CN111423624A - 一种生物降解填充型泡沫及其生产工艺 - Google Patents

一种生物降解填充型泡沫及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及泡沫技术领域，具体涉及一种生物降解填充型泡沫及其生产工艺，生物降解填充型泡沫，包括如下重量份的原料：超细化的植物淀粉50‑95份、含羟基活性的高分子化合物5‑30份、铵盐或胺类及多胺类物质0.1‑5份、发泡剂0.1‑5份、酸度调节剂0.1‑5份、过氧化物0.05‑0.5份、硬脂酸及硬脂酸的酯化物0.1‑10份、其它功能助剂0‑10份。本发明的生物降解填充型泡沫通过采用上述原料，并严格控制各原料的重量配比，制得的生物降解填充型泡沫颗粒外观光滑细致，内部泡孔结构细密均匀，且具有良好的抗压性、回弹性和耐候耐寒性。

Description

一种生物降解填充型泡沫及其生产工艺
技术领域
本发明涉及泡沫技术领域，具体涉及一种生物降解填充型泡沫及其生产工艺。
背景技术
当今，人们在许多领域大量使用聚烯烃类泡沫塑料。这些聚烯烃类泡沫塑料废弃物在自然环境中不能分解，形成了严重的白色污染。泡沫塑料又是现代人类生产和生活中不可缺少的多用途材料。开发研制生物降解泡沫塑料，保护生态环境，已成了目前全球范围内的热点课题。近年来，随着人们对资源与环境问题的日益关注，以可再生资源生产完全生物降解缓冲包装制品，使用后可在自然状态下为微生物分解成水和二氧化碳，在被研究物中，淀粉以其来源广泛，价格低廉而成为世界性的研发热点。但现有的淀粉泡沫颗粒制品的耐压强度和回弹性弱，容易碎裂，实用性差；且淀粉制品吸水性强，耐候性差，在不同湿度环境下表现出差异极大的力学性能，限制了它应用。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种生物降解填充型泡沫，该生物降解填充型泡沫颗粒外观光滑细致，内部泡孔结构细密均匀，且具有良好的抗压性、回弹性和耐候耐寒性。
本发明的另一目的在于提供一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，该生产工艺步骤简单且操作方便，容易实施，制得的生物降解填充型泡沫抗压性、回弹性和耐候耐寒性等性能良好，使用后可生物降解，对环境无污染，且原料廉价易得，产品性价比较高。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种生物降解填充型泡沫，包括如下重量份的原料：
超细化的植物淀粉 50-95份
含羟基活性的高分子化合物 5-30份
铵盐或胺类及多胺类物质 0.1-5份
发泡剂 0.1-5份
酸度调节剂 0.1-5份
过氧化物 0.05-0.5份
硬脂酸及硬脂酸的酯化物 0.1-10份
其它功能助剂 0-10份。
本发明的生物降解填充型泡沫通过采用上述原料，并严格控制各原料的重量配比，制得的生物降解填充型泡沫颗粒外观光滑细致，内部泡孔结构细密均匀，且具有良好的抗压性、回弹性和耐候耐寒性。
优选的，包括如下重量份的原料：
超细化的植物淀粉 70-85份
含羟基活性的高分子化合物 10-25份
铵盐或胺类及多胺类物质 1-4份
发泡剂 1-4份
酸度调节剂 1-4份
过氧化物 0.1-0.4份
硬脂酸及硬脂酸的酯化物 2-8份
其它功能助剂 2-8份。
优选的，所述含羟基活性的高分子化合物包括改性纤维素、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚-聚酯嵌段聚合物中的至少一种。本发明通过采用上述含羟基活性的高分子化合物，可以在强氧化剂过氧化物的存在下插入淀粉颗粒的孔内，并利用电荷的吸附原理(淀粉带负电荷)得到均匀的材料分布及包覆，可以得到优良的物理强度及满意的外观效果。
优选的，所述铵盐包括氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种；所述胺类包括甲胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺和丁基二乙醇胺中的至少一种；所述多胺类物质包括乙二胺、丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和1,6-己二胺中的至少一种。本发明通过采用上述铵盐或胺类及多胺类物质，起保护剂的作用。
