专利名称：具生物分解性的包装材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种包装材料及其制造方法，特别地涉及一种具生物分解性的包装材料及其制造方法。
背景技术：
随着世界经济的发展，合理使用地球资源和保护生存环境日益受到全球的关注。 欧盟自2003年先后公告“废电机电子产品环保指令(欧盟第2002/96/EC号指令，以下简称TOEE) ”以及“危害物质限用指令(欧盟第2002/95/EC号指令，以下简称RoHS) ”，要求欧盟各国依指令精神转换订定各国法令，以减少废弃物的数量及回收再利用，并要求限制使用某些有害物。各国许多制造厂意识到，传统的塑胶在自然界中难以自行分解，经弃置后造成环境的负荷是环境污染的重要来源之一，于是开始投入可分解性塑胶产品的引进和生产研发。从原料开发就考虑绿色设计，环境友好材料(Environmental Friendly Materials) 等环境材料(Eco-Materials)成为最近几年来世界各先进国家的开发方向。包装材料产业过去是以提供物美价廉的塑胶包装材料，例如以聚氯乙烯(PVC)及EPS(聚苯乙烯发泡纤维补强体，又名保丽龙)材料为主。而PVC材料为一种含氯塑胶，在其整个生命周期中，从生产制造、产品使用到废弃处理，都会对环境产生有害物质，被国际绿色和平组织称为“毒塑胶”，并不符合环保要求，因此PVC塑胶材料已被聚烯烃(Polyolefins)材料所取代。目前在家用电器、精密仪器、电子电脑及电子元件等包装中大量使用聚苯乙烯 (EPS)类发泡缓冲包装材料。聚苯乙烯(EPQ是一种高分子化学合成物，其包装废弃物不能自然降解和完全回收，对环境会造成严重的污染。此外，聚苯乙烯(EPQ的主要来源是石油，而石油是不可再生资源，所以原料的来源也有所限制。由于包装材料逐渐受到进口国家环保法规限制，且随着全球贸易的一体化及各国对环境问题的高度重视，这些不能自然降解和回收利用的缓冲包装材料的应用将受到越来越大的限制。目前聚苯乙烯(EPS)主要的替代产品是纸浆模塑防震内衬包装制品。但由于其制品过于致密，抗震耐冲击性能大大低于EPS材料。纸浆模塑防震产品的抗震耐冲击性能主要是凭借制品的几何结构。由于受到模具结构及加工的影响，纸浆制品的发展受到很大的限制，只能制作小型包装衬垫，而目前大型家电产品的包装衬垫及填充仍然采用EPS发泡塑胶制品。同时，由于纸浆模塑成本比EPS制品的成本要高，因而也极大地限制了纸浆模塑制品的发展。为符合环保要求，一现有方法是将一包含淀粉的组合物(starchhsed compositions)进行发泡得到一生物可分解材料。然而，所得的材料由于机械强度及承载力不足，无法作为包装材料，仅作吸水材料，例如用于尿布、卫生巾、成人护理产品、医疗用敷料等。此外，另一现有方法是将纤维与淀粉混合后以挤出机压出成型。然而纤维与淀粉的混合物只经过单纯的混炼，所制得的材料结合性差，因此其仍不具有作为包装材料所需的机械强度及承载力。
基于上述，聚苯乙烯(EPQ材料目前尚无良好替代技术。因此，开发出可取代聚苯乙烯(EPS)的生物可分解材料是目前包装材料技术研究的重要课题。
发明内容
本发明提供一种具生物分解性的包装材料，包括一发泡纤维补强体，其中该发泡纤维补强体为一混合物经一混炼程序、一制粒程序、及一发泡程序后所得的产物，其中该混合物包含一淀粉、一成核剂、一生态纤维与一发泡剂。本发明还提供上述具生物分解性的包装材料的制造方法。该方法包括对一混合物进行一混炼程序，得到一未发泡混合物，其中该混合物包含一淀粉、一成核剂、一生态纤维与一发泡剂；对该未发泡混合物进行一制粒程序，得到平均粒径为0. I-IOmm的胶粒；以及，对该胶粒进行一发泡程序，以得到一发泡纤维补强体。为使得本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图作详细说明。
