CN105985534A - 一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法。是由热塑性玉米淀粉、50~100目的针叶木纤维、可降解树脂、交联剂、复合发泡剂、增容剂混合后经螺杆挤出机熔融共混挤出发泡得到的产品。所述热塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和复合增塑剂按照玉米淀粉:复合增塑剂=100:20~40混合,通过单螺杆挤出机挤出得到的产品。本发明采用增塑剂甘油/尿素将玉米淀粉改性成热塑性淀粉;又添加可降解树脂,提高发泡材料熔体强度,保证材料的压缩强度和提高材料耐水性;针木叶纤维经过一定浓度的氢氧化钠溶液预处理,除去部分半纤维素和木质素等杂质,其纤维本身具有很好的机械强度,可以增强材料力学性能。该产品价廉、耐水性和压缩强度良好,且可完全生物降解、无毒环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种缓冲包装材料,尤其涉及一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法。
背景技术
目前大量使用的缓冲包装材料仍是以不能降解的泡沫塑料为主,主要有EPS、EPP、聚氨酯等泡沫塑料,由于其很难降解,因此,形成了严重的城市“白色污染”。现有可降解的缓冲包装材料主要还是纸制品,但纸制品成本较高,不耐水,回弹性差。目前已有植物纤维淀粉完全降解材料的研究,植物纤维来源丰富,如花生壳、废纸粉、麦秆、木屑、竹纤维、针叶木、秸秆等。植物纤维的加入可提供一定的机械强度,提高了热塑性淀粉的吸湿性,并且有利于提高材料生物降解性能。但其耐水性也有限,长期在潮湿空气中容易吸湿,从而使其机械强度下降,影响包装的质量和效果。淀粉是多糖类化合物,在自然环境下由微生物作用而分解,最终分解为无毒的CO2和H2O,因此是目前广泛使用的一类可生物降解的天然高分子原料之一。其来源广泛(玉米淀粉、马铃薯淀粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉等),且价格低廉等。但是淀粉分子链含有大量羟基,容易在分子链内和分子链外形成氢键,因此难溶、难熔,并且耐水性差,一遇水或长期在潮湿空气中,容易吸收水分,其稳定性下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有完全生物降解发泡材料的缺点, 提供一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料,以实现提高耐水性,提高压缩强度, 最终符合缓冲包装材料的要求,实现“代纸代塑”的目标。
本发明的玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料,由热塑性玉米淀粉、50~100目(优选80目)的针叶木纤维、可降解树脂、交联剂、复合发泡剂、增容剂混合后经螺杆挤出机熔融共混挤出发泡得到的产品。其中热塑性玉米淀粉为40~60份(优选50份);50~100目的针叶木纤维5~15份(优选10份);可降解树脂20~40份(优选30份);交联剂4~10份(优选6份);增容剂4~10份(优选6份)。
所述热塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和增塑剂按照玉米淀粉:混合增塑剂=100:20~40(优选100:30)混合,通过螺杆挤出机挤出得到的产品。
所述的复合增塑剂是甘油和尿素的混合物,其甘油:尿素=2:1~4(优选2:3)。
所述针叶木纤维(首选松木)是将针叶木经过粉碎,过50~100目筛,然后浸泡在温度30℃~40℃(优选35℃)的质量百分比为5%~12%(优选7%)的氢氧化钠的水溶液中10~30min(优选20min),其中,针叶木纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0.5~1.5(优选1:1),再放置在50℃~70℃(优选60℃)的恒温烘箱中经过24h~48h(优选36h)干燥所得的产品。
所述可降解树脂为聚乳酸(PLA)与水的混合物,PLA:水=1:0.03~0.12(优选1:0.1)。
所述交联剂为氢氧化钙。
所述复合发泡剂为偶氮二甲酰胺、氧化锌和水,三者的质量比为2:1~3:0.5~1(优选2:2:0.5),质量总和占其他物料之和的1~5%(优选3%)。
所述增容剂为乙烯-乙烯醋酸酯共聚物(EVA)。
其制备方法包括以下步骤:
(1)将玉米淀粉与复合增塑剂按照玉米淀粉:复合增塑剂按100:20~40比例混合,通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉,待用;
(2)将针叶木在植物粉碎机中粉碎,过50~100目筛,然后浸泡在温度30~40℃的质量百分比为5~12%的氢氧化钠的水溶液中10~30min,其中,针叶木纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0.5~1.5,再放置在50~70℃的恒温烘箱中经过24~48h干燥所得的产品;
(3)备料:按照热塑性玉米淀粉为40~60份;50~100目的针叶木纤维5~15份;可降解树脂20~40份;交联剂4~10份;增容剂4~10份备料;
(4)将热塑性淀粉40~60份、处理好的针叶木纤维5~15份、可降解树脂20~40份、增容剂4~10份,在高速混合机中混合8~15min(优选10min),再加入交联剂4~10份,复合发泡剂占其他物料之和的1~5%在高速混合机中10~15min(优选10min);
(5)通过双螺杆挤出机挤出发泡,控制机头温度为120~150℃(优选130℃),机头压力0.5~50MPa(优选10MPa),螺杆转速100~120r/min(优选110 r/min)。