优选的，所述发泡剂包括碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种。本发明通过采用上述发泡剂，具有较高的表面活性，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再组成泡沫。
优选的，所述酸度调节剂包括草酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、醋酸、马来酸、富马酸和苯甲酸中的至少一种。本发明通过采用上述酸度调节剂，调节效果好。
优选的，所述过氧化物包括过氧化氢、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的至少一种。本发明通过采用上述过氧化物，具有较强的氧化作用，哈可以促进高分子交联反应。
优选的，所述硬脂酸及硬脂酸的酯化物包括硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯和三硬脂酸甘油酯中的至少一种。所述硬脂酸的酯化物优选多元醇如甘油与硬脂酸生成的酯类，还可以为硬脂酸乙二醇酯、硬脂酸丙三醇酯、二乙二醇双硬脂酸酯、季戊四醇四异硬脂酸酯等，本发明通过采用上述脂酸及硬脂酸的酯化物，可以起到较好的消泡作用。
优选的，所述其它功能助剂包括增塑剂和成核剂。所述增塑剂为小分子增塑剂，如甲酰胺、乙二醇、尿素和甘油等。优选的，所述增塑剂和成核剂的重量比为3-5：1。本发明通过在在加工过程中引入上述有机小分子增塑剂，使得淀粉泡沫的小分子链比例增多，表现出良好的柔韧回弹性及耐候性。通过加入成核剂，可以改变树脂的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，包括如下步骤：
(1)按重量份称取上述原料，利用高速剪切混合，完成初步反应得到松散的粒料；所述超细化的植物淀粉的粒径大于1000目；
(2)将松散的粒料在湿度为20-90％、温度为10-50℃的恒温恒湿条件下静置若干小时；优选的，湿度为50-75％、温度为20-40℃；
(3)将静置后的粒料用双螺杆挤出机挤出，螺杆挤出时利用真空装置去除一定比例的水；使淀粉中的水量从14-17％下降为4-10％；
(4)除水后的粒料在挤出过程中加入增塑剂；
(5)粒料在挤出后置于空气中自由发泡，并可以切成长条、片状、段状或圆球形态的降解填充泡沫。
本发明的有益效果在于：传统的淀粉自由发泡颗粒为无规则开孔结构，泡孔疏松，从而不能达到理想的物理强度和令人满意的外观。而本发明对淀粉进行超细化处理改善了淀粉的颗粒结构流变性质，在强氧化剂过氧化物的存在下插入多羟基物质，并利用电荷的吸附原理(淀粉带负电荷)得到均匀的材料分布及包覆，可以得到优良的物理强度及满意的外观效果。
传统工艺受淀粉中含水量较高的限制(淀粉中的水被用来保证淀粉的塑化)，得到的淀粉颗粒均为高水分下的发泡产物，淀粉分子中的长链比例较高，有明显的脆性刚性。而本发明采用水塑化淀粉，再利用真空排出水分并在加工过程中引入有机小分子增塑剂的办法，使得淀粉泡沫的小分子链比例增多，表现出良好的柔韧回弹性及耐候性。
本发明的生物降解填充型泡沫颗粒外观光滑细致，内部泡孔结构细密均匀，且具有良好的抗压性、回弹性和耐候耐寒性。
本发明的生产工艺步骤简单且操作方便，容易实施，制得的生物降解填充型泡沫抗压性、回弹性和耐候耐寒性等性能良好，使用后可生物降解，对环境无污染，且原料廉价易得，产品性价比较高。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种生物降解填充型泡沫，包括如下重量份的原料：
超细化的植物淀粉 50份
含羟基活性的高分子化合物 5份
铵盐或胺类及多胺类物质 0.1份
发泡剂 0.1份
酸度调节剂 0.1份
过氧化物 0.05份
硬脂酸及硬脂酸的酯化物 0.1份
其它功能助剂 1份。
所述含羟基活性的高分子化合物为改性纤维素。
所述铵盐为氯化铵；所述胺类为甲胺；所述多胺类物质为乙二胺。
所述发泡剂为碳酸钙。
所述酸度调节剂为草酸。
所述过氧化物为过氧化氢。
所述硬脂酸及硬脂酸的酯化物为硬脂酸。
所述其它功能助剂为增塑剂和成核剂。
一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，为如下步骤：
(1)按重量份称取上述原料，利用高速剪切混合，完成初步反应得到松散的粒料；
(2)将松散的粒料在湿度为20％、温度为50℃的恒温恒湿条件下静置若干小时；
(3)将静置后的粒料用双螺杆挤出机挤出，螺杆挤出时利用真空装置去除一定比例的水；使淀粉中的水量从14％下降为4％；
(4)除水后的粒料在挤出过程中加入增塑剂；
