CN113861515B - 一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物及其制备方法，所述缓冲填充物包括以下重量份的原料：水溶性淀粉60‑80份，去离子水10‑40份，聚乙烯醇10‑20份，增塑剂0‑10份，交联剂0‑1份。本发明的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物生物降解性高，7秒内即可完全溶解在水中，同时具有优越的缓冲性能，弹性指数大于74％；本发明采用的制备方法简单，使用一步降压发泡的方法，相比与现有的螺杆机熔融挤出法，操作步骤简单、耗时短。

Description

一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种包装缓冲填充物，尤其涉及一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物及其制备方法。
背景技术
包装缓冲填充物是指在物品运输过程中，起到减少物品碰撞，对物品其保护作用的缓冲材料。常规的包装缓冲填充物为泡沫、珍珠棉、填充气袋。其中，使用最广泛的是泡沫包装填充物。泡沫填充物是一种石油基缓冲材料，在使用过程中会存在污染环境的问题。
为了避免石油基缓冲材料对环境的污染，现有技术开始研发环保基缓冲材料，但其多采用玉米和木薯淀粉作为环保基，玉米和木薯淀粉的水溶性差，导致在环境中可生物降解性表现不好。如专利CN108341994 A，公开了一种以淀粉作为发泡基料，通过双氧水/硫酸亚铁氧化体系氧化后，再与发泡增塑组分和发泡添加剂组分混合均匀，经高压缩比的单螺杆挤出机挤出发泡成型，制备得到淀粉基发泡材料；专利CN112029153 A一种环保型淀粉基发泡材料及其制备方法，原料经过多步共混均匀、塑化、熔融、造粒，最终得到淀粉基发泡材料；还有的采用生物塑料，但其成品的可生物降解性扔表现不佳，如专利CN111961259 A，公开了一种用于发泡的可发性淀粉生物塑料及制备方法，可发性淀粉生物塑料是将捏炼料、植物纤维粉碎粒料、基体树脂、润滑剂、碳酸氢钠高速混合均匀，然后加入螺杆挤出机进行挤出造粒而制得。
现有技术中缓冲材料制备采用的原料，不溶于水，成品可生物降解性低，后续固废处置成本高；采用螺杆机熔融挤出法，操作步骤复杂，时间长，消耗能量高。
发明内容
发明目的：本发明的目的提供一种天然、安全、无毒、绿色环保的一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。本发明的另一目的提供一种操作步骤简单的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物制备方法。
技术方案：本发明的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，包括以下重量份的原料：水溶性淀粉60-80份，去离子水10-40份，聚乙烯醇10-20份，增塑剂0-10份，交联剂0-1份。
去离子水作为包装缓冲填充物的增塑剂和发泡剂，促进淀粉塑化和泡体长大；聚乙烯醇作为增强剂，提高包装缓冲填充物的机械强度和弹性；增塑剂用于提高去离子水对淀粉的塑化能力；交联剂作为包装缓冲填充物的防潮剂，用于改善填充物的吸潮性能。
优选的，增塑剂为甘油、聚乙二醇、山梨醇、尿素中的一种或几种混合。
优选的，交联剂为锆盐和氢氧化钙。
优选的，水溶性淀粉为水溶性玉米淀粉、水溶性木薯淀粉和水溶性马铃薯淀粉中的一种或几种混合。
上述可水溶性淀粉基包装缓冲填充物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10-40份去离子水，10-20份聚乙烯醇、0-10份增塑剂和0-1份交联剂在40℃下混合，然后逐渐加入60-80份水溶性淀粉；恒温水浴环境中，共混物在搅拌器内充分混合，得到预混料；
(2)预混料入螺杆挤出机中，经过熔融、挤出，得到热塑性水溶淀粉；
(3)热塑性水溶淀粉在刀片磨碎机内磨切造粒；在恒温室内干燥，水分含量控制在8％～20％范围内，得到热塑性水溶淀粉粒料；
(4)将步骤(3)得到的粒料进行降压发泡，得到可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。
进一步地，所述步骤(1)中，恒温水浴的温度为60-80℃，所述搅拌器为顶置式搅拌器，搅拌器的转速为400-1000rpm，混合时间为0.5-2h。
进一步地，步骤(1)中，共混物在搅拌器内充分混合后，预混料在密封的聚乙烯塑料袋中平衡24-36h。
进一步地，所述步骤(2)中，所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机、同向双螺杆挤出机、异向双螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机中的一种。
