CN102079822A - 一种植物纤维增强淀粉复合包装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物纤维增强淀粉复合包装材料及其制备方法。植物纤维增强淀粉复合包装材料，是由阳离子改性土豆淀粉、秸秆纤维、聚乙烯醇、无机填料、交联剂、增塑剂混合后经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；其熔融共混物中各组分的重量份为：阳离子改性土豆淀粉40~60份、秸秆纤维10~20份、聚乙烯醇5~10份、无机填料5~10份、交联剂5~10份、增塑剂5~10份。本发明与现有热塑性土豆淀粉复合包装材料比较，其拉伸强度提高了40~60%；挺度提高了40~60%；吸水率%降低15~30%。

Description

一种植物纤维增强淀粉复合包装材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种植物纤维增强淀粉复合包装材料及其制备方法。

背景技术

目前大量使用的包装材料仍是以不能降解的塑料包装材料为主，形成了严重的“白色污染。目前使用的一类可生物降解的天然高分子原料之一是淀粉；如玉米淀粉、马铃薯淀粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉等；淀粉是多糖类化合物，在自然环境下由微生物作用而分解，最终分解为无毒的CO₂和H₂O，且来源广泛、价格低廉。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。也有利用植物纤维作为生物降解材料的报导，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。

发明内容

本发明的目的在于克服现有完全生物降解材料存在的的耐水性差、容易吸湿，机械强度弱的缺点,提供一种植物纤维增强淀粉复合材料及其制备方法；以实现提高可生物降解的复合包装材料的耐水性，提高其机械强度；真正能完全缓解塑料带来的“白色污染”。

本发明的植物纤维增强淀粉复合包装材料是由阳离子改性土豆淀粉、秸秆纤维、聚乙烯醇、无机填料、交联剂、增塑剂混合后经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；其熔融共混物中各组分的重量份为：阳离子改性土豆淀粉40~60份、秸秆纤维10~20份、聚乙烯醇5~10份、无机填料5~10份、交联剂5~10份、增塑剂5~10份。

 所述稻草秸秆纤维是由稻草秸秆经过粉碎，过60~70目筛，再浸泡在温度30℃~35℃的重量百分比为8%~12%的LiCl/DMAC的溶液中10~30min。

所述交联剂为氢氧化钙。

所述增溶剂为尿素。

所述无机填料是滑石粉。

植物纤维增强淀粉复合包装材料的制备方法包括以下步骤：

（1）秸秆纤维的处理：将稻草秸秆粉碎，过60~70目筛，浸泡在温度30℃~35℃的重量百分比为8%~12%的LiCl/DMAC的溶液中10~30min；

（2）备料：按照各组分的份数备料：阳离子改性土豆淀粉40~60份、秸秆纤维10~20份、聚乙烯醇5~10份、无机填料5~10份、交联剂5~10份、增塑剂5~10份；将阳离子改性土豆淀粉的一半加入65~80℃的热水糊化，待用；

所述阳离子改性土豆淀粉是按现有技术将土豆淀粉在碱催化剂存在下，使淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐（GTA）起醚化反应而制得的；

（3）将已糊化的阳离子土豆淀粉、浸泡处理好的秸秆纤维、聚乙烯醇、增塑剂，在高速混合机中8~10min，再加入另一半未糊化的土豆淀粉，无机填充剂和交联剂，在高速混合机中10~15min；

（4）通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min。

 本发明充分利用了植物纤维和淀粉可生物降解、具有对环境友好、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乙烯醇，与亲水性的纤维素有很好的粘接力，因此可以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，提高材料的力学性能。无机填料碳酸钙化学性质不活泼，具有耐化学药品性和电绝缘性，因此一方面可以起到调节材料的稳定性、刚性和硬度，从而提高材料的机械性能和耐热性；另外一方面，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，因此加入增塑剂水、尿素。水是小分子，可以与淀粉中的羟基形成氢键，尿素中含有大量的氨基可以与淀粉中的羟基形成氢键酰化，从而使水和尿素起到增塑淀粉的作用。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，尺寸稳定性。与现有热塑性土豆淀粉复合包装材料比较其拉伸强度提高了40~60%；挺度提高了40~60%；吸水率%降低13~30%。

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）秸秆纤维的处理：将稻草秸秆粉碎，过60~70目筛，浸泡在温度30℃~35℃的重量百分比为8%~12%的2千克LiCl/DMAC的溶液中10~30min；

（2）备料：阳离子改性土豆淀粉20千克、秸秆纤维5千克、聚乙烯醇5千克、无机填料1千克、交联剂2千克、增塑剂5千克；其中阳离子土豆淀粉是经过土豆淀粉在碱催化剂存在下，与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐（GTA）起醚化反应而制得的阳离子淀粉，并将其一半加入65~80℃的3千克的热水糊化，待用；