(5)粒料在挤出后置于空气中自由发泡，并可以切成长条、片状、段状或圆球形态的降解填充泡沫。
实施例2
一种生物降解填充型泡沫，包括如下重量份的原料：
超细化的植物淀粉 70份
含羟基活性的高分子化合物 10份
铵盐或胺类及多胺类物质 1份
发泡剂 1份
酸度调节剂 1份
过氧化物 0.1份
硬脂酸及硬脂酸的酯化物 2份
其它功能助剂 2份。
所述含羟基活性的高分子化合物为聚乙烯醇。
所述铵盐为硝酸铵；所述胺类为单乙醇胺；所述多胺类物质为丙二胺。
所述发泡剂为碳酸镁。
所述酸度调节剂为苹果酸。
所述过氧化物为过氧乙酸。
所述硬脂酸及硬脂酸的酯化物为单硬脂酸甘油酯。
所述其它功能助剂为增塑剂和成核剂。
一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，为如下步骤：
(1)按重量份称取上述原料，利用高速剪切混合，完成初步反应得到松散的粒料；
(2)将松散的粒料在湿度为50％、温度为40℃的恒温恒湿条件下静置若干小时；
(3)将静置后的粒料用双螺杆挤出机挤出，螺杆挤出时利用真空装置去除一定比例的水；使淀粉中的水量从15％下降为6％；
(4)除水后的粒料在挤出过程中加入增塑剂；
(5)粒料在挤出后置于空气中自由发泡，并可以切成长条、片状、段状或圆球形态的降解填充泡沫。
实施例3
一种生物降解填充型泡沫，包括如下重量份的原料：
超细化的植物淀粉 75份
含羟基活性的高分子化合物 15份
铵盐或胺类及多胺类物质 2.5份
发泡剂 2.5份
酸度调节剂 2.5份
过氧化物 0.25份
硬脂酸及硬脂酸的酯化物 5份
其它功能助剂 5份。
所述含羟基活性的高分子化合物为乙烯-乙烯醇共聚物。
所述铵盐为硫酸铵；所述胺类为二乙醇胺；所述多胺类物质为二乙烯三胺。
所述发泡剂为碳酸氢钠。
所述酸度调节剂为酒石酸。
所述过氧化物为过氧化苯甲酰或过氧化月桂酰。
所述硬脂酸及硬脂酸的酯化物为二硬脂酸甘油酯。
所述其它功能助剂为增塑剂和成核剂。
一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，为如下步骤：
(1)按重量份称取上述原料，利用高速剪切混合，完成初步反应得到松散的粒料；
(2)将松散的粒料在湿度为60％、温度为30℃的恒温恒湿条件下静置若干小时；
(3)将静置后的粒料用双螺杆挤出机挤出，螺杆挤出时利用真空装置去除一定比例的水；使淀粉中的水量从16％下降为8％；
(4)除水后的粒料在挤出过程中加入增塑剂；
(5)粒料在挤出后置于空气中自由发泡，并可以切成长条、片状、段状或圆球形态的降解填充泡沫。
实施例4
一种生物降解填充型泡沫，包括如下重量份的原料：
超细化的植物淀粉 85份
含羟基活性的高分子化合物 25份
铵盐或胺类及多胺类物质 4份
发泡剂 4份
酸度调节剂 4份
过氧化物 0.4份
硬脂酸及硬脂酸的酯化物 8份
其它功能助剂 8份。
所述含羟基活性的高分子化合物为聚乙二醇。
所述铵盐为硫酸氢铵；所述胺类为三乙醇胺；所述多胺类物质为三乙烯四胺或四乙烯五胺。
所述发泡剂为碳酸铵。
所述酸度调节剂为乳酸或醋酸。
所述过氧化物为异丙苯过氧化氢或叔丁基过氧化氢。
所述硬脂酸及硬脂酸的酯化物为三硬脂酸甘油酯。
所述其它功能助剂为增塑剂和成核剂。
一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，为如下步骤：
(1)按重量份称取上述原料，利用高速剪切混合，完成初步反应得到松散的粒料；
(2)将松散的粒料在湿度为75％、温度为20℃的恒温恒湿条件下静置若干小时；
(3)将静置后的粒料用双螺杆挤出机挤出，螺杆挤出时利用真空装置去除一定比例的水；使淀粉中的水量从16％下降为9％；
(4)除水后的粒料在挤出过程中加入增塑剂；
(5)粒料在挤出后置于空气中自由发泡，并可以切成长条、片状、段状或圆球形态的降解填充泡沫。
实施例5
一种生物降解填充型泡沫，包括如下重量份的原料：
超细化的植物淀粉 95份
含羟基活性的高分子化合物 30份
铵盐或胺类及多胺类物质 5份
发泡剂 5份
酸度调节剂 5份
过氧化物 0.5份
硬脂酸及硬脂酸的酯化物 10份
其它功能助剂 10份。
所述含羟基活性的高分子化合物为聚乙二醇单甲醚-聚酯嵌段聚合物。
所述铵盐为碳酸铵或碳酸氢铵；所述胺类为二甲基乙醇胺或丁基二乙醇胺；所述多胺类物质为1,6-己二胺。
所述发泡剂为碳酸氢铵。
所述酸度调节剂为马来酸、富马酸或苯甲酸。
所述过氧化物为过氧化二叔丁基或过氧化二异丙苯。
