CN112980057A - 一种淀粉发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种淀粉发泡材料及其制备方法，按重量份数计，包括以下组分：淀粉基料：70‑90份；增塑剂：0.5‑10份；成核剂：0.5‑5份；发泡剂：0.5‑5份；糊化剂：10‑15份；其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。本发明的淀粉发泡材料采用柠檬酸或碳酸钠作为发泡剂，水作为糊化剂，改变了传统技术中以水为发泡体系的研发思路，采用发泡剂+水复合的发泡体系，柠檬酸能在高温下释放出二氧化碳，而碳酸钠能与水反应生成碳酸氢钠，进而受热分解释放出二氧化碳，二氧化碳的产生使得淀粉发泡材料由内至外产生均匀分布气孔，最终获得的淀粉发泡材料具有较高的发泡率以及均匀的泡孔，提高了淀粉发泡材料的缓冲性能，使其满足缓冲包装材料的要求。
Description
技术领域
本发明涉及缓冲包装材料技术领域，特别是涉及一种淀粉发泡材料及其制备方法。
背景技术
随着工业技术的迅速发展，石油基泡沫塑料在生产生活中广泛使用，在给人类带来便利的同时，也给环境造成了严重的负面影响。这是因为石油基泡沫塑料难以降解，并且含有大量的有毒物质，给陆地、海洋等生态环境造成了非常严重的负担。因此，研究者们开始将目光转向生物塑料，生物塑料以生物质为原料，不依赖于石油资源，其以可再生性和可生物降解性两大优势成为了低碳经济大旗下首选的塑料新材料。
淀粉是植物经光合作用而形成的碳水化合物，是一种来源丰富、价格低廉的可再生资源，自然界的酶可作用导致降解，成为科研工作者追逐的一种理想生物质资源。然而，淀粉亲水性强、塑性差、本身成型能力不足，也给其应用造成一定的困难，因此，淀粉基天然高分子材料的研究得到了极大的重视。
泡沫材料可以看作是气体充分分散在高分子材料基体中的复合材料，目前，现有技术淀粉发泡材料的主要技术思路为：将淀粉、聚乙烯醇和水等复合，低温挤出造粒后，使物料残留部分水，水作为发泡剂，在高温高速挤出时进行发泡，进而得到发泡制品。然而，以水为发泡体系的淀粉发泡材料仍然存在一些缺陷，例如含水量少时发泡率低，含水量高时容易产生发泡体破裂，发泡不均匀等问题，进而导致淀粉发泡材料的机械性能和缓冲性能下降，极大地限制了其在运输包装领域的应用。
因此，急需提供一种具有发泡率较高、泡孔均匀的高性能淀粉发泡材料，使其达到缓冲包装材料的要求。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种淀粉发泡材料及其制备方法，其通过配方的改良和制备方法的优化，获得了发泡率较高、泡孔均匀的高性能淀粉发泡材料。
本发明是基于以下发明构思实现的：一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。
相对于现有技术，本发明的淀粉发泡材料采用了柠檬酸或碳酸钠作为发泡剂，而水是作为糊化剂，改变了传统技术中以水为发泡体系的研发思路，创造性地采用发泡剂+水复合的发泡体系，其中，柠檬酸能在高温下释放出二氧化碳，而碳酸钠能与水反应生成碳酸氢钠，进而受热分解释放出二氧化碳，两种发泡剂产生的二氧化碳都能使淀粉发泡材料由内至外产生均匀分布气孔，最终获得的淀粉发泡材料具有较高的发泡率以及均匀的泡孔，提高了淀粉发泡材料的缓冲性能，使其满足缓冲包装材料的要求。
进一步地，所述淀粉基料为原淀粉或改性淀粉的一种；所述原淀粉为木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉、豆类淀粉和大米淀粉的任意一种或几种的组合；所述改性淀粉为酸解淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和交联淀粉的任意一种或几种的组合。
进一步地，所述增塑剂为丙二醇、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇、甘露醇和木糖醇中的任意一种或两种以上的混合物。
进一步地，所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、硅藻土、玻璃纤维、淀粉晶、纤维晶和蒙脱土的任意一种或几种的组合。
基于上述发明构思，本发明还提供了一种淀粉发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、物料混合：按照所述的淀粉发泡材料的组成配制原料加入到高速混合机中混合均匀，获得混合物料；
S2、制粒：将步骤S1的混合物料采用双螺杆挤出机熔融挤出，并采用切粒机制粒后获得热塑性淀粉粒料；其中，所述双螺杆挤出机中设有多段剪切混合加热区间；
S3、发泡：步骤S2的热塑性淀粉粒料经过单螺杆挤出机挤出并发泡形成片材，其中，所述螺杆挤出机设有多段挤出加热区间。
相对于现有技术，本发明的淀粉发泡材料的制备方法的挤出制粒步骤中设置了多段剪切混合加热区间，能够满足挤出工艺加料段、压缩段和均化段的不同温度要求，同时，本发明还设置了多段挤出加热区间，能够满足挤出发泡工艺中发泡过程温度要求，最终获得了具有较高的发泡率以及均匀的泡孔的淀粉发泡材料，极大地提高了淀粉发泡材料的缓冲性能。
