CN107556773A - 一种可降解的生物基发泡缓冲材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可降解的生物基发泡缓冲材料及其制备方法，由生物质原料、聚烯烃、成核剂、发泡剂、增塑剂、交联剂、润滑剂、热稳定剂、水等经混匀、挤出或模压膨化发泡成型得到，其中增容剂和交联剂由一种或几种助剂复合组成。本发明制备的可降解生物基发泡缓冲材料生物降解率可达60％以上，达到了降解塑料的标准，发泡产品的密度在0.01‑0.15g/cm3之间，质轻回弹性好，可替代聚乙烯（以下简称EPE）、聚苯乙烯（以下简称EPS）发泡材料，用于食品、化妆品、工艺品和工业品等包装。本发明制备工艺简单，经济环保，不需要专门的复杂设备，只需将特殊方式预处理好的材料通过普通的螺杆挤出机或模压即可发泡成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物基发泡缓冲材料及其制备方法，具体涉及一种可用于食品、化妆品和工业品包装的可降解生物基发泡缓冲材料及其制备方法，属于化工技术领域。
背景技术
目前全球的各项不可再生资源面临匮乏，世界各国为解决资源与环境之间的矛盾都把主要研究方向放到了绿色材料上面，通过对可再生资源进行合理的研究开发，使其在各项功能上接近或者超越由不可再生资源开发出来的材料。
在缓冲包装领域，较早使用的缓冲材料是瓦楞纸板，但是由于形状以及其他方面的原因，缓冲性能不是特别理想，部分被EPS取代。对于EPS来说，解决了前述材料的不足，可是依然没有特别良好的废旧处理方式，难于降解腐烂最终对环境造成了特别严重的污染。而后国内外专家研究的取代材料是纸浆模塑制品，它是以废纸纤维为主要原料，通过可排水的各种形状的金属网模，再压实干燥，形成可长期保持形状不变的纸制品。应用于家电、工业仪表、玻璃、陶瓷等各种行业，但是由于其制品密度过大，缓冲性能远低于EPS泡沫材料，受到模具结构及加工的影响，目前只能制作小型包装衬垫，而制作大型产品的包装衬垫仍然是EPS泡沫材料，并且生产过程中的废水对环境页造成很大污染。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可降解的生物基发泡缓冲材料及其制备方法，性能可以和EPS泡沫制品比拟，该方法中生物基的添加量达到60％以上，并且生产工艺简单，制备的泡沫缓冲材料密度低，抗拉强度增高和回弹性良好，使用性能优越、价格较低。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种生物基发泡缓冲材料，由下述原料按质量份数经混匀、挤出或模压膨化成型得到，其原料及质量份数为：50-90份生物质原料、5-20份聚烯烃、1-5份成核剂、1-3份发泡剂、3-10份增塑剂、2-5份交联剂、1-3份润滑剂、1-5份热稳定剂、5-20份水。
作为优选方案，所述的生物基发泡缓冲材料，其特征在于：由以下原料按质量份数制备而成：60份生物质原料、10份聚烯烃、3份发泡剂、5份增塑剂、3份成核剂，3份交联剂，3份润滑剂、3份热稳定剂、10份水。
具体的，所述的生物基原料为改性植物纤维、淀粉、木质素中的一种或几种。改性植物纤维的制备方法为：将植物纤维、淀粉、木质素中的一种或多种粉碎至2000目以上，得到超细粉料，然后加入1-3％的蛋氨酸，在高混机中75-85℃强力搅拌混匀，进行表面改性处理1～2小时，得改性生物基原料。制备时，先将水加入到生物基原料中，使其含水量为14%。
所述的聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸中的一种或几种，按质量比混合均匀得到；所述的成核剂为碳酸钙、滑石粉、钛白粉、苯甲酸钠中的一种或几种，按质量比混合均匀得到；所述的发泡剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酰胺中的一种或几种，按质量比混合均匀得到；所述的增塑剂为甘油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或几种，按质量比混合均匀得到。
所述的交联剂为硅烷偶联剂、钛酸偶联剂、铝酸酯偶联剂、二叔丁基过氧化异丙基苯、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种，按质量比混合均匀得到。