所述硬脂酸及硬脂酸的酯化物为硬脂酸。
所述其它功能助剂为增塑剂和成核剂。
一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，为如下步骤：
(1)按重量份称取上述原料，利用高速剪切混合，完成初步反应得到松散的粒料；
(2)将松散的粒料在湿度为90％、温度为10℃的恒温恒湿条件下静置若干小时；
(3)将静置后的粒料用双螺杆挤出机挤出，螺杆挤出时利用真空装置去除一定比例的水；使淀粉中的水量从17％下降为10％；
(4)除水后的粒料在挤出过程中加入增塑剂；
(5)粒料在挤出后置于空气中自由发泡，并可以切成长条、片状、段状或圆球形态的降解填充泡沫。
经测试，本发明制得的生物降解填充型泡沫颗粒外观光滑细致，内部泡孔结构细密均匀，拉伸强度可以达到2.8MPa以上，压缩强度可以达到2.4MPa以上，回弹性可以达到60％以上，具有良好的物理强度、抗压性和回弹性，耐寒耐侯性好，降解速率可以达到5级，20天即可降解99％以上，对环境无污染。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：包括如下重量份的原料：
Figure FDA0002480400840000011
2.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：包括如下重量份的原料：
Figure FDA0002480400840000012
3.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：所述含羟基活性的高分子化合物包括改性纤维素、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚-聚酯嵌段聚合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：所述铵盐包括氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种；所述胺类包括甲胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺和丁基二乙醇胺中的至少一种；所述多胺类物质包括乙二胺、丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和1,6-己二胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：所述发泡剂包括碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：所述酸度调节剂包括草酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、醋酸、马来酸、富马酸和苯甲酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：所述过氧化物包括过氧化氢、过氧乙酸、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基和过氧化二异丙苯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：所述硬脂酸及硬脂酸的酯化物包括硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯和三硬脂酸甘油酯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种生物降解填充型泡沫，其特征在于：所述其它功能助剂包括增塑剂和成核剂。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种生物降解填充型泡沫的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按重量份称取上述原料，利用高速剪切混合，完成初步反应得到松散的粒料；
(2)将松散的粒料在湿度为20-90％、温度为10-50℃的恒温恒湿条件下静置若干小时；
(3)将静置后的粒料用双螺杆挤出机挤出，螺杆挤出时利用真空装置去除一定比例的水；
(4)除水后的粒料在挤出过程中加入增塑剂；
(5)粒料在挤出后置于空气中自由发泡，并可以切成长条、片状、段状或圆球形态的降解填充泡沫。
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