TWI381010B - 澱粉發泡體的製備方法 - Google Patents

Description

澱粉發泡體的製備方法

本發明之實施例提供一種澱粉發泡體之製備方法，特別係一種榖物或薯物發泡體之製備方法。

歐盟於自2003年先後公告「廢電機電子產品環保指令(歐盟第2002/96/EC號指令，以下簡稱WEEE)」及「危害物質限用指令(歐盟第2002/95/EC號指令，以下簡稱RoHS)」，要求歐盟各國依指令精神轉換訂定各國法令，以減少廢棄物的數量及回收再利用，並要求限制使用某些有害物質，且根據歐盟RoHS指令要求，自2006年7月1日起執行實施要求於歐盟國家銷售的電機電子設備中鉛、汞、鎘、六價鉻、聚溴二苯醚(PBDEs)以及聚溴聯苯(PBBs)等危害物質含量必須在一定限值內，否則超過限值之設備物品將被禁止進入歐盟消費市場。指令一公告後，國際各製造大廠開始積極努力投入產品的環保改善，並展開到整個供應鏈體系，藉由源頭管理來控管整個供應鏈體系都符合綠色產品的要求，確保最終完成的成品能符合指令的要求，因為這樣的要求其實已演變成全球性環保要求，也成為所有製造業的基本技術門檻。

各國許多製造廠意識到傳統的塑膠，在自然界中難以自行分解，經棄置後造成環境的負荷，是環境污染的重要來源之一，於是開始投入可分解性塑膠產品的引進和生產 研發。從原料開發就考慮綠色設計，對環境友善的材料(Environmental Friendly Materials)等環境材料(Eco-Materials)為最近幾年來世界各先進國家開發方向。包裝材料產業過去係以提供物美價廉的塑膠包裝材料，例如以聚氯乙烯(PVC)及EPS(聚苯乙烯發泡體，又名保麗龍)材料為主。而PVC材料為一種含氯塑膠，在其整個生命周期中，從生產製造、產品使用到廢棄處理，都會對環境產生有害物質，被國際綠色和平組織稱為「毒塑膠」，並不符合環保要求，因此PVC塑膠材料已被聚烯烴(Polyolefins)材料所取代。而EPS材料目前尚無良好替代技術。但是包裝材漸受進口國家環保法規限制如歐盟包裝限制規定。因此各國塑膠機械製造在社會效果上追求符合節約型社會、迴圈經濟與綠色環保的要求；在複合、專用，和新材料的研發製備與成型技術上不斷取得進展。

綜上所述，需開發一種可以符合環保概念之材料的製備方法。

本發明提供一種澱粉發泡體之製備方法，包括下列步驟：進行一混煉步驟，將一混合物混煉以得到一未發泡混合物，其中該混合物包含澱粉、成核劑與發泡劑；以及進行一發泡步驟，將該未發泡混合物發泡以得到一發泡體。

本發明也提供一種澱粉發泡體之製備方法，包括下列步驟：進行一混煉步驟，將一混合物混煉以得到一未發泡 混合物，其中該混合物包含榖物或薯物、成核劑及發泡劑；以及進行一模壓發泡步驟，將該未發泡混合物發泡以得到一發泡體。。

另外，本發明提供一種澱粉發泡體之製備方法，包括下列步驟：進行一混煉步驟，將一混合物混煉以得到一未發泡混合物，其中該混合物包含榖物或薯物、成核劑及發泡劑；以及進行一押出發泡步驟，將該未發泡混合物發泡以得到一發泡體。

本發明之實施例提供一種澱粉發泡體的製備方法，其步驟包括：進行一混煉步驟，將一混合物混煉以得到一未發泡混合物，其中上述混合物包含澱粉、成核劑及發泡劑，接著進行一發泡步驟，將上述未發泡混合物發泡以得到一發泡體。其中，澱粉主要是榖物或薯物，且穀物包含米、小麥、玉米或其他天然之穀類植物，薯物包含樹薯、番薯、馬鈴薯或其他天然之薯類植物。除榖物或薯物外，澱粉可包含其他含有澱粉物質之植物。成核劑為如碳酸鈣、氫氧化鈣、矽酸鹽，或其他適合之成核劑，相對於100重量份的澱粉，成核劑含量為0.1至20重量份。發泡劑為如水、二氧化碳、氮氣、空氣、醇類，或其他適合之發泡劑，相對於100重量份的澱粉，發泡劑含量為0.1至20重量份。

上述混合物除了包含澱粉、成核劑及發泡劑外，更還可適當地加入交聯劑、添加劑，及/或可塑劑。交聯劑為 如1,5-戊二醛之雙醛類單體、如辛烯基琥珀酸酐(Octenyl Succinic Anhydride)之酸酐類單體、壓克力系單體，或其他適合之交聯劑，相對於100重量份的澱粉，交聯劑含量為0至10重量份。添加劑為如聚乙烯醇，或其他適合之添加劑，相對於100重量份的澱粉，添加劑含量為0至50重量份。可塑劑為如甘油，或其他適合之可塑劑，相對於100重量份的澱粉，可塑劑含量為0至30重量份。且本發明之特徵為採用榖物或薯物之含有澱粉物質之植物，作為製備發泡體之主要成份，因此不會有環境污染的問題。

