專利名稱：一種淀粉基全降解包裝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)內(nèi)襯包裝材料，尤其涉及一種淀粉基全降解包裝材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著石油資源日益緊張、短缺，以石油為原料的石油化工產(chǎn)品因此受到嚴(yán)峻影響。 石油化工產(chǎn)品中，塑料制品由于量大而又不易降解的特性，在各國通常的回收方法是掩埋 或焚燒，能源消耗大，又加重了環(huán)境的再次污染。工業(yè)生產(chǎn)帶來的每年數(shù)以萬噸的工業(yè)塑料 包裝物、廢棄物對環(huán)境污染尤為嚴(yán)重，垃圾清理分類處理耗費(fèi)大量的財力資源和能源資源， 直接掩埋會使大量的土地、土壤因此而板結(jié)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞。因此各國環(huán)境部門將其處 理列為重點(diǎn)治理對象。當(dāng)前市場可見的淀粉基降解包裝材料，主要分為淀粉填充型可降解材料和高含量 淀粉降解材料。前者在淀粉基中加入樹脂填充，存在降解率低、降解周期長的缺點(diǎn)，在環(huán)保 上仍會給環(huán)境帶來負(fù)擔(dān)；后者盡管淀粉含量高，但成品有質(zhì)脆、密度高、易碎裂，力學(xué)性能差 導(dǎo)致使用范圍受限的缺點(diǎn)。此外，現(xiàn)有的淀粉改性方法往往通過催化改性，成本很高。因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于完善和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題在于提供-現(xiàn)有淀粉基降解包裝性能不夠理想的問題。
-種淀粉基全降解包裝材料及其制備方法，解決
分


為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種淀粉基全降解包裝材料，通過將植物淀粉改性制得，包括以下以重量計的組
植物淀粉 植物纖維 增韌高分子 增容劑 增柔劑 增塑劑 改性助劑 功能性助劑 水
100 份；
5 50份； 5 15份； 1 5份； 1 10份； 5 25份； 1 5份； 5 30份； 100 400 份。
所述的淀粉基全降解包裝材料，所述增韌高分子為乙烯_丙烯酸塑料、乙烯_乙烯 醇塑料、聚羥基脂肪酸酯、聚-3-羥基丁酸中的一種或兩種以上的組合。
所述的淀粉基全降解包裝材料，所述增容劑為馬來酸酐、馬來酸 二酯中的一種或兩種以上的組合。辛酯、馬來酸乙
所述的淀粉基全降解包裝材料，所述增柔劑為吐溫、司班、大豆卵磷脂、蓖麻油、脫 氫蓖麻油、多聚單甘酯、蔗糖酯、硬脂酰乳酸鈣、硬脂酰乳酸鈉中的一種或兩種以上的組合。所述的淀粉基全降解包裝材料，所述增塑劑為水、甘油、聚乙二醇、乙二醇、丙二 醇、三乙酸甘油酯的一種或兩種以上的組合。所述的淀粉基全降解包裝材料，所述改性助劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、有機(jī)硅偶聯(lián)劑中 的一種或兩種的組合。所述的淀粉基全降解包裝材料，所述功能性助劑包括穩(wěn)定劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、抗潮劑和防 霉劑、防腐劑。所述的淀粉基全降解包裝材料，所述功能性助劑包括以下以重量份計的組分穩(wěn)定劑:0· 1 5份;補(bǔ)強(qiáng)劑2 10份；抗潮劑1 3份；防霉劑0· 1 0. 5份；防腐劑0.1 1.0份。一種所述淀粉基全降解包裝材料的制備方法，包括以下步驟A 在1 6kg/cm2壓力下、85_95°C溫度梯度范圍內(nèi)，將植物淀粉、增韌高分子、增 容齊U、改性助劑、增柔劑、增塑劑高速攪拌，直至得到松散態(tài)的塑化改性淀粉組分；B 將步驟A中得到的塑化改性淀粉與植物纖維、水及功能性助劑均質(zhì)混煉。所述淀粉基全降解包裝材料的制備方法，進(jìn)一步包括以下步驟C 將步驟B中得到的均質(zhì)物經(jīng)熱壓發(fā)泡成型。采用上述方案，本發(fā)明通過在植物淀粉中加入植物纖維和各種改性助劑，經(jīng)過簡 單的材料改性、交聯(lián)、均質(zhì)，再經(jīng)過模壓發(fā)泡成型得到最終的包裝材料，產(chǎn)品防霉、柔軟、密 度低、強(qiáng)度較高，應(yīng)用較廣，廢棄物在自然環(huán)境中可生物全降解為有機(jī)肥料；原材料來源廣 泛，價格低廉，且邊角余料可回收再次加工利用，有效地降低了生產(chǎn)成本，并且生產(chǎn)工藝簡 便，整個生產(chǎn)過程無廢水、廢氣、廢渣，生產(chǎn)過程與成品均十分環(huán)保。
