CN103205022A - 一种纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法 - Google Patents

一种纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法 Download PDF

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李盘欣
郭斌
唐皞
姜海天
黄亚男
史咏华
彭丽
王培英
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Abstract

本发明公开了一种纸浆纤维增强全降解淀粉塑料的制备方法。主要使用造纸工业所用的阔叶材或针叶材纸浆纤维板，进行两步预处理过程，获得一定尺度的纸浆纤维，进一步与淀粉和可降解的增塑剂混合，通过双螺杆挤出机的塑化过程，制备纸浆纤维增强的淀粉塑料，具有力学性能提高明显，全降解，成本低，制备工艺简单等优点，可广泛用于制备各种全降解淀粉塑料制品。

Description

一种纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法，属生物降解塑料领域在。
背景技术
淀粉塑料也称淀粉基塑料，泛指其组成含有淀粉或其衍生物的塑料。淀粉塑料主要分四大类：（1）填充型，淀粉添加量在10-30%；（2）光/生物双降解型，在前者的基础上，加入光敏剂以加快塑料的分解；（3）共混型，由淀粉和合成树脂或其它天然高分子共混而成，淀粉含量在30-60%；（4）全淀粉型，淀粉含量在90%以上，一般是通过增塑剂的加入或其它方法，使淀粉分子链无序化, 从而成为热塑性淀粉塑料（Thermoplastic Starch，简称 TPS）。
作为可降解塑料，全淀粉塑料具有可观的市场前景，是一种最有发展前途的产品。但其强度不足及耐水性差的不足，限制了其进一步应用范围，研究表明，加入增强体形成热塑性淀粉复合材料，其耐水和力学性能可得到很好的改善。目前，主要的增强体有有机纤维和无机矿物两大类材料。
有机纤维密度小、比强度高、韧性好，是理想的增强材料，主要包括天然纤维棉、麻、甘蔗渣等，合成纤维和微/纳米纤维。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备纸浆纤维增强淀粉塑料的方法。
主要内容是使用造纸工业所用的阔叶材或针叶材纸浆纤维板，首先进行预处理，获得一定尺度的纤维，进一步与淀粉和可降解的增塑剂混合，通过双螺杆挤出机的塑化过程，制备纸浆纤维增强的淀粉塑料粒料及其制品，添加量少，力学性能提高明显。
为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：
⑴ 纸浆纤维板的预处理
① 纸浆纤维板的除杂及活化
将纸浆纤维板剪成小块，置于一玻璃容器内，加入一定量的NaOH水溶液（质量百分浓度为15～25%），使纸浆纤维板润湿0.5小时，后快速加入略过量的HCl中和，用2号砂芯漏斗抽滤，再用蒸馏水洗至pH为中性，烘干；
② 纸浆纤维的水解
另取一玻璃容器，加入100重量份的上述样品，再加入一定量的H2SO4水溶液（质量百分浓度为55～65%），升温（45～55℃），恒温搅拌，待反应0.5h后，减压抽滤，烘干待用；
⑵ 纸浆纤维增强淀粉塑料的制备
在100重量份淀粉加入5～10重量份的上述预处理完成的纸浆纤维，通过高速分散机迅速混合均匀，再加入15～25重量份的可降解的增塑剂，通过高速分散机再次混合分散均匀；将混合料加入双螺杆挤出机塑化挤出，各区温度控制在105～120℃之间, 转速为150～200r/min, 挤出后冷却造粒，得纸浆纤维增强淀粉塑料粒料。
所述的纸浆纤维为造纸工业所用的阔叶材或针叶材纸浆纤维板。
所述的淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉。
所述可降解的增塑剂为甘油、乙二醇、葡萄糖和山梨醇中的一种或两种。
该粒料可用来制备各种全降解淀粉塑料制品，如塑料包装制品，一次性快餐盒及农用地膜等。
纸浆纤维板是造纸工业所用的基本原料，其优点在于纤维形态好；与淀粉基体的亲和性好，混合分散均匀；通过控制预处理条件，可获得不同尺度的纸浆纤维；可使淀粉塑料的拉伸强度提高显著；来自木材等天然可再生资源，具有可降解性；价廉易得等优点。目前，纸浆纤维板直接使用还存在一定的困难，本发明通过对纸浆纤维板先进行一定的预处理，再将其作为增强材料用于淀粉塑料领域，目前还未见到相关的报道。 
附图说明
图1为45℃温度下水解所得纸浆纤维的形态图（光学显微镜，放大100倍）； 
图2为55℃温度下水解所得纸浆纤维的形态图（光学显微镜，放大100倍）。 
具体实施方式
实施例1
该纸浆纤维增强的淀粉塑料是按照下列方法获得的：
① 将100重量份纸浆纤维板剪成小块，置于一烧杯内，加入100重量份质量百分浓度为15%的NaOH水溶液，润湿0.5小时，快速加入略过量的HCl中和，用2号砂芯漏斗抽滤，再用蒸馏水洗至pH为中性，烘干；
② 另取一烧杯，加入100重量份的上述样品，再加入100重量份质量百分浓度为55%的H2SO4水溶液，升温至45℃，恒温搅拌，待反应0.5h后，减压抽滤，烘干待用；
③ 在100重量份淀粉加入5重量份的上述纸浆纤维，通过高速分散机迅速混合均匀，再加入15重量份的可降解的增塑剂，通过高速分散机再次混合分散均匀；将混合料加入双螺杆挤出机塑化挤出，各区温度分别控制在105，110，116，110℃，转速为150r/min, 挤出后冷却造粒，得纸浆纤维增强淀粉塑料。
实施例2
该纸浆纤维增强的淀粉塑料是按照下列方法获得的：
① 将100重量份纸浆纤维板剪成小块，置于一烧杯内，加入100重量份质量百分浓度为20%的NaOH水溶液，润湿0.5小时，快速加入略过量的HCl中和，用2号砂芯漏斗抽滤，再用蒸馏水洗至pH为中性，烘干；
② 另取一烧杯，加入100重量份的上述样品，再加入100重量份质量百分浓度为60%的H2SO4水溶液，升温至50℃，恒温搅拌，待反应0.5h后，减压抽滤，烘干待用；
③ 在100重量份淀粉加入10重量份的上述纸浆纤维，通过高速分散机迅速混合均匀，再加入20重量份的可降解的增塑剂，通过高速分散机再次混合分散均匀；将混合料加入双螺杆挤出机塑化挤出，各区温度分别控制在110，115，120，115℃，转速为175r/min, 挤出后冷却造粒，得纸浆纤维增强淀粉塑料。
实施例3
该纸浆纤维增强的淀粉塑料是按照下列方法获得的：
① 将100重量份纸浆纤维板剪成小块，置于一烧杯内，加入100重量份质量百分浓度为25%的NaOH水溶液，润湿0.5小时，快速加入略过量的HCl中和，用2号砂芯漏斗抽滤，再用蒸馏水洗至pH为中性，烘干；
② 另取一烧杯，加入100重量份的上述样品，再加入100重量份质量百分浓度为65%的H2SO4水溶液，升温至55℃，恒温搅拌，待反应0.5h后，减压抽滤，烘干待用；
③ 在100重量份淀粉加入15重量份的上述纸浆纤维，通过高速分散机迅速混合均匀，再加入25重量份的可降解的增塑剂，通过高速分散机再次混合分散均匀；将混合料加入双螺杆挤出机塑化挤出，各区温度分别控制在105，110，110，120℃，转速为200r/min, 挤出后冷却造粒，得纸浆纤维增强淀粉塑料。

