CN105885445A

CN105885445A - 一种马铃薯淀粉竹长纤维复合发泡材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105885445A
Application number: CN201510163707.9A
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

本发明公开了一种马铃薯淀粉竹长纤维复合发泡材料及其制备方法。由马铃薯淀粉、长度在0.1~20mm的竹纤维、氧化钙、聚乙烯醇、白蔗糖、氢氧化钠、碳酸氢铵、碳酸氢钠、氢氧化铝、大豆油、石蜡组成。通过螺杆挤出机挤出发泡成型得到的产品。本发明产品具有高强度、防水耐腐性能好、容易成型加工、且可生物降解、无毒环保的优点。

Description

一种马铃薯淀粉竹长纤维复合发泡材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种生态环保缓冲包装材料，尤其涉及一种马铃薯淀粉竹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主要是以不能降解的泡沫塑料为主，如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、耐水性差、力学强度差。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，因此难溶、难熔，成型加工困难，并且其发泡材料容易变脆，回弹性差，耐水性也较差，一遇水或长期在潮湿空气中，容易吸收水分，其稳定性下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有淀粉基发泡材料成型加工困难、耐水防腐能力差、以及力学强度偏弱等缺点，以长竹纤维为骨架，以淀粉和其他添加剂为粘合剂，通过螺杆挤出方式，高效率连续生产出一类高回弹性能、可生物降解、防水防腐效果较好的复合发泡材料。

本发明的复合发泡材料，由马铃薯淀粉、长度在0.1~20mm（优选5mm左右）的竹纤维（可市购）、氧化钙、聚乙烯醇、白蔗糖、氢氧化钠、碳酸氢铵、碳酸氢钠、氢氧化铝、大豆油、石蜡组成。

各组分比例及制备步骤：

（1）取100份（质量份数）马铃薯淀粉与5~20份（优选10份）1~5%（优选2%）的氢氧化钠水溶液在高混机中共混5~30min（优选10min），然后静置2~24h（优选5h），待用；

（2）取100份长竹纤维与5~30份（优选15份）5~35%（优选15%）的氧化钙水溶液搅拌均匀，然后20~50℃（优选30℃）保温静置12~72h（优选36h），待用；

（3）取100份聚乙烯醇与5~15份（优选10份）水，在70~100℃（优选90℃）温度下在高混机内混合2min以上（优选2min），50~70℃（优选60℃）温度下保温待用；

（4）取步骤（1）处理后的淀粉40~90份（优选50份）、步骤（2）处理过的长竹纤维5~50份（优选20份）、步骤（3）处理过的聚乙烯醇5~50份（优选30份）、白蔗糖1~6份（优选3份）、碳酸氢铵1~5份（优选2份）、碳酸氢钠1~6份（优选3份）、氢氧化铝2~15份（优选8份）、大豆油1~15份（优选10份）、石蜡1~6份（优选3份），在高速混合机中共混5~15min（优选10min），待用；

（5）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110~180℃（优选140℃）、机头压力为5~20MPa（优选10MPa）、螺杆转速为80~110r/min（优选90 r/min）。

本发明充分利用了马铃薯淀粉来源广泛、粘合强度好、长竹纤维的力学性能好的优点，结合生态环保的偶联剂、交联剂、发泡剂、润滑剂等协同作用，采用合理的工艺步骤，利用高效、连续、快速的挤出成型方式，得到了性能优异、价格低廉的、生态环保的发泡材料。可广泛用于包装、建筑、隔音、保温等领域。本发明中，对淀粉进行处理后残余的氢氧化钠、对纤维进行处理后残余的氧化钙溶液、结合后面加入的氢氧化铝和白蔗糖，主要起协同交联作用，提高复合材料的耐水防腐性和力学强度，加工过程中加入的水、碳酸氢铵、和碳酸氢钠主要作为复合发泡剂，同时也对淀粉、纤维和聚乙烯醇起酯化、接枝等作用，大豆油和石蜡主要作为复合润滑剂，同时对制品表面有一定的疏水和光滑美观的作用。

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）马铃薯淀粉与5份浓度为1%的氢氧化钠水溶液在高混机中共混5min，然后静置2h待用；

