CN101200558B - 生物降解性木薯淀粉基材料及其制品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产一次性塑料制品的生物降解性木薯淀粉基材料的制备，其材料由木薯淀粉、聚丙烯或聚乙烯、低密度高压聚乙烯、线性低密度高压聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和钛白粉等物质组成，具有原料成本低、降解效果好、生产工艺简单且易于推广应用等优点。由该木薯淀粉基材料制成的制品包括一次性餐饮容器和器皿、包装容器、包装膜、医用器材以及农用膜等。

Description

生物降解性木薯淀粉基材料及其制品

所属技术领域

本发明内容属于化工材料的制备技术领域，涉及一种绿色环保型生物降解淀粉材料的制备及其制品。

背景技术

近年来，随着人们生活方式由“节俭型”向“消费型”转变，一次性塑料商品的使用量大幅度增加。大量塑料制品的应用一方面给工农业生产和人民生活带来巨大的效益和方便，另一方面也给生态环境带来严重的污染，形成“白色”公害。解决白色污染，可根据国情采取不同措施操作，目前常用的方法一是回收利用，二是焚烧处理，三是采用降解树脂/塑料，但它们在实际操作中都存在有一些问题和局限。一次性塑料垃圾回收困难，再利用的局限性很大，不能形成回收与利用的平衡，并且会出现再生品的劣质。将塑料垃圾高温裂解制作汽油、煤油等，清洁处理及材质分类难，能量消耗大，获取成品量少而价高，短期内难以普遍推广应用。塑料垃圾的焚烧，既消耗大气中的氧气，又会产生大量的污染物质，如氮氧化物、碳氧化物和毒中之毒者二恶英等。综合而言，生物降解塑料的技术是本领域最为倡导的方式。在我国，生物降解性淀粉基材料的研究开发始于上世纪80年代初，近几年随着“白色污染”日趋严重。国家对此问题的重视和研制速度在加强加快。但由于淀粉填加量低，仍处于实验总结提高阶段。其存在的主要问题一是制造成本高，降解制品比非降解制品成本高出15％以上；二是制造工艺复杂以及淀粉的改性存在污水排放等问题；三是降解制品一般在塑料中填加光敏剂和淀粉，采用光和生物双重降解方法，但迄今才技术上还未解决淀粉填加量超过60％这一难题，这些均在很大程度上制约了降解制品的推广应用。另外，目前市场上使用的一次性纸制品餐具虽在一次性使用品上替代了一部分塑料制品，但它也存在着制约推广的下述的五个方面问题：一是纸制品的原料主要是木材，需要消耗大量我国资源紧缺的木材，造成浪费；二是造纸要产生废水及大气污染，而目前在这方面的治理工作又跟不上，造成很大损失；三是制造成本高，一般一个纸杯的制造成本是同样体积塑料杯的2.5倍以上；四是纸本身虽可降解，但处于防油防水等目的，绝大多数餐具表面都涂有塑料或防油防水剂等，而这些物质却是不可降解的；五是这类制品一般都不适宜在微波炉里加热。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种原料成本低、降解效果好、生产工艺简单且易于推广应用的生物降解性木薯淀粉基材料以及根据该材料制作的相应的制品。

本发明所述的淀粉基材料是一种以木薯淀粉(tapioca starch)为主要组分，以可降解的助剂(包括由低密度高压聚乙烯和线性低密度高压聚乙烯构成的相溶剂以及由乙烯-醋酸乙烯共聚物构成的耦联剂)、填料(钛白粉)、增强剂聚烯烃(聚乙烯或聚丙烯)为辅料，经现代技术科学加工而形成的新的降解材料体系。木薯系经济作物，在我国南方许多地区及泰国、马来西亚等东南亚国家多有种植，具有产量高、质地好、种植容易的特点，目前主要用途是食用及用来加工酒及柠檬酸等。受气候和应用范围窄的影响，我国木薯种植量相对较少，但现今木薯淀粉从国外进口回来的价格比国内长期以来一直沿用的玉米淀粉价格还要低出很多，以木薯淀粉为原料生产生物降解性材料及制品，无疑将为其应用开拓新的途径。

本发明所述的生物降解性木薯淀粉基材料主要由包括木薯淀粉(tapiocastarch)、聚丙烯或聚乙烯(polgropylene或polyethylene)、低密度高压聚乙烯(low density polgropylene LDPE)、线性低密度高压聚乙烯(linear lowdensity polgropylene LLDPE)、和乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene vinylacetate copolymer EVA)钛白粉(titanium pigment)在内的六种物质组成，各物质组分在产品中所占的重量百分比为：

