CN102766277A - 植物纤维复合微发泡生物降解中空板材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了植物纤维复合微发泡生物降解中空板材，它由重量为5-15%的天然植物纤维、40-50%的淀粉和35-55%的合成生物材料组成，并按下述方法制备而成：先将天然植物纤维与淀粉预混，再在预混料中加入处理剂，将混合物在微波设备中预处理5-6分钟后，再在加入塑化剂和合成生物材料，在温度120-130℃下混合得到改性植物纤维复合基料，冷却后在改性植物纤维复合基料中加入0.5-0.8%的发泡剂，再在同向双螺杆设备中经过低温高剪切、挤出微发、定型和裁切，即可制得植物纤维复合微发泡生物降解中空板材。本发明原料采用的是生物可降解材料，在保证制品使用性能的基础上，节省了木材资源，减少了塑料使用，降低了成本，实现了低碳和环保。

Description

植物纤维复合微发泡生物降解中空板材

技术领域

本发明涉及中空板材，尤其是涉及一种用于制作箱类物品的生物降解中空板材。

背景技术

目前世界上大量的工业品、果蔬等人们生产和生活物品，大都采用纸板（张）制成的纸箱（包括瓦楞纸箱）进行包装，由此会造成全球每年数以千万计的树木为此被砍伐。而森林砍伐会造成环境退化和物种多样性的减少，造成气候变迁和地理环境改变。森林砍伐后没有足够的造林，会造成水土保持破坏、气候变迁、物种多样性减少和生活品质下降。自19世纪中期，约在1852年之后，地球已经经历了前所未有的森林破坏，欧洲的森林正在被酸雨侵蚀，而西伯利亚的森林非常大的地区从苏联瓦解之后就被转成耕地。全球的热带雨林正以每年1700万公顷的速度减少，很多物种灭绝。在过去20年，阿富汗已经失去了超过70%的森林。根据联合国粮农组织的报告，全球森林面积正以每年减少730万公顷的速度消失，美国和英国每天砍伐树木约80亩。每年全球纸张产用量已达3.2亿吨，如果以每吨纸需砍伐4棵平均20年树龄的树木作原料的话，那么1年就有近13亿棵这样的树木从地球上消失。

为保护人类生存环境，减少森林砍伐，尽可能减少纸箱的使用，已成为各国包装行业的发展趋势。如是用聚烯烃中空板材来制造包装箱替代部分纸箱包装应运而生。但目前国内外主要还是局限于聚烯烃类或聚烯烃添加碳酸钙的中空板材，这类中空板材大量使用了聚烯烃类塑料，而聚烯烃类塑料会给环境造成大量的“白色污染”。

发明内容

针对上述现有技术中使用纸板（张）作为包装材料，要消耗大量树木，造成水土流失和生态环境破坏以及采用聚烯烃中空板材作为包装材料会造成严重的环境污染的问题，本发明提供了一种用植物纤维、淀粉和合成生物材料经微发泡生物降解工艺制成的中空板材作为包装材料代替纸箱和塑料箱，不仅具有板材强度高、韧性好、体轻易着色、便于成型加工的特点，而且可节省树木，降低生产成本，能自然生物降解，有利于环境保护的植物纤维复合微发泡生物降解中空板材。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：它由重量为5-15%的天然植物纤维、40-50%的淀粉和35-55%的合成生物材料组成，并按下述方法制备而成：先将天然植物纤维与淀粉预混，再在预混料中加入与预混料相同重量并由冰醋酸和醋酸酐混合而成的处理剂，均匀混合后形成混合物，将混合物在微波设备中预处理5-6分钟后，再在混合物中加入占混合物重量1-1.5%的塑化剂和合成生物材料并在温度120-130℃下混合，得到改性植物纤维复合基料，冷却后再在改性植物纤维复合基料中加入改性植物纤维复合基料重量0.5-0.8%的发泡剂，再将改性植物纤维复合基料放在同向平行双螺杆设备中经过低温高剪切、挤出微发、定型和裁切，即可制得植物纤维复合微发泡生物降解中空板材。

