CN106146898B - 一种可生物降解食品包装材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可生物降解食品包装材料的制备方法，属于包装用材料制备技术领域。本发明将废弃的厌氧木薯酒糟渣重新利用，通过纤维素溶解体系使其溶解，再通过月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯、聚乙二醇复合改性剂对其进行改性，通过添加特定分散剂、增韧剂增塑剂和稳定剂等辅助剂，再经双螺杆挤出机挤出造粒、平板硫化机热压成型等步骤制备得到。本发明制备方法得到的可生物降解食品包装材料的韧性、拉伸强度、冲击强度等性能均符合包装要求，而且大大降低了材料的成本，同时实现了废弃资源的综合利用。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种利用木薯酒糟渣制备可生物降解食品包装材料的方法。
背景技术
广西拥有丰富的木薯资源，木薯种植面积和产量均为全国第一。木薯应用于淀粉和酒精生产后产生大量的废弃物——木薯酒糟，其主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等高分子化合物，其中纤维含量在70％以上。目前木薯酒糟除部分用于生物饲料、化肥生产外，其余大部分被废弃掉，既造成生物质资源的浪费，又造成环境污染。若能将其经适当处理应用于环境友好型化工材料的制备，将会对减轻环境污染、提高农业废弃物的综合利用具有重大的现实意义。
塑料本身具有质量轻、耐腐蚀和易于成型加工等优点，使其成为人们不可或缺的材料。然而现在塑料的使用却面临巨大的挑战。在自然界中塑料很难降解，使用后产生大量固体废弃物。目前在处理这些塑料垃圾时大部分采用焚烧和掩埋的方法，但都未能解决污染问题，例如焚烧后产生的一些有毒气体反而进一步导致了污染的扩散；塑料掩埋地下需要近300年才能够完全降解。另外石油，天然气等能源都已经面临枯竭的危机，全世界的石油储量大约只能再用40多年，以石油为原料的塑料生产受到很大的阻力。为了减轻废旧塑料对环境的污染和缓解能源危机，多年来人们尝试研究复合材料，在提高塑料化学稳定性、刚性、韧性和机械强度的同时，制备出应用范围更广、更环保的生物降解塑料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可生物降解食品包装材料的制备方法，通过将废弃酒糟渣重新利用，添加特定改性剂对其进行表面改性，使其成为符合可生物降解要求的材料，降低包装材料的成本，而且解决了废弃酒糟渣污染环境、资源利用率低等问题。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种可生物降解食品包装材料的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤一：将厌氧木薯酒糟渣洗涤、自然风干，过20目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质；
步骤二：将上述处理后的酒糟渣置于真空干燥箱中，于80℃下干燥4h，再经粉碎至无大颗粒状，过40目筛；
步骤三：将步骤二粉碎后的酒糟渣溶解于LiCl/DMAC溶解体系中，室温条件下，通过搅拌使酒糟纤维溶解，得到均一溶液；
步骤四：将一定配比的月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的复合改性剂加入上述均一溶液中，用磁力搅拌器充分搅拌混合，置于微波炉中，于温度50-60℃、400W微波辐射处理10min，进行辅助改性；
步骤五：将步骤四处理后的酒糟渣进行洗涤、抽滤、干燥、粉碎，得改性酒糟渣粉末；
步骤六：将步骤五制得的改性酒糟渣粉末置于高速混合机中，并加入分散剂、增韧剂、稳定剂、增塑剂和聚己内酯(PCL)，控制转速900-1000r/min，混合15min，出料；
步骤七：将步骤六得到的混合物料移至双螺杆挤出机中，设定各加热段各区温度依次为175℃、175℃、180℃、180℃、185℃、180℃、180℃，机头温度为180℃，主机螺杆转速为140r/min，喂料速度为30r/min，经挤压造粒，制得木薯厌氧酒糟渣复合初级材料；
