CN102079820A - 一种可完全生物降解的食品包装材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可完全生物降解的食品包装材料及制备方法。该植物纤维淀粉完成生物降解材料是由马铃薯淀粉、竹纤维、聚己内酯、增塑剂、无机填充剂、交联剂，经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；所述熔融共混物中的各组分的重量份为：马铃薯淀粉40～60份、竹纤维10～30份、聚己内酯5～10份、无机填料2～10份、交联剂2～8份、增塑剂5～20份、增溶剂2～10份。本发明与现有淀粉基塑料可降解材料相比，其拉伸强度提高了20~40%；挺度提高了20~40%；吸水率%降低10~20%；且具有成本低，可完全生物降解，对环境友好的优异特性，可广泛用于食品包装，特别是一次性快餐盒。

Description

一种可完全生物降解的食品包装材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可完全生物降解的食品包装材料及制备方法。
背景技术
目前大量使用的一次性快餐盒大多是采用有毒添加剂制成的塑料制品，不但影响人体健康，也对环境造成了严重的“白色污染”；少量使用纸制品，但纸制品成本较高，现有生物降解材料一类是淀粉，它会在自然环境下由微生物作用而分解为无毒的CO2和H2O，但是淀粉分子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链外形成氢键，因此难溶，难熔，并且耐水性差，一遇水或长期在潮湿空气中，容易吸收水分，其稳定性下降；还有就是植物纤维，如花生壳，废纸粉，麦秆，木屑，竹纤维等。植物纤维的加入提供一定的机械强度，有利于提高材料生物降解性能；但其耐水性也有限，长期在潮湿空气中，容易吸湿，从而使其机械强度下降，影响包装的质量和效果；其它可完全生物降解材料则成本太高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有生物降解材料的缺点，提供另一种可完全生物降解食品包装材料及制备方法，以实现提高耐水性、提高机械性能，且成本低，无毒环保等目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
该植物纤维淀粉完成生物降解材料是由马铃薯淀粉、竹纤维、聚己内酯、增塑剂、无机填充剂、交联剂，经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；所述熔融共混物中的各组分的重量份为：马铃薯淀粉40～60份、竹纤维10～30份、聚己内酯5～10份、无机填料2～10份、交联剂2～8份、增塑剂5～20份、增溶剂2～10份。
所述竹纤维是由过60～70目筛的竹纤维粉在室温下浸泡在混合浸泡液中12～24小时，再经高速搅拌器中搅拌20～30分钟的产品,所述混合浸泡液是由重量百分浓度为6%～15%的氢氧化钠水溶液和重量百分浓度为4%～10%%的硫脲水溶液构成。
所述无机填料为滑石粉；所述交联剂为氢氧化钙，所述增溶剂为合成聚丙烯酸（PAA）。
所述增塑剂为水加乙二醇，其水∶乙二醇=4～5:2～3。
上述植物纤维淀粉可完成生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料：按照马铃薯淀粉40～60份、竹纤维10～30份、聚己内酯5～10份、无机填料2～10份、交联剂2～8份、增塑剂5～20份、增溶剂2～10份备料；
（2）配置重量百分浓度分别为6%～15%、4%～10%的氢氧化钠、硫脲水混合液，冷却至温度为-5℃~-10℃,再取出冷却至室温；
（3）将60～70目竹纤维置于氢氧化钠、硫脲水混合液中浸泡12～24小时，再将该竹纤维混合液在高速搅拌器中搅拌20～30分钟；
（4）将马铃薯淀粉中的一半用65～75℃的热水中搅拌15～30分钟，糊化，待用；
（5）将处理好的竹纤维混合液、全降解热稳定剂聚己内酯、糊化的淀粉、增溶剂混合，在高速混合机中搅拌8～10分钟；再加入剩余未糊化的淀粉，增塑剂、增溶剂、无机填充剂和交联剂，搅拌5～10分钟；
（6）将混合的原料通过双螺杆挤出机，在温度为120～140℃，螺杆转速100～120r/min
的条件下熔融共混，挤出造粒。
本发明的植物纤维淀粉可完全降解材料充分利用了植物纤维和淀粉可生物降解、对环境友好、资源丰富，价格低廉等优异特性，在材料性能上起到有效的协调作用和互补作用。并添加全降解热稳定剂聚己内酯作为粘合剂和增强剂，有效改善植物纤维与淀粉之间的均匀混合。无机填料滑石粉化学性质不活泼，具有耐化学药品性和电绝缘性，因此一方面可以起到改善材料的尺寸稳定性、刚性和硬度，提高材料的机械性能；另外，也可提高材料的耐水性和外观白度，大大地降低成本。由于淀粉分子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链外形成氢键，因此难溶，难熔，因此加入增塑剂是水和乙二醇，二者均是是小分子，可以与淀粉中的羟基形成氢键，达到溶解淀粉的效果。氢氧化钙可以作为材料的交联剂，少量加入可以提高材料的耐水性。最终得到植物纤维淀粉可生物降解材料，具有可完全生物降解、有一定耐水性，无毒环保、机械性能良好，成本低等优异性能，本发明与现有淀粉基塑料可降解材料相比，其拉伸强度提高了20~40%；挺度提高了20~40%；吸水率%降低10~20%；且具有成本低，可完全生物降解，对环境友好的优异特性，可广泛用于食品包装，特别是一次性快餐盒。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1： 
（1）混合浸泡液的配置：在3千克的水中加入300g氢氧化钠、200g硫脲浓度,将其冷却至温度为-5℃,再取出冷却至室温；
（2）将10千克60～70目竹纤维置于(1)中的混合浸泡液中浸泡12～24小时，再将该竹纤维混合液在高速搅拌器中搅拌20～30分钟；
（3）取一半量的马铃薯淀粉15千克，加入65～75℃的热水并搅拌15～30分钟至糊化；
（4）将处理好的竹纤维混合水溶液，糊化淀粉，聚己内酯2.5千克，乙二醇2千克，增溶剂合成聚丙烯酸（PAA）1.0千克混合搅拌10～20分钟，再加入滑石粉1千克，氢氧化钙1千克，剩余未糊化淀粉15千克，一起搅拌20～35分钟；
（5）将混合的原料通过双螺杆挤出机，在温度为120～140℃，螺杆转速100～120r/min的条件下熔融共混挤出造粒。
其性能与热塑性淀粉包装材料的比较列于表1：
Figure 2010105149527100002DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例2：
（1）混合浸泡液的配置：在5.5千克的水中加入400g氢氧化钠、350g硫脲浓度,将其冷却至温度为-5℃,再取出冷却至室温；
（2）将20千克60～70目竹纤维置于(1)中的混合浸泡液中浸泡12～24小时，再将该竹纤维混合液在高速搅拌器中搅拌20～30分钟；
（3）取一半的马铃薯淀粉20千克，放入2千克的65～75℃的热水中搅拌15～30分钟，糊化；
（4）将处理好的竹纤维混合水溶液，糊化淀粉，聚己内酯9千克，乙二醇3千克，增溶剂合成聚丙烯酸（PAA）2千克混合搅拌10～20分钟，再加入滑石粉1.5千克，氢氧化钙1.5千克，剩余未糊化淀粉，一起搅拌20～35分钟；
（5）将混合的原料通过双螺杆挤出机，在温度为120～140℃，螺杆转速100～120r/min的条件下熔融共混挤出造粒。
其性能与热塑性淀粉包装材料的比较列于表2：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
实施例3：
（1）混合浸泡液的配置：在6千克的水中加入500g氢氧化钠、400g硫脲浓度,将其冷却至温度为-5℃,再取出冷却至室温；
（2）将30千克60～70目竹纤维置于(1)中的混合浸泡液中浸泡12～24小时，再将该竹纤维混合液在高速搅拌器中搅拌20～30分钟；
（3）取一半的马铃薯淀粉30千克，放入5千克的65～75℃的热水中搅拌15～30分钟，糊化；
（4）将处理好的竹纤维混合水溶液，糊化淀粉，聚己内酯10千克，乙二醇5千克，增溶剂合成聚丙烯酸（PAA）2.5千克混合搅拌10～20分钟，再加入滑石粉2千克，氢氧化钙2千克，剩余未糊化淀粉，一起搅拌20～35分钟；
（5）将混合的原料通过双螺杆挤出机，在温度为120～140℃，螺杆转速100～120r/min的条件下熔融共混挤出造粒。
其性能与热塑性淀粉包装材料的比较列于表3：
 
