CN102504343A - 一种循环利用式生物包装材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种循环利用式生物包装材料制备方法，采用淀粉、植物纤维和添加剂为原料，通过双螺杆挤出造粒后模压成型；其原料的质量比为：淀粉50-70份；植物纤维15-30份；添加剂5-20份；按下列步骤制备：(1)将原料量取后经过搅拌机搅拌3～5min后混合均匀，得混合物料；(2)将混合物料经双螺杆挤出造粒后再经口模挤出得挤出粒状物料或产品母料，螺杆转速为100～120r·min-1，挤出温度100～120℃，喂料速度100r/min；(3)将挤出粒状物料放入平板硫化机中经模压制得产品，模压时间为15min；模压温度为120～140℃；其整体工艺过程简单，使用原料易得，设备技术成熟，制品降解性能好，利用效率高，环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种循环利用式生物包装材料的制备技术，特别是一种用于包装产品的生物质高分子包装材料的制备方法。
背景技术：
传统的包装材料一般是采用聚乙烯、聚苯乙烯等石化材料，废弃后不仅污染环境还会造成资源浪费；生物质包装材料的出现从根本上解决了这一问题，采用资源丰富、可降解的材料替代传统的塑料材料，国内外许多研究者进行了广泛的研究。生物包装材料的研究始于20世纪70年代，英国科学家G.J.L.Griffin申请了世界上第一个淀粉填充聚乙烯塑料的专利，开创了生物包装材料的先河，之后得到了各国研究者的普遍重视，自此关于包装新材料的各项研究也相继展开；可循环利用的生物质包装材料是近年来发展很快的一类可降解材料，它可以替代白色公害，达到环保的目的，这种具有良好环境相容性的可循环材料的研制和应用已成为21世纪包装业发展的必然趋势。归结起来，现有的塑料为主要原料的包装材料及制备技术普遍存在着制备工艺复杂，参数条件难以控制，制备成本高，产品不能反复循环利用，环境污染厉害，使用安全性差等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种原料通用性强的可完全降解的生物包装高分子材料及其制备方法，实现以环保的材料来替代传统塑料，减少传统包装材料带来的环境污染危害；采用双螺杆挤出成型，通过工艺参数的控制和结构的改进，实现混合、剪切和挤压，使淀粉发生解聚，物料均匀混合，最终挤出制备成生物包装材料母料，用于制备各种形状和结构的包装品。
为了实现上述目的，本发明涉及的可循环利用式生物包装高分子材料，采用淀粉、植物纤维和添加剂为原料，通过双螺杆挤出造粒后模压成型；其原料的质量比配方为：淀粉50-70份；植物纤维15-30份；添加剂5-20份；按下列步骤制备：
(1)将原料量取后经过搅拌机搅拌3～5min后混合均匀，得混合物料；
(2)将混合物料经双螺杆挤出造粒后再经口模挤出得挤出粒状物料或产品母料，螺杆转速为100～120r·min-1，挤出温度100～120℃，喂料速度100r/min；
(3)将挤出粒状物料放入平板硫化机中经模压制得产品，模压时间为15min；模压温度为120～140℃。
本发明所用的淀粉包括谷物种子、块茎、植物根、豆粒、果实和植物叶子，淀粉在生物降解材料中发挥粘接作用，其质脆影响植物纤维制品的强度，需预先进行改性为可塑化淀粉，经过改性处理的淀粉更适用于食品、造纸和纺织行业，其改性淀粉为双酚淀粉；所用的植物纤维包括木屑、稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑和竹屑类植物秆茎，纤维素具有遇水溶胀功能，加热低于150℃时不发生变化，高于150℃温度会脱水而逐渐焦化；所述的添加剂包括发泡剂、稳定剂、增塑剂、填料、偶联剂和防潮剂，其中发泡剂为AC发泡剂，其用量不少于1-6份，余量为其他添加剂的混合物，按平均用量，发泡剂为无机化合物或有机化合物，在热作用下分解产生气体，聚合物借此而发泡；稳定剂是解决由于以淀粉和纤维素为主要原料在高温下不能够及时塑化的问题，稳定剂为环氧大豆油；增塑剂为甘油，有增加加工成型时的可塑性和流动性，并使之具有柔软性的作用；填料能降低产品价格，改善材料的机械性能和耐老化性能，填料为碳酸钙；偶联剂为硅烷偶联剂，能增加产品材料的黏结强度并提高材料的性能，有利于制造出性能优异、满足需要的新型包装材料；防潮剂为石蜡，可提高材料的防潮性能要选用防潮剂，由于生物包装材料有环保性能的要求。
本发明使用的淀粉变为可塑化的过程主要是在双螺杆挤出过程中完成的，随着螺杆的旋转，物料与螺杆、物料与机筒间通过摩擦力的作用，淀粉及混合物被混合和输送；输送量的大小与材料颗粒的尺寸、加料段机筒及螺杆的结构、螺杆转速的大小有直接的关系；物料在双螺杆下面的挤出过程中，受到螺杆和机筒、两螺杆间的作用，混合物在挤出的过程中受到混合、剪切、挤压的作用，使淀粉发生解聚，物料均匀混合，最终挤出制备成生物包装材料的母料；模压成型是将母料放在平板硫化机中加工发泡成型；通过平板硫化机的加热使母料熔化并充满模具，母料中的发泡剂同时分解，使材料发泡成型。