图1显示了本发明一实施例所述的具生物分解性的包装材料的制造方法的流程图。
具体实施例方式本发明提供一种具生物分解性的包装材料及其制造方法，主要是将农林植物经适当解纤程序后所得到的生态短纤维进行过筛等预处理，再与淀粉混炼后制成适当大小的胶粒，并经环保型发泡方式(非化学发泡方式)制成发泡纤维补强体，即为本发明所述的具生物分解性的包装材料。经实验证实，本发明所述的具生物分解性的包装材料具备一高压缩强度(一般可大于1. ^g/cm2，优选可大于2. 5kg/cm2)、高缓冲特性(具有一回复系数大于 0. 63，优选可大于0. 8)，以及优秀的生物分解性(在45天内可达到80% )，可以作为包装缓冲材料、包装容器、包装支撑材料等用途。本发明的实施例提供一种具生物分解性的包装材料，包括一发泡纤维补强体，其中该发泡纤维补强体为一混合物经一混炼程序、一制粒程序以及一发泡程序后所得的产物，其中该混合物包含一淀粉、一成核剂、一生态纤维与一发泡剂。根据本发明的另一实施例，该具生物分解性的包装材料，包括一发泡纤维补强体， 其中该发泡纤维补强体为一混合物经一混炼程序、一制粒程序以及一发泡程序后所得的产物，其中该混合物是由一淀粉、一成核剂、一生态纤维、一发泡剂与一降解酵素所组成。其中，淀粉主要是谷物或薯物，且谷物包含米、小麦、玉米或其他天然的谷类植物， 薯物包含树薯、番薯、马铃薯或其他天然的薯类植物。除谷物或薯物外，淀粉可包含其他含有淀粉物质的植物。成核剂可为如碳酸钙、氢氧化钙、硅酸盐，或其他适合的成核剂，相对于 100重量份的淀粉，成核剂含量为0. 1至20重量份。发泡剂可为水、二氧化碳、氮气、空气、 醇类，或其他适合的发泡剂，相对于100重量份的淀粉，发泡剂含量为0. 1至20重量份。该生态纤维可为纸纤维、稻纤维、竹纤维、麻纤维或棉纤维，相对于100重量份的淀粉，生态纤维含量为0. 5至10重量份。由于淀粉及生态纤维来源广泛，制成包装材料具有很好生物可
4降解性、环境协调性，它能完全分解，其废弃物不会对环境造成污染。上述混合物除了包含淀粉、生态纤维、成核剂及发泡剂外，更还可适当地加入交联齐U、添加剂、降解酵素和/或可塑剂。交联剂可例如为1，5-戊二醛的双醛类单体、如辛烯基琥珀酸酐(Octenyl SuccinicAnhydride)的酸酐类单体、压克力系单体，或其他适合的交联齐U。相对于100重量份的淀粉，交联剂含量为0至10重量份。添加剂为如聚乙烯醇，或其他适合的添加剂。相对于100重量份的淀粉，添加剂含量为0至50重量份。可塑剂为如甘油，或其他适合的可塑剂。相对于100重量份的淀粉，可塑剂含量为0至30重量份。本发明的实施例还提供一种具生物分解性的包装材料的制造方法。该具生物分解性的包装材料的制造方法包括以下步骤(请参照图1所示的具生物分解性的包装材料的制造流程图)首先，将如谷物或薯物等含有淀粉的主要成份，加上成核剂、发泡剂以及生态纤维(更还可适当地加上添加剂、可塑剂，和/或交联剂)进行混合(步骤11)，形成一混合物，所使用的淀粉、成核剂、发泡剂、及生态纤维的种类及比例如上所述。上述成份可使用一高速混合机加以进行，混合时间可介于10-300分钟；混合机的转速可介于10-1000rpm。接着，将所得的混合物倒入一捏合机中进行一原料混炼程序(步骤12)，得到一混炼物(未发泡混合物)。该混炼程序的工艺温度可介于30-100°C，混炼程序的时间可为10-300分钟。接着，将所得的混炼物倒入一制粒机进行一制粒程序(步骤13)，得到平均粒径介于0. I-IOmm 的胶粒。该制粒机可例如为一可进行捏合压出的单轴压出制粒机，进行一捏合压出。