具體實施例方式本發(fā)明的技術(shù)原理是利用植物淀粉在熟化、塑化過程中的過熱凝膠性與植物纖 維的抗拉伸性、延展性和柔韌性，配以可降解高分子材料的增柔、增塑效果，施以一定比例 的增容增塑助劑及穩(wěn)定助劑使其改性，制成全生物降解柔韌性包裝材料。本發(fā)明是一種淀粉基全降解柔韌性緩沖包裝材料，其配比如下(重量份)植物淀粉100份植物纖維5 50份增韌高分子5 15份增容劑1 5份增柔劑1 10份增塑劑5 25份改性助劑1 5份功能性助劑5 30份
/K 100 400 份本發(fā)明使用的植物淀粉，可以使用各類常用的農(nóng)林牧產(chǎn)品制成的淀粉，包括但不 限于馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉、玉米淀粉、綠豆淀粉、高直鏈玉米淀粉、木薯淀粉、稻米淀粉中 的一種或兩種以上的組合。本發(fā)明使用的植物纖維，可以使用各類常用的植質(zhì)纖維，具體可以使用木漿纖維、 棉麻纖維、竹纖維、草纖維、蘆葦纖維中的一種或兩種以上的組合。本發(fā)明中使用的改性助劑為改性偶聯(lián)劑，優(yōu)選使用鈦酸酯偶聯(lián)劑、有機(jī)硅偶聯(lián)劑 中的一種或兩種以上的組合。本發(fā)明增韌高分子可使用制備彈性體時進(jìn)行改性、成膜的增韌高分子，優(yōu)選使 用EAA(乙烯-丙烯酸塑料，ethylene-acrylic acid plastic)、EVOH(乙烯-乙烯醇塑 料，ethylene-vinyl alcohol plastic)、PHA (聚羥基脂肪酸酯，polyhydroxyalkanoic)、 PHB (聚-3-羥基丁酸，polyhydroxybutyric acid)中的一種或兩種以上的組合。本發(fā)明中使用的增容劑，優(yōu)選馬來酸酐、馬來酸二辛酯、馬來酸乙二酯中的一種或 兩種以上的組合。本發(fā)明增柔劑可以采用表面活性劑或油脂類，優(yōu)選吐溫、司班、大豆卵磷脂、蓖麻 油、脫氫蓖麻油、多聚單甘酯、蔗糖酯、硬脂酰乳酸鈣、硬脂酰乳酸鈉中的一種或兩種以上的 組合。本發(fā)明增塑劑可以使用水，也可使用多元醇類，優(yōu)選水、甘油、聚乙二醇、乙二醇、 丙二醇、三乙酸甘油酯的一種或兩種以上的組合。本發(fā)明中使用的功能性助劑，主要起到增強(qiáng)成品性能的作用，因此可以根據(jù)需要， 調(diào)節(jié)組分、比例加入各種常用的功能性助劑。經(jīng)過試驗，為了得到滿足普通包裝需要，可以 加入包括穩(wěn)定劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、抗潮劑和防霉防腐劑等。以淀粉重量為100份計算，各組分重量 配比優(yōu)選為穩(wěn)定劑:0· 1 5份補(bǔ)強(qiáng)劑:2 10份抗潮劑1 3份防霉劑0· 1 0. 5份防腐劑 0. 1 1. 0份本發(fā)明穩(wěn)定劑優(yōu)選微晶纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥丙基甲基纖維素、羧甲基淀 粉、羥乙基淀粉、糊精、果膠、卡拉膠、槐豆膠、海藻酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或兩種以 上的組合。本發(fā)明補(bǔ)強(qiáng)劑優(yōu)選云母、輕質(zhì)碳酸鈣、白碳黑、滑石粉、蒙脫土、高嶺土、膨潤土、硅 藻土、立德粉中的一種或兩種以上的組合本發(fā)明抗潮劑優(yōu)選石蠟、液體石蠟、松香及地蠟、微晶蠟、蟲蠟、蜂蠟、松香、歧化松 香、馬來松香、松香甘油酯、松香季戊醇酯、蟲膠、硅脂、二甲基硅油、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙 烯醇縮乙醛、聚乙烯醇縮丁醛、乙基纖維素、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素中的一種或兩種 以上的組合。本發(fā)明防霉劑優(yōu)選多糖-R防霉劑、香草醛、肉桂醛、殼聚糖、大蒜提取物中的一種 或兩種以上的組合。