所述天然植物纤维为棉、木、竹、麻等植物的籽、叶、茎、果等经处理得到的纤维，所述淀粉优选薯类淀粉和玉米淀粉，所述冰醋酸和醋酸酐混合形成的处理剂中冰醋酸重量大于醋酸酐重量。

本发明所述的合成生物材料为聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、改性聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHB）或聚乙烯醇（PVA）等，优选聚丁二酸丁二醇酯或聚乙烯醇。

所述塑化剂为甘油、聚甘油、山梨醇、失水山梨醇、蔗糖等物质与脂肪酸生成的酯类以及甲酰胺、尿素等。优选脂肪酸单甘油酯、失水山梨醇酯、甲酰胺或尿素。（其中尿素和甲酰胺可以阻止热塑性淀粉材料的回生）

所述发泡剂为碳酸氢钠或碳酸氢铵。

为进一步增加本发明所述中空板材的抗拉强度及硬度，可用少量玻璃纤维代替部份天然植物纤维，即天然植物纤维中可含有少量玻璃纤维，其玻璃纤维含量控制在天然植物纤维重量10%以内。同时，改变中空板材模具的中空结构设计，也可以使中空板材获得不同程度上硬度、强度的提高。

本发明摒弃了传统聚烯烃粒料或聚烯烃添加碳酸钙材料造粒后再经单螺杆挤出机生产中空板材工艺，而是采用将植物纤维、粉料、合成生物材料通过改性后，采用同向平行双螺杆设备的低温高剪切，一步合成植物纤维复合微发泡生物降解中空板材，制成的中空板材可替代目前聚烯烃中空板材及瓦楞纸板，广泛应用于各类产品的隔护、周转箱及包装箱。其产品较目前国内类似制品密度下降10%以上，体质轻，但强度和韧性提高20%以上，在生物质材料添加量超过60%后仍可以保持较好的强度、韧性及加工性，相对于聚烯烃或碳酸钙填充聚烯烃中空板材成本均有较大程度降低。原料采用的是生物可降解材料，不含PE、PP、PS、PVC等聚烯烃材料，在保证制品使用性能的基础上，材料的成本、强度、韧性、比重、降解性能、降解周期等也得到很好解决，有效的节省了木材资源，减少了塑料原料的使用，实现了低碳和环保。

具体实施方式

实施例1，所述植物纤维复合微发泡生物降解中空板材由重量为10%的天然棉类植物纤维、45%的薯类淀粉和45%的聚乙烯醇组成，并按下述方法制备而成：先将重量为10%的天然棉类植物纤维与重量为45%的薯类淀粉预混，再在预混料中加入与预混料重量比为1︰1处理剂，所述处理剂由重量比为6︰4的冰醋酸和醋酸酐混合而成，均匀混合后形成混合物，将混合物在微波设备中预处理5-6分钟，使植物纤维与淀粉合成，再在混合物中分别加入上述混合物重量为1.25%的失水山梨醇酯（塑化剂）以及上述重量为45%的聚乙烯醇原料，并在温度120-130℃下高速混合8分钟,得到改性植物纤维复合基料，冷却后备用，然后再在改性植物纤维复合基料中加入改性植物纤维复合基料重量0.65%的碳酸氢钠发泡剂，再将含有发泡剂的改性植物纤维复合基料放在同向平行双螺杆设备中经过低温高剪切（即在160-180℃下进行双螺杆剪切，而双螺杆产生的剪切力高）、挤出微发（即在挤压过程中产生轻微发泡）、定型和裁切，即可制得植物纤维复合微发泡生物降解中空板材。