进一步地，在步骤S1中，所述高速混合机的具体参数为：高速混合机转速为500-1000rmp，温度为60-80℃，时间为5-10min。
进一步地，在步骤S2中，所述双螺杆挤出机的具体参数为：双螺杆挤出机长径比为(25-50)：1，送料流量为30-45L/h，螺杆转速为50-100rmp，摸头温度为60-80℃；采用循环式往复泵和高压喷头注水，注水量为所述混合物料重量的10-20％，注水流量为3-8L/h，获得的所述热塑性淀粉粒料的含水量为10-17％。本发明控制获得的热塑性淀粉粒料的含水量在10-17％，若含水量过高，容易导致发泡体破裂或发泡不均匀，若含水量过低则发泡率偏低，缓冲性能不佳，因此，在这一含水量条件下，淀粉粒料具有最佳的发泡性能和缓冲性能。同时，采用循环式往复泵和高压喷头在双螺杆机挤出过程中注水，能够让水分子在淀粉粒料中的分布更加均匀，进而让泡孔的分布更加均匀。
进一步地，在步骤S2中，所述剪切混合加热区间设有七个，分别为第一加热区间，其温度为30-50℃；第二加热区间，其温度为50-70℃；第三加热区间，其温度为70-100℃；第四加热区间，其温度为70-120℃；第五加热区间，其温度为70-150℃；第六加热区间，其温度为70-150℃；第七加热区间，其温度为60-80℃。本发明设置了七个剪切混合加热区间，这前六个加热区间的温度缓慢升高，其最高温度150℃低于发泡剂的热分解温度，防止发泡剂在剪切混合的过程中发生热分解，而在第七加热区间设置较低的温度，进而防止淀粉发泡材料在挤出工艺时分解发黄、产生变色线、发泡等影响成品质量的问题。
进一步地，在步骤S3中，所述单螺杆挤出机的具体参数为：单螺杆挤出机长径比为(15-30)：1，螺杆转速为120-180rmp，所述热塑性淀粉粒料的进料速度为25-35kg/h。
进一步地，在步骤S3中，所述单螺杆挤出机采取多段控温，设置了四个挤出加热区间，分别为第一挤出加热区间，其温度为60-80℃；第二挤出加热区间，其温度为100-150℃；第三挤出加热区间，其温度为150-220℃；第四挤出加热区间，其温度为150-220℃。本发明设置了四个挤出加热区间，首先在60-80℃的挤出加热区间中，材料缓慢升温缓慢塑化，而升温至100-150℃时，材料内部残余的水缓慢地产生水蒸汽，进而被已塑化的部分包裹形成气孔，待水分子蒸发完成后，升温至150-220℃，发泡剂发生热分解产生二氧化碳，二氧化碳气体在材料中由内而外形成均匀分布的气孔。因此，本发明设置不同的发泡温度区，让发泡剂+水的复合发泡体系充分发泡，进而让淀粉材料的发泡率更高、泡孔分布更加均匀。
附图说明
图1为本发明的淀粉发泡材料的制备方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。
所述淀粉基料为原淀粉或改性淀粉的一种；所述原淀粉为木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉、豆类淀粉和大米淀粉的任意一种或几种的组合；所述改性淀粉为酸解淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和交联淀粉的任意一种或几种的组合。
所述增塑剂为丙二醇、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇、甘露醇和木糖醇中的任意一种或两种以上的混合物。
所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、硅藻土、玻璃纤维、淀粉晶、纤维晶和蒙脱土的任意一种或几种的组合。
基于上述发明构思，本发明还提供了一种淀粉发泡材料的制备方法，请参阅图1，包括以下步骤：
S1、物料混合：按照上述的淀粉发泡材料的组成配制原料，称取淀粉基料70-90份，并依次加入增塑剂0.5-10份、成核剂0.5-5份、发泡剂0.5-5份、糊化剂10-15份，在高速混合机中以500-1000rmp的转速，以60-80℃的温度搅拌5-10min，获得混合物料；
S2、制粒：将步骤S1的混合物料采用双螺杆挤出机熔融挤出，并采用切粒机制粒后获得热塑性淀粉粒料；其中，所述双螺杆挤出机中设有多段剪切混合加热区间；所述多段剪切混合加热区间设有七个，分别为第一加热区间，其温度为30-50℃；第二加热区间，其温度为50-70℃；第三加热区间，其温度为70-100℃；第四加热区间，其温度为70-120℃；第五加热区间，其温度为70-150℃；第六加热区间，其温度为70-150℃；第七加热区间，其温度为60-80℃。在步骤S2中，所述双螺杆挤出机的具体参数为：双螺杆挤出机长径比为(25-50)：1，送料流量为30-45L/h，螺杆转速为50-100rmp，摸头温度为60-80℃；采用循环式往复泵和高压喷头注水，注水量为所述混合物料重量的10-20％，注水流量为3-8L/h，获得的所述热塑性淀粉粒料的含水量为10-17％。
S3、发泡：步骤S2的颗粒经过螺杆挤出机挤出并发泡形成片材，其中，所述螺杆挤出机设有多个挤出加热区间。所述挤出加热区间设有四个，分别为第一挤出加热区间，其温度为60-80℃；第二挤出加热区间，其温度为100-150℃；第三挤出加热区间，其温度为150-220℃；第四挤出加热区间，其温度为150-220℃。具体地，所述单螺杆挤出机的具体参数为：单螺杆挤出机长径比为(15-30)：1，螺杆转速为120-180rmp，所述热塑性淀粉粒料的进料速度为25-35kg/h。
