一種輕質(zhì)淀粉基高韌性復(fù)合發(fā)泡材料的制作方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種環(huán)保發(fā)泡材料的制備方法，尤其涉及一種具有質(zhì)量輕的，且具有 優(yōu)異韌性的、環(huán)保的淀粉基復(fù)合發(fā)泡材料的制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 塑料材料雖然擁有較優(yōu)異的性能和廣泛的適用性，但其來源于石油產(chǎn)品且無法降 解，在資源危機(jī)和環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重的今天，尋找性能優(yōu)良且可再生的替代材料則成為目 前材料領(lǐng)域研究的重中之重。在緩沖包裝領(lǐng)域，聚苯乙烯發(fā)泡材料（EPS)因其優(yōu)良的成型能 力，發(fā)泡倍數(shù)和緩沖性能占據(jù)了緩沖包裝材料的大部分份額。而聚乙烯發(fā)泡材料（EPE)雖 然其緩沖性一般，但成本低廉，也被廣泛應(yīng)用于對緩沖性要求低的包裝領(lǐng)域。但隨著人們環(huán) 保意識的增強(qiáng)，由塑料的非降解性所帶來的"白色污染"已經(jīng)成為日益嚴(yán)峻的問題，因發(fā)泡 塑料如聚苯乙烯不易腐爛分解，燃燒時(shí)會(huì)散發(fā)有害氣體、造成環(huán)境污染且用于聚苯乙烯發(fā) 泡劑的氟氯碳化物（CFC8)會(huì)破壞大氣臭氧層，危害生物，在歐洲及美國部分地區(qū)，已明令 禁止使用EPS。找到一種制備工藝簡單，性能優(yōu)良，環(huán)境友好的發(fā)泡塑料替代材料及其可工 業(yè)化的發(fā)泡成型的方法則成為材料科學(xué)領(lǐng)域的一大課題。
[0005] 在國內(nèi)外，一些研究者在此領(lǐng)域進(jìn)行了探索研究，在目前的可降解材料中，淀粉因 其便宜的價(jià)格和廣泛的來源已被深入研究并通過改性與復(fù)合制備了多種生活與工業(yè)用品， 如淀粉基膜、淀粉餐具等。而淀粉也被廣泛應(yīng)用于發(fā)泡材料中，如CN1357562公開的一種 用于生產(chǎn)可完全降解植物淀粉發(fā)泡包裝材料的組合物采用全植物淀粉發(fā)泡而成，密度小。 CN101481506公布了一種植物纖維、淀粉發(fā)泡全降解材料防水制品，同樣采用植物淀粉、纖 維和防水劑共混擠出發(fā)泡得到具有較小密度的發(fā)泡產(chǎn)品。但淀粉有其天然的缺陷，它的力 學(xué)性能差，性能不穩(wěn)定，只能運(yùn)用于對力學(xué)性能要求低的領(lǐng)域。為了提高整體的強(qiáng)度，在淀 粉中加入其他具有較高強(qiáng)度的可降解材料如聚乳酸，CN101386703B公布了一種聚乳酸/熱 塑性淀粉發(fā)泡體及其生產(chǎn)方法，采用聚乳酸、熱塑性淀粉、脂肪族-芳香族聚酯、聚乳酸增 韌劑、成核劑為主要原料，采用發(fā)泡前驅(qū)體和發(fā)泡劑共同發(fā)泡擠出成型。CN1919926B公布了 一種聚乳酸-淀粉發(fā)泡材料及其制備方法，即先將聚乳酸和淀粉分別熔融后，再混合發(fā)泡， 形成耐水性、發(fā)泡率高的泡沫制品。然后這些方法在工藝實(shí)現(xiàn)及材料的性能方面仍存在較 大缺陷，如全降解發(fā)泡材料發(fā)泡倍率不足，在高發(fā)泡倍率后成型能力差，緩沖性差，且成型 困難等。而一般的可降解發(fā)泡材料由于大量淀粉的使用，還導(dǎo)致易吸水，即容易造成霉變也 容易導(dǎo)致力學(xué)性能的大幅下降。如可找到一種方法制備具有良好發(fā)泡倍率，且具有優(yōu)異強(qiáng) 度和韌性的淀粉發(fā)泡材料，無疑將具有巨大的市場潛力。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了克服淀粉發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率高后緩沖性差，強(qiáng)度低的缺 陷，提供一種具有優(yōu)異強(qiáng)度和緩沖特性的輕質(zhì)的淀粉基發(fā)泡材料的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種輕質(zhì)淀粉基高韌性復(fù)合發(fā)泡材料，該材料由熱塑性淀粉、納米植物纖維、淀粉-聚 乳酸接枝共聚物、氣凝膠粉末，八臂馬來酸酐P0SS粒子、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、 塑化劑及抗氧劑復(fù)合，通過超臨界C02為發(fā)泡劑擠出發(fā)泡加工而成。材料中各組分的按質(zhì) 量份數(shù)比如下： 熱塑性淀粉為100份，納米植物纖維為10-20份，淀粉-聚乳酸接枝共聚物為35-55份， 氣凝膠粉末為3-6份，八臂馬來酸酐P0SS粒子2-4份、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油 酯3-8份、塑化劑及抗氧劑均為2-4份。
