一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法。是以小麦淀粉和剑麻长纤维为主要原料，配合其他添加剂，利用生物、物理、化学等方法原理，采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出发泡的连续成型方式，得到一种淀粉长纤维基复合发泡材料，以实现提高发泡制品的拉伸强度、韧性、回弹性和抗压能力，同时具有防水防腐抗菌的效果。
【专利说明】
一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种超高拉伸强度环保缓冲包装材料，尤其涉及一种小麦淀粉剑麻长 纤维复合发泡材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前大量使用的缓冲包装材料仍是以不能降解的泡沫塑料为主，主要有EPS、EPP、 聚氨酯等泡沫塑料，由于其很难降解，因此，形成了严重的城市"白色污染"。现有可降解的 缓冲包装材料主要还是纸制品，但纸制品成本较高、密度大、缓冲性能差、力学性能差。淀粉 是多糖类化合物，在自然环境下由微生物作用而分解，最终分解为无毒的〇) 2和Η 20,因此是 目前广泛使用的一类可生物降解的天然高分子原料之一。其来源广泛(玉米淀粉、马铃薯淀 粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉等)，且价格低廉等优点。但是淀粉分子链含有大量羟基， 容易在分子链内和分子链间形成氢键，同时淀粉结晶度高，难溶、难熔，很难成型加工，并且 其发泡材料性脆，回弹性差、防腐抗菌性能也较差。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有完全生物降解发泡材料成型加工困难、强度低、缓冲 效果差的缺点，充分利用小麦淀粉韧性好、剑麻长纤维强度优异的特点，以小麦淀粉和剑麻 长纤维为主要原料，针对小麦淀粉和剑麻纤维的特点，配合其他添加剂，利用生物、物理、化 学等方法原理，采用合适的工艺步骤和参数，以螺杆挤出发泡的连续成型方式，得到一种淀 粉长纤维基复合发泡材料，以实现提高发泡制品的拉伸强度、韧性、回弹性和抗压能力，同 时具有防水防腐抗菌的效果。
[0004] 本发明的复合发泡材料，由小麦淀粉、长度在10~20mm (优选15mm)剑麻长纤维、乙 醇(工业纯)、氯化钠、氯化镁、高锰酸钾、麦芽糖(市场购买)、钛白粉、氧化锌、水、甘油、碳酸 氢钠组成。
[0005] 各组分比例及制备步骤： (1) 取100份(质量份数）剑麻纤维(市场购买)、10~30份(优选20份）浓度为1~3% (优 选2%)高锰酸钾水溶液，共混30~60min (优选45min)，然后在50~70°C (优选60°C )烘干 l~3h (优选2h)，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、150~250°C (优选200°C)、5~10MPa (优选7MPa)处理l~3h (优选2h)，自然冷却后取出密封待用； (2) 取100份小麦淀粉、3~5份(优选4份)乙醇、0. 5~1. 5份(优选1份)氯化钠、0. 5~1. 5 份(优选1份）氯化镁、1~5份(优选3份）麦芽糖、15~35份(优选30份）水，放入反应釜中， 在30~60°C (优选50°C)下、20~60 r/min (优选40 r/min)搅拌l~3h (优选2h)，自然冷却 后密封待用； (3) 取步骤（1)处理后的剑麻纤维30~45份(优选35份)、步骤（2)处理过的淀粉55~70 份(优选65份)、800~1200目（优选1000目）钛白粉3~10份(优选6份)、2000~3000目（优选 2500目）氧化锌5~8份(优选6份)、3~10份(优选5份）碳酸氢钠、3~7份(优选5份）甘油、 5~10份(优选6份）7K，在高速混合机中共混l〇~3〇min (优选15min)，密封待用； (4)将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为140~180°C (优选 160°C)、机头压力 20~50MPa (优选 30MPa)、螺杆转速 70~90r/min (优选 80 r/min)。
[0006] 本发明充分利用小麦淀粉韧性好、粘合强度高、剑麻长纤维强度非常高的特点，以 乙醇、麦芽糖、氯化钠、氯化镁等作为糊化和交联剂，使用特定工艺对淀粉进行改性，然后与 特殊处理过的剑麻纤维混合，钛白粉作为增强剂、润滑剂、以及进一步的交联引发剂，氧化 锌主要作为抗菌剂，甘油和水主要作为润滑剂，有利于制品成型加工，同时与钛白粉协同作 用，改进制品表观质量，碳酸氢钠和水作为复合发泡剂，有利于复合材料的泡孔形成与长 大，最后通过螺杆挤出，得到高强度、防腐抗菌的环保发泡制品。
【具体实施方式】
[0007] 以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0008] 实施例1 : (1) 取100份(质量份数）剑麻纤维(市场购买)、10份浓度为1%高锰酸钾水溶液，共混 30min，然后在50°C烘干lh，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、150°C、5MPa处理lh，自 然冷却后取出密封待用； (2) 取100份小麦淀粉、3份乙醇、0. 5份氯化钠、0. 5份氯化镁、1份麦芽糖、15份水、放 入反应釜中，在30°C下、20 r/min搅拌lh，自然冷却后密封待用； (3) 配一：取步骤（1)处理后的剑麻纤维30份、步骤（2)处理过的淀粉70份、800目钛 白粉3份、2000目氧化锌5份、3份碳酸氢钠、3份甘油、5份水，在高速混合机中共混lOmin， 密封待用； 配二：取步骤（1)处理后的剑麻纤维35份、步骤（2)处理过的淀粉65份、1000目钛白 粉6份、2500目氧化锌6份、5份碳酸氢钠、5份甘油、6份水，在高速混合机中共混15min，密 封待用； 配三：取步骤（1)处理后的剑麻纤维45份、步骤（2)处理过的淀粉55份、1200目钛白粉 10份、3000目氧化锌8份、10份碳酸氢钠、7份甘油、10份水，在高速混合机中共混30min， 密封待用； (4) 将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为160°C、机头压力 30MPa、螺杆转速 80 r/min。