基于上述发明构思，本发明设置了实施例1-实施例4和对比例1，通过改变原料配比、原料种类和调整工艺过程制备了五种产品，并对其进行了性能测试。
实施例1-4的原料配比、原料种类请详见表1。
表1：实施例1-4及对比例1原料配比表
实施例1
本发明实施例1提供了一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述发泡剂为碳酸钠；所述糊化剂为水。所述淀粉基料为小麦淀粉。所述增塑剂为聚乙二醇。所述成核剂为碳酸钙。
本发明实施例1的制备方法为，包括如下步骤：
S1、物料混合：按照上述的淀粉发泡材料的组成配制原料，称取淀粉基料75份，并依次加入增塑剂7份、成核剂3份、发泡剂4份、糊化剂10份，在高速混合机中以700rmp的转速，以70℃的温度搅拌10min，获得混合物料；
S2、制粒：将步骤S1的混合物料采用双螺杆挤出机挤出，并采用造粒机制粒后获得颗粒；其中，所述双螺杆挤出机中设有多段挤出加热区间；所述挤出加热区间设有七个，分别为第一加热区间，其温度为30-50℃；第二加热区间，其温度为50-70℃；第三加热区间，其温度为70-100℃；第四加热区间，其温度为70-120℃；第五加热区间，其温度为70-150℃；第六加热区间，其温度为70-150℃；第七加热区间，其温度为60-80℃。所述双螺杆挤出机的具体参数为：双螺杆挤出机长径比为30：1，送料流量为35L/h，螺杆转速为70rmp，模头温度为70℃；采用循环式往复泵和高压喷头注水，注水量为所述混合物料重量的15％，注水流量为5L/h。
S3、发泡：步骤S2的颗粒经过螺杆挤出机挤出并发泡形成片材，其中，所述螺杆挤出机设有多个挤出加热区间。所述挤出加热区间设有四个，分别为第一挤出加热区间，其温度为60-80℃；第二挤出加热区间，其温度为100-150℃；第三挤出加热区间，其温度为150-220℃；第四挤出加热区间，其温度为150-220℃。具体地，所述单螺杆挤出机的具体参数为：单螺杆挤出机长径比为20：1，螺杆转速为150rmp，所述热塑性淀粉粒料的进料速度为30kg/h。
实施例2
本实施例2提供了一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述发泡剂为碳酸钠；所述糊化剂为水。所述淀粉基料为木薯淀粉和小麦淀粉的组合。所述增塑剂为聚乙二醇。所述成核剂为碳酸钙。
实施例3
本实施例3提供了一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述发泡剂为碳酸钠；所述糊化剂为水。所述淀粉基料为木薯淀粉和小麦淀粉的组合。所述增塑剂为聚乙二醇。所述成核剂为碳酸钙。
实施例4
本发明实施例4与实施例1的主要区别在于发泡剂的种类，提供了一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述发泡剂为柠檬酸；所述糊化剂为水。所述淀粉基料为小麦淀粉。所述增塑剂为聚乙二醇。所述成核剂为碳酸钙。
对比例
为了探究本发明的发泡剂和糊化剂是否存在协同作用，在此设置了对比例，该对比例为传统技术中的基础配方，以水作为发泡剂，无本发明的发泡剂碳酸钠或柠檬酸，进而提供了一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述糊化剂为水。所述淀粉基料为木薯淀粉和小麦淀粉的组合。所述增塑剂为聚乙二醇。所述成核剂为碳酸钙。
实施例1-4和对比例1的制备工艺参数请详见表2。
表2：实施例1-4和对比例1的制备工艺参数表
以下，分别对实施例1-4及对比例1获得的淀粉发泡材料进行性能测试，实验结果如下
表1：
| 样品标号 | 发泡率(％) | 平均孔径(mm) | 回弹率(％) |
| 实施例1 | 80.3％ | 0.88 | 88％ |
| 实施例2 | 85.5％ | 0.93 | 95％ |
| 实施例3 | 82.1％ | 0.90 | 90％ |
| 实施例4 | 78.9％ | 0.84 | 85％ |
| 对比例 | 60.0％ | <0.60 | 77％ |
由上表可知，实施例1-实施例3采用碳酸钠作为发泡剂，即采用碳酸钠+水的复合发泡体系，淀粉发泡材料的发泡率、平均孔径以及回弹率与碳酸钠和水的比例有关，其中实施例2的碳酸钠和水的比例1:3为最佳配比。实施例4采用柠檬酸作为发泡剂，即采用柠檬酸+水的复合发泡体系，其发泡率、平均孔径及回弹率等性能略差于碳酸钠+水复合发泡体系。此外，本发明的实施例1-4中，无论是采用碳酸钠+水的复合发泡体系还是柠檬酸+水的复合发泡体系，最终获得的淀粉发泡材料的发泡率、平均孔径及回弹率均明显高于对比例，说明本发明的发泡剂+水的复合发泡剂体系产生了协同作用，有效提升了产品的发泡率、孔径及回弹性，进而提高了产品的缓冲性能。