[0009] 進(jìn)一步，所述熱塑性淀粉為以甘油等塑化劑塑化的天然淀粉，天然淀粉可為玉米 淀粉、木薯淀粉中的一種。
[0010] 進(jìn)一步，所述的納米植物纖維為木纖維、竹纖維、細(xì)菌纖維素中的一種，纖維的直 徑介于50-200nm之間，長徑比介于50 :1-200 :1之間。
[0011] 其制備可采用木纖維、竹纖維、細(xì)菌纖維素原纖通過物理處理如閃爆發(fā)、機(jī)械破碎 法得到，也可通過化學(xué)法如酸水解法得到。也可直接購買市售產(chǎn)品。
[0012] 進(jìn)一步，所述淀粉-聚乳酸接枝共聚物中淀粉的取代度(定義為每個(gè)淀粉葡萄糖 單元上的的羥基被取代的平均數(shù))介于〇. 8-1. 4之間。淀粉接枝聚乳酸的合成方法較多，可 采用中國發(fā)明專利（【申請?zhí)枴?011102832634)和（【申請?zhí)枴?011101600822)所公開的方法制 備，也可以米用市售廣品。
[0013] 進(jìn)一步，所述氣凝膠粉末為二氧化娃氣凝膠粉末，其密度介于0. 01-0. 500g/cm3 之間。
[0014] 氣凝膠粉末可采用硅氧凝膠冷凍干燥后磨粉制得，也可以使用直接購買市售產(chǎn) 品。氣凝膠粉末具有輕質(zhì)，良好的強(qiáng)度和阻隔性等特點(diǎn)。
[0015] 進(jìn)一步，所述淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝率介于45%_65%之間。淀粉接 枝甲基丙烯酸縮水甘油酯的制備方式多樣，如可采用木薯淀粉為原料，以過硫酸鉀為引發(fā) 劑，乳液聚合制備淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯。
[0016] 進(jìn)一步，所述P0SS粒子為八臂馬來酸酐P0SS 多面體低聚硅倍半氧烷（P0SS)是一種具有八面體籠狀結(jié)構(gòu)的硅氧結(jié)構(gòu)，P0SS在籠狀 結(jié)構(gòu)的角落上存在8個(gè)可進(jìn)行改性的基團(tuán)R。本發(fā)明中所涉及的八臂馬來酸酐P0SS的分子 結(jié)構(gòu)式為：
進(jìn)一步，所述的塑化劑為鄰苯二甲酸酯類塑化劑。
[0017] 進(jìn)一步，所述抗氧劑為抗氧劑264，BHT，168,1010中的一種或幾種任意比例混合。
[0018] 進(jìn)一步，其加工方法為： (1) :將所有原料于40°C下干燥兩天至充分干燥，先將熱塑性淀粉、納米植物纖維、淀 粉-聚乳酸接枝共聚物于50°C下高速共混10-15分鐘，后于130-150°C下熔融混煉共混均 勻后切粒，得到預(yù)混料A，備用； (2) :將預(yù)混料A、氣凝膠粉末，八臂馬來酸酐P0SS粒子、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油 酯、塑化劑及抗氧劑于50°C下高速共混10-15分鐘，后投入雙螺桿擠出發(fā)泡設(shè)備中，并通入 超臨界〇)2作為發(fā)泡劑擠出發(fā)泡； 其特征還在于： 擠出發(fā)泡過程中，擠出發(fā)泡溫度介于120-150Γ之間，超臨界C02的通入量為熱塑性淀 粉質(zhì)量的6%-9%，雙螺桿擠出發(fā)泡設(shè)備機(jī)頭壓力介于5-8Mpa之間。
[0019] 進(jìn)一步，所述雙螺桿擠出發(fā)泡設(shè)備為普通雙螺桿擠出機(jī)與熔體栗連接而成。
[0020] 進(jìn)一步，所述超臨界0)2在雙螺桿擠出機(jī)后段即均化段進(jìn)料。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于：體系中熱塑性淀粉作為主體，淀粉塑化后具有較好的加 工性、納米植物纖維的存在起到連接和增強(qiáng)的作用，淀粉-聚乳酸接枝共聚物具有較淀粉 更好的彈性且可提高熔體強(qiáng)度，氣凝膠粉末可有效降低材料的密度，且強(qiáng)化了材料的強(qiáng)度， 八臂馬來酸酐P0SS粒子在其中也起到復(fù)合增強(qiáng)且改善相容劑的作用，淀粉接枝甲基丙烯 酸縮水甘油酯作為主相容劑起到連接淀纖維和淀粉-聚乳酸接枝共聚物的作用，超臨界C02 發(fā)泡則有利于較大的發(fā)泡倍數(shù)和泡孔的均勻。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023] 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024] 具體實(shí)施例1 一種輕質(zhì)淀粉基高韌性復(fù)合發(fā)泡材料，該材料由熱塑性淀粉、納米植物纖維、淀粉-聚 乳酸接枝共聚物、氣凝膠粉末，八臂馬來酸酐P0SS粒子、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、 塑化劑及抗氧劑復(fù)合擠出發(fā)泡而成，各組分的質(zhì)量為： 熱塑性淀粉為2. 6Kg，納米植物纖維為0. 39Kg，淀粉-聚乳酸接枝共聚物為1. 092K