[0009] 制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及抗菌率的对比如下
实施例2 : (1)取100份(质量份数）剑麻纤维(市场购买)、20份浓度为2%高锰酸钾水溶液，共混 45min，然后在60°C烘干2h，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、200°C、7MPa处理2h，自 然冷却后取出密封待用； (2) 取100份小麦淀粉、4份乙醇、1份氯化钠、1份氯化镁、3份麦芽糖、30份水，放入反 应釜中，在50°C下，40 r/min搅拌2h，自然冷却后密封待用； (3) 配一：取步骤（1)处理后的剑麻纤维30份、步骤（2)处理过的淀粉70份、800目钛 白粉3份、2000目氧化锌5份、3份碳酸氢钠、3份甘油、5份水、在高速混合机中共混10分 钟、密封待用； 配二：取步骤（1)处理后的剑麻纤维35份、步骤（2)处理过的淀粉65份、1000目钛白 粉6份、2500目氧化锌6份、5份碳酸氢钠、5份甘油、6份水，在高速混合机中共混15min，密 封待用； 配三：取步骤（1)处理后的剑麻纤维45份、步骤（2)处理过的淀粉55份、1200目钛白粉 10份、3000目氧化锌8份、10份碳酸氢钠、7份甘油、10份水，在高速混合机中共混30min， 密封待用； (4) 将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为160°C、机头压力 30MPa、螺杆转速 80 r/min。
[0010] 制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及抗菌率的对比如下
实施例3 : (1) 取100份(质量份数）剑麻纤维(市场购买)、30份浓度为3%高锰酸钾水溶液，共混 60min，然后在70°C烘干3h，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、250°C、lOMPa处理3h， 自然冷却后取出密封待用； (2) 取100份小麦淀粉、5份乙醇、1. 5份氯化钠、1. 5份氯化镁、5份麦芽糖、35份水，放 入反应釜中，在60°C下、60 r/min搅拌3h，自然冷却后密封待用； (3) 配一：取步骤（1)处理后的剑麻纤维30份、步骤（2)处理过的淀粉70份、800目钛 白粉3份、2000目氧化锌5份、3份碳酸氢钠、3份甘油、5份水，在高速混合机中共混lOmin， 密封待用； 配二：取步骤（1)处理后的剑麻纤维35份、步骤（2)处理过的淀粉65份、1000目钛白 粉6份、2500目氧化锌6份、5份碳酸氢钠、5份甘油、6份水，在高速混合机中共混15min，密 封待用； 配三：取步骤（1)处理后的剑麻纤维45份、步骤（2)处理过的淀粉55份、1200目钛白粉 10份、3000目氧化锌8份、10份碳酸氢钠、7份甘油、10份水，在高速混合机中共混30min， 密封待用； (4) 将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为160°C、机头压力 30MPa、螺杆转速 80 r/min。
[0011] 制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及抗菌率的对比如下
【主权项】
1. 一种高强度全生物降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于：由小麦淀粉、长 度在10~20mm剑麻长纤维、乙醇、氯化钠、氯化镁、高锰酸钾、麦芽糖、钛白粉、氧化锌、水、甘 油、碳酸氢钠组成。2. 权利要求1所述复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，包括以下组分及步骤： (1) 取100份(质量份数）剑麻纤维，10~30份浓度为1~3%高锰酸钾水溶液，共混 30~60min，然后在50~70°C烘干l~3h，然后将其置于高压容器中，无氧或低氧、150~250°C、 5~10MPa处理l~3h，自然冷却后取出密封待用； (2) 取100份小麦淀粉、3~5份乙醇、0. 5~1. 5份氯化钠、0. 5~1. 5份氯化镁、1~5份麦芽 糖、15~35份水，放入反应釜中，在30~60°C下，20~60 r/min搅拌l~3h，自然冷却后密封待 用； (3) 取步骤（1)处理后的剑麻纤维30~45份、步骤（2)处理过的淀粉55~70份、800~1200 目钛白粉3~10份、2000~3000目氧化锌5~8份、3~10份碳酸氢钠、3~7份甘油、5~10份水，在 高速混合机中共混10~30min，密封待用； (4) 将混合好的物料，通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为140~180°C、机头压力 20~50MPa、螺杆转速 70~90r/min。
【文档编号】B29C47/92GK105885105SQ201510163777
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年4月9日
【发明人】曾广胜
【申请人】湖南工业大学