所述的润滑剂为液体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、聚丙烯蜡中的一种或几种，按质量比混合均匀得到；所述的热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡的一种或几种，按质量比混合均匀得到。
本发明还提供上述的生物基发泡缓冲材料的制备方法。
上述可降解的生物基发泡缓冲材料的制备方法一，包括以下步骤：
(1)将原料全部加入高速混合机中，在75-120℃，高速搅拌15-35min，降温出料得到均相体料；
(2)将上述搅拌好的均相体料加入到双螺杆挤出机中，在70-170℃温度下挤出发泡，螺杆前半部分螺纹较深温度低后半部分螺纹较浅温度高，物料快速通过螺杆时由高压到低压，物料在水蒸气和发泡剂的作用下在模口处快速膨胀发泡，冷却后即得。
步骤(2)具体为：将预搅拌好的均相体料加入到双螺杆挤出机中，螺杆温度设置为70-170℃温度，按每个加热区间温差20℃设置，控制螺杆前半部分处于较低温度，后半部分处于较高温度，尽可能使物料快速通过螺杆，物料被挤出后瞬间由高压到低压，物料在水蒸气和发泡剂的作用下在模口处快速膨胀发泡，经冷风机冷却后即得。
上述可降解的生物基发泡缓冲材料的制备方法二，包括以下步骤：
(1)将原料全部加入高速混合机机中75-85℃，高速搅拌混匀，得到均相体料；
(2)将搅拌好的均相体料加入到普通螺杆挤出机，在80-110℃温度下，挤出造粒得到预发泡粒料；
(3)将预发泡粒料称重后放入发泡模具中，设定上模温度175-185℃，下模温度180-200℃，压力6 -10MPa，合模后保压成型20-40秒，泄压保温干燥80-120s，脱模冷却后取出制品即得。
步骤(3)具体为：降解植物纤维发泡粒料称重后放入模具中，设定上模温度175℃，下模温度195℃，压力9MPa，合模后保压成型35s后泄压保温干燥120s，脱模冷却后取出制品即得。
有益效果：本发明提供的一种可降解的生物基发泡缓冲材料及其制备方法，具有以下优点：（1）本发明以生物基物质为主要原料，经超细粉碎后再经过蛋氨酸进行表面改性而得到，经过改性后的生物基物质消除了其内部的多孔结构，且增加了生物基物质与其他助剂的相容性，提高了生物基物质在制备可降解生物基发泡缓冲材料中的使用量；
（2）本发明以生物基物质为主要原料，配合聚烯烃、成核剂、发泡剂、增塑剂、交联剂、润滑剂、热稳定剂、水等辅料或助剂制备可降解的生物基发泡缓冲材料。各材料之间相互协同，不仅使生物基物质交联形成稳定的网状结构并具有良好的加工性能，满足了泡沫材料的一般要求，同时还提高了产品的抗拉强度和弹性模量；
（3）本发明制备的可降解的生物基发泡缓冲材料发泡倍率在10-40倍之间，其密度 ≤0.015g/m3，达到EPS泡沫塑料的要求。其抗拉强度 ≥ 2.0MPa，其弹性模量 ≥ 400MPa，抗拉强度和弹性模量性能优异。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
复合交联剂的制备：将硅烷偶联剂、钛酸偶联剂、铝酸酯偶联剂、二叔丁基过氧化异丙基苯、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种混合均匀得复合交联剂13kg，用于下面的实施例。
复合发泡剂的制备：将碳酸氢钠、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酰胺中的一种或几种混合均匀得复合发泡剂16kg，用于下面的实施例。
实施例1
(1)将60Kg植物纤维超级精细粉碎至2500目，加入0.7kg蛋氨酸混合，在高混机中80℃，强力搅拌混匀，进行表面改性处理1小时，得改性植物纤维60.7kg，加水适量使其保持14%含水量；
(2)将改性植物纤维70.7kg，玉米淀粉5kg，聚丙烯5kg，纳米碳酸钙3kg，复合交联剂3kg，复合发泡剂3kg，硬脂酸钙3kg，液体石蜡3kg，甘油5kg加入在高混机中80℃，强力搅拌混匀，得均相体料，；
