CN111995874A - 一种可自然降解的聚合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可自然降解的聚合材料及其制备方法，材料由以下按重量份计的干料组成：淀粉15～50％、硬脂酸1.5～5％、松针粉5～15％、植物纤维和/或废纸屑30～60％和纤维粉10～30％，干料与热水的混合比例为1：1.6～2.5。采用植物环保原料以及可降解的材料，在高温下发生物理聚合和糊化反应，制成可自然降解的聚合材料，产品环保、低成本、结构力好，满足包装行业的使用需求。

Description

一种可自然降解的聚合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及包装技术领域，具体涉及一种可自然降解的聚合材料及其制备方法。
背景技术
目前在包装领域主要使用以纸或塑料材料。但现有的塑料材料，难以降解，对环境造成污染。
现有的纸包装生产工艺，第一需要根据纸包装的规格进行裁纸，工作量大，且裁切纸的宽窄受设备和人员操作技能的影响，不能保证其裁切的质量；第二，需要对纸进行涂胶，涂胶量的多少也同样受设备和人员操作技能的影响，不能保证其质量；第三，是用胶水将纸一层层的粘合，在利用模具滚压成型，生产过程中需要使用大量的纸和胶水，生产成本受造纸的影响很大，而造纸的成本也很高，并且造纸給环境带来的污染也是非常大的，胶水在自然界也不能够降解，使用成本高；第四，成型部分由多套辊轮进行调节，需要专业的人员才能完成，也同样受设备和人员操作技能的影响，整个生产工艺受外界影响因素大，要想长期保证其稳定的生产，所付出的成本很大，花费的时间和使用的资源多。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可自然降解的聚合材料及其制备方法，该材料可替代木料、塑料及纸质包装或其他笨重且不环保的包装方式，具有价格低、质量轻、坚固和可自然降解对环境无污染的特点。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种可自然降解的聚合材料，由以下按重量份计的干料组成：
淀粉15～50％、硬脂酸1.5～5％、松针粉5～15％、植物纤维和/或废纸屑30～60％和纤维粉10～30％，干料与热水的混合比例为1：1.6～2.5。淀粉主要起到糊化粘结和增加结合力的作用，淀粉与热水溶解并受热，使得淀粉粒溶胀、崩溃，形成粘稠均匀的糊溶物。硬脂酸的作用是软化、增塑及润滑脱模；植物纤维和/或废纸屑在高温及压力下，使糊化后的淀粉发生紊乱流动形成一种胶结网状结构，能增强横纵牵力，加强各向结合力，增强韧性；纤维粉能起到填充网状骨架，加强结合力，提高抗压及密度的作用；松针粉具有防霉防潮的特点，而且还能起到润滑脱模的作用。本发明的干料来源环保易得，制成的材料可以100％回收利用或在自然界中自然降解。是由纤粉对其网状空间填充，淀粉对其糊化胶结，最终形成聚合产品。
进一步，所述热水的温度为94～100℃。
再进一步，所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉中的一种或几种。
进一步，所述植物纤维为树木枝干、芦苇、竹类、棉麻类、秸秆和谷糠中的一种或几种；植物纤维和/或废纸屑的长度为1～1.5mm，直径为0.01～0.1mm，大小为30～100目。
再进一步，所述纤维粉为所述纤维粉为中纤板的边角料和/或中纤板废次品二次粉碎后的粉末，纤维粉的大小为80～180目。
可自然降解的聚合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将淀粉、硬脂酸、松针粉、纤维粉和植物纤维和/或废纸屑放入混料机中，搅拌；
2)在混料机中边搅拌边添加热水，搅拌至干料完全混合糊化后取出，得到糊溶物；淀粉经过溶液和受热后糊化(物理反应)，体积增大，同时高温下发生物理聚合和糊化，即植物纤维和/或废纸屑与糊化后的淀粉产生聚合反应形成网状骨架。
3)将步骤2)所得的糊溶物加入到已恒温加热的模具中，合模后，继续保温，烘干至完全定型后起模，得到可自然降解的聚合材料。模具可根据具体产品的类型和尺寸选择，如聚合管、花炮管、护角、包装盒、花瓶、门板内衬架、装饰隔墙、栈板和纺织线管等。
进一步，步骤1)中，搅拌方式为正、反循坏搅拌15～30分钟。
再进一步，步骤2)中，得到的糊溶物放置在可保湿箱体保存，以防止水分流失。
进一步，步骤3)，实际放入模具中的糊溶物的用量比能填满模具糊溶物的用量少8～19％。由于糊溶物会在模具中继续糊化聚合时产生气体而膨胀，若糊溶物放入模具的量过满的话，会爆气而影响产品质量。
再进一步，步骤3)，加热温度为110～265℃，时间为4～30分钟。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本技术方案采用植物环保原料以及可降解的材料，由植物纤维和/或废纸屑在高温及压力下，使糊化后配料发生紊乱流动形成一种胶结网状结构，纤维粉对其网状空间填充，淀粉对其糊化胶结，最终制成可自然降解的聚合材料，产品环保、低成本、结构力好，满足包装行业的使用需求。
