越发受到关注。
专利CN 107298748 A公开了一种利用植物
淀粉生产环保可降解阻燃型的快速包装材料，但其生物质淀粉聚醚多元醇制备步骤繁琐，操作复杂，需要缓慢加入多种聚醚多元醇和控制反应体系的粘度，得到的包装泡沫材料密度较高。专利CN 104448187 A公开了一种掺混改性木粉的聚氨酯包装材料，具有一定的韧性和强度，但是其中改性木粉的含量很低，泡沫膨胀较低，改性木粉的过程中喷洒润湿需要用到价格相对较高的葡聚糖酶。专利CN 106397710 A公开了一种组合聚醚、聚氨酯原料组合物、泡沫及制备方法，得到的组合聚醚的粘度为465-500mPa·s(25℃)，泡沫制品压缩50％回复率达到95％，但其压缩强度只有10-12kPa，这对其应用也有很大限制。
发明内容
[0005] 本发明的目的是发明一种生物质基缓冲包装泡沫材料，以水为发泡剂，椰子壳纤维
液化产物为原料，缓解现有聚氨酯泡沫原料对石油资源的依赖，对环境无公害。使用含椰子壳纤维液化产物的多元醇组合料具有较低的粘度和较好的流动性，对发泡过程中设备的负载和损耗更低，制备得到的生物质基泡沫材料密度较低并具有较好的力学性能，适用于缓冲包装行业。
[0006] 本发明所述的生物质基缓冲包装泡沫材料，原料包括组合料A和异氰酸酯，以
质量配比计，组合料A的配比如下：
[0007] 椰子壳纤维液化产物：15-65份
[0008] 聚醚多元醇a：15-45份
[0009] 聚醚多元醇b：20-50份
[0010] 催化剂A：1-2份
[0011] 催化剂B：0.8-1.5份
[0012] 泡沫稳定剂：0.3-0.8份
[0013] 去离子水：2-6份
[0014] 所述的组合料A与异氰酸酯的质量比为1:1-1:1.2
[0015] 所述的椰子壳纤维液化产物通过以下步骤制备得到：
[0016] 取2-5重量份的液化反应催化剂加入到100-160份液化
溶剂中，搅拌均匀，加热到140-170℃。向其中缓慢加入12-32份椰子壳纤维，维持
温度恒定，持续搅拌反应40-100min，液化反应结束后，立即
冷却液化产物，待温度接近室温向其中加入足量丙
酮充分溶解反应产物，反应产物经过
真空抽滤，减压旋蒸得到椰子壳纤维液化产物。
[0017] 所述的液化反应催化剂为浓
硫酸、
对甲苯磺酸、磷钨酸和
磷酸的一种。
[0018] 所述的液化溶剂包括丙三醇、乙二醇和聚乙二醇的一种或多种，优选聚乙二醇400和丙三醇，重量比为聚乙二醇400:丙三醇＝3:1-6:1。
[0019] 所述的椰子壳纤维是去除杂质，
粉碎至40-80目并烘干24-48h的椰子壳纤维粉末。
[0020] 所述的聚醚多元醇a是以甘油为起始剂，以环氧乙烷和环氧丙烷为聚合
单体聚合得到的，羟值为33-37mg KOH/g。聚醚多元醇a添加量过多，泡沫制品硬度过低会引起
刚度不足；添加量过少，泡沫制品过硬使其回弹性变差。
[0021] 优选地，所述聚醚多元醇a为聚醚多元醇330N、聚醚多元醇3033或聚醚多元醇3600中的一种。
[0022] 所述的聚醚多元醇b是以甘油为起始剂，以环氧乙烷为聚合单体聚合得到的，羟值为265-295mg KOH/g。添加聚醚多元醇b能够显著降低聚醚多元醇组合料A的粘度，并且增强泡沫制品的强度。
[0023] 优选地，所述的聚醚多元醇b为聚醚多元醇204或聚醚多元醇3065中的一种。
[0024] 所述的异氰酸酯为多亚甲基多苯基异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯的一种。
[0025] 本发明的生物质基缓冲包装泡沫材料制备方法包括：
[0026] (1)将椰子壳液化产物、聚醚多元醇a、聚醚多元醇b、催化剂、发泡剂和泡沫稳定剂依次加入到反应容器中，搅拌2-5min充分混合均匀，得到组合料A。
[0027] (2)将异氰酸酯迅速加入到组合料A中，快速搅拌至4-30s后，静置自由发泡成型，常温熟化48-72h，得到所述的聚氨酯泡沫材料。
[0028] 所述的催化剂A包括二月桂酸二丁基
锡、辛酸亚锡、异辛酸
钾中的一种或多种。
[0029] 所述的催化剂B包括A33(三乙烯二胺33％的丙二醇溶液)、A1(双(二甲氨基乙基)醚70％的一缩二丙二醇溶液)和二甲基
乙醇胺中的一种。
[0030] 所述的泡沫稳定剂为常用的有机
硅泡沫稳定剂，包括L580、L6900和AK8805中的一种。
[0031] 本发明与现有包装缓冲泡沫材料相比，具有如下的优点和效果：
[0032] 1.本发明具有成本优势并且环境友好。椰子壳纤维液化产物来自生物质资源，有助于自然资源可持续利用，降低成本；以去离子水为唯一发泡剂，避免采用氟氯烃化合物发泡剂带来的臭氧层破坏，对环境更为友好。
[0033] 2.本发明对液化产物、聚醚多元醇a和聚醚多元醇b配方优化后，得到的聚醚多元醇组合料A粘度较低，流动性好，可减少即时发泡过程中的对设备的损耗，制备得到的生物质基泡沫密度较低，并且具备一定的缓冲性能。
附图说明
[0034] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步说明。
[0035] 附图1显示了实施例1所得到的生物质基缓冲包装泡沫材料的压缩
