CN109135311A - 淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水稻秸秆填充玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料及其制备方法。选用来源广泛、价格便宜的水稻秸秆、凝固性好的玉米淀粉和粘接性好的聚乙烯醇为主要原料；选用发泡效果好，安全环保的碳酸氢钠为发泡剂；选用碳酸钙为成核剂，丙三醇为增塑剂；选用合适的配方，工艺步骤和参数，解决了水稻秸秆含杂质多、玉米淀粉强度差的缺点，通过微波发泡的方法，使材料均匀受热，均匀发泡，生产出一种低成本、高性能、绿色环保的复合发泡材料，可用于包装材料、农业生产等领域。

Description

淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物及其制备方法，属于发泡材料技术领域。
背景技术
到目前为止，市场上使用的缓冲发泡材料大部分还是以EPS、PE等为主，这些材料有成本昂贵，工艺复杂等缺点。而且，这些材料在生产过程中会产生很多有害物质，使用废弃后极难降解，对环境有着很大的破坏。
秸秆的主要成分是纤维素，有着成本低廉、易加工和良好的生物降解性等优点。我国农作物秸秆的产量巨大，但是利用率却很低，在秸秆的高附加值利用上仍存在很大的潜力。近年来，绿色环保的缓冲发泡材料已经成为一个研究的热点，以秸秆为材料生产的发泡材料目前在缓冲效果上已经可以达到与传统发泡材料相近的水平上，但还存在材料强度不够，耐水性差，制作工艺繁琐等缺点，距离实际使用仍然还有一段距离。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物，其包括按重量份数计的如下组分：
作为优选方案，所述发泡剂选自碳酸氢钠和碳酸钙中的至少一种。
作为优选方案，所述成核剂为碳酸钙。
第二方面，本发明还提供了一种如前述的玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物的制备方法，其包括如下步骤：
将秸秆进行预处理后粉碎成秸秆粉，同时将淀粉和聚乙烯醇分别配制成淀粉溶液和聚乙烯醇溶液；
将所述秸秆粉与发泡剂混合均匀后，加入玉米淀粉溶液、聚乙烯醇溶液和丙三醇，混匀得到混合浆料；
将所述混合浆料投入模具中，压平，在90℃下进行微波发泡，得到所述玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物。90℃既可以起到一个比较好的发泡效果，又可以防止温度太高导致秸秆燃烧。
作为优选方案，所述玉米淀粉水溶液的质量分数为10％；所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为15％。由于材料发泡前应是浆料的状态而非液体状态，所以要求向材料中添加水的量应该尽量较少，选择10％的玉米淀粉溶液和15％的聚乙烯醇溶液的原因是此浓度的溶液容易配制，高于此浓度的溶液较难配制，而且用水量刚好达到材料需求。
作为优选方案，所述秸秆粉的制备方法为：
将秸秆进行粉碎，过60目筛后，与5wt％的氢氧化钠水溶液混合，在60℃下预处理25～30分钟；在此温度下可以加速预处理的速度。
冲洗至中性后，在60℃下进行干燥，打散成粉末。
作为优选方案，所述微波的功率为700～900W。在此功率下进行发泡可以达到一个良好的发泡效果，发泡倍率在合适的范围之内，既不会发泡过少，又不会发泡太多而导致机构破坏性能降低。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、材料不添加对人体有毒害的化工物质，且具有良好的生物降解性，是一种安全无毒，绿色环保的新型材料；
2、采用敞口式微波发泡工艺，使材料受热更加均匀，达到良好的发泡效果；
3、制作工艺简单，成本低廉，便于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种水稻秸秆填充玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料的制备方法，具体包括如下步骤：
一、将200g水稻秸秆用粉碎机粉碎，过60目筛；
二、将过筛后的水稻秸秆，与2000mL 5％的氢氧化钠溶液混合，在60℃的水浴锅中进行30分钟的预处理；
三、将预处理后的水稻秸秆粉用去离子水冲洗至中性，放入60℃鼓风干燥箱中干燥12小时，干燥以后用粉碎机将结块的水稻秸秆粉打散成粉末；
四、称取100g水稻秸秆粉，将水稻秸秆粉与10g碳酸钙、10g碳酸氢钠混合均匀，之后加入450mL的10％玉米淀粉溶液、200mL的15％聚乙烯醇(PVA)溶液和25g丙三醇搅拌均匀，得到混合浆料；
五、将步骤四所得混合浆料放入纸杯模具中，每个模具装料量100g，将上表面压平，放入微波干燥箱进行微波发泡，每批次1个模具，设置微波功率为800W，保护温度为90℃，微波时间为6min；
六、发泡完成后，将发泡材料从模具中取出，放入60℃干燥箱中干燥12h。
实施例2
本实施例涉及一种水稻秸秆填充玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料的制备方法，具体包括如下步骤：
一、将200g水稻秸秆用粉碎机粉碎，过60目筛；
二、将过筛后的水稻秸秆，与2000mL 5％的氢氧化钠溶液混合，在60℃的水浴锅中进行30分钟的预处理；
三、将预处理后的水稻秸秆粉用去离子水冲洗至中性，放入60℃鼓风干燥箱中干燥12小时，干燥以后用粉碎机将结块的水稻秸秆粉打散成粉末；
四、称取100g水稻秸秆粉，将水稻秸秆粉与10g碳酸钙、15g碳酸氢钠混合均匀，之后加入450mL的10％玉米淀粉溶液、200mL的15％聚乙烯醇(PVA)溶液和25g丙三醇搅拌均匀，得到混合浆料；