(3)将预搅拌好的均相体料加入到双螺杆挤出机中，螺杆温度设置为70-170℃温度，按每个加热区间温差20℃设置，控制螺杆前半部分温度处于较低温度，后半部分温度处于较高温度，尽可能使物料快速通过螺杆，物料被快速挤出后瞬间由高压到低压，物料在水蒸气和发泡剂的作用下在模口处快速膨胀发泡得到本发明材料。
实施例2：
(1)将75Kg玉米秸秆纤维经超级精细粉碎至2500目，加入2.25kg蛋氨酸混合，在高混机中80℃，强力搅拌混匀，进行纤维表面改性处理1小时，得改性玉米秸秆纤维77.25kg，加适当水使其保持14%含水量；
(2)将改性玉米秸秆纤维77.25kg，淀粉5kg，聚乙烯10kg，纳米碳酸钙5kg，复合交联剂3kg，复合发泡剂3kg，硬脂酸锌3kg，液体石蜡3kg，加入在高混机中80℃，强力搅拌混匀，得均相体料；
(3)将搅拌好的均相体料用双螺杆挤出机在在80-110℃温度下，挤出造粒得到预发泡粒料；
(4)将预发泡粒料称重后放入模具中，设定上模温度175℃，下模温度195℃，压力9MPa，合模后保压成型35秒后泄压保温干燥120s，脱模冷却后取出制品即得到本发明材料。
实施例3：
(1)将78kg麦杆纤维经超级精细粉碎至2000目，加入1.56kg蛋氨酸混合，在高混机中80℃，强力搅拌混匀，进行纤维表面改性处理1小时，得改性麦杆纤维79.56kg，加适当水使其保持14%含水量；
(2)将改性麦杆纤维79.56kg，淀粉8kg，聚丙烯7kg，纳米碳酸钙3kg，复合交联剂2kg，复合发泡剂2kg，硬脂酸钡2kg，液体石蜡2kg，加入在高混机中80℃，强力搅拌混匀，得均相体料；
(3)将搅拌好的均相体料用双螺杆挤出机在在80-110℃温度下，挤出造粒得到预发泡粒料；
(4)将预发泡粒料称重后放入模具中，设定上模温度175℃，下模温度195℃，压力9MPa，合模后保压成型35s后泄压保温干燥120s，脱模冷却后取出制品即得到本发明材料。
实施例4：
(1)将73kg稻草纤维经超级精细粉碎至2000目，加入2.19kg蛋氨酸混合，在高混机中80℃，强力搅拌混匀，进行纤维表面改性处理1小时，得改性麦杆纤维75.19kg，加适当水使其保持14%含水量；
(2)将改性稻草纤维75.19kg，淀粉6kg，聚乳酸8kg份，纳米碳酸钙2kg，复合交联剂2kg，复合发泡剂1kg，硬脂酸钙3kg，液体石蜡3kg，加入在高混机中80℃，强力搅拌混匀，得均相体料；
(3)将预搅拌好的均相体料加入到双螺杆挤出机中，螺杆温度设置为70-170℃温度，按每个加热区间温差20℃设置，控制螺杆前半部分温度处于较低温度，后半部分温度处于较高温度，尽可能使物料快速通过螺杆，物料被快速挤出后瞬间由高压到低压，物料在水蒸气和发泡剂的作用下在模口处快速膨胀发泡得到本发明材料。
实施例5：
(1)将76Kg棉杆纤维经超级精细粉碎至3000目，加入1.52kg蛋氨酸混合，在高混机中80℃，强力搅拌混匀，进行纤维表面改性处理1小时，得改性棉杆纤维77.52kg，加适当水使其保持14%含水量；
(2)将改性棉杆纤维77.52kg，淀粉9kg，聚丁二酸乙二醇酯8kg份，纳米碳酸钙2kg，复合交联剂1kg，复合发泡剂2kg，硬脂酸锌3kg，液体石蜡2kg，加入在高混机中80℃，强力搅拌混匀，得均相体料；
((3)将搅拌好的均相体料用双螺杆挤出机在在80-110℃温度下，挤出造粒得到预发泡粒料；
(4)将预发泡粒料称重后放入模具中，设定上模温度175℃，下模温度195℃，压力9MPa，合模后保压成型35s后泄压保温干燥120s，脱模冷却后取出制品即得到本发明材料。
实施例6：
(1)将77kg甘蔗渣纤维经超级精细粉碎至2500目，加入2.31kg蛋氨酸混合，在高混机中80℃，强力搅拌混匀，进行纤维表面改性处理1小时，得改性甘蔗渣纤维79.31kg，加适当水使其保持14%含水量；
(2)将改性甘蔗渣纤维79.31kg，淀粉9kg，聚丁二酸乙二醇酯7kg份，纳米碳酸钙3kg，复合交联剂1kg，复合发泡剂3kg，硬脂酸2kg，液体石蜡2kg，加入在高混机中80℃，强力搅拌混匀，得均相体料；
(3)将预搅拌好的均相体料加入到双螺杆挤出机中，螺杆温度设置为70-170℃温度，按每个加热区间温差20℃设置，控制螺杆前半部分温度处于较低温度，后半部分温度处于较高温度，尽可能使物料快速通过螺杆，物料被快速挤出后瞬间由高压到低压，物料在水蒸气和发泡剂的作用下在模口处快速膨胀发泡得到本发明材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物基发泡缓冲材料，由下述原料按质量份数经混匀、挤出或模压膨化成型得到，其原料及质量份数为：50-90份生物质原料、5-20份聚烯烃、1-5份成核剂、1-3份发泡剂、3-10份增塑剂、2-5份交联剂、1-3份润滑剂、1-5份热稳定剂、5-20份水。