实施例2，所述植物纤维复合微发泡生物降解中空板材由重量为15%的天然叶子植物纤维、50%的玉米淀粉和35%的聚丁二酸丁二醇酯组成，并按下述方法制备而成：先将重量为15%的天然叶子植物纤维与重量为50%的玉米淀粉预混，再在预混料中加入与预混料重量比为1︰1处理剂，所述处理剂由重量比为7︰3的冰醋酸和醋酸酐混合而成，均匀混合后形成混合物，将混合物在微波设备中预处理5-6分钟后，再在混合物中分别加入上述混合物重量1%的脂肪酸单甘油酯（塑化剂）以及上述重量为35%的聚丁二酸丁二醇酯原料（合成生物材料），并在温度120-130℃下混合10分钟,得到改性植物纤维复合基料，冷却后备用，然后再在改性植物纤维复合基料中加入改性植物纤维复合基料重量0.5%的碳酸氢铵发泡剂，再将含有发泡剂的改性植物纤维复合基料放在同向平行双螺杆设备中经过低温高剪切（即在160-180℃下进行双螺杆剪切，而双螺杆产生的剪切力高）、挤出微发（即在挤压过程中产生轻微发泡）、定型和裁切，即可制得植物纤维复合微发泡生物降解中空板材。

实施例3，所述植物纤维复合微发泡生物降解中空板材由重量为5%的天然茎类植物纤维、40%的玉米淀粉和55%的聚丁二酸丁二醇酯组成，并按下述方法制备而成：先将重量为10%的天然茎类植物纤维与重量为40%的玉米淀粉预混，再在预混料中加入与预混料重量比为1︰1处理剂，所述处理剂由重量比为5.5︰4.5的冰醋酸和醋酸酐混合而成，均匀混合后形成混合物，将混合物在微波设备中预处理5-6分钟后，再在混合物中分别加入上述混合物重量1.5%的甲酰胺或尿素（塑化剂）以及上述重量为55%的聚乙烯醇原料（合成生物材料），并在温度120-130℃下高速混合7分钟,得到改性植物纤维复合基料，冷却后备用，然后再在改性植物纤维复合基料中加入改性植物纤维复合基料重量0.8%的碳酸氢钠发泡剂，再将含有发泡剂的改性植物纤维复合基料放在同向平行双螺杆设备中经过低温高剪切（即在160-180℃下进行双螺杆剪切，而双螺杆产生的剪切力高）、挤出微发（即在挤压过程中产生轻微发泡）、定型和裁切，即可制得植物纤维复合微发泡生物降解中空板材。

实施例4，所述植物纤维复合微发泡生物降解中空板材由重量为14%的天然叶子植物纤维、1%的玻璃纤维、50%的玉米淀粉和35%的聚丁二酸丁二醇酯组成，实施例4除上述组成与实施例2不同外，其它方法步骤与实施例2相同。

Claims (4)

1. 植物纤维复合微发泡生物降解中空板材，其特征在于：它由重量为5-15%的天然植物纤维、40-50%的淀粉和35-55%的合成生物材料组成，并按下述方法制备而成：先将天然植物纤维与淀粉预混，再在预混料中加入与预混料相同重量并由冰醋酸和醋酸酐混合而成的处理剂，均匀混合后形成混合物，将混合物在微波设备中预处理5-6分钟后，再在混合物中加入占混合物重量1-1.5%的塑化剂和合成生物材料并在温度120-130℃下混合，得到改性植物纤维复合基料，冷却后再在改性植物纤维复合基料中加入改性植物纤维复合基料重量0.5-0.8%的发泡剂，再将改性植物纤维复合基料放在同向平行双螺杆设备中经过低温高剪切、挤出微发、定型和裁切，即可制得植物纤维复合微发泡生物降解中空板材。

2.根据权利要求1所述的植物纤维复合微发泡生物降解中空板材，其特征在于：所述天然植物纤维中含有天然植物纤维重量10%以内的玻璃纤维。

3.根据权利要求1或2所述的植物纤维复合微发泡生物降解中空板材，其特征在于：所述塑化剂为脂肪酸单甘油酯、失水山梨醇酯、甲酰胺或尿素。

4.根据权利要求1或2所述的植物纤维复合微发泡生物降解中空板材，其特征在于：所述合成生物材料为聚丁二酸丁二醇酯或聚乙烯醇。