本发明能产生的有益效果为：1、本发明的淀粉发泡材料的配方中采用了柠檬酸或碳酸钠作为发泡剂，而水是作为糊化剂，本发明改变了传统技术中以水为发泡体系的研发思路，采用发泡剂+水复合的发泡体系，柠檬酸能在高温下释放出二氧化碳，而碳酸钠能与水反应生成碳酸氢钠，进而受热分解释放出二氧化碳，二氧化碳的产生使得淀粉发泡材料由内至外产生均匀分布气孔，最终获得的淀粉发泡材料具有较高的发泡率以及均匀的泡孔，提高了淀粉发泡材料的缓冲性能，使其满足缓冲包装材料的要求。2、本发明的淀粉发泡材料的制备方法的挤出制粒步骤中设置了多段剪切混合加热区间，能够满足挤出工艺加料段、压缩段和均化段的不同温度要求，同时，本发明还设置了多个挤出加热区间，让发泡剂+水的复合发泡体系充分发泡，最终获得了具有较高的发泡率以及均匀的泡孔的淀粉发泡材料，极大地提高了淀粉发泡材料的缓冲性能。3、本发明的淀粉发泡材料采用了淀粉这一可再生的生物质材料，可以达到国家新规的《降解包材标准》，属于环保型产品。4、本发明的淀粉发泡材料具有良好的泡孔结构，可作为在运输产品过程中使用的内衬或者防震垫，具有良好的缓冲效果。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种淀粉发泡材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
淀粉基料：70-90份；
增塑剂：0.5-10份；
成核剂：0.5-5份；
发泡剂：0.5-5份；
糊化剂：10-15份；
其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。
2.根据权利要求1所述的淀粉发泡材料，其特征在于：所述淀粉基料为原淀粉或改性淀粉的一种；所述原淀粉为木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉、豆类淀粉和大米淀粉的任意一种或几种的组合；所述改性淀粉为酸解淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和交联淀粉的任意一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述的淀粉发泡材料，其特征在于：所述增塑剂为丙二醇、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇、甘露醇和木糖醇中的任意一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求3所述的淀粉发泡材料，其特征在于：所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、硅藻土、玻璃纤维、淀粉晶、纤维晶和蒙脱土的任意一种或几种的组合。
5.一种淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、物料混合：按照权利要求1-4任一项所述的淀粉发泡材料的组成配制原料加入到高速混合机中混合均匀，获得混合物料；
S2、制粒：将步骤S1的混合物料采用双螺杆挤出机熔融挤出，并采用切粒机制粒后获得热塑性淀粉粒料；其中，所述双螺杆挤出机中设有多段剪切混合加热区间；
S3、发泡：步骤S2的热塑性淀粉粒料经过单螺杆挤出机挤出并发泡形成片材，其中，所述螺杆挤出机设有多段挤出加热区间。
6.根据权利要求5所述的淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述高速混合机的具体参数为：高速混合机转速为500-1000rmp，温度为60-80℃，时间为5-10min。
7.根据权利要求5所述的淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述双螺杆挤出机的具体参数为：双螺杆挤出机长径比为(25-50)：1，送料流量为30-45L/h，螺杆转速为50-100rmp，模头温度为60-80℃；采用循环式往复泵和高压喷头注水，注水量为所述混合物料重量的10-20％，注水流量为3-8L/h，获得的所述热塑性淀粉粒料的含水量为10-17％。
8.根据权利要求7所述的淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述剪切混合加热区间设有七个，分别为第一加热区间，其温度为30-50℃；第二加热区间，其温度为50-70℃；第三加热区间，其温度为70-100℃；第四加热区间，其温度为70-120℃；第五加热区间，其温度为70-150℃；第六加热区间，其温度为70-150℃；第七加热区间，其温度为60-80℃。
9.根据权利要求5所述的淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述单螺杆挤出机的具体参数为：单螺杆挤出机长径比为(15-30)：1，螺杆转速为120-180rmp，所述热塑性淀粉粒料的进料速度为25-35kg/h。
10.根据权利要求9所述的淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述单螺杆挤出机采取多段控温，设置了四个挤出加热区间，分别为第一挤出加热区间，其温度为60-80℃；第二挤出加热区间，其温度为100-150℃；第三挤出加热区间，其温度为150-220℃；第四挤出加热区间，其温度为150-220℃。