五、将步骤四所得混合浆料放入烧杯模具中，每个模具装料量100g，将上表面压平，放入微波干燥箱进行微波发泡，每批次1个模具，设置微波功率为800W，保护温度为90℃，微波时间为10min；
六、发泡完成后，将发泡材料从模具中取出，放入60℃干燥箱中干燥12h。
实施例3
本实施例涉及一种水稻秸秆填充玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料的制备方法，具体包括如下步骤：
一、将200g水稻秸秆用粉碎机粉碎，过60目筛；
二、将过筛后的水稻秸秆，与2000mL 5％的氢氧化钠溶液混合，在60℃的水浴锅中进行30分钟的预处理；
三、将预处理后的水稻秸秆粉用去离子水冲洗至中性，放入60℃鼓风干燥箱中干燥12小时，干燥以后用粉碎机将结块的水稻秸秆粉打散成粉末；
四、称取干燥后的水稻秸秆粉100g，将水稻秸秆粉与10g碳酸钙、15g碳酸氢钠混合均匀，之后加入435g的10％玉米淀粉溶液、190g的15％聚乙烯醇(PVA)溶液和50g丙三醇搅拌均匀，得到混合浆料；
五、将步骤四所得混合浆料放入小纸杯模具中，每个模具中放入20g浆料，将上表面压平，放入微波干燥箱进行微波发泡，每5个一批，设置微波功率为800W，保护温度为90℃，微波时间为5min；
六、发泡完成后，将发泡材料从模具中取出，放入60℃干燥箱中干燥8h。
实施例4
本实施例涉及一种水稻秸秆填充玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料的制备方法，具体包括如下步骤：
一、将200g水稻秸秆用粉碎机粉碎，过60目筛；
二、将过筛后的水稻秸秆，与2000mL 5％的氢氧化钠溶液混合，在60℃的水浴锅中进行30分钟的预处理；
三、将预处理后的水稻秸秆粉用去离子水冲洗至中性，放入60℃鼓风干燥箱中干燥12小时，干燥以后用粉碎机将结块的水稻秸秆粉打散成粉末；
四、称取干燥后的水稻秸秆粉100g，将水稻秸秆粉与10g碳酸钙、15g碳酸氢钠混合均匀，之后加入435g的10％玉米淀粉溶液、190g的15％聚乙烯醇(PVA)溶液和50g丙三醇搅拌均匀，得到混合浆料；
五、将步骤四所得混合浆料放入小纸杯模具中，每个模具中放入20g浆料，将上表面压平，放入微波干燥箱进行微波发泡，每2个一批，设置微波功率为600W，保护温度为90℃，微波时间为4min；
六、发泡完成后，将发泡材料从模具中取出，放入60℃干燥箱中干燥8h。
对比例1
一、将200g水稻秸秆用粉碎机粉碎；
二、将粉碎后的水稻秸秆，与2000mL 5％的氢氧化钠溶液混合，在60℃的水浴锅中进行30分钟的预处理；
三、将预处理后的水稻秸秆粉用去离子水冲洗至中性，放入60℃鼓风干燥箱中干燥12小时，干燥以后用粉碎机将结块的水稻秸秆粉打散成粉末；
四、称取干燥后的水稻秸秆粉，将水稻秸秆粉与10g碳酸氢钠混合均匀，之后加入700g的8％玉米淀粉溶液、400g的10％聚乙烯醇(PVA)溶液搅拌均匀，得到混合浆料；
五、将步骤四所得混合浆料放入模具中，放入微波干燥箱进行微波发泡，设置微波功率为1000W，微波时间为7min；
六、发泡完成后，将发泡材料从模具中取出，放入60℃干燥箱中干燥12h。
通过实施例1～4与对比例1的对比可知：由于没有过筛，有些大颗粒的秸秆也混进了材料，导致材料局部无法形成发泡结构，材料性能不佳；由于没有加入成核剂碳酸钙，导致泡孔不均匀，大小不一，力学性能不好；由于加入的胶黏剂溶液浓度过低，导致加入过量的水分，会导致发泡时浆料沿模具壁上升，得出的材料形状不佳，呈现出向中间凹陷；由于没有设置保护温度，所以微波时可能导致材料温度过高而出现材料燃烧现象；由于没有添加增塑剂丙三醇，会导致做出的材料硬度很大，易碎，弹性不好。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物，其特征在于，包括按重量份数计的如下组分：
2.如权利要求1所述的玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物，其特征在于，所述发泡剂为碳酸氢钠。
3.如权利要求1所述的玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物，其特征在于，所述成核剂为碳酸钙。
4.一种如权利要求1或2所述的玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将秸秆进行预处理后粉碎成秸秆粉，同时将淀粉和聚乙烯醇分别配制成淀粉溶液和聚乙烯醇溶液；
将所述秸秆粉与发泡剂混合均匀后，加入玉米淀粉溶液、聚乙烯醇溶液和丙三醇，混匀得到混合浆料；
将所述混合浆料投入模具中，压平，在90℃下进行微波发泡，得到所述玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物。
5.如权利要求4所述玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物的制备方法，其特征在于，所述玉米淀粉水溶液的质量分数为10％；所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为15％。
6.如权利要求4所述玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物的制备方法，其特征在于，所述秸秆粉的制备方法为：
将秸秆进行粉碎，过60目筛后，与5wt％的氢氧化钠水溶液混合，在60℃下预处理25～30分钟；
冲洗至中性后，在60℃下进行干燥，打散成粉末。
7.如权利要求4所述玉米淀粉/聚乙烯醇复合发泡材料组合物的制备方法，其特征在于，所述微波的功率为700～900W。
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