本发明充分利用了植物纤维和淀粉的可生物降解、对环境友好、资源丰富、价格低廉等优点,在材料性能上起到有效的协调作用和互补作用。特别是针叶木纤维具有强度高、杂质少的优点,有利于提高复合发泡材料的抗压性。将玉米淀粉与复合增塑剂(甘油和尿素)通过双螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉,由于尿素和甘油都是小分子,可以与淀粉中的羟基形成氢键,从而使尿素和甘油起到增塑玉米淀粉的作用,赋予淀粉热塑加工性。又添加可降解树脂,熔融流动性好,机械强度高,因此可以作为粘合剂和增强剂,有效改善植物纤维与淀粉之间的均匀混合,提高发泡材料的耐水性以及压缩强度。增容剂EVA可以降低改善物料间的相互摩擦力,提高物料间的界面相互作用力,一方面有利于保证材料的力学性能,另一方面可以提高生产效率。氢氧化钙作为交联剂,少量加入可以提高材料的耐水性、尺寸稳定性。该产品价廉、耐水性和压缩强度良好,且可完全生物降解、无毒环保。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将玉米淀粉10 Kg,与增塑剂(甘油1 Kg、尿素1 Kg)混合,通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉12 Kg,待用;
(2)将针叶木在植物粉碎机中粉碎,经过50目筛,得针叶木纤维,然后浸泡在30℃的质量百分比为5%的氢氧化钠的水溶液中30min,其中,废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0.5,再放置在50℃的恒温烘箱中经过48h干燥,得处理好的针叶木纤维;
(3)将热塑性淀粉12 Kg、处理好的针叶木纤维2 Kg、可降解树脂聚乳酸3.8 Kg、水0.2 Kg、增容剂EVA 1Kg,在高速混合机中混合15min。再加入交联剂氢氧化钙1 Kg、偶氮二甲酰胺0.1 Kg、氧化锌0.1 Kg、水0.05 Kg,在高速混合机中混合10min。最后在机头温度120℃、机头压力2MPa、螺杆转速100r/min的双螺杆挤出机挤出发泡。
制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及吸水率对比如下表
实施例2:
(1)将玉米淀粉5 Kg、与增塑剂(甘油0.5 Kg、尿素0.5 Kg)混合,通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉6 Kg,待用;
(2)将针叶木在植物粉碎机中粉碎,经过70目筛,得针叶木纤维,然后浸泡在30℃的质量百分比为5%的氢氧化钠的水溶液中30min,其中,废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0.5,再放置在50℃的恒温烘箱中经过48h干燥所得处理好的针叶木纤维,待用;
(3)将热塑性淀粉6 Kg、处理好的针叶木纤维0.5 Kg、可降解树脂聚乳酸1.9 Kg、水0.1 Kg、增容剂EVA 0.5 Kg,在高速混合机中混合15min。再加入交联剂氢氧化钙1 Kg、偶氮二甲酰胺0.1 Kg、氧化锌0.1 Kg、水0.05 Kg,在高速混合机中混合10min。最后在机头温度120℃、机头压力3MPa、螺杆转速100r/min的双螺杆挤出机挤出发泡。
制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及吸水率对比如下表
实施例3:
(1)将玉米淀粉3.8 Kg,与增塑剂(甘油0.8 Kg,尿素0.4 Kg)混合,通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉5千克,待用;
(2)将针叶木在植物粉碎机中粉碎,经过80目筛,得针叶木纤维,然后浸泡在35℃的质量百分比为8%的氢氧化钠水溶液中35min,其中,废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:1,再放置在60℃的恒温烘箱中经过40h干燥所得的产品;
(3)将热塑性淀粉5Kg、处理好的针叶木纤维1Kg、可降解树脂聚乳酸2.9Kg、水0.1Kg、增容剂EVA 0.5Kg,在高速混合机中混合10min。再加入交联剂氢氧化钙0.5Kg、偶氮二甲酰胺0.1Kg、氧化锌0.1Kg、水0.05Kg,在高速混合机中10min。最后在机头温度140℃、机头压力10MPa、螺杆转速130r/min的双螺杆挤出机挤出发泡。
制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及吸水率对比如下表
Claims (3)
1.一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法,其特征在于:由热塑性玉米淀粉、50~100目的针叶木纤维、可降解树脂、交联剂、复合发泡剂、增容剂混合后经双螺杆挤出机熔融共混挤出发泡得到的产品。
2.根据权利要求书1所述的复合发泡材料,其特征在于:所述复合增塑剂是甘油和尿素的混合物,其甘油:尿素=2:1~4,可降解树脂为聚乳酸(PLA)与水的混合物;PLA:水=1:0.03~0.12;交联剂为氢氧化钙;复合发泡剂为偶氮二甲酰胺、氧化锌和水,三者的质量比为2:1~3:0.5~1,其质量总和占其他物料之和的1~5%;增容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。
3.根据权利要求书1所述的复合发泡材料及其制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将玉米淀粉与复合增塑剂按照玉米淀粉:复合增塑剂=100:20~40比例混合,通过单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉,待用;
(2)将针叶木在植物粉碎机中粉碎,过50~100目筛,然后浸泡在温度30~40℃的质量百分比为5~12%的氢氧化钠的水溶液中10~30min,其中,针叶木纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0.5~1.5,再放置在50~70℃的恒温烘箱中经过24~48h干燥所得的产品;
(3)备料:按照热塑性玉米淀粉为40~60份、50~100目的针叶木纤维5~15份、可降解树脂20~40份、交联剂4~10份、增容剂4~10份备料;
(4)将热塑性淀粉40~60份、处理好的针叶木纤维10~20份、可降解树脂20~40份、增容剂4~10份,在高速混合机中混合8~15min,再加入交联剂4~10份,复合发泡剂占其他物料之和的1~5%在高速混合机中混合10~15min;
(5)通过双螺杆挤出机挤出发泡,控制机头温度为120~150℃、机头压力0.5~50MPa、螺杆转速100~120r/min。
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