(2)可自然降解的聚合材料的制备方法，流程简单，从物料的混合，物料自动供给，模具自动生产，产品自动输出，整个流程都可实现自动化，可实现大规模的商业化生产和销售。
(3)以可自然降解的聚合材料制成的产品无需使用大量纸和胶水，成型部分无需使用辊轮设备，基本不受操作人员的技能影响，就可以生产出满足使用需求的材料；
(4)原料中选用回收利用的废纸屑以及中纤板的边角料和/或中纤板废次品二次粉碎后的粉末，提高资源利用率，绿色环保。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
一种可自然降解的聚合管产品，由可自然降解的聚合材料制成，由以下按重量份计的干料组成：
木薯淀粉100g(27.8％)、硬脂酸7.5g(2.1％)、松针粉22g(6.1％)、秸秆130g(36.2％)和中纤板边角料二次粉碎后的粉末100g(27.8％)，干料与热水的混合比例为1：2。热水的用量为温度为100℃。其中，秸秆的长度为1.5mm，直径为0.1mm，大小为50目；中纤板边角料二次粉碎后的粉末的大小为180目。
可自然降解的聚合管的制备方法，包括以下步骤：
1)将淀粉、硬脂酸、松针粉、秸秆和中纤板边角料二次粉碎后的粉末放入混料机中，正、反循坏搅拌30分钟；
2)在混料机中边搅拌边添加热水，正、反循环搅拌至干料完全混合糊化后取出，得到糊溶物并放置在可保湿箱体保存；
3)将步骤2)所得的糊溶物取其中的17克加入到195℃已恒温加热的模具中，合模后，继续保温8分钟，烘干至完全定型后起模，得到尺寸大小为外径30mm，内径23mm，长度58mm的可自然降解的聚合管。
实施例2
一种可自然降解的聚合管产品，由可自然降解的聚合材料制成，由以下按重量份计的干料组成：
玉米淀粉110.3g(50％)、硬脂酸11g(5％)、松针粉11g(5％)、谷糠66.2g(30％)和中纤板废次品二次粉碎后的粉末22.1g(10％)，干料与热水的混合比例为1：1.6。所述热水的温度为94℃。其中，谷糠的长度为1mm，直径为0.01mm，大小为30目；中纤板边角料二次粉碎后的粉末的大小为80目。
可自然降解的聚合管产品的制备方法，包括以下步骤：
1)将淀粉、硬脂酸、松针、谷糠和中纤板废次品二次粉碎后的粉末放入混料机中，正、反循坏搅拌15～30分钟；
2)在混料机中边搅拌边添加热水，正、反循环搅拌至干料完全混合糊化后取出，得到糊溶物并放置在可保湿箱体保存；
3)取步骤2)所得的糊溶物其中的16.5克加入到160℃已恒温加热的模具中，合模后，继续保温15分钟，烘干至完全定型后起模，得到尺寸大小为外径30mm、内径23mm、长度58mm的可自然降解的聚合管。
实施例3
一种可自然降解的聚合管产品，由可自然降解的聚合材料制成，由以下按重量份计的干料组成：
玉米淀粉45.3g(15％)、硬脂酸4.5g(1.5％)、松针粉15.1g(5％)、竹子181.2g(60％)和中纤板废次品二次粉碎后的粉末55.9g(18.5％)，干料与热水的混合比例为1：2.5。所述热水的温度为98℃。其中，竹子的长度为1.2mm，直径为0.05mm，大小为30目；中纤板边角料二次粉碎后的粉末的大小为100目。
可自然降解的聚合管产品的制备方法，包括以下步骤：
1)将淀粉、硬脂酸、松针粉、竹子和中纤板废次品二次粉碎后的粉末放入混料机中，正、反循坏搅拌20分钟；
2)在混料机中边搅拌边添加热水，正、反循环搅拌至干料完全混合糊化后取出，得到糊溶物并放置在可保湿箱体保存；
3)取步骤2)所得的糊溶物其中的17.5克加入到180℃已恒温加热的模具中，合模后，继续保温10分钟，烘干至完全定型后起模，得到尺寸大小为外径30mm、内径23mm、长度58mm的可自然降解的聚合管。
实施例4
一种可自然降解的聚合管产品，由可自然降解的聚合材料制成，由以下按重量份计的干料组成：
木薯淀粉100g(33.5％)、硬脂酸8.1g(2.7％)、松针粉18.5g(6.2％)、废纸屑108.4g(36.3％)和中纤板边角料二次粉碎后的粉末63.6g(21.3％)，干料与热水的混合比例为1：2。热水的用量为温度为100℃。其中，废纸屑的长度为1.5mm，直径为0.1mm，大小为50目；中纤板边角料二次粉碎后的粉末的大小为180目。
可自然降解的聚合管的制备方法，包括以下步骤：
1)将淀粉、硬脂酸、松针粉、废纸屑和中纤板边角料二次粉碎后的粉末放入混料机中，正、反循坏搅拌30分钟；
2)在混料机中边搅拌边添加热水，正、反循环搅拌至干料完全混合糊化后取出，得到糊溶物并放置在可保湿箱体保存；
3)将步骤2)所得的糊溶物取其中的17克加入到180℃已恒温加热的模具中，合模后，继续保温8分钟，烘干至完全定型后起模，得到尺寸大小为外径30mm，内径23mm，长度58mm的可自然降解的聚合管。
对比例1
