CN107418169A - 可降解发泡包装材料及其制备方法 - Google Patents

可降解发泡包装材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解发泡包装材料，由以下重量份数的原料制成：聚‑β‑羟基丁酸酯40‑75份；聚丁二酸丁二醇酯8‑16份；改性植物纤维12‑42份；发泡剂1‑4份；无机粉体2‑4份；融合剂1‑6份；改性植物纤维是将植物纤维在2‑5MPa，220‑240℃，惰性气体保护下干燥至含水率为3‑5％；粉碎后在惰性气体保护下进行电磁辐射处理5‑10分钟得到。本发明可降解发泡包装材料具有较好的拉伸强度和断裂伸长率，具有耐冲击性能好，可生物降解、无环境污染等特点，可代替聚烯烃类发泡包装材料。

Description

可降解发泡包装材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生包装材料，具体地说涉及一种可降解发泡包装材料。
背景技术
塑料的用途特别广泛，比如塑料瓶，塑料包装，塑料袋等，我们生活中很多包装材料都是塑料制品。目前，世界上各种工业产品的缓冲包装物大多采用聚烯烃类的发泡材料制作，如发泡聚苯乙烯EPS、聚氯乙烯PVC等。由于这些材料的不可降解，造成了严重的“白色污染”，给环境带来了巨大的压力；再者，聚苯乙烯EPS以不可再生的石化资源为原料，而石化资源正面临着能源日益紧缺的危机。因此，这无疑是一种有悖于低碳经济和可持续发展的材料，寻求一种全新的、可降解的、环境友好型材料变得刻不容缓。
近年来，以农作物秸秆等植物纤维为主要成分的环保塑料材料的开发与应用逐渐兴起，然而，由于可降解塑料与天然纤维的相容性差，使得植物纤维增强和可降解塑料的发泡材料难以制备。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术缺陷，提供一种植物纤维与树脂界面相容性好，制备出的包装材料具有良好的拉伸强度和断裂伸长率，耐冲击性能好，可生物降解，无环境污染等特点，可代替聚烯烃类发泡包装材料的可降解发泡包装材料。
实现本发明的技术方案为：一种可降解发泡包装材料，由以下重量份数的原料制成：
所述改性植物纤维是将植物纤维在2-5MPa，220-240℃，惰性气体保护下干燥至含水率为3-5％；粉碎后在惰性气体保护下进行电磁辐射处理5-10分钟得到。
优选地，由以下重量份数的原料制成：
所述改性植物纤维是将植物纤维在2-5MPa，240℃，氮气保护下干燥至含水率为3％；粉碎至粒径过80目筛的植物纤维粉，在氮气保护下，用X射线辐射处理5-8分钟得到。
优选地，所述发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺中的一种或者一种以上的混合物。
优选地，所述无机粉体为滑石粉和碳酸钙中的一种或者一种以上的混合物。
优选地，所述融合剂为乙酸酐、邻苯二甲酸酐、聚醚胺的一种或者一种以上的混合物。
优选地，所述植物纤维为玉米秸秆、稻草、竹纤维、稻壳、大麻纤维、棉纤维、苎麻纤维中的一种或几种的混合物。
本发明还提供了上述可降解发泡包装材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维、发泡剂、无机粉体、融合剂称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维和融合剂，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入无机粉体和发泡剂，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明中，以聚-β-羟基丁酸酯(PHB)为基体，再用可降解的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和植物纤维作为增强材料，提高了包装材料的断裂伸长率、冲击强度和耐冲击性，并且对植物纤维进行改性后，有效保证不破坏植物纤维结构的情况下除去植物纤维结合水和游离水，使植物纤维亲水性降低，再通过惰性气体电磁辐射处理植物纤维，能够激发植物纤维表面活性点，使植物纤维活性大大提高，最后采用乙酸酐、邻苯二甲酸酐、聚醚胺等融合剂，能够使植物纤维表面亲水羟基基团的酯化、醚化和酰化，生成疏水性非极性化学官能基团，并具有热流动性，使植物纤维表面与塑料表面的溶解度相似，降低植物纤维与塑料表面的相斥性，使两者界面充分融合，避免材料受外力时，发生界面的断裂及分层，提高了复合包装材料的强度性能以及断裂、拉伸和抗冲击性能；发泡剂在加热过程中释放二氧化碳和氮气等气体，使材料成孔，形成发泡体；无机粉体的使用能够加快结晶速率，提高材料的表面光泽、抗拉强度、抗冲击性、抗蠕变性等机械性能；
2、以以聚-β-羟基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和植物纤维为主要原料，从而降低了生产成本；而且这两种主要原料都可完全生物降解，并可有效控制降解速率，从而无环境污染，属于理想的环境友好型材料，大大减少聚苯乙烯EPS、聚氯乙烯PVC等的使用，减少“白色污染”的产生；
3、本发明生产工艺简单，成本低，对仪器没有特殊要求，无需二次发泡，一次发泡即可完成，生产效率高。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)75份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)8份；
玉米秸秆12份；
碳酸氢铵2份；
滑石粉2份；
乙酸酐1份；
先将玉米秸秆做改性处理，在2-5MPa，240℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为5％；然后将粉碎至粒径过80目筛的玉米秸秆粉，在氮气保护下用X射线处理5分钟，得到改性的玉米秸秆粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性玉米秸秆粉、碳酸氢铵、滑石粉、乙酸酐称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性玉米秸秆粉和乙酸酐，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入滑石粉和碳酸氢铵，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
