CN103534304B - 用于淀粉容器的组合物、使用该组合物的淀粉容器以及制造该淀粉容器的方法 - Google Patents

用于淀粉容器的组合物、使用该组合物的淀粉容器以及制造该淀粉容器的方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于淀粉容器的组合物，其包含：20至60重量％的未改性淀粉；5至30重量％的纸浆纤维粉末；0.1至2重量％的光催化剂；0.5至5重量％的脱模剂；和0.01至5重量％的胶囊型发泡剂制备物；以及余量的溶剂。还提供了使用所述组合物的淀粉容器。本发明的上述组合物不仅可以用作用于具有改进的发泡性质并且轻质以及具有改进的模制性的一次性容器的材料，还可以用作用于具有生态友好特性的生态友好淀粉容器的材料。

Description

用于淀粉容器的组合物、使用该组合物的淀粉容器以及制造该淀粉容 器的方法
技术领域
本公开内容涉及用于淀粉容器的组合物、使用该组合物的淀粉容器以及制造该淀粉容器的方法。
背景技术
发泡是指在多种材料(例如，塑料、橡胶等)中产生微孔结构(cellularstructure)的工艺，其通过使用发泡剂在特定温度、压力和时间条件下产生气体，从而产生泡沫。
一次性容器可以分为非泡沫型和泡沫型等。非泡沫型一次性容器可相对容易地通过真空模制、压力成形等来制造。然而，非泡沫型一次性容器的问题在于，当将热的材料放进该容器时，热可传导至外侧而没有阻隔，因此可能灼伤与容器接触的人员的皮肤。
泡沫型一次性容器可以由不可降解的塑性材料(例如，PS、PP、PE等)经发泡工艺制造。尽管该容器可以是轻质的、具有良好的缓冲与绝缘性质、并且能够降低成本，但是由合成树脂或塑料制成的一次性容器可以引起环境污染。
发明内容
技术问题
本公开内容涉及提供生态友好的淀粉容器组合物、使用该组合物的淀粉容器以及制造该淀粉容器的方法。所述生态友好的淀粉容器组合物可以使用溶剂和胶囊型发泡剂(起泡剂)作为用于发泡的主要成分来制备，因此可以用于制作具有改进的发泡性质、轻质并且具有改进的模制性的一次性容器。
问题的解决方案
在实施方案中，提供了用于淀粉容器的组合物，包含：20至60重量％的未改性淀粉；5至30重量％的纸浆纤维粉末；0.1至2重量％的光催化剂；0.5至5重量％的脱模剂；0.01至5重量％的胶囊型发泡剂；以及余量的溶剂。
在另一些实施方案中，提供了使用所述组合物成形的淀粉容器。在一个示例性实施方案中，通过加热和压缩所述组合物，将所述淀粉容器组合物成形为期望的形状。
在另一些实施方案中，提供了一种用于制造淀粉容器的方法，包括：制备用于淀粉容器的组合物，所述组合物包含：20至60重量％的未改性淀粉、5至30重量％的纸浆纤维粉末、0.1至2重量％的光催化剂、0.5至5重量％的脱模剂、0.01至5重量％的胶囊型发泡剂、以及余量的溶剂；和将所述组合物注入到加热至100℃至300℃的模制装置中，以及在0.5kgf/cm2至10kgf/cm2下压缩，从而将所述组合物成形为具有期望形状的容器。
本发明的有益效果
根据本公开内容的实施方案的用于淀粉容器的组合物可以改进淀粉容器制品的轻质性和模制性。
具体实施方式
在下文中将详细描述本公开内容的实施方案。
本公开内容提供用于淀粉容器的组合物，包含：20至60重量％的未改性淀粉；5至30重量％的纸浆纤维粉末；0.1至2重量％的光催化剂；0.5至5重量％的脱模剂；0.01至5重量％的胶囊型发泡剂；以及余量的溶剂。
在本公开内容的一个示例性实施方案中，胶囊型发泡剂可以包含：包含作为发泡剂的烃的内部；以及包含热塑性材料的外部。
