CN115636987A - 一种生物基发泡料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物基发泡料，属于发泡材料技术领域，其组分包括生物质材料、发泡材料和发泡助剂，所述生物质材料包括热塑性淀粉、改性稻草粉和改性贝壳粉；所述发泡材料包括EVA、EPDM和LLDPE；热塑性淀粉、稻草粉和贝壳粉均为生物质材料，但热塑性淀粉为主材，为热塑性材料，与EVA、EPDM和LLDPE共混塑化更有利于材料熔体强度提高，更有利于发泡，而改性稻草粉和改性贝壳粉更多在材料中起到支撑作用，通过生物质材料、发泡材料和发泡助剂的协同作用，在提高生物质含量的同时，使得发泡材料泡孔均匀，发泡倍率大小合适，生物基发泡材料中生物质含量可达56‑66％。
Description
技术领域
本发明属于发泡材料技术领域，更具体地说，涉及一种生物基发泡料及其制备方法。
背景技术
现如今，随着世界经济的快速发展，产生的环境污染问题也越来越严重。根据相关机构发布的数据，2019年全球碳排放总量330亿吨左右，而2020年排放总量虽然有所回落，但是也高达306.9亿吨左右。由此来看，全球碳排放问题已经非常严重，所以，人类想要可持续发展，控制碳排放量可以说刻不容缓。我国计划在2030年前二氧化碳排放量达到峰值，并且在2060年前实现碳中和。因此，减少碳排放，早日实现碳达峰。在发泡领域，现有技术常采用生物基EVA作为材料，具有非常软，弹性良好的优点，但EVA是石油来源，为了减少石油资源的消耗，用可再生生物质材料制备生物基发泡材料。
在鞋材及包装领域，由于舒适度和其他方面的原因，需要发泡到一定倍率，但对于石化材料，随着石油资源的日趋紧缺和市场供应不平衡，同时依然没有特别良好的废旧处理方式，导致难于降解腐烂，最终对环境造成了特别严重的污染。而生物基材料是解决目前石油资源紧缺的手段之一，废弃后部分生物质(淀粉、纤维素等)材料可降解能缓解对环境造成污染的现状，但是现有技术中生物基发泡材料受限于生物质对于材料性能的影响，生物质含量难以提高，一般只能达到20％左右。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中发泡材料难以脱离以石油基材料的技术问题，本发明提供一种生物基发泡料及其制备方法，通过发泡材料中特定的发泡材料和发泡助剂以及热塑性淀粉和改性稻草粉和改性贝壳粉的性能支撑，不仅有效提高发泡材料中生物质含量的增加，而且使发泡材料具有较好的性能。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种生物基发泡料，其组分包括生物质材料、发泡材料和发泡助剂，所述生物质材料包括热塑性淀粉、改性稻草粉和改性贝壳粉；所述发泡材料包括EVA、EPDM和LLDPE。
优选地，所述生物质材料和发泡材料中组分及组分含量(质量比)为：
热塑性淀粉：50.0-60.0％；主要是高生物质含量，同时降低成本。
改性稻草粉：3.0-6.0％；作为加强筋，对泡孔起到支撑作用。
改性贝壳粉：2.5-4.5％；作为泡孔的支架，起到支撑作用。
EVA：15.0-20.0％；
EPDM：3.0-5.0％；
LLDPE：2.0-5.0％；
AC发泡剂：0.3-0.6％。
优选地，所述发泡助剂中组分及组分含量(质量比)为：
交联剂：0.25-0.45％；
氧化锌：0.5-0.8％；
硬脂酸：0.3-0.5％。
优选地，所述热塑性淀粉由淀粉和增塑剂制成，所述淀粉为玉米和/或马铃薯淀粉。
优选地，所述增塑剂包括聚乙二醇、乙二醇和木糖醇。
优选地，所述改性稻草粉包括稻草粉和偶联剂；所述改性贝壳粉包括贝壳粉和偶联剂。
优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
