CN108192370A - 一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，属于包装材料制备技术领域。本发明以柚子内表皮切片与玉米淀粉粒料热压得到热压片，热压片在乳酸菌的发酵下，发酵后经发泡得到可降解高强度缓冲包装材料，柚子内果皮的密度由外向内递减，以柚子皮作为缓冲包装材料的骨架结构可使包装材料受到冲击或压缩应力后能够吸收更多的能量，发泡后的膨胀多孔结构填充韧性较强的聚乳酸和纸质纤维，使得缓冲包装材料的力学强度提高；本发明柚子皮中富含柚皮苷，具有抗氧化杀菌功能，填充的贝壳粉不仅能增强缓冲包装材料，缓冲包装材料内部聚乳酸主链上含有易水解的酯键，使缓冲包装材料具有良好的降解性能，在绿色环保方面具有重大意义。

Description

一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，属于包装材料制备技术领域。
背景技术
普通的纸经过折叠弄皱后已具有不错的缓冲作用，但胡乱随意的方法，不能保证满足严格的包装要求。这种包装是将一种长纤维、高韧度的牛皮纸通过专用的设备打成纸团，对产品进行固位、包裹或填充，从而起到对产品的缓冲保护。
缓冲包装又称防震包装，在各种包装方法中占有重要的地位。产品从生产出来到开始使用要经过一系列的运输、保管、堆码和装卸过程，置于一定的环境之中。在任何环境中都会有力作用在产品之上，并使产品发生机械性损坏。为了防止产品遭受损坏，就要设法减小外力的影响，所谓缓冲包装就是指为减缓内装物受到冲击和振动，保护其免受损坏所采取的一定防护措施的包装。
泡沫塑料由于其良好的缓冲性能和吸振性能成为近代广泛使用的缓冲材料。泡沫塑料具有重量轻、易加工、保护性能好、适应性广、价廉物美等优势，但是也存在着体积大、废弃物不能自然风化、焚烧处理会产生有害气体、力学强度低等缺点。在环境污染严重、自然界资源匮乏的情况下泡沫塑料对环境的危害引起人们的极大重视。虽然随着科技的发展已经研制出降解的塑料，但是这种塑料价格昂贵，处理的条件要求严格，且不能百分之百地降解，这种可降解塑料的大范围推广应用受到限制。因此，发明一种降解性能好、力学性能好的缓冲包装材料对包装材料制备技术领域具有积极意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对缓冲包装材料中聚苯乙烯泡沫塑料降解性能差、力学强度低的缺陷，提供了一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将柚子切开除去果囊得到柚子皮，将柚子皮的外果皮切除，得到柚子的内果皮，将内果皮切成切片，置于氯化钠溶液中，加热升温，浸泡，自然冷却至室温后，取出切片，用清水洗涤切片，挤出切片中的水，重复洗涤，得到预处理切片；
（2）将300～350g玉米粒置于400～500mL亚硫酸溶液中浸泡，取出浸泡后的玉米粒，将玉米粒置于盘式破碎机中破碎，得到玉米糊，将玉米糊过离心筛后，得到过筛玉米糊，置于烘箱中加热升温，干燥，得到粗玉米淀粉；
（3）将粗玉米淀粉置于淀粉耙式真空干燥机中，加热升温，真空干燥，得到干燥玉米淀粉，将干燥玉米淀粉、甘油和水混合，置于高速分散机中，分散得到分散淀粉料；
（4）将分散淀粉料置于密封袋中保存，静置后，倒入双螺杆挤出机中，挤出得到淀粉粒料，将淀粉粒料均匀铺撒在预处理切片表面，置于热压机中热压，得到热压片；
（5）配置纸浆置于烧杯中，搅拌后，将纸浆与羟甲基纤维素混合得到混合浆液，将混合浆液置于真空泵中抽滤，直至无水滴落下，得到混合基料；