本發(fā)明防腐劑優(yōu)選脫氫醋酸鈉、丙酸鈣、丙酸、苯甲酸鈉中的一種或兩種以上的組
I=I O通過常規(guī)方法(例如，一步法)也可以將上述淀粉組合物進(jìn)行改性制得本發(fā)明的 淀粉基全降解包裝材料。但經(jīng)過多次實驗，本發(fā)明提供一種如下的制備方法，主要通過以下 步驟A、塑化改性將普通淀粉經(jīng)過改性反應(yīng)、制備為塑化改性淀粉。將植物淀粉、增韌高分子、增容劑、改性助劑、增柔劑、增塑劑依次按照配方比例投 入攪拌機(jī)中。在1 6kg/cm2壓力下、85-95°C溫度梯度范圍內(nèi)、于3000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌 機(jī)中攪拌15 60分鐘。得到松散態(tài)的塑化改性淀粉組分。在該步驟中，將各種高分子改性、增韌、增柔、增容、增塑劑加入淀粉中，設(shè)計高壓、 低水量、溫度適宜的反應(yīng)條件，利用植物淀粉在熟化、塑化過程中的過熱凝膠性，既使淀粉 糊化，又防止水分蒸發(fā)，達(dá)到使淀粉交聯(lián)、改性的目的。B、均質(zhì)混煉將塑化改性淀粉與植物纖維、水及其它助劑均質(zhì)混煉，得到淀粉基全 降解柔韌性內(nèi)包裝基材。將塑化改性淀粉組分與植物纖維、穩(wěn)定劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、抗潮劑、防腐防霉助劑以及水 按配方比例加入變頻調(diào)速雙行星動力混合機(jī)中，在常溫下(5 45°C均可)保持公轉(zhuǎn)速度 20 60轉(zhuǎn)/min，自轉(zhuǎn)速度30 70轉(zhuǎn)/min，刮壁速度10 60轉(zhuǎn)/min條件下均質(zhì)攪拌 40 90min。得到淀粉基柔韌性全降解高分子基料。雙行星動力混合機(jī)的混合效率較高。實際應(yīng)用中可以采用其他機(jī)械混勻方式例如 均質(zhì)機(jī)、球磨機(jī)等。為了生產(chǎn)需要，可以進(jìn)一步在組分中加入顏料，均質(zhì)混勻得到需要的色 彩。得到的基材呈膠體或顆粒狀。之后可以進(jìn)行C、熱壓成型將基材經(jīng)模具腔內(nèi)熱壓發(fā)泡成型，得到全降解包裝型材。將淀粉基全降解柔韌性高分子基料放置在熱壓模具腔內(nèi)，保持壓力0. 1 0. 8MP， 溫度120 190°C，經(jīng)40 150s后降壓取出，即得到淀粉基全降解柔韌性內(nèi)包裝材料。得 到的成品均勻、致密、質(zhì)輕，具有一定的柔韌性和強(qiáng)度。在模壓過程中產(chǎn)生的邊角余料可以進(jìn)一步粉碎，并加入第二步均質(zhì)混勻步驟，充 分利用。本發(fā)明這一制備方法的特點(diǎn)是原材料來源廣泛，價格低廉，且邊角余料可回收再 次加工利用，有效地降低了生產(chǎn)成本。并且整個生產(chǎn)過程無廢水、廢氣、廢渣，生產(chǎn)工藝簡 便，經(jīng)過簡單的材料改性、交聯(lián)、均質(zhì)，再經(jīng)過模壓發(fā)泡制成材料制品。最終制得的成型產(chǎn)品防霉、柔軟、密度低、強(qiáng)度較高，可以用于機(jī)械五金配件、電子 電器產(chǎn)品、通訊器材、玻璃器皿、陶瓷制品、廣告標(biāo)牌、音像包裝等行業(yè)。由于原料中植物原 料(主要為淀粉、纖維類)含量高，不含難降解的樹脂類，不會對環(huán)境造成污染，相反，成品 使用后廢棄物在自然環(huán)境中可生物全降解為有機(jī)肥料，可以增強(qiáng)土壤肥力。本發(fā)明的柔性包裝內(nèi)襯材料和生產(chǎn)制備方法，提供了一種可生物全降解為有機(jī)肥 料的淀粉基包裝材料，成品在材料的柔韌性及抗壓強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)上有大幅改善，大大提 高了該材料的實用性，同時其制備工藝簡單、成本低，沒有“三廢”污染。下面，通過數(shù)個較佳實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。未經(jīng)特別說明，本發(fā)明設(shè)