本发明的一种生物基发泡料制备方法，所述生物基发泡料为上述的生物基发泡料，具体制备方法为：
步骤(1)、制备热塑性淀粉：
将玉米和/或马铃薯淀粉磨细至高于100目，加入增塑剂进行搅拌，制得热塑性淀粉；
步骤(2)、制备改性稻草粉和改性贝壳粉：
将稻草粉和贝壳粉分别破碎至高于100目，然后分别加入偶联剂进行搅拌，分别制得改性稻草粉和改性贝壳粉；
步骤(3)、制备生物基发泡料
将热塑性淀粉、改性稻草粉、改性贝壳粉、EVA、EPDM和LLDPE混合进行一次密炼，然后加入AC发泡剂和发泡助剂进行二次密炼，密炼结束后进行开炼、造粒，制得生物基发泡料。通过上述的两次密炼，其实现塑化密炼的效果。
优选地，所述步骤(1)中，加入的增塑剂占淀粉含量的20％-30％(质量比)。
优选地，所述步骤(3)中，一次密炼温度为135-145℃，保持5-8min；二次密炼温度为 135-145℃，保持10-15min。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的一种生物基发泡料，其组分包括生物质材料、发泡材料和发泡助剂，所述生物质材料包括热塑性淀粉、改性稻草粉和改性贝壳粉；所述发泡材料包括EVA、EPDM和LLDPE；热塑性淀粉、稻草粉和贝壳粉均为生物质材料，但热塑性淀粉为主材，为热塑性材料，与EVA、 EPDM和LLDPE共混塑化更有利于材料熔体强度提高，更有利于发泡，而改性稻草粉和改性贝壳粉更多在材料中起到支撑作用，通过生物质材料、发泡材料和发泡助剂的协同作用，在提高生物质含量的同时，使得发泡材料泡孔均匀，发泡倍率大小合适，生物基发泡材料中生物质含量可达56-66％。
具体实施方式
下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明的一种生物基发泡料，其组分包括生物质材料、发泡材料和发泡助剂，所述生物质材料包括热塑性淀粉、改性稻草粉和改性贝壳粉；所述发泡材料包括EVA、EPDM和LLDPE 其中所述生物质材料、发泡材料以及发泡助剂中组分及组分含量(质量比)为：
热塑性淀粉：50.0-60.0％；主要是高生物质含量，同时降低成本。
改性稻草粉：3.0-6.0％；作为加强筋，对泡孔起到支撑作用。
改性贝壳粉：2.5-4.5％；作为泡孔的支架，起到支撑作用。
EVA：15.0-20.0％；
EPDM：3.0-5.0％；
LLDPE：2.0-5.0％；
AC发泡剂：0.3-0.6％；
交联剂：0.25-0.45％；起到交联作用，使材料性能提高。
氧化锌：0.5-0.8％；
硬脂酸：0.3-0.5％。
上述组分中，EVA是乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，其中VA含量从8-20％；EPDM为三元乙丙橡胶，LLDPE是生物基材料，由巴西工业公司提供；AC发泡剂是偶氮二甲酰胺；交联剂是过氧化物，包括DCP过氧化二异丙苯，BIPB双叔丁基过氧化二异丙基苯中的一种。发泡助剂的比例比较要求比较严格，对泡孔大小，发泡倍率等影响较大。
另外，所述热塑性淀粉由淀粉和增塑剂制成，所述淀粉为玉米和/或马铃薯淀粉。
优选地，所述增塑剂包括聚乙二醇、乙二醇和木糖醇。
优选地，所述改性稻草粉包括稻草粉和偶联剂；所述改性贝壳粉包括贝壳粉和偶联剂。
优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
热塑性淀粉的目的是提高生物基含量，降低产品成本；EVA和EPDM是良好的发泡树脂材料；LLDPE是生物基材料，同样具有优异的发泡性能，提高产品的硬度和强度；AC发泡剂是发泡的主要助剂；交联剂主要作用是聚合物交联，促进发泡；氧化锌的作用是促发泡剂；硬脂酸的作用是硫化活性剂；贝壳粉是发泡材料中的支架，同时降低产品成本。
本发明的一种生物基发泡料制备方法，所述生物基发泡料为上述的生物基发泡料，具体制备方法为：
