一種玉米淀粉針葉木纖維復合發泡材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種玉米淀粉針葉木纖維復合發泡材料及其制備方法。是由熱塑性玉米淀粉、50~100目的針葉木纖維、可降解樹脂、交聯劑、復合發泡劑、增容劑混合后經螺桿擠出機熔融共混擠出發泡得到的產品。所述熱塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和復合增塑劑按照玉米淀粉：復合增塑劑=100：20~40混合，通過單螺桿擠出機擠出得到的產品。本發明采用增塑劑甘油/尿素將玉米淀粉改性成熱塑性淀粉；又添加可降解樹脂，提高發泡材料熔體強度，保證材料的壓縮強度和提高材料耐水性；針木葉纖維經過一定濃度的氫氧化鈉溶液預處理，除去部分半纖維素和木質素等雜質，其纖維本身具有很好的機械強度，可以增強材料力學性能。該產品價廉、耐水性和壓縮強度良好，且可完全生物降解、無毒環保。
【專利說明】
一種玉米淀粉針葉木纖維復合發泡材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種緩沖包裝材料，尤其涉及一種玉米淀粉針葉木纖維復合發泡材料 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前大量使用的緩沖包裝材料仍是以不能降解的泡沫塑料為主，主要有EPS、EPP、 聚氨酯等泡沫塑料，由于其很難降解，因此，形成了嚴重的城市"白色污染"。現有可降解的 緩沖包裝材料主要還是紙制品，但紙制品成本較高，不耐水，回彈性差。目前已有植物纖維 淀粉完全降解材料的研究，植物纖維來源豐富，如花生殼、廢紙粉、麥桿、木肩、竹纖維、針葉 木、秸桿等。植物纖維的加入可提供一定的機械強度，提高了熱塑性淀粉的吸濕性，并且有 利于提高材料生物降解性能。但其耐水性也有限，長期在潮濕空氣中容易吸濕，從而使其機 械強度下降，影響包裝的質量和效果。淀粉是多糖類化合物，在自然環境下由微生物作用而 分解，最終分解為無毒的〇) 2和Η 20,因此是目前廣泛使用的一類可生物降解的天然高分子 原料之一。其來源廣泛(玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麥淀粉等)，且價格 低廉等。但是淀粉分子鏈含有大量羥基，容易在分子鏈內和分子鏈外形成氫鍵，因此難溶、 難熔，并且耐水性差，一遇水或長期在潮濕空氣中，容易吸收水分，其穩定性下降。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服現有完全生物降解發泡材料的缺點，提供一種玉米淀粉 針葉木纖維復合發泡材料，以實現提高耐水性，提高壓縮強度，最終符合緩沖包裝材料的 要求，實現"代紙代塑"的目標。
[0004] 本發明的玉米淀粉針葉木纖維復合發泡材料，由熱塑性玉米淀粉、50~100目（優選 80目）的針葉木纖維、可降解樹脂、交聯劑、復合發泡劑、增容劑混合后經螺桿擠出機熔融共 混擠出發泡得到的產品。其中熱塑性玉米淀粉為40~60份(優選50份);50~100目的針葉木 纖維5~15份(優選10份）；可降解樹脂20~40份(優選30份）；交聯劑4~10份(優選6份）； 增容劑4~10份(優選6份)。
[0005] 所述熱塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和增塑劑按照玉米淀粉：混合增塑劑 =100:20~40 (優選100:30)混合，通過螺桿擠出機擠出得到的產品。
[0006] 所述的復合增塑劑是甘油和尿素的混合物，其甘油：尿素=2:1~4 (優選2:3)。
[0007] 所述針葉木纖維(首選松木）是將針葉木經過粉碎，過50~100目篩，然后浸泡在 溫度30°C ~40°C (優選35°C)的質量百分比為5%~12% (優選7%)的氫氧化鈉的水溶液中 10~30min (優選20min)，其中，針葉木纖維與氫氧化鈉水溶液質量比為1:0. 5~1.5 (優選 i : i )，再放置在50°C ~70°C (優選60°C )的恒溫烘箱中經過24h~48h (優選36h)干燥所得 的產品。