应力-应变曲线图。
[0036] 附图2显示了实施例1所得到的生物质基缓冲包装泡沫材料的SEM图。
[0037] 附图3显示了实施例1所得到的生物质基缓冲包装泡沫材料的实物图。
具体实施方式
[0038] 实施例1
[0039] 液化产物的制备：
[0040] 将聚乙二醇400和丙三醇按照质量比4:1混合均匀得到液化
试剂，取100份液化试剂，向其中加入2份浓硫酸，搅拌均匀，加热温度到160℃后，向其中缓慢添加17份粉碎至40-80目并烘干的椰子壳纤维，维持温度恒定持续搅拌反应80min后，停止反应并迅速降温，待温度降至室温向其中加入足量丙酮溶解反应产物。通过真空抽滤除去不溶残渣，加压旋蒸回收丙酮溶剂，得到椰子壳纤维液化产物。
[0041] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0042] 取椰子壳纤维液化产物35份，聚醚多元醇a32.5份，聚醚多元醇b32.5份，A33催化剂1份，辛酸亚锡催化剂0.9份，发泡剂水5份，泡沫稳定剂0.6份，在1400r/min下混合搅拌2min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入110份多亚甲基多苯基
多异氰酸酯，在
1400r/min下迅速搅拌10s后静置发泡，常温熟化48h后检测性能，得到的产品密度为21kg/m3，压缩强度为40kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为417mPa·s(25℃)。
[0043] 实施例2
[0044] 液化产物的制备：
[0045] 将聚乙二醇400和丙三醇按照质量比4:1混合均匀地到液化试剂，取100份液化试剂，向其中加入2份浓硫酸，搅拌均匀，加热温度到160℃后，向其中缓慢添加17份粉碎至40-80目并烘干的椰子壳纤维，维持温度恒定持续搅拌反应40min后，停止反应并迅速降温，待温度降至室温向其中加入足量丙酮溶解反应产物。通过真空抽滤除去不溶残渣，加压旋蒸回收丙酮溶剂，得到椰子壳纤维液化产物。
[0046] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0047] 取椰子壳纤维液化产物35份，聚醚多元醇a43份，聚醚多元醇b22份，A33催化剂1份，辛酸亚锡催化剂0.9份，发泡剂水5份，泡沫稳定剂0.6份，在1350r/min下混合搅拌4min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入110份多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在1350r/min下迅速搅拌20s后静置发泡，常温熟化60h后检测性能，得到的产品密度为22kg/m3，压缩强度为32kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为664mPa·s(25℃)。
[0048] 实施例3
[0049] 液化产物的制备：
[0050] 将聚乙二醇400和丙三醇按照质量比4:1混合均匀地到液化试剂，取100份液化试剂，向其中加入2份浓硫酸，搅拌均匀，加热温度到160℃后，向其中缓慢添加12份粉碎至40-80目并烘干的椰子壳纤维，维持温度恒定持续搅拌反应80min后，停止反应并迅速降温，待温度降至室温向其中加入足量丙酮溶解反应产物。通过真空抽滤除去不溶残渣，加压旋蒸回收丙酮溶剂，得到椰子壳纤维液化产物。
[0051] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0052] 取椰子壳纤维液化产物25份，聚醚多元醇a25份，聚醚多元醇b50份，A33催化剂1份，辛酸亚锡催化剂0.9份，发泡剂水5份，泡沫稳定剂0.6份，在1400r/min下混合搅拌3.5min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入110份多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在1400r/min下迅速搅拌4s后静置发泡，常温熟化72h后检测性能，得到的产品密度为19kg/m3，压缩强度为50kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为379mPa·s(25℃)。
[0053] 实施例4
[0054] 液化产物的制备：
[0055] 将聚乙二醇400和丙三醇按照质量比4:1混合均匀地到液化试剂，取100份液化试剂，向其中加入2份浓硫酸，搅拌均匀，加热温度到180℃后，向其中缓慢添加17份粉碎至40-80目并烘干的椰子壳纤维，维持温度恒定持续搅拌反应80min后，停止反应并迅速降温，待温度降至室温向其中加入足量丙酮溶解反应产物。通过真空抽滤除去不溶残渣，加压旋蒸回收丙酮溶剂，得到椰子壳纤维液化产物。