步骤八：将步骤七得到的木薯厌氧酒糟渣复合初级材料置于平板硫化机中，在温度160-180℃、压力5MPa条件下，热压15min成型，即得到可生物降解食品包装材料成品。
所述步骤六中，所述分散剂为聚甘油脂肪酸脂；增韧剂为纳米碳酸钙；所述稳定剂为钙锌复合热稳定剂；所述增塑剂为柠檬酸酯。
所述步骤六中，改性酒糟渣粉末与其它助剂按重量份配比是：改性酒糟渣粉末50-150份，聚己内酯100-200份，增韧剂2-3份、增塑剂2-3份、分散剂2-3.5份、稳定剂2-3份。
所述步骤三中，搅拌时采用电动搅拌器于2000r/min搅拌10min。
所述步骤三的LiCl/DMAC溶解体系中，LiCl的质量浓度为10％，酒糟渣在LiCl/DMAC溶解体系中的质量浓度为6％。
所述步骤四中，月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的复合改性剂中，改性剂用量分别占步骤三中酒糟渣添加量的3％、2％、1％。
所述步骤五中，干燥是在105℃条件下烘干4h；粉碎是利用高速粉碎机粉碎至粉末状，并逐级过100目筛、80目筛、60目筛、40目筛，装密封袋备用。
本发明通过将废弃酒糟渣重新利用，添加特定改性剂对其进行表面改性，使其表面由亲水转变为疏水性，降低表面能，从而有利于纤维素与塑料的相容性，从而强化复合材料韧性、拉伸强度、冲击强度等性能，使其成为符合可生物降解要求的材料，大大降低了包装材料的成本。
本发明采用的聚己内酯(PCL)在土壤和水环境中，6-12月可完全分解成CO2和H2O，对环境不产生任何污染。而对厌氧木薯酒糟渣的废物利用，不仅可以大大降低复合材料的生产成本，同时可以减少环境污染，节约资源，促进资源循环利用。
本发明方法具有以下有益效果：
(1)本发明方法使用厌氧酒糟渣为原料，成本低廉，将原料进行粉碎，在一定程度上增加了微粉的比表面积，使其吸附性能得到增强，利于改性剂和原料得到充分和均匀的混合。
(2)使用微波辐射辅助改性方法，具有节省时间、反应速度快、反应效率高、节约能源等优势。
(3)厌氧木薯酒糟渣生物降解材料形成成品后具有包装所需要的特定性能；产品不易变性，增加了弹性、韧性、冲击强度、拉伸强度等优点。
(4)把厌氧酒糟渣作为制备包装材料的原料，这不仅可以大大降低生产成本，同时可以减少环境污染，节约资源，促进资源循环利用。
(5)使用PCL为原料，在自然环境中可降解为二氧化碳和水，降解周期短，对环境不产生任何危害，实现了复合材料可生物降解的特性。
(6)使用复合改性剂对厌氧木薯酒糟渣进行改性，与单一改性剂相比，各种改性剂之间的优点可以相互补充，在一定程度上提高酒糟渣的改性效果。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
下述实例中所述的分散剂为聚甘油脂肪酸脂；增韧剂为纳米碳酸钙；所述稳定剂为钙锌复合热稳定剂；所述增塑剂为柠檬酸酯。
实施例1
制备步骤如下：
S1：将厌氧木薯酒糟渣洗涤、自然风干，过20目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质。
S2：将S1制得的酒糟渣置于真空干燥箱中，80℃下干燥4h，再经高速万能粉碎机粉碎至无大颗粒状，并过40目筛。
S3：将步骤S2制得的酒糟渣溶解于LiCl/DMAC溶剂体系中，其中LiCl质量浓度为10％，酒糟渣在溶剂体系中占质量分数为6％，在室温条件下，用电动搅拌器2000r/min搅拌10min，使纤维素溶解，得到均一溶液。
S4：将月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的复合改性剂加入步骤S3得到的均一溶液中，月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的用量分别占步骤S3中酒糟渣添加量的3％、2％、1％。，用磁力搅拌器充分搅拌混合，置于微波炉中，温度50-60℃，400W微波辐射处理10min，进行辅助改性。
S5：将步骤S4反应后的酒糟渣洗涤、105℃下干燥4h，然后粉碎至粉末状，并逐级过100目、80目、60目、40目筛，得改性酒糟渣粉末。