（6）按重量份数计，将30～40份混合基料、10～12份贝壳粉、40～50份热压片、20～25份水、5～10份乳酸菌置于密封发酵罐中，静置，得到发酵产物，将发酵产物置于模具中，向模具中加入8～10份偶氮二甲酰胺，再将模具置于鼓风干燥箱中，加热升温，发泡干燥，脱模得到可降解高强度缓冲包装材料。
步骤（1）所述的切片尺寸为8cm×10cm×2cm，氯化钠溶液的质量分数为15%，加热升温后温度为50～70℃，浸泡时间为45～55min，重复洗涤次数为3～5次。
步骤（2）所述的亚硫酸溶液的质量分数为0.8%，浸泡时间为6～8h，玉米粒破碎时间为1～2h，筛孔直径为0.06～0.08mm，加热升温后温度为80～85℃，干燥时间为4～5h。
步骤（3）所述的加热升温后温度为100～105℃，真空干燥时间为2～3h，干燥玉米淀粉、甘油和水混合的质量比10︰5︰1，高速分散机的转速为3000～3500r/min，分散时间为10～15min。
步骤（4）所述的静置时间为20～24h，控制双螺杆挤出机的机头温度为140～150℃，螺杆转速为120～140r/min，喂料速率为50～60g/min，控制淀粉粒料铺撒厚度为3～5mm，控制热压时热压温度为80～90℃，热压压力为0.2～0.3MPa。
步骤（5）所述的纸浆的质量分数为20%，搅拌时间为40～45min，纸浆与羟甲基纤维素混合的质量比为10︰1。
步骤（6）所述的控制发酵温度为40～50℃，静置时间为3～5天，加热升温后温度为50～60℃，发泡干燥时间为2～3h。
本发明的有益效果是：
（1）本发明以柚子内表皮切片与玉米淀粉粒料热压得到热压片，热压片在乳酸菌的发酵下，将片层部分淀粉分解的葡萄糖发酵产生乳酸，乳酸在片层间聚合产生聚乳酸，发酵后经发泡得到可降解高强度缓冲包装材料，柚子内果皮的密度由外向内递减，以柚子皮作为缓冲包装材料的骨架结构可使包装材料受到冲击或压缩应力后能够吸收更多的能量，发泡后的膨胀多孔结构填充韧性较强的聚乳酸和纸质纤维，使包装材料的抗压性能提高，从而使得缓冲包装材料的力学强度提高；
（2）本发明柚子皮中富含柚皮苷，柚皮苷属于黄酮类化合物，具有抗氧化杀菌功能，填充的贝壳粉不仅能增强缓冲包装材料，贝壳粉中壳聚糖也能起到一定抗菌性能，缓冲包装材料的防霉性能良好，缓冲包装材料内部聚乳酸主链上含有易水解的酯键，它属于聚酯类高分子材料，聚乳酸的水解过程首先起始于水的吸收，小分子的水移动到缓冲包装材料的表面，通过扩散的方式进入亲水基团或酯键的周围，在酸性或碱性环境下，酯键都会发生自由水解断裂，分子量缓慢降低，当分子量降低到一定程度，开始溶解，变成可溶的降解产物，从而使缓冲包装材料具有良好的降解性能，在绿色环保方面具有重大意义。
具体实施方式
将柚子切开除去果囊得到柚子皮，将柚子皮的外果皮切除，得到柚子的内果皮，将内果皮切成尺寸为8cm×10cm×2cm的切片，置于质量分数为15%的氯化钠溶液中，加热升温至50～70℃，浸泡45～55min，自然冷却至室温后，取出切片，用清水洗涤切片，挤出切片中的水，重复洗涤3～5次，得到预处理切片；将300～350g玉米粒置于400～500mL质量分数为0.8%的亚硫酸溶液中浸泡6～8h，取出浸泡后的玉米粒，将玉米粒置于盘式破碎机中破碎1～2h，得到玉米糊，将玉米糊过筛孔直径为0.06～0.08mm的离心筛后，得到过筛玉米糊，置于烘箱中加热升温至80～85℃，干燥4～5h，得到粗玉米淀粉；将粗玉米淀粉置于淀粉耙式真空干燥机中，加热升温至100～105℃，真空干燥2～3h，得到干燥玉米淀粉，将干燥玉米淀粉、甘油和水按质量比10︰5︰1混合，置于高速分散机中以3000～3500r/min的转速分散10～15min得到分散淀粉料；将分散淀粉料置于密封袋中保存，静置20～24h后，倒入双螺杆挤出机中，控制机头温度