6計的組分含量均以重量份計。實施例1準(zhǔn)備如下配比的原料玉米淀粉100份木漿纖維12份EAA 7 份鈦酸酯偶聯(lián)劑 1份大豆卵磷脂4份馬來酸二辛酯 2份聚乙二醇20015份羥丙基甲基纖維素0.5份輕質(zhì)碳酸鈣4份松香甘油酯1 3份殼聚糖0.3份脫氫醋酸鈉0. 1份水160 份A 塑化改性將以上組分玉米淀粉、EAA、鈦酸酯偶聯(lián)劑、馬來酸二辛脂、大豆卵磷脂、聚乙烯醇 200依次按照配方比例投入攪拌機(jī)中。在4kg/cm2壓力下、85-95°C溫度梯度范圍內(nèi)、于3000 轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)中攪拌40分鐘。得到松散態(tài)的塑化改性淀粉組分。B 均質(zhì)混煉將塑化改性淀粉組分與木漿纖維、羥丙基甲基纖維素、輕質(zhì)碳酸鈣、松香甘油酯、 殼聚糖、脫氫醋酸鈉及水粉按配方比例在變頻調(diào)速雙行星動力混合機(jī)中，在溫度27°C、公轉(zhuǎn) 速度30轉(zhuǎn)/min，自轉(zhuǎn)速度60轉(zhuǎn)/min，刮壁速度20轉(zhuǎn)/min條件下均質(zhì)攪拌60min。得到玉 米淀粉基柔韌性全降解高分子基料。C 熱壓成型將玉米淀粉基全降解柔韌性高分子基料在熱壓模具腔內(nèi)，保持壓力0. 3MP，溫度 160°C，經(jīng)80s后降壓取出，即得到玉米淀粉基全降解柔韌性內(nèi)包裝材料。實施例2木薯淀粉100份竹漿纖維20份EVOH10 份有機(jī)硅偶聯(lián)劑2份馬來酸酐 1.5份硬脂酰乳酸鈣10份甘油18份聚乙烯吡咯烷酮0. 2海藻酸鈉 0.8份納米碳酸鈣6份
7
液體石蠟 3份肉桂醛0.1份苯甲酸鈉0.5份水210 份A 普通淀粉改性為塑化改性淀粉將木薯淀粉、EV0H、馬來酸酐、有機(jī)硅偶聯(lián)劑、甘油依次按照配方比例投入攪拌機(jī) 中。在6kg/cm2壓力下、80-90°C溫度梯度范圍內(nèi)、于3000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)中攪拌30 分鐘。得到松散態(tài)的塑化改性淀粉組分。B:將塑化改性淀粉組分與竹漿纖維、海藻酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、納米碳酸鈣、液 體石蠟、肉桂醛、苯甲酸鈉及水按配方比例在變頻調(diào)速雙行星動力混合機(jī)中，在25°C、公轉(zhuǎn) 速度45轉(zhuǎn)/min，自轉(zhuǎn)速度70轉(zhuǎn)/min，刮壁速度10轉(zhuǎn)/min條件下均質(zhì)攪拌75min。得到木 薯淀粉基柔韌性全降解高分子基料。C 將木薯淀粉基全降解柔韌性高分子基料在熱壓模具腔內(nèi)，保持壓力0. 2MP，溫 度185°C，經(jīng)70s后降壓取出，即得到淀粉基全降解柔韌性內(nèi)包裝材料。實施例3馬鈴薯淀粉100份蘆葦纖維 20份苧麻纖維 10份PHB 9 份鈦酸酯偶聯(lián)劑2份馬來酸乙二醇酯4份脫氫蓖麻油4份丙二醇25份羥乙基淀粉 3份高嶺土10 份微晶蠟3份多糖R防霉劑0.2份丙酸鈣0.1份水180 份A 普通淀粉改性為塑化改性淀粉將馬鈴薯淀粉、PHB、馬來酸乙二醇酯、鈦酸酯偶聯(lián)劑、脫氫蓖麻油、丙二醇依次按 照配方比例投入攪拌機(jī)中。在5kg/cm2壓力下、85-95°C溫度梯度范圍內(nèi)、于3000轉(zhuǎn)/分的 高速攪拌機(jī)中攪拌35分鐘。得到松散態(tài)的塑化改性淀粉組分。B:將塑化改性淀粉組分與蘆葦纖維、苧麻纖維、羥乙基淀粉、高嶺土、微晶蠟、多糖 R防霉劑、丙酸鈣及水按配方比例在變頻調(diào)速雙行星動力混合機(jī)中，在30°C、公轉(zhuǎn)速度40轉(zhuǎn) /min,自轉(zhuǎn)速度30轉(zhuǎn)/min，刮壁速度30轉(zhuǎn)/min條件下均質(zhì)攪拌60min。得到馬鈴薯淀粉 基柔韌性全降解高分子基料。C 將馬鈴薯淀粉基全降解柔韌性高分子基料在熱壓模具腔內(nèi)，保持壓力0. 3MP， 溫度170°C，經(jīng)120s后降壓取出，即得到馬鈴薯淀粉基全降解柔韌性內(nèi)包裝材料。