2.根据权利要求1所述的生物基发泡缓冲材料，其特征在于：由以下原料按质量份数制备而成：60份生物质原料、10份聚烯烃、3份发泡剂、5份增塑剂、3份成核剂，3份交联剂，3份润滑剂、3份热稳定剂、10份水。
3.根据权利要求1或2所述的生物基发泡缓冲材料，其特征在于：所述的生物基原料为改性植物纤维、淀粉、木质素中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的生物基发泡缓冲材料，其特征在于：所述的聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸中的一种或几种；所述的成核剂为碳酸钙、滑石粉、钛白粉、苯甲酸钠中的一种或几种；所述的发泡剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酰胺中的一种或几种；所述的增塑剂为甘油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的生物基发泡缓冲材料，其特征在于：所述的交联剂为硅烷偶联剂、钛酸偶联剂、铝酸酯偶联剂、二叔丁基过氧化异丙基苯、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的生物基发泡缓冲材料，其特征在于：所述的润滑剂为液体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、聚丙烯蜡中的一种或几种；所述的热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡的一种或几种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的生物基发泡缓冲材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料全部加入混合机中，在75-120℃，搅拌15-35min，降温出料得到均相体料；
(2)将上述搅拌好的均相体料加入到双螺杆挤出机中，在70-170℃温度下挤出发泡，螺杆前半部分螺纹较深温度低后半部分螺纹较浅温度高，物料快速通过螺杆时由高压到低压，物料在水蒸气和发泡剂的作用下在模口处快速膨胀发泡，冷却后即得。
8.根据权利要求7所述的生物基发泡缓冲材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)具体为：将预搅拌好的均相体料加入到双螺杆挤出机中，螺杆温度设置为70-170℃温度，按每个加热区间温差20℃设置，控制螺杆前半部分处于较低温度，后半部分处于较高温度，尽可能使物料快速通过螺杆，物料被挤出后瞬间由高压到低压，物料在水蒸气和发泡剂的作用下在模口处快速膨胀发泡，经冷风机冷却后即得。
9.根据权利要求1-6任一项所述的生物基发泡缓冲材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料全部加入混合机中75-85℃，搅拌混匀，得到均相体料；
(2)将搅拌好的均相体料加入到普通螺杆挤出机，在80-110℃温度下，挤出造粒得到预发泡粒料；
(3)将预发泡粒料称重后放入发泡模具中，设定上模温度175-185℃，下模温度180-200℃，压力6 -10MPa，合模后保压成型20-40秒，泄压保温干燥80-120s，脱模冷却后取出制品即得。
10.根据权利要求9所述的生物基发泡缓冲材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)具体为：降解植物纤维发泡粒料称重后放入模具中，设定上模温度175℃，下模温度195℃，压力9MPa，合模后保压成型35s后泄压保温干燥120s，脱模冷却后取出制品即得。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180109 |