为140～150℃，螺杆转速为120～140r/min，喂料速率为50～60g/min，挤出得到淀粉粒料，将淀粉粒料均匀铺撒在预处理切片表面，控制铺撒厚度为3～5mm，置于热压机中热压，热压温度为80～90℃，热压压力为0.2～0.3MPa，得到热压片；配置质量分数为20%的纸浆置于烧杯中，搅拌40～45min后，将纸浆与羟甲基纤维素按质量比为10︰1混合得到混合浆液，将混合浆液置于真空泵中抽滤，直至无水滴落下，得到混合基料；按重量份数计，将30～40份混合基料、10～12份贝壳粉、40～50份热压片、20～25份水、5～10份乳酸菌置于密封发酵罐中，控制温度为40～50℃，静置3～5天，得到发酵产物，将发酵产物置于模具中，向模具中加入8～10份偶氮二甲酰胺，再将模具置于鼓风干燥箱中，加热升温至50～60℃，发泡干燥2～3h，脱模得到可降解高强度缓冲包装材料。
实例1
将柚子切开除去果囊得到柚子皮，将柚子皮的外果皮切除，得到柚子的内果皮，将内果皮切成尺寸为8cm×10cm×2cm的切片，置于质量分数为15%的氯化钠溶液中，加热升温至50℃，浸泡45min，自然冷却至室温后，取出切片，用清水洗涤切片，挤出切片中的水，重复洗涤3次，得到预处理切片；将300g玉米粒置于400mL质量分数为0.8%的亚硫酸溶液中浸泡6h，取出浸泡后的玉米粒，将玉米粒置于盘式破碎机中破碎1h，得到玉米糊，将玉米糊过筛孔直径为0.06mm的离心筛后，得到过筛玉米糊，置于烘箱中加热升温至80℃，干燥4h，得到粗玉米淀粉；将粗玉米淀粉置于淀粉耙式真空干燥机中，加热升温至100℃，真空干燥2h，得到干燥玉米淀粉，将干燥玉米淀粉、甘油和水按质量比10︰5︰1混合，置于高速分散机中以3000r/min的转速分散10min得到分散淀粉料；将分散淀粉料置于密封袋中保存，静置20h后，倒入双螺杆挤出机中，控制机头温度为140℃，螺杆转速为120r/min，喂料速率为50g/min，挤出得到淀粉粒料，将淀粉粒料均匀铺撒在预处理切片表面，控制铺撒厚度为3mm，置于热压机中热压，热压温度为80℃，热压压力为0.2MPa，得到热压片；配置质量分数为20%的纸浆置于烧杯中，搅拌40min后，将纸浆与羟甲基纤维素按质量比为10︰1混合得到混合浆液，将混合浆液置于真空泵中抽滤，直至无水滴落下，得到混合基料；按重量份数计，将30份混合基料、10份贝壳粉、40份热压片、20份水、5份乳酸菌置于密封发酵罐中，控制温度为40℃，静置3天，得到发酵产物，将发酵产物置于模具中，向模具中加入8份偶氮二甲酰胺，再将模具置于鼓风干燥箱中，加热升温至50℃，发泡干燥2h，脱模得到可降解高强度缓冲包装材料。
实例2
将柚子切开除去果囊得到柚子皮，将柚子皮的外果皮切除，得到柚子的内果皮，将内果皮切成尺寸为8cm×10cm×2cm的切片，置于质量分数为15%的氯化钠溶液中，加热升温至60℃，浸泡50min，自然冷却至室温后，取出切片，用清水洗涤切片，挤出切片中的水，重复洗涤4次，得到预处理切片；将320g玉米粒置于450mL质量分数为0.8%的亚硫酸溶液中浸泡7h，取出浸泡后的玉米粒，将玉米粒置于盘式破碎机中破碎1.5，得到玉米糊，将玉米糊过筛孔直径为0.07mm的离心筛后，得到过筛玉米糊，置于烘箱中加热升温至82℃，干燥4.5h，得到粗玉米淀粉；将粗玉米淀粉置于淀粉耙式真空干燥机中，加热升温至102℃，真空干燥2.5h，得到干燥玉米淀粉，将干燥玉米淀粉、甘油和水按质量比10︰5︰1混合，置于高速分散机中以3200r/min的转速分散12min得到分散淀粉料；将分散淀粉料置于密封袋中保存，静置22后，倒入双螺杆挤出机中，控制机头温度为145℃，螺杆转速为130r/min，喂料