在本公开内容的一个示例性实施方案中，所述烃可以是在所述热塑性材料的软化点或在低于该软化点气化的材料，其可以选自：丙烷、丙烯、丁烯、正丁烷、异丁烷、异戊烷、新戊烷、正戊烷、正己烷、异己烷、庚烷、辛烷、壬烷以及癸烷。所述热塑性材料可以是能够承受300kg/cm2或更高压力的材料，其可以选自：基于腈的单体、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯以及乙酸乙烯酯。
在本公开内容的一个示例性实施方案中，胶囊型发泡剂的粒径可以为3μm至50μm。如果粒径小于3μm，则难以实现充分起泡。而如果粒径大于50μm，则由于泡沫直径的增加，泡沫强度可能降低。
按组合物的总重量计，胶囊型发泡剂的含量可以为0.01至5重量％。如果该含量更大，则由于过高的起泡趋势，冲击强度可能降低。而如果该含量更小，则由于起泡趋势减弱，可能无法实现轻质性。
在本公开内容的一个示例性实施方案中，未改性淀粉可以是选自以下中的一种或更多种：玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、木薯淀粉以及甘薯淀粉。
按组合物总重量计，如果未改性淀粉的含量小于20重量％，则由于作为有机粘合剂的淀粉不足，可能难以均匀地分散纸浆和其他添加剂。而如果其含量超过60重量％，则冲击强度和耐水性可能降低。
因为未改性淀粉常常带有500meq或更高的负电荷，所以它趋向于彼此聚集。因此，分子间结合能降低，总强度和耐水性降低。为了避免这个问题，可以将纸浆粉碎成精细粉末。如果使用所述精细纸浆纤维粉末，则由于可以增加表观密度而可以减小体积，所以可以阻止颗粒间聚集。因此，可以提高总强度(包括拉伸强度、抗弯曲性等)。
纸浆纤维粉末可以是选自以下中的一种或更多种：木材、秸秆、甘蔗、芦苇、竹、木质茎、韧皮纤维、叶纤维以及种子纤维。
如果纸浆纤维具有10μm至500μm的长度，则更容易提高纸浆纤维在组合物中的分散度以及维持模制品各部分的强度。
来自阔叶树的纤维(即，长纤维)和来自针叶树的纤维(即，短纤维)作为纸浆纤维粉末，在纤维长度依赖分布方面示出细微的差别，即使在使用同样大小的筛子时亦如此。
按组合物总重量计，纸浆纤维粉末的含量可以为5至30重量％。如果该含量更大，则可能难以分散该纸浆纤维粉末。而如果该含量更小，则容器的冲击强度降低。
在本公开内容的实施方案中，期望使用耐热性相对较好的来自阔叶树的纸浆，而非来自针叶树的纸浆。如果使用从针叶树获得的纸浆粉末，则由于模制过程中的炭化作用可以在成品中发生褐变。
在本公开内容的一个示例性实施方案中，光催化剂可以是锐钛矿含量为70％或更高的二氧化钛。在这种情况下，可以改进杀菌和除臭效果。根据晶体结构，二氧化钛可分为金红石型、锐钛矿型和板钛矿型。锐钛矿含量为70％的二氧化钛是指二氧化钛晶体结构的70％为锐钛矿。剩下的30％主要是金红石，只有少量为板钛矿。由于锐钛矿型二氧化钛对光催化反应表现出高活性，所以锐钛矿含量为70％或更高的二氧化钛可以提供充分的杀菌和除臭效果。
光催化剂用于杀菌或除臭。掺杂有金属或金属氧化物的二氧化钛可单独或组合用作光催化剂，所述金属例如铁(III)(Fe3+)、钒(V)、钼(Mo)、铌(Nb)、铂(Pt)等，所述金属氧化物例如二氧化钛、二氧化硅(SiO2)、五氧化二钒(V2O5)、氧化钨(WO3)等。
按组合物总重量计，光催化剂含量可以为0.1至2重量％。如果该含量更大，则可能不利地影响容器的模制性和强度。而如果该含量更小，则难以达到杀菌和除臭的效果。
在本公开内容的一个示例性实施方案中，脱模剂可以是选自以下中的一种或更多种：柠檬酸十八烷醇酯和柠檬酸镁。
按组合物总重量计，脱模剂的含量可以为0.5至5重量％。如果该含量更大，则可能不利地影响容器的模制性。而如果该含量更小，则模制容器可能无法从模具中脱离。
在本公开内容的一个示例性实施方案中，溶剂可以选自：水、醇、碱性水溶液以及酸性水溶液。特别地，可以使用水。
