CN105985534A

CN105985534A - 一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105985534A
Application number: CN201510163759.6A
Authority: CN
Inventors: 曾广胜; 陈; 陈一; 钟衡
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-05

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

一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法

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。

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。

Claims

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；

（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。