[0008] 所述可降解樹脂為聚乳酸（PLA)與水的混合物，PLA :水=1:0. 03~0· 12 (優選 1:0. 1)〇
[0009] 所述交聯劑為氫氧化鈣。
[0010] 所述復合發泡劑為偶氮二甲酰胺、氧化鋅和水，三者的質量比為2:1~3:0.5~1 (優 選2:2:0. 5)，質量總和占其他物料之和的1~5% (優選3%)。
[0011] 所述增容劑為乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA)。
[0012] 其制備方法包括以下步驟： (1) 將玉米淀粉與復合增塑劑按照玉米淀粉：復合增塑劑按100:20~40比例混合，通過 單螺桿擠出機擠出得到熱塑性淀粉，待用； (2) 將針葉木在植物粉碎機中粉碎，過50~100目篩，然后浸泡在溫度30~40°C的質量百 分比為5~12%的氫氧化鈉的水溶液中10~30min，其中，針葉木纖維與氫氧化鈉水溶液質量 比為1:0. 5~1· 5,再放置在50~70°C的恒溫烘箱中經過24~48h干燥所得的產品； (3) 備料：按照熱塑性玉米淀粉為40~60份；50~100目的針葉木纖維5~15份；可降解 樹脂20~40份；交聯劑4~10份；增容劑4~10份備料； (4) 將熱塑性淀粉40~60份、處理好的針葉木纖維5~15份、可降解樹脂20~40份、增容 劑4~10份，在高速混合機中混合8~15min (優選lOmin)，再加入交聯劑4~10份，復合發泡 劑占其他物料之和的1~5%在高速混合機中10~15min (優選lOmin); (5) 通過雙螺桿擠出機擠出發泡，控制機頭溫度為120~150°C (優選130°C)，機頭壓力 0.5~50MPa (優選 lOMPa)，螺桿轉速 100~120r/min (優選 110 r/min)。
[0013] 本發明充分利用了植物纖維和淀粉的可生物降解、對環境友好、資源豐富、價格低 廉等優點，在材料性能上起到有效的協調作用和互補作用。特別是針葉木纖維具有強度高、 雜質少的優點，有利于提高復合發泡材料的抗壓性。將玉米淀粉與復合增塑劑(甘油和尿 素）通過雙螺桿擠出機擠出得到熱塑性淀粉，由于尿素和甘油都是小分子，可以與淀粉中的 羥基形成氫鍵，從而使尿素和甘油起到增塑玉米淀粉的作用，賦予淀粉熱塑加工性。又添加 可降解樹脂，熔融流動性好，機械強度高，因此可以作為粘合劑和增強劑，有效改善植物纖 維與淀粉之間的均勻混合，提高發泡材料的耐水性以及壓縮強度。增容劑EVA可以降低改 善物料間的相互摩擦力，提高物料間的界面相互作用力，一方面有利于保證材料的力學性 能，另一方面可以提尚生廣效率。氛氧化鈣作為交聯劑，少量加入可以提尚材料的耐水性、 尺寸穩定性。該產品價廉、耐水性和壓縮強度良好，且可完全生物降解、無毒環保。
【具體實施方式】
[0014] 以下結合實施例對本發明作進一步說明。
[0015] 實施例1 (1)將玉米淀粉10 Kg，與增塑劑(甘油1 Kg、尿素1 Kg)混合，通過單螺桿擠出機擠出 得到熱塑性淀粉12 Kg，待用； (2 )將針葉木在植物粉碎機中粉碎，經過50目篩，得針葉木纖維，然后浸泡在30 °C的質 量百分比為5%的氫氧化鈉的水溶液中30min，其中，廢紙漿纖維與氫氧化鈉水溶液質量比 為1 :〇. 5,再放置在50°C的恒溫烘箱中經過48h干燥，得處理好的針葉木纖維； (3)將熱塑性淀粉12 Kg、處理好的針葉木纖維2 Kg、可降解樹脂聚乳酸3.8 Kg、水0.2 Kg、增容劑EVA lKg，在高速混合機中混合15min。再加入交聯劑氫氧化鈣1 Kg、偶氮二甲酰 胺0. 1 Kg、氧化鋅0. 1 Kg、水0. 05 Kg，在高速混合機中混合lOmin。最后在機頭溫度120°C、 機頭壓力2MPa、螺桿轉速lOOr/min的雙螺桿擠出機擠出發泡。
[0016] 制備的新材料與熱塑性淀粉發泡材料的拉伸強度、壓縮強度及吸水率對比如下表