本公开内容还提供通过加热和压缩所述组合物成形为期望形状的淀粉容器。
本公开内容还提供一种用于制造淀粉容器的方法，包括：制备用于淀粉容器的组合物，所述组合物包含：20至60重量％的未改性淀粉、5至30重量％的纸浆纤维粉末、0.1至2重量％的光催化剂、0.5至5重量％的脱模剂、0.01至5重量％的胶囊型发泡剂、以及余量的溶剂；和将所述组合物注入到加热到100℃至300℃、具体地150℃至250℃的模制装置中，以及在0.5kgf/cm2至10kgf/cm2，特别是3kgf/cm2至6kgf/cm2压缩，从而将所述组合物成形为具有期望形状的容器。通过压缩的成形可以进行5秒至5分钟，特别是20秒至5分钟。
在下文中将通过实施例、比较例和测试实施例详细描述本公开内容。然而，以下实施例、比较例和测试实施例仅用于举例说明的目的，对于本领域普通技术人员而言明显的是本公开内容的范围不受所述实施例、比较例和测试实施例限制。
[实施例1至4]用于成形淀粉容器的组合物的制备
将未改性的带负电的玉米淀粉、纸浆纤维粉末、作为光催化剂的锐钛矿含量为70％或更高的二氧化钛、作为脱模剂的硬脂酸镁、胶囊型发泡剂以及水按表1所述混合，在双夹套加热搅拌机中搅拌10分钟，以制备用于成形淀粉容器的组合物。
在表1中描述了实施例1至4的组合物。
[表1]
[比较例5至8]用于成形淀粉容器的组合物的制备
将未改性的带负电的玉米淀粉、纸浆纤维粉末、作为光催化剂的锐钛矿含量为70％或更高的二氧化钛、作为脱模剂的硬脂酸镁、有机发泡剂以及水按表2所述混合，并在双夹套加热搅拌机中搅拌10分钟，以制备用于成形淀粉容器的组合物。
在表2中描述了比较例5至8的组合物。
[表2]
[比较例9至12]用于成形淀粉容器的组合物的制备
将未改性的带负电的玉米淀粉、纸浆纤维粉末、作为光催化剂的锐钛矿含量为70％或更高的二氧化钛、作为脱模剂的硬脂酸镁、无机发泡剂以及水按表3所述混合，并在双夹套加热搅拌机中搅拌10分钟，以制备用于成形淀粉容器的组合物。
在表3中描述了比较例9至13的组合物。
[表3]
[测试实施例1]用于成形淀粉容器的组合物的物理性质
在240℃和6kgf/cm3的条件下，使用模制装置将在实施例1至4和比较例5至13中制备的组合物模制成容器形状的制品。
如下评价所述模制品的物理性质。
关于模制性，◎是指表面平滑无皱起或小孔，O是指表面相对粗糙但是无皱起或小孔，以及X是指表面有皱起或小孔或者不能模制。
重量减少(％)是指实施例1至4以及比较例5至13的容器形状的模制品相对于比较例9的容器形状的模制品的重量减少。
模制时间是指在模制装置中进行模制时，干燥容器形状的模制品所需的时间。
通过使用杆状单元(rod cell)以2mm/s的速度从两侧压缩容器形状的模制品来测量压缩强度。测量模制品失效时的该强度。◎是指压缩强度为5kg·m/s2或更高，O是指压缩强度为3.5kg·m/s2或更高，X是指压缩强度为低于3.5kg·m/s2。
由三个小组(panel)测试了令人不快的气味，他们测试了除淀粉特有的气味以外是否有令人不快的气味。N是指没有令人不快的气味，Y是指有令人不快的气味。
关于褐变，将容器形状的模制品的颜色与标准组合物(玉米淀粉38％，纸浆粉末14％，水46％)的颜色进行比较。N是指没有褐变，Y是指有褐变。
如下评价脱模性质。使用实施例和比较例的组合物模制100个容器样品，与此同时对粘附在上部铸模而不落到下部铸模的容器样品数目进行计数。
表4示出了测试实施例1至4和比较例5至13的模制性、重量减少、模制时间、压缩强度、令人不快的气味、褐变以及脱模性质的结果。
[表4]
其中没有使用发泡剂的比较例9在模制性、压缩强度、令人不快的气味、褐变以及脱模性质方面显示出良好的结果，但是在重量减少和模制时间方面显示出最差的结果。
