CN112063190A - 绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，涉及包装材料加工技术领域，由以下重量份数的原料制成：秸秆粉100‑300份、聚乳酸50‑100份、增塑剂5‑20份、催化剂1‑10份、发泡剂0.5‑5份、发泡促进剂0.1‑3份；本发明通过醚化反应将聚乳酸接枝到秸秆的纤维素和半纤维素分子结构上，聚乳酸和秸秆两者都具有可生物降解性能，因此使最终制备的材料能够被生物降解；并且通过聚乳酸对秸秆的接枝改性来赋予秸秆一定的塑料成型性，制得能够发挥缓冲作用的发泡材料。

Description

绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料
技术领域：
本发明涉及包装材料加工技术领域，具体涉及一种绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料。
背景技术：
网购商品在运输过程中要经过多次中转，为了避免商品在运输过程中受损，就会出现快递的过度包装问题。目前，快递包装材料构成复杂，其中发泡膜、胶带、黑灰包装袋等包装材料是快递垃圾产生的主要来源。泡沫薄膜、塑料包装袋等塑料结构具有稳定性，在自然环境中难以降解，严重污染环境。
纸箱作为包装材料时，为了增强其缓冲作用，需要在内部填充缓冲材料。现有缓冲材料多由不可降解或者降解十分缓慢的塑料制成，但废弃后会严重危害环境，而回收又存在成本高、成分复杂的问题，因此采用可生物降解材料作为缓冲材料是非常有必要的。另外，在开发可生物降解材料时不仅要考虑到材料的降解性能，还要考虑到材料的加工成本，从而促进这类可生物降解材料的广泛应用。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可生物降解材料及其制备方法，不仅实现了秸秆的高效利用，并且使秸秆充分发挥其填充性能，保证了所制材料作为缓冲材料的使用需求，所采用的制备方法和得到的产品都具备绿色环保性。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，由以下重量份数的原料制成：
秸秆粉100-300份、聚乳酸50-100份、增塑剂5-20份、催化剂1-10份、发泡剂0.5-5份、发泡促进剂0.1-3份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乳酸、秸秆粉和催化剂加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到聚乳酸接枝秸秆粒料；
(2)将上述聚乳酸接枝秸秆粒料、增塑剂、发泡剂和发泡促进剂加入混合机中，高速混合，得到混合物料；
(3)将上述混合物料加入预热的模具内，常压下加热发泡，冷却脱模。
纤维素和半纤维素的分子链上含有大量活泼的羟基，可以与聚乳酸分子中的羟基之间形成醚键，从而将聚乳酸接枝到纤维素和半纤维素分子上。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，是一种新型的生物降解材料。聚乳酸掩埋在土壤里降解，产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，因此不会造成温室效应。
秸秆粉和聚乳酸如果仅采用物理混合的方式来制备发泡材料，两者因共混相容性差，无法使聚乳酸均匀分散于秸秆粉中，也无法使秸秆粉均匀分散于聚乳酸中，因此无法实现秸秆粉作为发泡材料加工原料的新应用。而上述化学接枝方式能够将聚乳酸和秸秆成分通过稳定的化学键连接，解决了共混相容性问题，并且聚乳酸的接枝也能改善秸秆粉的加工成型性能，制得具有可生物降解性能的发泡材料。
所述催化剂为浓硫酸。浓硫酸作为脱水剂，促进醚化反应的正向进行。
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为20-100r/min，螺杆温度为180-230℃，口模温度为180-230℃。
所述模具的预热温度为110-130℃，发泡温度为160-180℃。
所述增塑剂为甘油。甘油作为增塑剂，目的是增加树脂分子的可塑性。
所述发泡剂为AC发泡剂。AC发泡剂是发气量大、性能优越、用途广泛的发泡剂，具有性能稳定、不易燃、不污染、无毒无味、不影响固化和成型速度等特点，在常压下发泡即可，发泡均匀。
所述发泡促进剂为纳米氧化锌。
所述纳米氧化锌的平均粒径为15-30nm。纳米氧化锌的加入可以改善AC发泡剂分解温度范围小、分解突发性强等缺陷，降低AC发泡剂的发泡温度，缩短发泡诱导期，并且能防止AC发泡剂的分解产物腐蚀模具与螺杆积垢形成的副作用。
甘油属于本领域常用的增塑剂，本发明还选用了DL-谷氨酸-5-甲酯作为增塑剂，两者的基本核心部分并不相同，因此DL-谷氨酸-5-甲酯与甘油并不属于结构接近的化合物，并且本领域也未公开将DL-谷氨酸-5-甲酯作为增塑剂的应用，因此本领域的现有技术和公知常识无法对本领域技术人员给出将DL-谷氨酸-5-甲酯作为增塑剂的技术教导，而本发明将DL-谷氨酸-5-甲酯作为增塑剂替代甘油后发现其能使最终所制材料的机械性能更加优异，更适用于作为缓冲材料。
增塑剂分子插入到聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子链间的应力，增加了聚合物分子链的移动性，从而使聚合物的塑性增加，进而改善所制材料的使用性能。