步骤(1)、制备热塑性淀粉：
将玉米和/或马铃薯淀粉磨细至高于100目，加入增塑剂进行搅拌，制得热塑性淀粉；具体的，热塑性淀粉制备方法：选取高于100目的玉米、马铃薯淀粉，其中增塑剂为聚乙二醇 400，乙二醇和木糖醇的组合，具体配比为质量比：淀粉：增塑剂(100:20)，其中增塑剂是质量比为任意两项1:1混合,通过高速混合机搅拌均匀后备用，搅拌转速为15HZ，搅拌时间为15-20min。通过上述步骤，让淀粉的分解温度低于塑化温度，使淀粉具有热塑可加工性
步骤(2)、制备改性稻草粉和改性贝壳粉：
将稻草粉和贝壳粉分别破碎至高于100目，然后分别加入偶联剂进行搅拌，分别制得改性稻草粉和改性贝壳粉；具体的，稻草粉的制备方法：稻草粉是由稻草壳破碎低于100目并活化制备，即将稻草粉通过破碎机破碎至100目，然后加入稻草粉质量1％的钛酸酯偶联剂，优选扬州市立达树脂有限公司的LD-401产品；贝壳粉为贝壳废弃后破碎的生物碳酸钙粉末，将贝壳粉通过破碎机破碎至100目，然后加入贝壳粉质量1％的钛酸酯偶联剂，优选扬州市立达树脂有限公司的LD-401产品。
步骤(3)、制备生物基发泡料
将热塑性淀粉、改性稻草粉、改性贝壳粉、EVA、EPDM和LLDPE混合进行一次密炼，然后加入AC发泡剂和发泡助剂进行二次密炼，密炼结束后进行开炼、造粒，制得生物基发泡料。
优选地，所述步骤(1)中，加入的淀粉与增塑剂质量比范围为：5:1。
优选地，所述步骤(3)中，一次密炼温度为135-145℃，保持5-8min；二次密炼温度为 135-145℃，保持10-15min。
实施例1
(1)将25Kg玉米淀粉加入高速混合机，开启搅拌机，然后将聚乙二醇400和木糖醇分别加入2.5kg，搅拌5分钟放出备用。
(2)将高速混合机加热至100℃，加入稻草粉3.5kg，贝壳粉2.5kg，加入0.6％的钛酸酯偶联剂，然后启动高速搅拌10min，脱出样品中的水分同时形成偶联，放出备用。
(3)将EVA为27kg、EPDM为8kg，LLDPE为7kg加入搅拌机，充分搅拌均匀，然后加入(1)和(2)的样品，并加入AC发泡剂0.5kg，交联剂0.4kg，氧化锌0.5kg，硬脂酸0.5kg，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机，设定加热温度为：80℃-100℃-120℃-130℃-140℃-140℃-140℃-140℃-140℃-140℃(模头)制备生物基发泡料。本实施例的生物基发泡料性能参数如下表所示：
实施例2
(1)将40Kg马铃薯淀粉加入高速混合机，开启搅拌机，然后将聚乙二醇400和乙二醇分别加入4kg，搅拌8分钟放出备用。
(2)将高速混合机加热至100℃，加入稻草粉3kg，贝壳粉2kg，加入0.5％的钛酸酯偶联剂，然后启动高速搅拌10min，脱出样品中的水分同时形成偶联，放出备用。
(3)将EVA为30kg、EPDM为8kg，LLDPE为6kg加入搅拌机，充分搅拌均匀，然后加入(1)和(2)的样品，并加入AC发泡剂0.9kg，交联剂0.6kg，氧化锌0.5kg，硬脂酸0.5kg，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机，设定加热温度为：80℃-100℃-120℃-130℃-140℃-140℃-140℃-140℃-140℃-140℃(模头)制备生物基发泡料。本实施例的生物基发泡料性能参数如下表所示：
实施例3
(1)将50Kg玉米淀粉加入高速混合机，开启搅拌机，然后将乙二醇和木糖醇分别加入5kg，搅拌5分钟放出备用。
(2)将高速混合机加热至100℃，加入稻草粉2kg，贝壳粉1kg，加入0.3％的钛酸酯偶联剂，然后启动高速搅拌10min，脱出样品中的水分同时形成偶联，放出备用。