Claims (4)

1.一种纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
⑴ 纸浆纤维板的预处理
① 将纸浆纤维板剪成小块，置于一玻璃容器内，加入质量百分浓度为15～25%的NaOH水溶液，使纸浆纤维板润湿0.5小时，后快速加入略过量的HCl中和，用2号砂芯漏斗抽滤，再用蒸馏水洗至pH为中性，烘干；
② 另取一玻璃容器，加入100重量份的上述样品，再加入质量百分浓度为55～65%的H2SO4水溶液，升温45～55℃，恒温搅拌，待反应0.5h后，减压抽滤，烘干待用；
⑵ 纸浆纤维增强淀粉塑料的制备
在100重量份淀粉加入5～15重量份的上述预处理完成的纸浆纤维，通过高速分散机迅速混合均匀，再加入15～25重量份的可降解的增塑剂，通过高速分散机再次混合分散均匀；将混合料加入双螺杆挤出机塑化挤出，各区温度控制在105～120℃之间, 转速为150～200r/min, 挤出后冷却造粒，得纸浆纤维增强淀粉塑料粒料。
2.根据权利要求1所述的纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法，其特征在于：所述的纸浆纤维为造纸工业所用的阔叶材或针叶材纸浆纤维板。
3.根据权利要求1所述的纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法，其特征在于：所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉。
4.根据权利要求1所述的纸浆纤维增强淀粉塑料的制备方法，其特征在于：所述可降解的增塑剂为甘油、乙二醇、葡萄糖和山梨醇中的一种或两种。
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