專利名稱：一種循環(huán)利用式生物包裝材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種循環(huán)利用式生物包裝材料的制備技術(shù)，特別是一種用于包裝產(chǎn)品的生物質(zhì)高分子包裝材料的制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的包裝材料一般是采用聚乙烯、聚苯乙烯等石化材料，廢棄后不僅污染環(huán)境還會造成資源浪費；生物質(zhì)包裝材料的出現(xiàn)從根本上解決了這一問題，采用資源豐富、可降解的材料替代傳統(tǒng)的塑料材料，國內(nèi)外許多研究者進(jìn)行了廣泛的研究。生物包裝材料的研究始于20世紀(jì)70年代，英國科學(xué)家G. J. L. Griffin申請了世界上第一個淀粉填充聚乙烯塑料的專利，開創(chuàng)了生物包裝材料的先河，之后得到了各國研究者的普遍重視，自此關(guān)于包裝新材料的各項研究也相繼展開；可循環(huán)利用的生物質(zhì)包裝材料是近年來發(fā)展很快的一類可降解材料，它可以替代白色公害，達(dá)到環(huán)保的目的，這種具有良好環(huán)境相容性的可循環(huán)材料的研制和應(yīng)用已成為21世紀(jì)包裝業(yè)發(fā)展的必然趨勢。歸結(jié)起來，現(xiàn)有的塑料為主要原料的包裝材料及制備技術(shù)普遍存在著制備工藝復(fù)雜，參數(shù)條件難以控制，制備成本高，產(chǎn)品不能反復(fù)循環(huán)利用，環(huán)境污染厲害，使用安全性差等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求提供一種原料通用性強的可完全降解的生物包裝高分子材料及其制備方法，實現(xiàn)以環(huán)保的材料來替代傳統(tǒng)塑料，減少傳統(tǒng)包裝材料帶來的環(huán)境污染危害；采用雙螺桿擠出成型，通過工藝參數(shù)的控制和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，實現(xiàn)混合、剪切和擠壓，使淀粉發(fā)生解聚，物料均勻混合，最終擠出制備成生物包裝材料母料，用于制備各種形狀和結(jié)構(gòu)的包裝品。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的可循環(huán)利用式生物包裝高分子材料，采用淀粉、 植物纖維和添加劑為原料，通過雙螺桿擠出造粒后模壓成型；其原料的質(zhì)量比配方為淀粉50-70份；植物纖維15-30份；添加劑5-20份；按下列步驟制備
(1)將原料量取后經(jīng)過攪拌機攪拌3 5min后混合均勻，得混合物料；
(2)將混合物料經(jīng)雙螺桿擠出造粒后再經(jīng)口模擠出得擠出粒狀物料或產(chǎn)品母料， 螺桿轉(zhuǎn)速為100 120r · min-1，擠出溫度100 120°C，喂料速度100r/min ；
(3)將擠出粒狀物料放入平板硫化機中經(jīng)模壓制得產(chǎn)品，模壓時間為15min ；模壓溫度為120 140°C。
本發(fā)明所用的淀粉包括谷物種子、塊莖、植物根、豆粒、果實和植物葉子，淀粉在生物降解材料中發(fā)揮粘接作用，其質(zhì)脆影響植物纖維制品的強度，需預(yù)先進(jìn)行改性為可塑化淀粉，經(jīng)過改性處理的淀粉更適用于食品、造紙和紡織行業(yè)，其改性淀粉為雙酚淀粉；所用的植物纖維包括木屑、稻殼、稻草、麥秸、玉米秸稈、棉花稈、木屑和竹屑類植物稈莖，纖維素具有遇水溶脹功能，加熱低于150°C時不發(fā)生變化，高于150°C溫度會脫水而逐漸焦化；所述的添加劑包括發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、填料、偶聯(lián)劑和防潮劑，其中發(fā)泡劑為AC發(fā)泡劑，其用量不少于1-6份，余量為其他添加劑的混合物，按平均用量，發(fā)泡劑為無機化合物或有機化合物，在熱作用下分解產(chǎn)生氣體，聚合物借此而發(fā)泡；穩(wěn)定劑是解決由于以淀粉和纖維素為主要原料在高溫下不能夠及時塑化的問題，穩(wěn)定劑為環(huán)氧大豆油；增塑劑為甘油，有增加加工成型時的可塑性和流動性，并使之具有柔軟性的作用；填料能降低產(chǎn)品價格，改善材料的機械性能和耐老化性能，填料為碳酸鈣；偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，能增加產(chǎn)品材料的黏結(jié)強度并提高材料的性能，有利于制造出性能優(yōu)異、滿足需要的新型包裝材料；防潮劑為石蠟，可提高材料的防潮性能要選用防潮劑，由于生物包裝材料有環(huán)保性能的要求。