也可以按照下表配比(重量份)進(jìn)一步調(diào)節(jié)組分和工藝參數(shù)進(jìn)行制備
權(quán)利要求
一種淀粉基全降解包裝材料，通過將植物淀粉改性制得，其特征在于，包括以下以重量計的組分植物淀粉 100份；植物纖維 5～50份；增韌高分子5～15份；增容劑1～5份；增柔劑1～10份；增塑劑5～25份；改性助劑 1～5份；功能性助劑5～30份；水100～400份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉基全降解包裝材料，其特征在于，所述增韌高分子為乙 烯_丙烯酸塑料、乙烯_乙烯醇塑料、聚羥基脂肪酸酯、聚-3-羥基丁酸中的一種或兩種以 上的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉基全降解包裝材料，其特征在于，所述增容劑為馬來酸 酐、馬來酸二辛酯、馬來酸乙二酯中的一種或兩種以上的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉基全降解包裝材料，其特征在于，所述增柔劑為吐溫、司 班、大豆卵磷脂、蓖麻油、脫氫蓖麻油、多聚單甘酯、蔗糖酯、硬脂酰乳酸鈣、硬脂酰乳酸鈉中 的一種或兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉基全降解包裝材料，其特征在于，所述增塑劑為水、甘 油、聚乙二醇、乙二醇、丙二醇、三乙酸甘油酯的一種或兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉基全降解包裝材料，其特征在于，所述改性助劑為鈦酸 酯偶聯(lián)劑、有機(jī)硅偶聯(lián)劑中的一種或兩種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀粉基全降解包裝材料，其特征在于，所述功能性助劑包括 穩(wěn)定劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、抗潮劑和防霉劑、防腐劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的淀粉基全降解包裝材料，其特征在于，所述功能性助劑包括 以下以重量份計的組分穩(wěn)定劑0. 1 5份； 補(bǔ)強(qiáng)劑2 10份； 抗潮劑1 3份； 防霉劑0. 1 0. 5份； 防腐劑0.1 1.0份。
9.一種權(quán)利要求1所述淀粉基全降解包裝材料的制備方法，包括以下步驟A 在1 6kg/cm2壓力下、85-95°C溫度梯度范圍內(nèi)，將植物淀粉、增韌高分子、增容劑、 改性助劑、增柔劑、增塑劑高速攪拌，直至得到松散態(tài)的塑化改性淀粉組分； B 將步驟A中得到的塑化改性淀粉與植物纖維、水及功能性助劑均質(zhì)混煉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述淀粉基全降解包裝材料的制備方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 以下步驟C 將步驟B中得到的均質(zhì)物經(jīng)熱壓發(fā)泡成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了通過在植物淀粉中加入植物纖維和各種改性助劑，經(jīng)過簡單的材料改性、交聯(lián)、均質(zhì)，再經(jīng)過模壓發(fā)泡成型得到的一種淀粉基全降解包裝材料。產(chǎn)品防霉、柔軟、密度低、強(qiáng)度較高，應(yīng)用較廣，廢棄物在自然環(huán)境中可生物全降解為有機(jī)肥料；原材料來源廣泛，價格低廉，且邊角余料可回收再次加工利用，有效地降低了生產(chǎn)成本，并且生產(chǎn)工藝簡便，整個生產(chǎn)過程無廢水、廢氣、廢渣，生產(chǎn)過程與成品均十分環(huán)保。
文檔編號C08L97/02GK101942117SQ201010291109
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者梁靖 申請人:梁靖