CN105885105A

CN105885105A - 一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105885105A
Application number: CN201510163777.4A
Authority: CN
Inventors: 曾广胜
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明公开了一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法。是以小麦淀粉和剑麻长纤维为主要原料，配合其他添加剂，利用生物、物理、化学等方法原理，采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出发泡的连续成型方式，得到一种淀粉长纤维基复合发泡材料，以实现提高发泡制品的拉伸强度、韧性、回弹性和抗压能力，同时具有防水防腐抗菌的效果。

Description

一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超高拉伸强度环保缓冲包装材料，尤其涉及一种小麦淀粉剑麻长纤维复合发泡材料及其制备方法。

背景技术

目前大量使用的缓冲包装材料仍是以不能降解的泡沫塑料为主，主要有EPS、EPP、聚氨酯等泡沫塑料，由于其很难降解，因此，形成了严重的城市“白色污染”。现有可降解的缓冲包装材料主要还是纸制品，但纸制品成本较高、密度大、缓冲性能差、力学性能差。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，因此是目前广泛使用的一类可生物降解的天然高分子原料之一。其来源广泛（玉米淀粉、马铃薯淀粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉等），且价格低廉等优点。但是淀粉分子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链间形成氢键，同时淀粉结晶度高，难溶、难熔，很难成型加工，并且其发泡材料性脆，回弹性差、防腐抗菌性能也较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有完全生物降解发泡材料成型加工困难、强度低、缓冲效果差的缺点，充分利用小麦淀粉韧性好、剑麻长纤维强度优异的特点，以小麦淀粉和剑麻长纤维为主要原料，针对小麦淀粉和剑麻纤维的特点，配合其他添加剂，利用生物、物理、化学等方法原理，采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出发泡的连续成型方式，得到一种淀粉长纤维基复合发泡材料，以实现提高发泡制品的拉伸强度、韧性、回弹性和抗压能力，同时具有防水防腐抗菌的效果。

本发明的复合发泡材料，由小麦淀粉、长度在10~20mm（优选15mm）剑麻长纤维、乙醇（工业纯）、氯化钠、氯化镁、高锰酸钾、麦芽糖（市场购买）、钛白粉、氧化锌、水、甘油、碳酸氢钠组成。

各组分比例及制备步骤：

（1）取100份（质量份数）剑麻纤维（市场购买）、10~30份（优选20份）浓度为1~3%（优选2%）高锰酸钾水溶液，共混30~60min（优选45min），然后在50~70℃（优选60℃）烘干1~3h（优选2h），然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、150~250℃（优选200℃）、5~10MPa（优选7MPa）处理1~3h（优选2h），自然冷却后取出密封待用；

（2）取100份小麦淀粉、3~5份（优选4份）乙醇、0.5~1.5份（优选1份）氯化钠、0.5~1.5份（优选1份）氯化镁、1~5份（优选3份）麦芽糖、15~35份（优选30份）水，放入反应釜中，在30~60℃（优选50℃）下、20~60 r/min（优选40 r/min）搅拌1~3h（优选2h），自然冷却后密封待用；

（3）取步骤（1）处理后的剑麻纤维30~45份（优选35份）、步骤（2）处理过的淀粉55~70份（优选65份）、800~1200目（优选1000目）钛白粉3~10份（优选6份）、2000~3000目（优选2500目）氧化锌5~8份（优选6份）、3~10份（优选5份）碳酸氢钠、3~7份（优选5份）甘油、5~10份（优选6份）水，在高速混合机中共混10~30min（优选15min），密封待用；

（4）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为140~180℃（优选160℃）、机头压力20~50MPa（优选30MPa）、螺杆转速70~90r/min（优选80 r/min）。

本发明充分利用小麦淀粉韧性好、粘合强度高、剑麻长纤维强度非常高的特点，以乙醇、麦芽糖、氯化钠、氯化镁等作为糊化和交联剂，使用特定工艺对淀粉进行改性，然后与特殊处理过的剑麻纤维混合，钛白粉作为增强剂、润滑剂、以及进一步的交联引发剂，氧化锌主要作为抗菌剂，甘油和水主要作为润滑剂，有利于制品成型加工，同时与钛白粉协同作用，改进制品表观质量，碳酸氢钠和水作为复合发泡剂，有利于复合材料的泡孔形成与长大，最后通过螺杆挤出，得到高强度、防腐抗菌的环保发泡制品。