该制粒程序的制造方法温度可介于30-150°C，并可在多段温度设定下进行制粒。值得注意的是， 该制粒程序为一必要步骤，由于通过该制粒程序可控制后续进行一发泡程序的对象的尺寸大小，确保该同时包含淀粉及生态纤维的混合物顺利进行发泡程序，并改善后续发泡程序的完整性。因此，若不进行此制粒步骤，无法确保后续的发泡程序可以顺利进行。最后，将所得的胶粒进行一发泡程序(步骤14)，得到一发泡纤维补强体，即为本发明所述的具生物分解性的包装材料。该发泡步骤可为挤压发泡。挤压发泡步骤可包括利用一单轴螺杆压出发泡机将制成粒状的未发泡混合物，在约50°C至200°C的温度环境下进行挤压发泡。已知以纸纤加淀粉直接压缩制作的材料，由于仅经混炼，纸纤加淀粉的结合性差， 降低其机械强度及承载能力。此外，没有任何文献及专利记载成功将一包含淀粉及生态纤维的混合物进行一挤压发泡工艺(相反的，现有技术记载在将淀粉及生态纤维混炼时要加入消泡剂(defoaming agent)，或是使用化学物质(例如烷类)或化学纤维进行化学发泡)。 由于本发明用来制备具生物分解性的包装材料的混合物，除了包含淀粉、生态纤维、与发泡齐IJ外，还包含一成核剂，且在进行混炼程序之后及进行发泡程序之前，更包含了一制粒程序，在进行挤压发泡程序前先控制了发泡对象的尺寸大小，确保该同时包含淀粉及生态纤维的混合物顺利进行发泡程序，并改善后续发泡程序的完整性，因此，本发明可顺利将包含淀粉及生态纤维的混合物进行一发泡工艺，得到本发明所述的具生物分解性的包装材料。综上所述，本发明提供一种新颖的具生物分解性的包装材料，具有不污染环境、制作工艺简单、成本低廉以及原料来源广等优点。此外，在制造过程中，不使用化学发泡方式 (不使用化学纤维及烷类发泡剂)，不会对大气及环境造成污染。再者，本发明所述的生态包装材料，主要原料为淀粉及生态纤维，皆为可再生的永续有机资源，且所得的包装材料具有高的缓冲能力及承载力，预期可逐渐取代聚苯乙烯(EPQ及纸浆模塑制品。下文通过实施例及比较例来说明本发明所述的制备及性质测量，用以进一步阐明本发明的技术特征。发泡纤维补强体的制备实施例1-15将玉米淀粉、甘油、硅酸盐、水、聚乙烯醇及生态纤维(所使用的各种生态纤维其相对密度、纤维长度、及纤维细度列于表幻(或更包含降解酵素，每克淀粉添加20单位)依表1所示比例依次加入高速混合机进行原料混合程序(转速为300rpm，混合时间为30分钟)，并将混合后的原料倒入捏合机(马力为5HP)进行原料混炼程序(混炼温度为60°C， 时间为1小时)，得到未发泡混合物。接着，将未发泡混合物输入Ψ25πιπι单轴压出制粒机， 五段料筒温度设定40°C /50°C /70°C /80°C /90°C，并以20rpm转速进行制粒程序，制得平均粒径为3mm的胶粒。最后，将所得的胶粒进行压出发泡程序，使用V76mm单轴压出发泡机，三段料筒温度设定50°C /IOO0C /150°C，并以200rpm转速进行，分别得到发泡纤维补强体(1)-(15)。比较例1将玉米淀粉、硅酸盐、水、及聚乙烯醇，依表1所示比例依次加入高速混合机进行原料混合程序(转速为300rpm，混合时间为30分钟)，并将混合完成原料倒入捏合机(马力为5HP)进行原料混炼程序(混炼温度60°C，时间为1小时)，得到未发泡混合物。接着，将未发泡混合物输入Ψ25πιπι单轴压出制粒机，五段料筒温度设定 400C /500C /700C /800C /90°C，并以20rpm转速进行制粒程序，制得平均粒径为3mm的胶粒。最后，将所得的胶粒进行压出发泡程序，使用Ψ76πιπι单轴压出发泡机，三段料筒温度设定50°C /IOO0C /150°C，并以200rpm转速进行，得到发泡体(1)。表 权利要求