實施例2 : (1)將玉米淀粉5 Kg、與增塑劑(甘油0.5 Kg、尿素0.5 Kg)混合，通過單螺桿擠出機擠 出得到熱塑性淀粉6 Kg，待用； (2 )將針葉木在植物粉碎機中粉碎，經過70目篩，得針葉木纖維，然后浸泡在30 °C的質 量百分比為5%的氫氧化鈉的水溶液中30min，其中，廢紙漿纖維與氫氧化鈉水溶液質量比 為1:0. 5,再放置在50°C的恒溫烘箱中經過48h干燥所得處理好的針葉木纖維，待用； (3)將熱塑性淀粉6 Kg、處理好的針葉木纖維0.5 Kg、可降解樹脂聚乳酸1.9 Kg、水 0. 1 Kg、增容劑EVA 0. 5 Kg，在高速混合機中混合15min。再加入交聯劑氫氧化鈣1 Kg、偶 氮二甲酰胺0.1 Kg、氧化鋅0.1 Kg、水0.05 Kg，在高速混合機中混合lOmin。最后在機頭 溫度120°C、機頭壓力3MPa、螺桿轉速100r/min的雙螺桿擠出機擠出發泡。
[0017] 制備的新材料與熱塑性淀粉發泡材料的拉伸強度、壓縮強度及吸水率對比如下表
實施例3 : (1)將玉米淀粉3. 8 Kg，與增塑劑(甘油0. 8 Kg，尿素0. 4 Kg)混合，通過單螺桿擠出機 擠出得到熱塑性淀粉5千克，待用； (2 )將針葉木在植物粉碎機中粉碎，經過80目篩，得針葉木纖維，然后浸泡在35 °C的質 量百分比為8%的氫氧化鈉水溶液中35min，其中，廢紙漿纖維與氫氧化鈉水溶液質量比為 1: 1，再放置在60°C的恒溫烘箱中經過40h干燥所得的產品； (3)將熱塑性淀粉5Kg、處理好的針葉木纖維lKg、可降解樹脂聚乳酸2. 9Kg、水0. lKg、 增容劑EVA 0. 5Kg，在高速混合機中混合lOmin。再加入交聯劑氫氧化鈣0. 5Kg、偶氮二甲酰 胺0. lKg、氧化鋅0. lKg、水0. 05Kg，在高速混合機中lOmin。最后在機頭溫度140°C、機頭壓 力lOMPa、螺桿轉速130r/min的雙螺桿擠出機擠出發泡。
[0018] 制備的新材料與熱塑性淀粉發泡材料的拉伸強度、壓縮強度及吸水率對比如下表
【主權項】
1. 一種玉米淀粉針葉木纖維復合發泡材料及其制備方法，其特征在于：由熱塑性玉米 淀粉、50~100目的針葉木纖維、可降解樹脂、交聯劑、復合發泡劑、增容劑混合后經雙螺桿擠 出機熔融共混擠出發泡得到的產品。2. 根據權利要求書1所述的復合發泡材料，其特征在于：所述復合增塑劑是甘油和 尿素的混合物，其甘油：尿素=2:1~4,可降解樹脂為聚乳酸（PLA)與水的混合物；PLA :水 =1:0. 03~0. 12 ;交聯劑為氫氧化鈣；復合發泡劑為偶氮二甲酰胺、氧化鋅和水，三者的質量 比為2:1~3:0. 5~1，其質量總和占其他物料之和的1~5%;增容劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚 物（EVA)〇3. 根據權利要求書1所述的復合發泡材料及其制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 將玉米淀粉與復合增塑劑按照玉米淀粉：復合增塑劑=100:20~40比例混合，通過 單螺桿擠出機擠出得到熱塑性淀粉，待用； (2) 將針葉木在植物粉碎機中粉碎，過50~100目篩，然后浸泡在溫度30~40°C的質量百 分比為5~12%的氫氧化鈉的水溶液中10~30min，其中，針葉木纖維與氫氧化鈉水溶液質量 比為1:0. 5~1· 5,再放置在50~70°C的恒溫烘箱中經過24~48h干燥所得的產品； (3) 備料：按照熱塑性玉米淀粉為40~60份、50~100目的針葉木纖維5~15份、可降解樹 脂20~40份、交聯劑4~10份、增容劑4~10份備料； (4) 將熱塑性淀粉40~60份、處理好的針葉木纖維10~20份、可降解樹脂20~40份、增 容劑4~10份，在高速混合機中混合8~15min，再加入交聯劑4~10份，復合發泡劑占其他物 料之和的1~5%在高速混合機中混合10~15min ; (5) 通過雙螺桿擠出機擠出發泡，控制機頭溫度為120~150°C、機頭壓力0. 5~50MPa、螺 桿轉速 100~120r/min。
【文檔編號】C08K5/053GK105985534SQ201510163759
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年4月9日
【發明人】曾廣勝, 陳, 陳一, 鐘衡
【申請人】湖南工業大學