S6：将步骤S5制得的改性酒糟渣粉末置于高速混合机中，并加入助剂分散剂、交联剂、增韧剂、稳定剂、增塑剂和聚己内酯，改性酒糟渣粉末与其它助剂按重量份配比是：改性酒糟渣粉末100份、聚己内酯100份、增韧剂2份、增塑剂2份、分散剂2份、稳定剂2份，控制转速900-1000r/min，混合15min，出料。
S7：将步骤S6制得的混合均匀物料移至双螺杆挤出机中，设定各加热段各区温度依次为175℃、175℃、180℃、180℃、185℃、180℃、180℃，机头温度为180℃，主机螺杆转速为140r/min，喂料速度为30r/min，经挤压造粒，制得木薯厌氧酒糟渣复合初级材料。
S8：将初步制得的复合材料置于平板硫化机中，在温度190℃、压力5MPa条件下，热压15min成型，即得可生物降解食品包装材料成品。
该可生物降解食品包装材料的性能检测结果：
| 案例 | 拉伸强度/MPa | 拉伸膜量/MPa | 断裂伸长率/％ |
| 实施例1 | 43 | 952 | 18 |
实施例2
制备步骤如下：
S1：将厌氧木薯酒糟渣洗涤、自然风干，过20目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质。
S2：将S1制得的酒糟渣置于真空干燥箱中，80℃下干燥4h，再经高速万能粉碎机粉碎至无大颗粒状，并过40目筛。
S3：将步骤S2制得的酒糟渣溶解于LiCl/DMAC溶剂体系中，其中LiCl质量浓度为10％，酒糟渣在溶剂体系中占质量分数为6％，室温条件下，用电动搅拌器2000r/min搅拌10min，使纤维素溶解，得到均一溶液。
S4：将月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的复合改性剂加入步骤S3得到的均一溶液中，月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的用量分别占步骤S3中酒糟渣添加量的3％、2％、1％。用磁力搅拌器充分搅拌混合，置于微波炉中，温度50-60℃，400W微波辐射处理10min，进行辅助改性。
S5：将步骤S4反应后的酒糟渣洗涤、105℃下干燥4h，然后粉碎至粉末状，并过100目、80目、60目、40目筛，得改性酒糟渣粉末。
S6：将步骤S5制得的改性酒糟渣粉末置于高速混合机中，并加入助剂分散剂、交联剂、增韧剂、稳定剂、增塑剂和聚己内酯，改性酒糟渣粉末与其它助剂按重量份配比是：改性酒糟渣粉末50份、聚己内酯150份、增韧剂3份、增塑剂3份、分散剂3份、稳定剂3份，控制转速900-1000r/min，混合15min，出料。
S7：将步骤S6制得的混合均匀物料移至双螺杆挤出机中，设定各加热段各区温度依次为175℃、175℃、180℃、180℃、185℃、180℃、180℃，机头温度为180℃，主机螺杆转速为140r/min，喂料速度为30r/min，经挤压造粒，制得木薯厌氧酒糟渣复合初级材料。
S8：将初步制得的复合材料置于平板硫化剂中，在温度170℃、压力5MPa条件下，热压15min成型，即得可生物降解包装材料。
该可生物降解食品包装材料的性能检测结果：
| 案例 | 拉伸强度/MPa | 拉伸膜量/MPa | 断裂伸长率/％ |
| 实施例2 | 24 | 400 | 19 |
实施例3
制备步骤如下：
S1：将厌氧木薯酒糟渣洗涤、自然风干，过20目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质。
S2：将S1制得的酒糟渣置于真空干燥箱中，80℃下干燥4h，再经高速万能粉碎机粉碎至无大颗粒状，并过40目筛。
S3：将步骤S2制得的酒糟渣溶解于LiCl/DMAC溶剂体系中，其中LiCl质量浓度为10％，酒糟渣在溶剂体系中占质量分数为6％，室温条件下，用电动搅拌器2000r/min搅拌10min，使纤维素溶解，得到均一溶液。
S4：将月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的复合改性剂加入步骤S3得到的均一溶液中，月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的用量分别占步骤S3中酒糟渣添加量的3％、2％、1％，用磁力搅拌器充分搅拌混合，置于微波炉中，温度50-60℃，400W微波辐射处理10min，进行辅助改性。