本发明与现有技术相比，一是采用淀粉和植物纤维的通用性强，原料易得，其降解产物为水和二氧化碳，添加剂被土壤自然吸收；二是原料经混合后，经一台机器就可完成整个加工工艺过程，减少生产场地、减少生产成本，产品质量高，生产无污染，短时高温的生产工艺，可减少热敏性营养成分的损失，改善产品的微细结构，同时可以达到杀菌保质的目的，降低了环境污染的危害，达到资源循环利用的目的；三是生物包装材料可以在土壤的潮湿环境下被微生物完全分解，分解后的产物作为肥料进入土壤中，采用水洗法对生物包装材料进行处理，可提高降解效率，实现高分子生物包装材料的可循环利用；四是生产的产品具有良好的力学性能和缓冲性能，可满足一般包装材料的要求；其整体工艺过程简单，使用原料易得，设备技术成熟，制品降解性能好，利用效率高，环境友好。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
本实施例涉及的可循环利用式生物包装高分子材料，采用淀粉、植物纤维和添加剂为原料，通过双螺杆挤出造粒后模压成型；其质量比配方为：淀粉50-70份；植物纤维15-30份；添加剂5-20份；按下列步骤制备：
(1)将原料量取后经过搅拌机搅拌3～5min后混合均匀，得混合物料；
(2)将混合物料经双螺杆挤出造粒后经口模挤出得挤出粒状物料或产品母料，螺杆转速为100～120r·min-1，挤出温度100～120℃，喂料速度100r/min；
(3)将挤出粒状物料放入平板硫化机中经模压制得产品，模压时间为15min；模压温度为120～140℃。
实施例1：
本实施例分别按质量分数取淀粉50份，植物纤维30份，添加剂20份；双螺杆挤出机的工艺参数为螺杆转速为100r·min-1，挤出温度120℃；模压成型工艺参数，模压时间：15min；模压温度：120℃；制得的材料及测试结构如下：
(1)回弹性测试：对试样施加载荷，使试样产生20％形变，加载12h并保持卸载5min后测量试样的厚度，可以得到回弹率εH的大小即：
εH＝T0-T/T0
式中T0为试样原始厚度，T为卸载后厚度；
(2)拉伸强度测试：抗拉强度按GB/T1040-92制成尺寸为150×20mm的试件，每组试件5个，测量后取平均值；测试结果如下：回弹性为19.9；拉伸强度为15.1MPa。
实施例2：
本实施例分别按质量份数取淀粉65份，植物纤维20份，添加剂15份；双螺杆挤出机的工艺参数为螺杆转速为100r·min-1，挤出温度120℃；模压成型工艺参数，模压时间：15min；模压温度：120℃；制得的材料及测试结构如下：
(1)回弹性测试：对试样施加载荷，使试样产生20％形变，加载12h并保持卸载5min后测量试样的厚度，可以得到回弹率εH的大小即：
εH＝T0-T/T0
式中T0为试样原始厚度，T为卸载后厚度。
(2)拉伸强度测试：抗拉强度按GB/T1040-92制成尺寸为150×20mm的试件，每组试件5个，测量后取平均值；测试结果如下：回弹性为19.1；拉伸强度为14MPa。
实施例3：
本实施例分别按质量分数取淀粉70份，植物纤维10份，添加剂20份；双螺杆挤出机的工艺参数为螺杆转速为120r·min-1，挤出温度120℃；模压成型工艺参数，模压时间：15min；模压温度：140℃；制得的材料及测试结构如下：
(1)回弹性测试：对试样施加载荷，使试样产生20％形变，加载12h并保持卸载5min后测量试样的厚度，可以得到回弹率εH的大小即：
εH＝T0-T/T0
式中T0为试样原始厚度，T为卸载后厚度。
(2)拉伸强度测试：抗拉强度按GB/T1040-92制成尺寸为150×20mm的试件，每组试件5个，测量后取平均值；测试结果如下：回弹性为37.3；拉伸强度为15.2MPa。
Claims (2)
1.一种循环利用式生物包装材料制备方法，其特征在于可循环利用式生物包装材料采用淀粉、植物纤维和添加剂为原料，通过双螺杆挤出造粒后模压成型；其原料的质量比配方为：淀粉50-70份；植物纤维15-30份；添加剂5-20份；按下列步骤制备：
(1)将原料量取后经过搅拌机搅拌3～5min后混合均匀，得混合物料；
(2)将混合物料经双螺杆挤出造粒后再经口模挤出得挤出粒状物料或产品母料，螺杆转速为100～120r·min-1，挤出温度100～120℃，喂料速度100r/min；
(3)将挤出粒状物料放入平板硫化机中经模压制得产品，模压时间为15min；模压温度为120～140℃。
2.根据权利要求1所述的循环利用式生物包装材料制备方法，其特征在于所用的淀粉包括谷物种子、块茎、植物根、豆粒、果实和植物叶子，淀粉在生物降解材料中发挥粘接作用，其质脆影响植物纤维制品的强度，需预先进行改性为可塑化淀粉，经过改性处理的淀粉更适用于食品、造纸和纺织行业，其改性淀粉为双酚淀粉；所用的植物纤维包括木屑、稻壳、稻草、麦秸、玉米秸秆、棉花秆、木屑和竹屑类植物秆茎，纤维素具有遇水溶胀功能，加热低于150℃时不发生变化，高于150℃温度会脱水而逐渐焦化；所述的添加剂包括发泡剂、稳定剂、增塑剂、填料、偶联剂和防潮剂，其中发泡剂为AC发泡剂，其用量不少于1-6份，余量为其他添加剂的混合物，按平均用量，发泡剂为无机化合物或有机化合物，在热作用下分解产生气体，聚合物借此而发泡；稳定剂是解决由于以淀粉和纤维素为主要原料在高温下不能够及时塑化的问题，稳定剂为环氧大豆油；增塑剂为甘油，有增加加工成型时的可塑性和流动性，并使之具有柔软性的作用；填料能降低产品价格，改善材料的机械性能和耐老化性能，填料为碳酸钙；偶联剂为硅烷偶联剂；防潮剂为石蜡。
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