本发明的有益效果是：本发明通过醚化反应将聚乳酸接枝到秸秆的纤维素和半纤维素分子结构上，聚乳酸和秸秆两者都具有可生物降解性能，因此使最终制备的材料能够被生物降解；并且通过聚乳酸对秸秆的接枝改性来赋予秸秆一定的塑料成型性，制得能够发挥缓冲作用的发泡材料，以满足包装纸箱的使用需求。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
聚乳酸购自可乐丽，醇解度为89％，平均聚合度为1750。
纳米氧化锌购自北京德科岛金科技有限公司，型号DK-ZnO-15。
实施例1
(1)将80份聚乳酸、120份秸秆粉和5份浓硫酸加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为50r/min，螺杆温度为220℃，口模温度为210℃，熔融挤出，冷却造粒，得到聚乳酸接枝秸秆粒料；
(2)将上述聚乳酸接枝秸秆粒料、12份甘油、4份发泡剂AC-1600和1.5份纳米氧化锌加入混合机中，于转速1200r/min下高速混合10min，得到混合物料；
(3)将上述混合物料加入预热至120℃的模具内，常压下加热至170℃发泡，冷却脱模。
实施例2
实施例2与实施例1的具体操作相同，区别之处是调整了聚乳酸与秸秆粉的用量。
(1)将80份聚乳酸、100份秸秆粉和5份浓硫酸加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为50r/min，螺杆温度为220℃，口模温度为210℃，熔融挤出，冷却造粒，得到聚乳酸接枝秸秆粒料；
(2)将上述聚乳酸接枝秸秆粒料、12份甘油、4份发泡剂AC-1600和1.5份纳米氧化锌加入混合机中，于转速1200r/min下高速混合10min，得到混合物料；
(3)将上述混合物料加入预热至120℃的模具内，常压下加热至170℃发泡，冷却脱模。
实施例3
实施例3与实施例1的具体操作相同，区别之处是将甘油替换为等量的DL-谷氨酸-5-甲酯。
(1)将80份聚乳酸、120份秸秆粉和5份浓硫酸加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为50r/min，螺杆温度为220℃，口模温度为210℃，熔融挤出，冷却造粒，得到聚乳酸接枝秸秆粒料；
(2)将上述聚乳酸接枝秸秆粒料、12份DL-谷氨酸-5-甲酯、4份发泡剂AC-1600和1.5份纳米氧化锌加入混合机中，于转速1200r/min下高速混合10min，得到混合物料；
(3)将上述混合物料加入预热至120℃的模具内，常压下加热至170℃发泡，冷却脱模。
对照例
对照例与实施例1的具体操作相同，区别之处是以等量的聚乳酸和秸秆粉替代聚乳酸接枝秸秆粒料。
(1)将80份聚乳酸、120份秸秆粉、12份甘油、4份发泡剂AC-1600和1.5份纳米氧化锌加入混合机中，于转速1200r/min下高速混合10min，得到混合物料；
(2)将上述混合物料加入预热至120℃的模具内，常压下加热至170℃发泡，冷却脱模。
按照标准方法测试上述实施例和对照例最终所制缓冲材料的使用性能，测试结果见表1。
表1
项目 永久变形率/％ 缓冲吸震力/N
测试标准 ASTM D395-B EN1621-2，23℃
实施例1 13.7 12841
实施例2 15.6 11507
实施例3 16.8 14023
对照例 5.2 7619
由表1可以看出，本发明实施例所制材料的缓冲性能好，能够作为缓冲材料来有效避免外力对物品造成的破坏。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：
秸秆粉100-300份、聚乳酸50-100份、增塑剂5-20份、催化剂1-10份、发泡剂0.5-5份、发泡促进剂0.1-3份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乳酸、秸秆粉和催化剂加入双螺杆挤出机中，熔融挤出，冷却造粒，得到聚乳酸接枝秸秆粒料；
(2)将上述聚乳酸接枝秸秆粒料、增塑剂、发泡剂和发泡促进剂加入混合机中，高速混合，得到混合物料；
(3)将上述混合物料加入预热的模具内，常压下加热发泡，冷却脱模。
2.根据权利要求1所述的绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：所述催化剂为浓硫酸。
3.根据权利要求1所述的绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：所述双螺杆挤出机的螺杆转速为20-100r/min，螺杆温度为180-230℃，口模温度为180-230℃。
4.根据权利要求1所述的绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：所述模具的预热温度为110-130℃，发泡温度为160-180℃。
5.根据权利要求1所述的绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：所述增塑剂为甘油。
6.根据权利要求1所述的绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：所述发泡剂为AC发泡剂。
7.根据权利要求1所述的绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：所述发泡促进剂为纳米氧化锌。
8.根据权利要求7所述的绿色环保型包装纸箱内部缓冲用可生物降解材料，其特征在于：所述纳米氧化锌的平均粒径为15-30nm。
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