[0056] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0057] 取椰子壳纤维液化产物45份，聚醚多元醇a18份，聚醚多元醇b37份，A33催化剂1份，辛酸亚锡催化剂0.9份，发泡剂水5份，泡沫稳定剂0.6份，在1400r/min下混合搅拌5min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入110份多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在1400r/min下迅速搅拌10s后静置发泡，常温熟化72h后检测性能，得到的产品密度为27kg/m3，压缩强度为41kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为565mPa·s(25℃)。
[0058] 实施例5
[0059] 液化产物的制备：
[0060] 将聚乙二醇400和丙三醇按照质量比4:1混合均匀地到液化试剂，取100份液化试剂，向其中加入5份浓硫酸，搅拌均匀，加热温度到160℃后，向其中缓慢添加17份粉碎至40-80目并烘干的椰子壳纤维，维持温度恒定持续搅拌反应80min后，停止反应并迅速降温，待温度降至室温向其中加入足量丙酮溶解反应产物。通过真空抽滤除去不溶残渣，加压旋蒸回收丙酮溶剂，得到椰子壳纤维液化产物。
[0061] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0062] 取椰子壳纤维液化产物35份，聚醚多元醇a32.5份，聚醚多元醇b32.5份，A33催化剂1份，二月
硅酸丁二锡催化剂0.9份，发泡剂水5份，泡沫稳定剂0.6份，在1400r/min下混合搅拌4min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入110份多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在1450r/min下迅速搅拌10s后静置发泡，常温熟化72h后检测性能，得到的产品密度为22kg/m3，压缩强度为33kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为434mPa·s(25℃)。
[0063] 实施例6
[0064] 液化产物的制备：
[0065] 参照实施例1中液化产物制备方法。
[0066] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0067] 取椰子壳纤维液化产物45份，聚醚多元醇a27.5份，聚醚多元醇b27.5份，A33催化剂1份，辛酸亚锡催化剂0.9份，发泡剂水6份，泡沫稳定剂0.6份，在1350r/min下混合搅拌5min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入120份多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在
1350r/min下迅速搅拌10s后静置发泡，常温熟化72h后检测性能，得到的产品密度为20kg/m3，压缩强度为21kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为522mPa·s(25℃)。
[0068] 实施例7
[0069] 液化产物的制备：
[0070] 参照实施例3中液化产物制备方法。
[0071] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0072] 取椰子壳纤维液化产物35份，聚醚多元醇a32.5份，聚醚多元醇b32.5份，A33催化剂1.5份，二月硅酸丁二锡催化剂1.2份，发泡剂水4份，泡沫稳定剂0.4份，在1450r/min下混合搅拌2min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入110份多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在1450r/min下迅速搅拌20s后静置发泡，常温熟化48h后检测性能，得到的产品密度为25kg/m3，压缩强度为17kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为410mPa·s(25℃)。
[0073] 实施例8
[0074] 液化产物的制备：
[0075] 参照实施例4中液化产物制备方法。
[0076] 生物质基缓冲包装泡沫材料的制备：
[0077] 取椰子壳纤维液化产物25份，聚醚多元醇a37.5份，聚醚多元醇b37.5份，A33催化剂1份，辛酸亚锡催化剂0.9份，发泡剂水4份，泡沫稳定剂0.8份，在1400r/min下混合搅拌5min得到聚醚多元醇组合料A，然后向其中迅速加入100份多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在
1400r/min下迅速搅拌20s后静置发泡，常温熟化48h后检测性能，得到的产品密度为29kg/m3，压缩强度为35kPa，聚醚多元醇组合料A在25℃下粘度为576mPa·s(25℃)。