也就是說，本發明係將如榖物或薯物等含有澱粉之主要成份，加上成核劑及發泡劑，更還可適當地加上添加劑、可塑劑，及/或交聯劑以形成一混合物，並進行一混煉步驟將上述混合物予以混煉成未發泡混合物。混煉步驟包含將澱粉秤重後加入高速攪拌機中，並將秤重後之成核劑加入，以3000 rpm(迴轉/分)之高速攪拌1分鐘後關機，靜待5分鐘後，依序將秤重後之發泡劑，以及適當的添加劑、可塑劑，及/或交聯劑加入，以3000 rpm之高速攪拌3分鐘後，關機靜待5分鐘，再以3000 rpm之高速攪拌3分鐘後，關機靜待5分鐘，再以3000 rpm之高速攪拌3分鐘後，關機靜待10分鐘即完成混煉步驟。如此便能將上述混合物予以混煉成未發泡混合物。

接著，進行發泡步驟，以將上述未發泡混合物發泡以得到發泡體。其中發泡步驟包括模壓發泡或押出發泡。模壓發泡步驟可包括利用電子控制系統，計量模壓發泡所需 之上述未發泡混合物的重量，利用油壓系統將未發泡混合物強力壓入模具中，再以介於約20 kg/cm²至100 kg/cm²之壓力，及介於約120℃至180℃之溫度的環境下進行壓模發泡，以得到發泡體。押出發泡步驟包括可利用雙螺桿將未發泡混合物捏合壓出製粒，再以一單螺桿將製成粒狀之未發泡混合物，以介於約120℃至180℃之溫度的環境下進行押出發泡，以得到發泡體。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵，及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，做詳細說明如下：

【實施例一】

如表1之配方，將粒狀之小麥與作為成核劑使用的氫氧化鈣、作為添加劑使用的聚乙烯醇，及作為發泡劑使用的水，依所示比例混煉均勻以得到未發泡混合物後，以雙螺桿將未發泡混合物捏合壓出製粒，再以一直徑為76 mm，長度為260 mm之單螺桿將製成粒狀之未發泡混合物，以介於約120℃至180℃之溫度的環境下進行押出發泡，以得到發泡體。所得之發泡體其測試結果列示於表4。

【實施例二】

如表2之配方，將粉狀之米與作為成核劑使用的碳酸鈣、作為可塑劑使用的甘油，及作為發泡劑使用的水，依所示比例混煉均勻以得到未發泡混合物後，利用電子控制系統，計量模壓發泡所需之上述未發泡混合物的重量，以 油壓系統將未發泡混合物強力壓入模具中，再以介於約20 kg/cm²至100 kg/cm²之壓力，及介於約120℃至180℃之溫度的環境下進行壓模發泡，以得到發泡體。所得之發泡體其測試結果列示於表4。

【實施例三】

如表3之配方，將粉狀之米與作為成核劑使用的碳酸鈣、分為作為可塑劑與交聯劑使用的甘油與1,5-戊二醛，及作為發泡劑使用的水，依所示比例混煉均勻以得到未發泡混合物後，利用電子控制系統，計量模壓發泡所需之上述未發泡混合物的重量，以油壓系統將未發泡混合物強力壓入模具中，再以介於約20 kg/cm²至100 kg/cm²之壓力，及介於約120℃至180℃之溫度的環境下進行壓模發泡。所得之發泡體其測試結果列示於表4。

評價結果

比較所得之發泡體，其中實施例1、2與3所得之發泡體的壓縮強度皆較EPS更高，因此壓碎荷重下能夠承受更高之應力。依據CNS144321國家標準進行生物分解性測試，EPS、實施例1、2或3所得之發泡體在控制堆肥環境下，進行好氧生物分解度及崩解性測定-二氧化碳釋出量分析，其方法如第1圖所示，將空氣1通入含有氫氧化鈉溶液6之二氧化碳去除系統7，以得到不含二氧化碳之空氣2，其通入含有試驗混合物5之堆肥容器8後，得到經由試驗混合物5分解而得之一含有二氧化碳之排放空氣3，並以二氧化碳測定系統9測定排放空氣之二氧化碳含量。因此，被測試之發泡體可培育於上述堆肥容器8中。溫度固定維持在58±2℃，並且隔絕會對微生物產生影響的蒸氣，測試方法被設計從碳到測試發泡體及其二氧化碳轉換率所產生轉換的百分率。一般正常的培育時間是180天，實施例1、2、3中所得之發泡體在45天即達到國家標準認定生物可分解性的70%生物分解度，但傳統EPS在180天，生物分解度仍低於10%，對於地球生態衝擊大。實施例1、2與3係以天然之榖物或薯物作為發泡體，因此不會有環境污染的問題，更符合環保性。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍外，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧空氣