其中使用有机发泡剂的比较例5至8显示出3％至12％的重量减少，并且显示出严重的令人不快的气味和颜色改变。
其中使用无机发泡剂的比较例10至13显示出5％至22％的重量减少，并且显示出严重的令人不快的气味和褐变。
其中使用胶囊型发泡剂的实施例1至4显示出很好的模制性，并且还在压缩强度、令人不快的气味、褐变以及脱模性质方面显示出良好的结果。特别地，相对于比较例9，重量减少为20％至53％。此外，与比较例9相比，模制时间减少了25至35秒。因此，可以降低材料成本和能量成本。
尽管已示出并且描述了示例性实施方案，但是本领域技术人员将理解，可以对其形式和细节进行多种改变，而不脱离由所附权利要求书限定的本公开内容的精神和范围。
工业实用性
根据本公开内容的用于淀粉容器的组合物可以用于制造轻质的并且具有改进的模制性的淀粉容器产品。

Claims (10)

1.一种用于制造淀粉容器的方法，包括：
制备用于淀粉容器的组合物，所述组合物包含：20至60重量％的未改性淀粉；5至30重量％的纸浆纤维粉末；0.1至2重量％的光催化剂；0.5至5重量％的脱模剂；0.01至5重量％的胶囊型发泡剂；和余量的溶剂；以及
将所述组合物注入到加热至240℃至300℃的模制装置中，并在0.5kgf/cm2至10kgf/cm2下压缩，从而将所述组合物形成为具有期望形状的容器，
其中所述胶囊型发泡剂包含：含有烃作为发泡剂的内部部分；和含有热塑性材料的外部部分，
其中所述烃是在所述热塑性材料的软化点或在低于所述热塑性材料的软化点气化的材料，所述热塑性材料是能够承受300kg/cm2或更高压力的材料。
2.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述烃选自：丙烷、丙烯、丁烯、正丁烷、异丁烷、异戊烷、新戊烷、正戊烷、正己烷、异己烷、庚烷、辛烷、壬烷以及癸烷。
3.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述热塑性材料选自：基于腈的单体、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯以及乙酸乙烯酯。
4.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述胶囊型发泡剂的颗粒大小为3μm至50μm。
5.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述未改性淀粉是选自以下中的一种或更多种：玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、木薯淀粉以及甘薯淀粉。
6.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述纸浆纤维粉末的纤维长度为10μm至500μm。
7.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述光催化剂是锐钛矿含量为70％或更高的二氧化钛。
8.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述脱模剂是选自以下中的一种或更多种：柠檬酸单十八烷醇酯和柠檬酸镁。
9.根据权利要求1所述的用于制造淀粉容器的方法，其中所述溶剂是选自以下中的一种：水、醇、碱性水溶液以及酸性水溶液。
10.一种通过加热与压缩根据权利要求1至9中任一项所述方法形成的组合物形成为期望形状的淀粉容器。
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