1.一种具生物分解性的包装材料，包括一发泡纤维补强体，其中该发泡纤维补强体为一混合物经一混炼程序、一制粒程序以及一发泡程序后所得的产物，所述混合物包含一淀粉、一成核剂、一生态纤维与一发泡剂。
2.根据权利要求1所述的具生物分解性的包装材料，其中所述淀粉包含米、小麦、玉米、树薯、番薯、马铃薯或其混合。
3.根据权利要求1所述的具生物分解性的包装材料，其中所述成核剂包含碳酸钙、氢氧化钙、硅酸盐或其混合。
4.根据权利要求1所述的具生物分解性的包装材料，其中所述生态纤维包含纸纤维、 稻纤维、竹纤维、麻纤维、棉纤维或其混合。
5.根据权利要求1所述的具生物分解性的包装材料，其中所述发泡剂包含水、二氧化碳、氮气、空气、醇类或其混合。
6.一种具生物分解性的包装材料的制造方法，该方法包括对一混合物进行一混炼程序，得到一未发泡混合物，其中该混合物包含一淀粉、一成核齐U、一生态纤维与一发泡剂；对所述未发泡混合物进行一制粒程序，得到平均粒径为0. I-IOmm的胶粒；以及对所述胶粒进行一发泡程序，以得到一发泡纤维补强体。
7.根据权利要求6所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中所述发泡程序包含挤压发泡。
8.根据权利要求7所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中以一单轴螺杆压出发泡机进行该挤压发泡。
9.根据权利要求7所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中该挤压发泡的制造方法温度范围在50°C _200°C之间。
10.根据权利要求6所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中以一单轴螺杆捏合压出方式对未发泡混合物进行该制粒程序。
11.根据权利要求6所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中该淀粉包含米、 小麦、玉米、树薯、番薯、马铃薯或其混合。
12.根据权利要求6所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中该成核剂包含碳酸钙、氢氧化钙、硅酸盐或其混合。
13.根据权利要求6所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中该生态纤维包含纸纤维、稻纤维、竹纤维、麻纤维、棉纤维或其混合。
14.根据权利要求6所述的具生物分解性的包装材料的制造方法，其中该发泡剂包含水、二氧化碳、氮气、空气、醇类或其混合。
全文摘要
本发明提供一种具生物分解性的包装材料及其制造方法。该具生物分解性的包装材料包括一发泡纤维补强体，其中该发泡纤维补强体为一混合物经一混炼程序、一制粒程序以及一发泡程序后所得的产物，所述混合物包含一淀粉、一成核剂、一生态纤维与一发泡剂。本发明还提供该包装材料的制造方法，包括对一混合物进行一混炼程序，得到一未发泡混合物；对该未发泡混合物进行一制粒程序，得到平均粒径为0.1-10mm的胶粒；以及对该胶粒进行一发泡程序，以得到一发泡纤维补强体。本发明所提供的具生物分解性的包装材料具有不污染环境、制作工艺简单、成本低廉以及原料来源广等优点。此外，在制造过程中，不使用化学发泡方式，不会对大气及环境造成污染。
文档编号C08L97/02GK102464808SQ20101061188
公开日2012年5月23日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年10月28日
发明者李吉祥, 杨丛印, 杨奉儒, 蔡金英, 郑隆藤, 郭文法 申请人:财团法人工业技术研究院