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|---|---|
| CN (1) | CN112980057A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110227036A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-09-13 | 南京神奇科技开发有限公司 | 一种化妆品用原料及其制备方法 |
| CN113832780A (zh) * | 2021-10-25 | 2021-12-24 | 上海紫丹印务有限公司 | 一种缓冲包装材料及其制备方法 |
| CN113843949A (zh) * | 2021-10-12 | 2021-12-28 | 广东炬晶新材料有限公司 | 一种防水型淀粉发泡包装材料及生产方法 |
| CN113882187A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-04 | 湖北紫丹包装科技有限公司 | 一种隔热的纸质容器套及其制作方法 |
| CN114874486A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-08-09 | 陕西科技大学 | 一种塑化改性淀粉复合泡沫材料及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106800674A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-06-06 | 广州绿发材料科技有限公司 | 淀粉发泡产品及其制备方法 |
| CN108341994A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-31 | 华南理工大学 | 一种淀粉基发泡材料及其制备方法 |
| CN110684230A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-01-14 | 广州绿发材料科技有限公司 | 一种利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料及其制备方法 |
| CN110790985A (zh) * | 2018-08-02 | 2020-02-14 | 广州绿发材料科技有限公司 | 淀粉泡沫材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-03-26 CN CN202110325024.4A patent/CN112980057A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106800674A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-06-06 | 广州绿发材料科技有限公司 | 淀粉发泡产品及其制备方法 |
| CN108341994A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-31 | 华南理工大学 | 一种淀粉基发泡材料及其制备方法 |
| CN110790985A (zh) * | 2018-08-02 | 2020-02-14 | 广州绿发材料科技有限公司 | 淀粉泡沫材料及其制备方法 |
| CN110684230A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-01-14 | 广州绿发材料科技有限公司 | 一种利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料及其制备方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110227036A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-09-13 | 南京神奇科技开发有限公司 | 一种化妆品用原料及其制备方法 |
| CN113843949A (zh) * | 2021-10-12 | 2021-12-28 | 广东炬晶新材料有限公司 | 一种防水型淀粉发泡包装材料及生产方法 |
| CN113832780A (zh) * | 2021-10-25 | 2021-12-24 | 上海紫丹印务有限公司 | 一种缓冲包装材料及其制备方法 |
| CN113882187A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-04 | 湖北紫丹包装科技有限公司 | 一种隔热的纸质容器套及其制作方法 |
| CN114874486A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-08-09 | 陕西科技大学 | 一种塑化改性淀粉复合泡沫材料及其制备方法 |
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