S5：将步骤S4反应后的酒糟渣洗涤、105℃下干燥4h，然后粉碎至粉末状，并过100目、80目、60目、40目筛，得改性酒糟渣粉末。
S6：将步骤S5制得的改性酒糟渣粉末置于高速混合机中，并加入助剂分散剂、交联剂、增韧剂、稳定剂、增塑剂和PCL，改性酒糟渣粉末与其它助剂按重量份配比是：改性酒糟渣粉末120份、聚己内酯180份、增韧剂2.5份、增塑剂2.5份、分散剂2.5份、稳定剂2.5份，控制转速900-1000r/min，混合15min，出料。
S7：将步骤S6制得的混合均匀物料移至双螺杆挤出机中，设定各加热段各区温度依次为175℃、175℃、180℃、180℃、185℃、180℃、180℃，机头温度为180℃，主机螺杆转速为140r/min，喂料速度为30r/min，经挤压造粒，制得木薯厌氧酒糟渣复合初级材料。
S8：将初步制得的复合材料置于平板硫化剂中，在温度180℃、压力5MPa条件下，热压15min成型，即得可生物降解包装材料。
该可生物降解食品包装材料的性能检测结果：
| 案例 | 拉伸强度/MPa | 拉伸膜量/MPa | 断裂伸长率/％ |
| 实施例3 | 36 | 594 | 16 |
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
步骤一：将厌氧木薯酒糟渣洗涤、自然风干，过20目筛，除去细小灰尘和大颗粒杂质；
步骤二：将上述处理后的酒糟渣置于真空干燥箱中，于80℃条件下干燥4h，再粉碎至无大颗粒状，并过40目筛；
步骤三：将步骤二制得的酒糟渣溶解于LiCl/DMAC溶解体系中，室温条件下，通过搅拌使酒糟纤维溶解，得到均一溶液；
步骤四：将一定配比的月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的复合改性剂加入上述均一溶液中，用磁力搅拌器充分搅拌混合，置于微波炉中，于温度50-60℃、400W微波辐射处理10min，进行辅助改性；
步骤五：将步骤四处理后的酒糟渣进行洗涤、抽滤、干燥、粉碎，得改性酒糟渣粉末；
步骤六：将步骤五制得的改性酒糟渣粉末置于高速混合机中，并加入分散剂、增韧剂、稳定剂、增塑剂和聚己内酯(PCL)，控制转速900-1000r/min，混合15min，出料；
步骤七：将步骤六得到的混合物料移至双螺杆挤出机中，设定各加热段各区温度依次为175℃、175℃、180℃、180℃、185℃、180℃、180℃，机头温度为180℃，主机螺杆转速为140r/min，喂料速度为30r/min，经挤压造粒，制得木薯厌氧酒糟渣复合初级材料；
步骤八：将步骤七得到的木薯厌氧酒糟渣复合初级材料置于平板硫化机中，在温度160-180℃、压力5MPa条件下，热压15min成型，即得到可生物降解食品包装材料成品。
2.根据权利要求1所述的可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，步骤六中，所述分散剂为聚甘油脂肪酸酯 ；增韧剂为纳米碳酸钙；所述稳定剂为钙锌复合热稳定剂；所述增塑剂为柠檬酸酯。
3.根据权利要求1或2所述的可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，步骤六中，改性酒糟渣粉末与其它助剂按重量份配比是：改性酒糟渣粉末50-150份，聚己内酯100-200份，增韧剂2-3份、增塑剂2-3份、分散剂2-3.5份、稳定剂2-3份。
4.根据权利要求1所述的可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，搅拌时采用电动搅拌器于2000r/min搅拌10min。
5.根据权利要求1所述的可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，步骤三的LiCl/DMAC溶解体系中，LiCl的质量浓度为10％，酒糟渣在LiCl/DMAC溶解体系中的质量浓度为6％。
6.根据权利要求1所述的可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，月桂酸、二(磷酸二辛酯)钛酸乙二酯和聚乙二醇的复合改性剂中，改性剂用量分别占步骤三中酒糟渣添加量的3％、2％、1％。
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