进一步地，所述步骤(2)中，挤出的温度为三区温度或五区温度，挤出机筒温度100-160℃，挤出螺杆转速10-50rpm。
进一步地，所述步骤(4)中，发泡温度为100-160℃，发泡压力为1.5-3.5MPa。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)生物降解性高，7秒内即完全溶解于水中，同时具有优越的缓冲性能，弹性指数大于74％；(2)原料绿色安全，采用农作物为原料，成品可循环使用，安全焚烧使用的热量仅为石油基缓冲材料的一半；(3)制备方法简单，使用一步降压发泡的方法，操作步骤简单、耗时短。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物的原料：60份水溶性玉米淀粉、10份去离子水，10份聚乙烯醇，2份甘油和0.1份锆盐。
制备步骤：(1)在40℃下，将离子水、聚乙烯醇、甘油和锆盐混合，在混合物中缓慢加入水溶性玉米淀粉，通过顶置式搅拌器在60℃的恒温水浴中以400rpm下彻底混合0.5h制得淀粉混合物，并将其装入密封的聚乙烯塑料袋中平衡24h。
(2)将平衡后的羟丙基淀粉混合物通过螺杆挤出机在单螺杆挤出机在三区机筒温度为100℃-120℃-140℃，螺杆转速为10rpm下进行熔融挤出，制备热塑性水溶性淀粉。
(3)热塑性水溶性淀粉借助于配有2mm内径的刀片磨碎机进行磨切造粒，在恒温室内干燥，水分含量控制在8％，得到热塑性水溶淀粉粒料；
(4)经过处理的热塑性水溶性淀粉造粒通过降压发泡机，进行发泡，发泡工艺如下：发泡温度和压强各为120℃和1.5MPa，即得制备可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。
实施例2
一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物的原料：70份水溶性木薯淀粉、15份去离子水，5份聚乙烯醇和0.1份锆盐。
制备步骤：(1)在40℃下，将离子水、聚乙烯醇、甘油和锆盐混合，在混合物中缓慢加入水溶性木薯淀粉，通过顶置式搅拌器在65℃的恒温水浴中以600rpm下彻底混合1h制得淀粉混合物，并将其装入密封的聚乙烯塑料袋中平衡36h。
(2)将平衡后的羟丙基淀粉混合物通过螺杆挤出机在单螺杆挤出机在三区机筒温度为120℃-140℃-160℃，螺杆转速为20rpm下进行熔融挤出，制备热塑性水溶性淀粉。
(3)热塑性水溶性淀粉借助于配有2mm内径的刀片磨碎机进行磨切造粒，在恒温室内干燥，水分含量控制在8％，得到热塑性水溶淀粉粒料；
(4)经过处理的热塑性水溶性淀粉造粒通过降压发泡机，进行发泡，发泡工艺如下：发泡温度和压强各为140℃和2.0MPa，即得制备可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。
实施例3
一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物的原料：80份马铃薯水溶性淀粉、25份去离子水，20份聚乙烯醇、10份甘油和0.3份氢氧化钙。
制备步骤：(1)在40℃下，将离子水、聚乙烯醇、甘油和氢氧化钙混合，在混合物中缓慢加入水溶性马铃薯淀粉，通过顶置式搅拌器在70℃的恒温水浴中以800rpm下彻底混合1.5h制得淀粉混合物，并将其装入密封的聚乙烯塑料袋中平衡30h。
(2)将平衡后的羟丙基淀粉混合物通过螺杆挤出机在单螺杆挤出机在三区机筒温度为140℃-140℃-140℃，螺杆转速为30rpm下进行熔融挤出，制备热塑性水溶性淀粉。
(3)热塑性水溶性淀粉借助于配有2mm内径的刀片磨碎机进行磨切造粒，在恒温室内干燥，水分含量控制在10％，得到热塑性水溶淀粉粒料；
(4)经过处理的热塑性水溶性淀粉造粒通过降压发泡机，进行发泡，发泡工艺如下：发泡温度和压强各为160℃和3.0MPa，即得制备可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。
实施例4
一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物的原料：40份水溶性玉米淀粉、40份水溶性马铃薯淀粉、30份去离子水，15份聚乙烯醇、5份山梨醇和1份氢氧化钙。
制备步骤：(1)在45℃下，将离子水、聚乙烯醇、甘油和锆盐混合，在混合物中缓慢加入水溶性淀粉，通过顶置式搅拌器在65℃的恒温水浴中以600rpm下彻底混合1h制得淀粉混合物，并将其装入密封的聚乙烯塑料袋中平衡36h。
(2)将平衡后的羟丙基淀粉混合物通过螺杆挤出机在单螺杆挤出机在三区机筒温度为140℃-140℃-160℃，螺杆转速为40rpm下进行熔融挤出，制备热塑性水溶性淀粉。
(3)热塑性水溶性淀粉借助于配有2mm内径的刀片磨碎机进行磨切造粒，在恒温室内干燥，水分含量控制在15％，得到热塑性水溶淀粉粒料；