对比例1的聚合管除了不加入纤维粉(中纤板边角料二次粉碎后的粉末)外，其他组分和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
对比例2的聚合管除了不加入松针粉外，其他组分和制备方法均与实施例1相同。
性能测试
1、将实施例1-3的产品进行纵向抗压实验，实验数据如下：
表1实施例1-3和对比例1-2的聚合管径向抗压力数据
组别 规格mm 密度kg/m<sup>3</sup> 标准 径向抗压力N
实施例1 30*23*58 0.38 BB/T 0023-2017 120
实施例2 30*23*58 0.37 BB/T 0023-2017 118
实施例3 30*23*58 0.37 BB/T 0023-2017 116
实施例4 30*23*58 0.37 BB/T 0023-2017 114
对比例1 30*23*58 0.33 BB/T 0023-2017 95
对比例2 30*23*58 0.36 BB/T 0023-2017 110
2、将实施例1-5的材料进行抗弯性能测试，实验数据如下：
表2实施例1-3和对比例1-2的聚合管轴向抗压力数据
Figure BDA0002584391250000081
3、将实施例1-3和对比例1-2进行防霉抗菌性能测试，实验数据如下：
组别 标准 抗细菌率 长霉等级
实施例1 QB/T 2591-2003 95 1级
实施例2 QB/T 2591-2003 93 1级
实施例3 QB/T 2591-2003 93 1级
实施例4 QB/T 2591-2003 92 1级
对比例1 QB/T 2591-2003 92 1级
对比例2 QB/T 2591-2003 50 2级
注：抗细菌率≥99％可以报告有强抗菌作用，抗细菌率≥90％可以报告有抗菌作用。样品长霉等级：0级，不长，即显微镜放大50倍下观察未见生长；1级，痕迹生长，即肉眼可见生长，但生长覆盖面积小于10％；2级，生长覆盖面积不小于10％
根据表1和表2的数据可知，利用实施例1-4的可自然降解的聚合材料制成的产品具有良好的抗压性能和密度。对比例1由于没有添加纤维粉，所以密度和抗压力均低于实施例1-4，对比例2中由于没有添加松针粉，抗细菌率和长霉等级均低于实施例1-4。所以说明在配方中加入纤维粉能起到能填充网状骨架空间，加强结合力，提高抗压及密度的作用；加入松针粉增强防霉防潮功效。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种可自然降解的聚合材料，其特征在于，由以下按重量份计的干料组成：
淀粉15～50％、硬脂酸1.5～5％、松针粉5～15％、植物纤维和/或废纸屑30～60％和纤维粉10～30％，干料与热水的混合比例为1：1.6～2.5。
2.如权利要求1所述的可自然降解的聚合材料，其特征在于，所述热水的温度为94～100℃。
3.如权利要求1所述的可自然降解的聚合材料，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的可自然降解的聚合材料，其特征在于，所述植物纤维为树木枝干、芦苇、竹类、棉麻类、秸秆和谷糠中的一种或几种；植物纤维和/或废纸屑长度为1～1.5mm，直径为0.01～0.1mm，大小为30～100目。
5.如权利要求1所述的可自然降解的聚合材料，其特征在于，所述纤维粉为中纤板的边角料和/或中纤板废次品二次粉碎后的粉末，纤维粉的大小为80～180目。
6.如权利要求1-5任一所述的可自然降解的聚合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将淀粉、硬脂酸、松针粉、植物纤维和/废纸屑以及纤维粉放入混料机中，搅拌；
2)在混料机中边搅拌边添加热水，搅拌至干料完全混合糊化后取出，得到糊溶物；
3)将步骤2)所得的糊溶物加入到已恒温加热的模具中，合模后，继续保温，烘干至完全定型后起模，得到可自然降解的聚合材料。
7.如权利要求6所述的可自然降解的聚合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，搅拌方式为正、反循坏搅拌15～30分钟。
8.如权利要求6所述的可自然降解的聚合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，得到的糊溶物放置在可保湿箱体保存。
9.如权利要求6所述的可自然降解的聚合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)，实际放入模具中的糊溶物的用量比能填满模具糊溶物的用量少8～19％。
10.如权利要求6所述的可自然降解的聚合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)，加热温度为110～265℃，时间为4～30分钟。
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