本發(fā)明使用的淀粉變?yōu)榭伤芑倪^程主要是在雙螺桿擠出過程中完成的，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，物料與螺桿、物料與機筒間通過摩擦力的作用，淀粉及混合物被混合和輸送；輸送量的大小與材料顆粒的尺寸、加料段機筒及螺桿的結(jié)構(gòu)、螺桿轉(zhuǎn)速的大小有直接的關(guān)系； 物料在雙螺桿下面的擠出過程中，受到螺桿和機筒、兩螺桿間的作用，混合物在擠出的過程中受到混合、剪切、擠壓的作用，使淀粉發(fā)生解聚，物料均勻混合，最終擠出制備成生物包裝材料的母料；模壓成型是將母料放在平板硫化機中加工發(fā)泡成型；通過平板硫化機的加熱使母料熔化并充滿模具，母料中的發(fā)泡劑同時分解，使材料發(fā)泡成型。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一是采用淀粉和植物纖維的通用性強，原料易得，其降解產(chǎn)物為水和二氧化碳，添加劑被土壤自然吸收；二是原料經(jīng)混合后，經(jīng)一臺機器就可完成整個加工工藝過程，減少生產(chǎn)場地、減少生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)無污染，短時高溫的生產(chǎn)工藝，可減少熱敏性營養(yǎng)成分的損失，改善產(chǎn)品的微細(xì)結(jié)構(gòu)，同時可以達(dá)到殺菌保質(zhì)的目的，降低了環(huán)境污染的危害，達(dá)到資源循環(huán)利用的目的；三是生物包裝材料可以在土壤的潮濕環(huán)境下被微生物完全分解，分解后的產(chǎn)物作為肥料進(jìn)入土壤中，采用水洗法對生物包裝材料進(jìn)行處理，可提高降解效率，實現(xiàn)高分子生物包裝材料的可循環(huán)利用；四是生產(chǎn)的產(chǎn)品具有良好的力學(xué)性能和緩沖性能，可滿足一般包裝材料的要求；其整體工藝過程簡單，使用原料易得，設(shè)備技術(shù)成熟，制品降解性能好，利用效率高，環(huán)境友好。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本實施例涉及的可循環(huán)利用式生物包裝高分子材料，采用淀粉、植物纖維和添加劑為原料，通過雙螺桿擠出造粒后模壓成型；其質(zhì)量比配方為淀粉50-70份；植物纖維 15-30份；添加劑5-20份；按下列步驟制備
(1)將原料量取后經(jīng)過攪拌機攪拌3 5min后混合均勻，得混合物料；
(2)將混合物料經(jīng)雙螺桿擠出造粒后經(jīng)口模擠出得擠出粒狀物料或產(chǎn)品母料，螺桿轉(zhuǎn)速為100 120r · min-1，擠出溫度100 120°C，喂料速度100r/min ；
(3)將擠出粒狀物料放入平板硫化機中經(jīng)模壓制得產(chǎn)品，模壓時間為15min ；模壓溫度為120 140°C。
實施例1
本實施例分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取淀粉50份，植物纖維30份，添加劑20份；雙螺桿擠出機的工藝參數(shù)為螺桿轉(zhuǎn)速為IOOr · min-Ι，擠出溫度120°C ；模壓成型工藝參數(shù)，模壓時間 15min ；模壓溫度120°C ；制得的材料及測試結(jié)構(gòu)如下
(1)回彈性測試對試樣施加載荷，使試樣產(chǎn)生20%形變，加載12h并保持卸載5min后測量試樣的厚度，可以得到回彈率％的大小即
ε Η = Το-Τ/Τ0
式中Ttl為試樣原始厚度，T為卸載后厚度；
(2)拉伸強度測試抗拉強度按GB/T1040-92制成尺寸為150 X 20mm的試件，每組試件5個，測量后取平均值；測試結(jié)果如下回彈性為19. 9 ；拉伸強度為15. IMPa0
實施例2
本實施例分別按質(zhì)量份數(shù)取淀粉65份，植物纖維20份，添加劑15份；雙螺桿擠出機的工藝參數(shù)為螺桿轉(zhuǎn)速為IOOr · min-Ι，擠出溫度120°C ；模壓成型工藝參數(shù)，模壓時間 15min ；模壓溫度120°C ；制得的材料及測試結(jié)構(gòu)如下
(1)回彈性測試對試樣施加載荷，使試樣產(chǎn)生20%形變，加載1 并保持卸載 5min后測量試樣的厚度，可以得到回彈率％的大小即
ε η = Τ0-Τ/Τ0
式中Ttl為試樣原始厚度，T為卸載后厚度。
(2)拉伸強度測試抗拉強度按GB/T1040-92制成尺寸為150 X 20mm的試件，每組試件5個，測量后取平均值；測試結(jié)果如下回彈性為19. 1 ；拉伸強度為14MPa。