实施例2：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)70份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)10份；
竹纤维14份；
碳酸氢钠2份；
碳酸钙3份；
邻苯二甲酸酐1份；
先将竹纤维做改性处理，在2-5MPa，220℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为4％；然后将粉碎至粒径过80目筛的竹纤维粉，在氮气保护下用X射线处理10分钟，得到改性的竹纤维粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性竹纤维粉、碳酸氢钠、碳酸钙、邻苯二甲酸酐称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性竹纤维粉和邻苯二甲酸酐，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入碳酸钙和碳酸氢钠，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
实施例3：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)65份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)12份；
大麻纤维17份；
偶氮二甲酰胺2份；
滑石粉1份、碳酸钙1份；
邻苯二甲酸酐1份、聚醚胺1份；
先将大麻纤维做改性处理，在2-5MPa，240℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为3％；然后将粉碎至粒径过80目筛的大麻纤维粉，在氮气保护下用X射线处理5分钟，得到改性的大麻纤维粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性大麻纤维粉、偶氮二甲酰胺、滑石粉、碳酸钙、邻苯二甲酸酐和聚醚胺称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性大麻纤维粉和邻苯二甲酸酐和聚醚胺，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入滑石粉、碳酸钙和偶氮二甲酰胺，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
实施例4：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)60份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)14份；
苎麻20份；
碳酸氢钠1份；
滑石粉3份；
乙酸酐1份、聚醚胺1份；
先将苎麻做改性处理，在2-5MPa，240℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为5％；然后将粉碎至粒径过80目筛的苎麻粉，在氮气保护下用X射线处理10分钟，得到改性的苎麻粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性苎麻粉、碳酸氢钠、滑石粉、邻苯二甲酸酐和聚醚胺称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性苎麻粉和邻苯二甲酸酐和聚醚胺，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入滑石粉和碳酸氢钠，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
实施例5：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)55份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)16份；
稻草10份、稻壳13份；
偶氮二甲酰胺0.5份、碳酸氢钠0.5份；
滑石粉1份、碳酸钙1份；
乙酸酐1份、邻苯二甲酸酐1份、聚醚胺1份；
先将稻草和稻壳做改性处理，在2-5MPa，240℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为5％；然后将粉碎至粒径过80目筛的稻草和稻壳粉，在氮气保护下用X射线处理10分钟，得到改性的稻草和稻壳粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性稻草和稻壳粉、偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠、滑石粉和碳酸钙、乙酸酐、邻苯二甲酸酐和聚醚胺称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性稻草和稻壳粉、乙酸酐、邻苯二甲酸酐和聚醚胺，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入滑石粉和碳酸钙、偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
实施例6：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)45份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)10份；
棉纤维32份；
碳酸氢钠4份；
滑石粉4份；
聚醚胺1份、乙酸酐4份；