(3)将EVA为20kg、EPDM为8kg，LLDPE为5.5kg加入搅拌机，充分搅拌均匀，然后加入(1)和(2)的样品，并加入AC发泡剂1kg，交联剂0.5kg，氧化锌0.3kg，硬脂酸0.4kg，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机，设定加热温度为：80℃-100℃-120℃-130℃-140℃-140℃-140℃ -140℃-140℃-140℃(模头)制备生物基发泡料。本实施例的生物基发泡料性能参数如下表所示：
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。质量、浓度、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、 23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20 和50-10。
Claims (10)
1.一种生物基发泡料，其特征在于，其组分包括生物质材料、发泡材料和发泡助剂，所述生物质材料包括热塑性淀粉、改性稻草粉和改性贝壳粉；所述发泡材料包括EVA、EPDM和LLDPE。
2.根据权利要求1所述的一种生物基发泡料，其特征在于，所述生物质材料和发泡材料中组分及组分含量(质量比)为：
热塑性淀粉：50.0-60.0％；
改性稻草粉：3.0-6.0％；
改性贝壳粉：2.5-4.5％；
EVA：15.0-20.0％；
EPDM：3.0-5.0％；
LLDPE：2.0-5.0％；
AC发泡剂：0.3-0.6％。
3.根据权利要求2所述的一种生物基发泡料，其特征在于，所述发泡助剂中组分及组分含量(质量比)为：
交联剂：0.25-0.45％；
氧化锌：0.5-0.8％；
硬脂酸：0.3-0.5％。
4.根据权利要求1所述的一种生物基发泡料，其特征在于，所述热塑性淀粉由淀粉和增塑剂制成，所述淀粉为玉米和/或马铃薯淀粉。
5.根据权利要求4所述的一种生物基发泡料，其特征在于，所述增塑剂包括聚乙二醇、乙二醇和木糖醇。
6.根据权利要求1所述的一种生物基发泡料，其特征在于，所述改性稻草粉包括稻草粉和偶联剂；所述改性贝壳粉包括贝壳粉和偶联剂。
7.根据权利要求6所述的一种生物基发泡料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
8.一种生物基发泡料制备方法，其特征在于，所述生物基发泡料为权利要求1-7任一项所述的生物基发泡料，具体制备方法为：
步骤(1)、制备热塑性淀粉：
将玉米和/或马铃薯淀粉磨细至高于100目，加入增塑剂进行搅拌，制得热塑性淀粉；
步骤(2)、制备改性稻草粉和改性贝壳粉：
将稻草粉和贝壳粉分别破碎至高于100目，然后分别加入偶联剂进行搅拌，分别制得改性稻草粉和改性贝壳粉；
步骤(3)、制备生物基发泡料
将热塑性淀粉、改性稻草粉、改性贝壳粉、EVA、EPDM和LLDPE混合进行一次密炼，然后加入AC发泡剂和发泡助剂进行二次密炼，密炼结束后进行开炼、造粒，制得生物基发泡料。
9.根据权利要求8所述的一种生物基发泡料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加入的增塑剂占淀粉含量的20％-30％(质量比)。
10.根据权利要求8所述的一种生物基发泡料制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，一次密炼温度为135-145℃，保持5-8min；二次密炼温度为135-145℃，保持10-15min。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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