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）取100份（质量份数）剑麻纤维（市场购买）、10份浓度为1%高锰酸钾水溶液，共混30min，然后在50℃烘干1h，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、150℃、5MPa处理1h，自然冷却后取出密封待用；

（2）取100份小麦淀粉、3份乙醇、0.5份氯化钠、0.5份氯化镁、1份麦芽糖、15份水、放入反应釜中，在30℃下、20 r/min搅拌1h，自然冷却后密封待用；

（3）配一：取步骤（1）处理后的剑麻纤维30份、步骤（2）处理过的淀粉70份、800目钛白粉3份、2000目氧化锌5份、3份碳酸氢钠、3份甘油、5份水，在高速混合机中共混10min，密封待用；

配二：取步骤（1）处理后的剑麻纤维35份、步骤（2）处理过的淀粉65份、1000目钛白粉6份、2500目氧化锌6份、5份碳酸氢钠、5份甘油、6份水，在高速混合机中共混15min，密封待用；

配三：取步骤（1）处理后的剑麻纤维45份、步骤（2）处理过的淀粉55份、1200目钛白粉10份、3000目氧化锌8份、10份碳酸氢钠、7份甘油、10份水，在高速混合机中共混30min，密封待用；

（4）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为160℃、机头压力30MPa、螺杆转速80 r/min。

制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及抗菌率的对比如下

实施例2：

（1）取100份（质量份数）剑麻纤维（市场购买）、20份浓度为2%高锰酸钾水溶液，共混45min，然后在60℃烘干2h，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、200℃、7MPa处理2h，自然冷却后取出密封待用；

（2）取100份小麦淀粉、4份乙醇、1份氯化钠、1份氯化镁、3份麦芽糖、30份水，放入反应釜中，在50℃下，40 r/min搅拌2h，自然冷却后密封待用；

（3）配一：取步骤（1）处理后的剑麻纤维30份、步骤（2）处理过的淀粉70份、800目钛白粉3份、2000目氧化锌5份、3份碳酸氢钠、3份甘油、5份水、在高速混合机中共混10分钟、密封待用；

实施例3：

（1）取100份（质量份数）剑麻纤维（市场购买）、30份浓度为3%高锰酸钾水溶液，共混60min，然后在70℃烘干3h，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、250℃、10MPa处理3h，自然冷却后取出密封待用；

（2）取100份小麦淀粉、5份乙醇、1.5份氯化钠、1.5份氯化镁、5份麦芽糖、35份水，放入反应釜中，在60℃下、60 r/min搅拌3h，自然冷却后密封待用；

Claims

1.一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于：由小麦淀粉、长度在10~20mm剑麻长纤维、乙醇、氯化钠、氯化镁、高锰酸钾、麦芽糖、钛白粉、氧化锌、水、甘油、碳酸氢钠组成。

2.权利要求1所述复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，包括以下组分及步骤：

（1）取100份（质量份数）剑麻纤维，10~30份浓度为1~3%高锰酸钾水溶液，共混30~60min，然后在50~70℃烘干1~3h，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、150~250℃、5~10MPa处理1~3h，自然冷却后取出密封待用；

（2）取100份小麦淀粉、3~5份乙醇、0.5~1.5份氯化钠、0.5~1.5份氯化镁、1~5份麦芽糖、15~35份水，放入反应釜中，在30~60℃下，20~60 r/min搅拌1~3h，自然冷却后密封待用；

（3）取步骤（1）处理后的剑麻纤维30~45份、步骤（2）处理过的淀粉55~70份、800~1200目钛白粉3~10份、2000~3000目氧化锌5~8份、3~10份碳酸氢钠、3~7份甘油、5~10份水，在高速混合机中共混10~30min，密封待用；

（4）将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为140~180℃、机头压力20~50MPa、螺杆转速70~90r/min。