先将棉纤维做改性处理，在2-5MPa，240℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为5％；然后将粉碎至粒径过80目筛的棉纤维粉，在氮气保护下用X射线处理10分钟，得到改性的棉纤维粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性棉纤维粉、碳酸氢钠、滑石粉、邻苯二甲酸酐和聚醚胺称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性棉纤维粉、邻苯二甲酸酐和聚醚胺，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入滑石粉、碳酸氢钠，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
实施例7：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)40份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)8份；
玉米秸秆14份、稻草14份、竹纤维14份；
碳酸氢铵2份；
碳酸钙2份；
乙酸酐2份、邻苯二甲酸酐2份、聚醚胺2份；
先将玉米秸秆、稻草和竹纤维做改性处理，在2-5MPa，240℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为5％；然后将粉碎至粒径过80目筛的玉米秸秆、稻草和竹纤维粉，在氮气保护下用X射线处理10分钟，得到改性的植物纤维粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维粉、碳酸氢铵、碳酸钙、乙酸酐、邻苯二甲酸酐和聚醚胺称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维粉、乙酸酐、邻苯二甲酸酐和聚醚胺，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入碳酸钙、碳酸氢铵，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
实施例8：
本实施例可降解发泡包装材料的原料由以下重量份数：
聚-β-羟基丁酸酯(PHB)40份；
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)16份；
大麻纤维12份、棉纤维12份、苎麻纤维12份；
偶氮二甲酰胺2份；
碳酸钙2份；
邻苯二甲酸酐2份、聚醚胺2份；
先将大麻纤维、棉纤维和苎麻纤维做改性处理，在2-5MPa，240℃，氮气保护下，在烘干箱中干燥至含水率为5％；然后将粉碎至粒径过80目筛的大麻纤维、棉纤维和苎麻纤维粉，在氮气保护下用X射线处理10分钟，得到改性的植物纤维粉；
本实施例中可降解发泡包装材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维粉、偶氮二甲酰胺、碳酸钙、乙酸酐和聚醚胺称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维粉、乙酸酐和聚醚胺，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入碳酸钙、偶氮二甲酰胺，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可降解发泡包装材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：
所述改性植物纤维是将植物纤维在2-5MPa，220-240℃，惰性气体保护下干燥至含水率为3-5％；粉碎后在惰性气体保护下进行电磁辐射处理5-10分钟得到。
2.根据权利要求1所述可降解发泡包装材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：
所述改性植物纤维是将植物纤维在2-5MPa，240℃，氮气保护下干燥至含水率为3％；粉碎至粒径过80目筛的植物纤维粉，在氮气保护下，用X射线辐射处理5-8分钟得到。
3.根据权利要求1所述可降解发泡包装材料，其特征在于：所述发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺中的一种或者一种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述可降解发泡包装材料，其特征在于：所述无机粉体为滑石粉和碳酸钙中的一种或者一种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述可降解发泡包装材料，其特征在于：所述融合剂为乙酸酐、邻苯二甲酸酐、聚醚胺的一种或者一种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述可降解发泡包装材料，其特征在于：所述植物纤维为玉米秸秆、稻草、竹纤维、稻壳、大麻纤维、棉纤维、苎麻纤维中的一种或几种的混合物。
7.一种权利要求1至6任一项可降解发泡包装材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)按配方比例将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维、发泡剂、无机粉体、融合剂称取备料；
(2)在温度为120-170℃，转速为100-300r/min条件下，将聚-β-羟基丁酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、改性植物纤维和融合剂，搅拌30-45min，得到混合物Ⅰ；往混合物Ⅰ中加入无机粉体和发泡剂，在100-120℃，转速700-1000转/分钟，搅拌10-20分钟，得到混合物Ⅱ；
(3)惰性气体保护下，在烘干箱中80-100℃条件下，将混合物Ⅱ烘干，得到初混物，将初混物放入10-40MPa，120-200℃的硫化机上进行压膜发泡5-10分钟，即得到。
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