(4)经过处理的热塑性水溶性淀粉造粒通过降压发泡机，进行发泡，发泡工艺如下：发泡温度和压强各为160℃和3.0MPa，即得制备可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。
实施例5
一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物的原料：80份水溶性玉米淀粉、40份去离子水，5份甘油、5份聚乙二醇和0.5份氢氧化钙。
制备步骤：(1)在40℃下，将离子水、聚乙烯醇、甘油和锆盐混合，在混合物中缓慢加入水溶性玉米淀粉，通过顶置式搅拌器在75℃的恒温水浴中以800rpm下彻底混合1h制得淀粉混合物，并将其装入密封的聚乙烯塑料袋中平衡24h。
(2)将平衡后的羟丙基淀粉混合物通过螺杆挤出机在单螺杆挤出机在三区机筒温度为140℃-140℃-160℃，螺杆转速为30rpm下进行熔融挤出，制备热塑性水溶性淀粉。
(3)热塑性水溶性淀粉借助于配有2mm内径的刀片磨碎机进行磨切造粒，在恒温室内干燥，水分含量控制在20％，得到热塑性水溶淀粉粒料；
(4)经过处理的热塑性水溶性淀粉造粒通过降压发泡机，进行发泡，发泡工艺如下：发泡温度和压强各为160℃和3.5MPa，即得制备可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。
对实施例1-5制备缓冲填充物发泡情况、单位密度、膨胀率、弹性指数以及水溶时间测试，结果如表1。
Figure BDA0003266062460000041
Figure BDA0003266062460000051
从表1可知，本发明实施例1～5制备的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物的发泡效果良好，泡孔大小均匀，单位密度小，回弹率高，仅在7秒内，就可达到水溶效果。

Claims (7)

1.一种可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，其特征在于，包括以下重量份的原料：水溶性淀粉60-80份，去离子水10-40份，聚乙烯醇10-20份，增塑剂0-10份，交联剂0-1份；水溶性淀粉为羟丙基淀粉，水溶性淀粉为水溶性玉米淀粉、水溶性木薯淀粉、水溶性马铃薯淀粉中的一种或几种混合；所述可水溶性淀粉基包装缓冲填充物通过以下方法制备：（1）将10-40份去离子水，10-20份聚乙烯醇、0-10份增塑剂和0-1份交联剂在40-45℃下混合，然后逐渐加入60-80份水溶性淀粉；恒温水浴环境中，共混物在搅拌器内充分混合，得到预混料；（2）预混料入螺杆挤出机中，经过熔融、挤出，得到热塑性水溶淀粉；（3）热塑性水溶淀粉在刀片磨碎机内磨切造粒；在恒温室内干燥，得到热塑性水溶淀粉粒料；（4）将步骤（3）得到的粒料进行降压发泡，发泡温度为100-160℃，发泡压力为1.5-3.5Mpa，得到可水溶性淀粉基包装缓冲填充物。
2.根据权利要求1所述的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，其特征在于，增塑剂为甘油、聚乙二醇、山梨醇、尿素中的一种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，其特征在于，交联剂为锆盐和氢氧化钙。
4.根据权利要求1所述的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，其特征在于，所述步骤（1）中，恒温水浴的温度为60-80℃，所述搅拌器为顶置式搅拌器，搅拌器的转速为400-1000rpm，混合时间为0.5-2h。
5.根据权利要求1所述的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，其特征在于，所述步骤（1）中，共混物在搅拌器内充分混合后，预混料在密封的聚乙烯塑料袋中平衡24-36h。
6.根据权利要求1所述的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，其特征在于，所述步骤（2）中，所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机、同向双螺杆挤出机、异向双螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机中的一种。
7.根据权利要求1所述的可水溶性淀粉基包装缓冲填充物，其特征在于，所述步骤（2）中，挤出的温度为三区温度或五区温度，挤出机筒温度100-160℃，挤出螺杆转速10-50rpm。
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