（2）取100份长竹纤维（长度约为6mm左右）与5份浓度为5%的氧化钙水溶液搅拌均匀，然后20℃保温静置12h，待用；

（3）取100份聚乙烯醇与5份水，在70℃温度下在高混机内混合2min以上，50℃温度下保温待用；

（4）配一：取步骤（1）处理后的淀粉90Kg、步骤（2）处理过的长竹纤维5Kg、步骤（3）处理过的聚乙烯醇5Kg、白蔗糖1Kg、碳酸氢铵1Kg、碳酸氢钠2Kg、氢氧化铝4Kg、大豆油5Kg、石蜡2Kg，在高速混合机中共混10min，待用；

配二：取步骤（1）处理后的淀粉50Kg、步骤（2）处理过的长竹纤维20Kg、步骤（3）处理过的聚乙烯醇30Kg、白蔗糖3Kg、碳酸氢铵2Kg、碳酸氢钠3Kg、氢氧化铝8Kg、大豆油10Kg、石蜡3Kg，在高速混合机中共混10min，待用；

配三：取步骤（1）处理后的淀粉40Kg、步骤（2）处理过的长竹纤维35Kg、步骤（3）处理过的聚乙烯醇25Kg、白蔗糖4Kg、碳酸氢铵4Kg、碳酸氢钠5Kg、氢氧化铝15Kg、大豆油15Kg、石蜡6Kg，在高速混合机中共混10min，待用；

（5）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120℃、机头压力为10MPa，螺杆转速为90r/min。

制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及吸水率的对比如下表

实施例2：

（1）取100份（质量份数）马铃薯淀粉与10份浓度为2%的氢氧化钠水溶液在高混机中共混10min，然后静置5h，待用；

（2）取100份长竹纤维（长度为5mm左右）与15份浓度为15%的氧化钙水溶液搅拌均匀，然后30℃保温静置36h，待用；

（3）取100份聚乙烯醇与10份水，在90℃温度下在高混机内混合2min以上，60℃温度下保温待用；

（5）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120℃、机头压力为10MPa、螺杆转速90r/min。

实施例3：

（1）取100份（质量份数）马铃薯淀粉与20份浓度为5%的氢氧化钠水溶液在高混机中共混20min，然后静置24h，待用；

（2）取100份长竹纤维（长度为5mm左右）与20份浓度为35%的氧化钙水溶液搅拌均匀，然后30℃保温静置72h，待用；

（3）取100份聚乙烯醇与15份水，在90℃温度下在高混机内混合2min以上，60℃温度下保温待用；

（4）配一：取步骤（1）处理后的淀粉90Kg，步骤（2）处理过的长竹纤维5Kg，步骤（3）处理过的聚乙烯醇5Kg，白蔗糖1Kg，碳酸氢铵1Kg，碳酸氢钠2Kg，氢氧化铝4Kg，大豆油5Kg，石蜡2Kg，在高速混合机中共混10min，待用；

配二：取步骤（1）处理后的淀粉50Kg、步骤（2）处理过的长竹纤维20Kg、步骤（3）处理过的聚乙烯醇30Kg、白蔗糖3Kg、碳酸氢铵2Kg、碳酸氢钠3Kg、氢氧化铝8Kg、大豆油10Kg、石蜡3Kg、在高速混合机中共混10min，待用；

（5）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120℃、机头压力为10MPa、螺杆转速为90r/min。

Claims

1.一种马铃薯淀粉竹长纤维复合发泡材料及其制备方法，其特征在于：由马铃薯淀粉、长度在0.1~20mm的竹纤维、氧化钙、聚乙烯醇、白蔗糖、氢氧化钠、碳酸氢铵、碳酸氢钠、氢氧化铝、大豆油、石蜡组成。

2.权利要求1所述复合发泡材料及其制备方法，其特征在于各组分比例及制备步骤：

（1）取100份（质量份数）马铃薯淀粉与5~20份浓度为1~5%的氢氧化钠水溶液在高混机中共混5~30min，然后静置2~24h，待用；

（2）取100份长竹纤维与5~30份浓度为5~35%的氧化钙水溶液搅拌均匀，然后20~50℃保温静置12~72h，待用；

（3）取100份聚乙烯醇与5~15份水，在70~100℃温度下在高混机内混合2min以上，50~70℃温度下保温待用；

（4）取步骤（1）处理后的淀粉40~90份、步骤（2）处理过的长竹纤维5~50份、步骤（3）处理过的聚乙烯醇5~50份、白蔗糖1~6份、碳酸氢铵1~5份、碳酸氢钠1~6份、氢氧化铝2~15份、大豆油1~15份、石蜡1~6份，在高速混合机中共混5~15min，待用；

（5）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110~180℃、机头压力为5~20MPa、螺杆转速为80~110r/min。