速率为55/min，挤出得到淀粉粒料，将淀粉粒料均匀铺撒在预处理切片表面，控制铺撒厚度为4mm，置于热压机中热压，热压温度为85℃，热压压力为0.2MPa，得到热压片；配置质量分数为20%的纸浆置于烧杯中，搅拌42min后，将纸浆与羟甲基纤维素按质量比为10︰1混合得到混合浆液，将混合浆液置于真空泵中抽滤，直至无水滴落下，得到混合基料；按重量份数计，将35份混合基料、11份贝壳粉、45份热压片、22份水、7份乳酸菌置于密封发酵罐中，控制温度为45℃，静置4天，得到发酵产物，将发酵产物置于模具中，向模具中加入9份偶氮二甲酰胺，再将模具置于鼓风干燥箱中，加热升温至55℃，发泡干燥2.5h，脱模得到可降解高强度缓冲包装材料。
实例3
将柚子切开除去果囊得到柚子皮，将柚子皮的外果皮切除，得到柚子的内果皮，将内果皮切成尺寸为8cm×10cm×2cm的切片，置于质量分数为15%的氯化钠溶液中，加热升温至70℃，浸泡55min，自然冷却至室温后，取出切片，用清水洗涤切片，挤出切片中的水，重复洗涤5次，得到预处理切片；将350g玉米粒置于500mL质量分数为0.8%的亚硫酸溶液中浸泡8h，取出浸泡后的玉米粒，将玉米粒置于盘式破碎机中破碎2h，得到玉米糊，将玉米糊过筛孔直径为0.08mm的离心筛后，得到过筛玉米糊，置于烘箱中加热升温至85℃，干燥5h，得到粗玉米淀粉；将粗玉米淀粉置于淀粉耙式真空干燥机中，加热升温至105℃，真空干燥3h，得到干燥玉米淀粉，将干燥玉米淀粉、甘油和水按质量比10︰5︰1混合，置于高速分散机中以3500r/min的转速分散15min得到分散淀粉料；将分散淀粉料置于密封袋中保存，静置24h后，倒入双螺杆挤出机中，控制机头温度为150℃，螺杆转速为140r/min，喂料速率为60g/min，挤出得到淀粉粒料，将淀粉粒料均匀铺撒在预处理切片表面，控制铺撒厚度为5mm，置于热压机中热压，热压温度为90℃，热压压力为0.3MPa，得到热压片；配置质量分数为20%的纸浆置于烧杯中，搅拌45min后，将纸浆与羟甲基纤维素按质量比为10︰1混合得到混合浆液，将混合浆液置于真空泵中抽滤，直至无水滴落下，得到混合基料；按重量份数计，将40份混合基料、12份贝壳粉、50份热压片、25份水、10份乳酸菌置于密封发酵罐中，控制温度为50℃，静置5天，得到发酵产物，将发酵产物置于模具中，向模具中加入10份偶氮二甲酰胺，再将模具置于鼓风干燥箱中，加热升温至60℃，发泡干燥3h，脱模得到可降解高强度缓冲包装材料。
对比例
以上海某公司生产的可降解高强度缓冲包装材料作为对比例对本发明制得的可降解高强度缓冲包装材料和对比例中的可降解高强度缓冲包装材料进行性能检测，检测结果如表1所示：
1、测试方法：
降解率测试按HG/T 2554-2011标准进行检测。
抗压强度测试采用抗压强度测试仪进行检测；
抗冲击性测试方法：取尺寸形状相同的实例1～3和对比例中的缓冲包装试样待用，将其朝上平放在铁砧上，准备一个固定质量的重锤待用，重锤借控制装置固定在滑筒的某一高度，按压控制钮，重锤即自由地落于防爆膜上，提起重锤，每个缓冲包装各重复3个高度，记录重锤落于试样上的高度。
表1
测试项目 实例1 实例2 实例3 对比例
降解迟滞期（d） 3.0 2.5 2.0 6.0
降解率（%） 95 96 97 92
抗压强度（MPa） 40.95 41.03 41.25 20.36
30cm高度 无变化 无变化 无变化 轻微变形
60cm高度 无变化 无变化 无变化 轻微裂痕
100cm高度 轻微变形 轻微裂痕 无变化 明显裂开