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。

Claims (5)

1.一种可完全生物降解的食品包装材料，其特征在于，是由马铃薯淀粉、竹纤维、聚己内酯、增塑剂、无机填充剂、交联剂，经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；所述熔融共混物中的各组分的重量份为：马铃薯淀粉40～60份、竹纤维10～30份、聚己内酯5～10份、无机填料2～10份、交联剂2～8份、增塑剂5～20份、增溶剂2～10份。
2.根据权利要求书1所述的可完全生物降解的食品包装材料，其特征在于，所述竹纤维是由过60～70目筛的竹纤维粉在室温下浸泡在混合浸泡液中12～24小时，再经高速搅拌器搅拌20～30分钟的产品,所述混合浸泡液是由重量百分浓度为6%～15%的氢氧化钠水溶液和重量百分浓度为4%～10%%的硫脲水溶液构成。
3.根据权利要求书1所述的可完全生物降解的食品包装材料，其特征在于，所述无机填料为滑石粉；所述交联剂为氢氧化钙，所述增溶剂为合成聚丙烯酸（PAA）。
4.根据权利要求书1所述的可完全生物降解的食品包装材料，其特征在于，所述增塑剂为水加乙二醇，其水∶乙二醇=4～5:2～3。
5.一种权利要求1所述可完全生物降解的食品包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）备料：按照马铃薯淀粉40～60份、竹纤维10～30份、聚己内酯5～10份、无机填料2～10份、交联剂2～8份、增塑剂5～20份、增溶剂2～10份备料；
（2）配置重量百分浓度分别为6%～15%、4%～10%的氢氧化钠、硫脲水混合液，冷却至温度为-5℃~-10℃,再取出冷却至室温；
（3）将60～70目竹纤维置于氢氧化钠、硫脲水混合液中浸泡12～24小时，再将该竹纤维混合液在高速搅拌器中搅拌20～30分钟；
（4）将马铃薯淀粉中的一半加入65～75℃的热水，并搅拌15～30分钟糊化，待用；
（5）将处理好的竹纤维混合液、全降解热稳定剂聚己内酯、糊化的淀粉及增溶剂混合，在高速混合机中搅拌8～10分钟；再加入另一半未糊化的淀粉，增塑剂、增溶剂、无机填充剂和交联剂，搅拌5～10分钟；
（6）将混合的原料通过双螺杆挤出机，在温度为120～140℃，螺杆转速100～120r/min的条件下熔融共混，挤出造粒。
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