（3）将一半糊化的阳离子土豆淀粉、浸泡处理好的秸秆纤维以及全降解热稳定剂聚乙烯醇，增塑剂，在高速混合机中8~10min，再加入另一半未糊化的土豆淀粉，无机填充剂和交联剂，在高速混合机中10~15min；

（4）通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min。

制备出的新材料力学性能、吸水率与热塑性土豆淀粉复合包装材料的比较如表1所述：

                                                 

实施例2： 

（1）秸秆纤维的处理：将10千克的稻草秸秆粉碎，过60~70目筛，浸泡在温度30℃~35℃的重量百分比为8%~12%的3千克LiCl/DMAC的溶液中10~30min的；

（2）备料：阳离子改性土豆淀粉30千克、秸秆纤维10千克、聚乙烯醇12千克、无机填料3千克、交联剂4千克、增塑剂7千克；其中阳离子土豆淀粉是经过土豆淀粉在碱催化剂存在下，与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐（GTA）起醚化反应而制得的阳离子淀粉，并将其一半加入65~80℃的4.5千克的热水糊化，待用；

（3）将一半糊化的阳离子土豆淀粉、处理好的秸秆纤维以及全降解热稳定剂聚乙烯醇，增塑剂，在高速混合机中8~10min，再加入剩余未糊化的土豆淀粉，无机填充剂和交联剂，在高速混合机中10~15min；

（4）通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min。

制备出的新材料力学性能、吸水率与热塑性土豆淀粉复合包装材料的比较如表2所示：

实施例3： 

（1）秸秆纤维的处理：将20千克的稻草秸秆粉碎，过60~70目筛，浸泡在温度30℃~35℃的重量百分比为8%~12%的LiCl/DMAC的5千克溶液中10~30min的；

（2）备料：阳离子改性土豆淀粉50公斤、秸秆纤维20公斤、聚乙烯醇12公斤、无机填料5公斤、交联剂5公斤、增塑剂8公斤；其中阳离子土豆淀粉是经过土豆淀粉在碱催化剂存在下，与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐（GTA）起醚化反应而制得的阳离子淀粉，并将其一半加入65~80℃的5千克的热水糊化，待用；

（3）将一半糊化的阳离子土豆淀粉、处理好的秸秆纤维以及全降解热稳定剂聚乙烯醇，增塑剂，在高速混合机中8~10min，再加入剩余未糊化的土豆淀粉，无机填充剂和交联剂，在高速混合机中10~15min；

（4）通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min。

制备出的新材料力学性能、吸水率与热塑性土豆淀粉复合包装材料的比较如表3所示：

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Claims (4)

1. 一种植物纤维增强淀粉复合包装材料，其特征在于，由阳离子改性土豆淀粉、秸秆纤维、聚乙烯醇、无机填料、交联剂、增塑剂混合后经双螺杆挤出机熔融共混挤出得到的产品；其熔融共混物中各组分的重量份为：阳离子改性土豆淀粉40~60份、秸秆纤维10~20份、聚乙烯醇5~10份、无机填料5~10份、交联剂5~10份、增塑剂5~10份。

2.根据权利要求1所述的植物纤维增强淀粉复合包装材料，其特征在于，所述稻草秸秆纤维是由稻草秸秆经过粉碎，过60~70目筛，再浸泡在温度30℃~35℃的重量百分比为8%~12%的LiCl/DMAC的溶液中10~30min。

3.根据权利要求1所述的植物纤维增强淀粉复合包装材料，其特征在于，所述交联剂为氢氧化钙，所述增溶剂为尿素，所述无机填料是滑石粉。

4.一种如权利要求1所述植物纤维增强淀粉复合包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）秸秆纤维的处理：将稻草秸秆粉碎，过60~70目筛，浸泡在温度30℃~35℃的重量百分比为8%~12%的LiCl/DMAC的溶液中10~30min；

（2）备料：按照各组分的份数备料：阳离子改性土豆淀粉40~60份、秸秆纤维10~20份、聚乙烯醇5~10份、无机填料5~10份、交联剂5~10份、增塑剂5~10份；将阳离子改性土豆淀粉的一半加入65~80℃的热水糊化，待用；

所述阳离子改性土豆淀粉是按现有技术将土豆淀粉在碱催化剂存在下，使淀粉与N-(2,3-环氧丙基）三甲铵盐（GTA）起醚化反应而制得的；

（3）将已糊化的阳离子土豆淀粉、浸泡处理好的秸秆纤维、聚乙烯醇、增塑剂，在高速混合机中8~10min，再加入另一半未糊化的土豆淀粉，无机填充剂和交联剂，在高速混合机中10~15min；

（4）通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度120~140℃，螺杆转速100~120r/min。