根据上述中数据可知，本发明制得的可降解高强度缓冲包装材料降解性能高，降解率达到了97%，抗压强度高，达到41MPa，抗冲击性能好，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将柚子切开除去果囊得到柚子皮，将柚子皮的外果皮切除，得到柚子的内果皮，将内果皮切成切片，置于氯化钠溶液中，加热升温，浸泡，自然冷却至室温后，取出切片，用清水洗涤切片，挤出切片中的水，重复洗涤，得到预处理切片；
（2）将300～350g玉米粒置于400～500mL亚硫酸溶液中浸泡，取出浸泡后的玉米粒，将玉米粒置于盘式破碎机中破碎，得到玉米糊，将玉米糊过离心筛后，得到过筛玉米糊，置于烘箱中加热升温，干燥，得到粗玉米淀粉；
（3）将粗玉米淀粉置于淀粉耙式真空干燥机中，加热升温，真空干燥，得到干燥玉米淀粉，将干燥玉米淀粉、甘油和水混合，置于高速分散机中，分散得到分散淀粉料；
（4）将分散淀粉料置于密封袋中保存，静置后，倒入双螺杆挤出机中，挤出得到淀粉粒料，将淀粉粒料均匀铺撒在预处理切片表面，置于热压机中热压，得到热压片；
（5）配置纸浆置于烧杯中，搅拌后，将纸浆与羟甲基纤维素混合得到混合浆液，将混合浆液置于真空泵中抽滤，直至无水滴落下，得到混合基料；
（6）按重量份数计，将30～40份混合基料、10～12份贝壳粉、40～50份热压片、20～25份水、5～10份乳酸菌置于密封发酵罐中，静置，得到发酵产物，将发酵产物置于模具中，向模具中加入8～10份偶氮二甲酰胺，再将模具置于鼓风干燥箱中，加热升温，发泡干燥，脱模得到可降解高强度缓冲包装材料。
2.根据权利要求1所述的一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的切片尺寸为8cm×10cm×2cm，氯化钠溶液的质量分数为15%，加热升温后温度为50～70℃，浸泡时间为45～55min，重复洗涤次数为3～5次。
3.根据权利要求1所述的一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的亚硫酸溶液的质量分数为0.8%，浸泡时间为6～8h，玉米粒破碎时间为1～2h，筛孔直径为0.06～0.08mm，加热升温后温度为80～85℃，干燥时间为4～5h。
4.根据权利要求1所述的一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的加热升温后温度为100～105℃，真空干燥时间为2～3h，干燥玉米淀粉、甘油和水混合的质量比10︰5︰1，高速分散机的转速为3000～3500r/min，分散时间为10～15min。
5.根据权利要求1所述的一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的静置时间为20～24h，控制双螺杆挤出机的机头温度为140～150℃，螺杆转速为120～140r/min，喂料速率为50～60g/min，控制淀粉粒料铺撒厚度为3～5mm，控制热压时热压温度为80～90℃，热压压力为0.2～0.3MPa。
6.根据权利要求1所述的一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的纸浆的质量分数为20%，搅拌时间为40～45min，纸浆与羟甲基纤维素混合的质量比为10︰1。
7.根据权利要求1所述的一种可降解高强度缓冲包装材料的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述的控制发酵温度为40～50℃，静置时间为3～5天，加热升温后温度为50～60℃，发泡干燥时间为2～3h。
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