2‧‧‧不含二氧化碳之空氣

3‧‧‧排放空氣

4‧‧‧頂部空間

5‧‧‧試驗混合物

6‧‧‧氫氧化鈉溶液

7‧‧‧二氧化碳去除系統

8‧‧‧堆肥容器

9‧‧‧二氧化碳測定系統

第1圖顯示本發明實施例中之生物分解性測試系統。

1‧‧‧空氣

2‧‧‧不含二氧化碳之空氣

3‧‧‧排放空氣

4‧‧‧頂部空間

5‧‧‧試驗混合物

6‧‧‧氫氧化鈉溶液

7‧‧‧二氧化碳去除系統

8‧‧‧堆肥容器

9‧‧‧二氧化碳測定系統

Claims (17)

1. 一種澱粉發泡體之製備方法，包括下列步驟：進行一混煉步驟，將一混合物混煉以得到一未發泡混合物，其中該混合物包含澱粉、成核劑、發泡劑與交聯劑，其中該成核劑包含碳酸鈣、氫氧化鈣或矽酸鹽，其含量相對於100重量份的澱粉為0.1至20重量份，其中該發泡劑包含水、二氧化碳、氮氣、空氣或醇類，其含量相對於100重量份的澱粉為0.1至20重量份，其中該交聯劑包含1,5戊二醛，其含量相對於100重量份的澱粉為3至10重量份；以及進行一模壓發泡或押出發泡之步驟，將該未發泡混合物發泡以得到一發泡體，其中該模壓發泡或押出發泡之步驟係在溫度為120至180℃之條件下進行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該澱粉包含榖物或薯物。
3. 如申請專利範圍第2項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該穀物包含米、小麥或玉米。
4. 如申請專利範圍第2項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該薯物包含樹薯、番薯或馬鈴薯。
5. 如申請專利範圍第1項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該混合物更包含添加劑及/或可塑劑，其中該添加劑包含聚乙烯醇，其含量相對於100重量份的澱粉為0至50重量份，且其中該可塑劑包含甘油，其含量相對於100重量份的澱粉為0至30重量份。
6. 如申請專利範圍第1項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該膜壓發泡步驟更包含於壓力為20 kg/cm²至100 kg/cm²之條件下進行。
7. 如申請專利範圍第1項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該押出發泡步驟係以一單螺桿進行。
8. 如申請專利範圍第7項所述之澱粉發泡體之製備方法，更包含於該混煉步驟後，該押出發泡步驟前，將該未發泡混合物以一雙螺桿捏合壓出製粒。
9. 一種澱粉發泡體之製備方法，包括下列步驟：進行一混煉步驟，將一混合物混煉以得到一未發泡混合物，其中該混合物包含榖物或薯物、成核劑、發泡劑與交聯劑，其中該成核劑包含碳酸鈣、氫氧化鈣或矽酸鹽，其含量相對於100重量份的澱粉為0.1至20重量份，其中該發泡劑包含水、二氧化碳、氮氣、空氣或醇類，其含量相對於100重量份的澱粉為0.1至20重量份，其中該交聯劑包含1,5戊二醛，其含量相對於100重量份的澱粉為3至10重量份；以及進行一模壓發泡步驟，將該未發泡混合物發泡以得到一發泡體，其中該模壓發泡步驟係於溫度為120至180℃及壓力為20 kg/cm²至100 kg/cm²之條件下進行。
10. 如申請專利範圍第9項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該混合物更包含添加劑及/或可塑劑，其中該添加劑包含聚乙烯醇，其含量相對於100重量份的澱粉為0至50重量份，且其中該可塑劑包含甘油，其含量相對於 100重量份的澱粉為0至30重量份。
11. 如申請專利範圍第9項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該穀物包含米、小麥或玉米。
12. 如申請專利範圍第9項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該薯物包含樹薯、番薯或馬鈴薯。
13. 一種澱粉發泡體之製備方法，包括下列步驟：進行一混煉步驟，將一混合物混煉以得到一未發泡混合物，其中該混合物包含榖物或薯物、成核劑、發泡劑與交聯劑，其中該成核劑包含碳酸鈣、氫氧化鈣或矽酸鹽，其含量相對於100重量份的澱粉為0.1至20重量份，其中該發泡劑包含水、二氧化碳、氮氣、空氣或醇類，其含量相對於100重量份的澱粉為0.1至20重量份，其中該交聯劑包含1,5戊二醛，其含量相對於100重量份的澱粉為3至10重量份；以及進行一押出發泡步驟，將該未發泡混合物發泡以得到一發泡體，其中該押出發泡步驟係以一單螺桿於溫度為120至180℃之條件下進行。
14. 如申請專利範圍第13項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該混合物更包含添加劑及/或可塑劑，其中該添加劑包含聚乙烯醇，其含量相對於100重量份的澱粉為0至50重量份，且其中該可塑劑包含甘油，其含量相對於100重量份的澱粉為0至30重量份。
15. 如申請專利範圍第13項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該穀物包含米、小麥或玉米。
16. 如申請專利範圍第13項所述之澱粉發泡體之製備方法，其中該薯物包含樹薯、番薯或馬鈴薯。
17. 如申請專利範圍第13項所述之澱粉發泡體之製備方法，更包含於該混煉步驟後，該押出發泡步驟前，將該未發泡混合物以一雙螺桿捏合壓出製粒。