木薯淀粉                        70％～85％，

聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)          5％～15％，

低密度高压聚乙烯(LDPE)          4％～8％，

线性低密度高压聚乙烯(LLDPE)     1％～2％，

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)        3％～8％，

钛白粉                          1％～2％。

在本发明的技术方案中，由于在配方及组分上使木薯淀粉物质的含量达到70％～85％，因而实现了一种技术上的突破，可以使淀粉基材料及制品具有更好的生物降解性。这是因为淀粉含量一旦高于60％，材料的降解速度就会大大提高。淀粉是葡萄糖单元通过α-1.4或α-1.6糖苷键形成的天然高分子，于常温下经埋土后，在微生物体内淀粉酶的作用下水解成葡萄糖，经过TCA循环进一步氧化成二氧化碳和水。由于淀粉分子的降解，少量的聚乙烯或聚丙烯分子链也会随之断裂，形成细小的碎粒或粉末。据日本和瑞典的学术研究资料报道：在淀粉/聚烯烃共混体系内不仅存在着生物降解与非生物降解两种作用，同时还存在“相互增效”的效应，因而可达到材料全部降解的目的。经常温埋土实验结果表明，用本发明所述生物降解性木薯淀粉基材料制成的制品在20开始变脆，30天内降解60％，8～12个月内可全部降解。与目前本领域普遍使用的纸浆模塑、秸秆、玉米淀粉等类材料制品相比，不仅成本低、外观颜色洁白、气味香，而且各项性能均要优异。

本发明制品的实际制备工艺是：将所述的各组分物质混合搅拌均匀后，放入高速混炼机中加温混炼成粉状料，将混炼成的粉状料送入双螺杆挤出造粒机组中进行拉条造粒，用注塑机对粒料进行注塑或通过压片机组将粒料压延制成片材，然后依次通过高速成型机、发泡机和拉膜机将注塑料或片料进行吸塑、发泡、拉膜处理后，最终形成制品，其生产工艺简练、精化，易规模化生产，不需要进行预糊化或化学改性，也不需要使用有机溶剂、水、蒸汽等，因而在生产过程中不会产生任何废水、废气、废渣等“三废”，对环境不产生污染。所形成的制品包括一次性餐饮容器和器皿(快餐饭盒、碗盘、口杯、刀、叉、勺、筷……)、包装容器(家用电器包装用发泡材料、果品包装材料、食品袋、垃圾袋)、包装膜、医用器材以及农用膜等。其降解餐盒、碗盘等耐热温度为130℃，最适宜置于微波炉里加热食品、饮料等，具有优异的耐油及耐水性能；其耐寒温度为-20℃，可在冰箱内冷冻食品、冰快、饮料等。此外，该材料的回收制品经粉碎后可用于种植蘑菇、养花或者经过发泡作为包装材料的应用。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明内容做进一步说明，但本发明并不仅限于下述的实施例

实施例：本发明所述生物降解性木薯淀粉基材料的一种实际物质百分比重量配方为：

木薯淀粉                               80％，

聚丙烯(粉料)                           8％，

低密度高压聚乙烯                       5％，

线性低密度高压聚乙烯                   1.5％，

含30％～35％VA的乙烯-醋酸乙烯共聚物    4％，

钛白粉                                 1.5％。

该实施例材料的制备过程为：将以上六种组分物质混合搅拌均匀后，放入SRL-Z型高速混炼机中加温混炼成粉状料，再将混炼成的粉状料送入TE-75型双螺杆挤出造粒机中进行拉条后用切粒机把条状切断成粒料，通过注塑机对粒料进行注塑或通过压片机组将粒料压延制成片材，然后依次通过高速成型机(可选用SG-650型高速成型机)、发泡机和拉膜机将注塑料或片料进行吸塑、发泡、拉膜处理后，最终形成制品。

Claims (2)

1.一种生物降解性木薯淀粉基材料，其特征在于它由下述重量百分比的物质组成：

木薯淀粉                70％～85％，

聚丙烯或聚乙烯          5％～15％，

低密度高压聚乙烯        4％～8％，

线性低密度高压聚乙烯    1％～2％，

乙烯-醋酸乙烯共聚物     3％～8％，

钛白粉                  1％～2％。

2.根据权利要求1所述生物降解性木薯淀粉基材料，其特征在于它由下述重量百分比的物质组成：

木薯淀粉                             80％，

聚丙烯                               8％，

低密度高压聚乙烯                     5％，

线性低密度高压聚乙烯                 1.5％，

含30％～35％VA的乙烯-醋酸乙烯共聚物  4％，

钛白粉                               1.5％。