實施例3
本實施例分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)取淀粉70份，植物纖維10份，添加劑20份；雙螺桿擠出機的工藝參數(shù)為螺桿轉(zhuǎn)速為120r · min-1，擠出溫度120°C ；模壓成型工藝參數(shù)，模壓時間 15min ；模壓溫度140°C ；制得的材料及測試結(jié)構(gòu)如下
(1)回彈性測試對試樣施加載荷，使試樣產(chǎn)生20%形變，加載1 并保持卸載 5min后測量試樣的厚度，可以得到回彈率％的大小即
ε Η = Το-Τ/Τ0
式中Ttl為試樣原始厚度，T為卸載后厚度。
(2)拉伸強度測試抗拉強度按GB/T1040-92制成尺寸為150 X 20mm的試件，每組試件5個，測量后取平均值；測試結(jié)果如下回彈性為37. 3 ；拉伸強度為15. 2MPa。
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)利用式生物包裝材料制備方法，其特征在于可循環(huán)利用式生物包裝材料采用淀粉、植物纖維和添加劑為原料，通過雙螺桿擠出造粒后模壓成型；其原料的質(zhì)量比配方為淀粉50-70份；植物纖維15-30份；添加劑5-20份；按下列步驟制備(1)將原料量取后經(jīng)過攪拌機攪拌3 5min后混合均勻，得混合物料；(2)將混合物料經(jīng)雙螺桿擠出造粒后再經(jīng)口模擠出得擠出粒狀物料或產(chǎn)品母料，螺桿轉(zhuǎn)速為100 120r · min-1，擠出溫度100 120°C，喂料速度100r/min ；(3)將擠出粒狀物料放入平板硫化機中經(jīng)模壓制得產(chǎn)品，模壓時間為15min;模壓溫度為 120 140°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)利用式生物包裝材料制備方法，其特征在于所用的淀粉包括谷物種子、塊莖、植物根、豆粒、果實和植物葉子，淀粉在生物降解材料中發(fā)揮粘接作用，其質(zhì)脆影響植物纖維制品的強度，需預(yù)先進(jìn)行改性為可塑化淀粉，經(jīng)過改性處理的淀粉更適用于食品、造紙和紡織行業(yè)，其改性淀粉為雙酚淀粉；所用的植物纖維包括木屑、稻殼、 稻草、麥秸、玉米秸稈、棉花稈、木屑和竹屑類植物稈莖，纖維素具有遇水溶脹功能，加熱低于150°C時不發(fā)生變化，高于150°C溫度會脫水而逐漸焦化；所述的添加劑包括發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、增塑劑、填料、偶聯(lián)劑和防潮劑，其中發(fā)泡劑為AC發(fā)泡劑，其用量不少于1-6份，余量為其他添加劑的混合物，按平均用量，發(fā)泡劑為無機化合物或有機化合物，在熱作用下分解產(chǎn)生氣體，聚合物借此而發(fā)泡；穩(wěn)定劑是解決由于以淀粉和纖維素為主要原料在高溫下不能夠及時塑化的問題，穩(wěn)定劑為環(huán)氧大豆油；增塑劑為甘油，有增加加工成型時的可塑性和流動性，并使之具有柔軟性的作用；填料能降低產(chǎn)品價格，改善材料的機械性能和耐老化性能，填料為碳酸鈣；偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑；防潮劑為石蠟。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種循環(huán)利用式生物包裝材料制備方法，采用淀粉、植物纖維和添加劑為原料，通過雙螺桿擠出造粒后模壓成型；其原料的質(zhì)量比為淀粉50-70份；植物纖維15-30份；添加劑5-20份；按下列步驟制備(1)將原料量取后經(jīng)過攪拌機攪拌3～5min后混合均勻，得混合物料；(2)將混合物料經(jīng)雙螺桿擠出造粒后再經(jīng)口模擠出得擠出粒狀物料或產(chǎn)品母料，螺桿轉(zhuǎn)速為100～120r·min-1，擠出溫度100～120℃，喂料速度100r/min；(3)將擠出粒狀物料放入平板硫化機中經(jīng)模壓制得產(chǎn)品，模壓時間為15min；模壓溫度為120～140℃；其整體工藝過程簡單，使用原料易得，設(shè)備技術(shù)成熟，制品降解性能好，利用效率高，環(huán)境友好。
文檔編號C08L3/02GK102504343SQ201110351318
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者張德偉, 曾憲奎, 李利, 林廣義, 汪傳生, 郭磊, 陳春平 申請人:青島科技大學(xué)