专利名称：用于制作容器和包装物的生物可分解的材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制作容器和包装物的生物可分解的材料及其制备方法，该材料特别适用于制作一次性餐饮具。
长期以来，为了解决以主要成分为发泡聚苯乙烯等塑料为原料制成餐饮具和包装物对自然环境造成的“白色污染”，世界众多国家都在积极研究解决方案。所要解决的首要问题是材料问题。该材料应当具有可分解的、供一次性使用的、对环境不造成污染且能综合利用的、成本低的材料。为此，现有的技术中，已出现有如下几种材料1、纸板材料，2、纸浆材料；3、以植物纤维为基料加胶合剂及添加剂的材料；4、以淀粉为基料加膨化剂及添加剂的材料；5、在上述四类可分解的材料中加入合成塑胶成份，以便提高餐饮具和包装物的机械强度的材料。用上述材料制作餐饮具和包装物的方法，其中，未加入膨化剂的，通常是用压模热压成形；加入了膨化剂的则是原料置于模腔不密闭的称为开放性模具中通过膨化剂发泡后成形为固态状产品。例如已公开的中国专利申请号为98113465.3和99120119.1的专利申请技术，均以淀粉为基料，淀粉含量为70％以上，发泡用膨化剂为1.2-3％，其制备成品的方法是将物料送入有热装置的模具中，经过一定温度使材料在发泡膨化剂的作用下，发泡成型为模具形状的餐具。
由于上述材料本身质量和相适应的用于制作餐饮具和包装物时的制作工艺的特性原因，上述材料存在下述缺点1、现有技术一般分解不彻底；2、纸质材料压延方法制备产品，其产品容易变形，强度差，且成本较高；3、现有技术制备的材料当加入不易分解的塑胶物质后，虽然能改善产品的强度等性能，但污染难以得到彻底解决；4、以淀粉为基料，加入膨化剂进行发泡，其基料在高温的模具中与膨化剂迅速起膨化反应，发泡膨化作用对部分淀粉性能形成了一定的破坏；同时，因发泡作用，成品含有膨化剂，作为餐饮具长期使用对人体不利；另外，该材料制作成品时，温度不易掌握，因而该材料制成产品质量不易控制。
本发明的目的在于克服上述可分解的材料的缺点，提供一种以淀粉为基料，不用膨化剂而用水来膨化催化的、用于制作容器和包装物的生物可分解的材料。该材料具有下述特性；1、可由自然界微生物快速且完全分解；2、用水起膨化催化作用，材料在模具中发泡不损害基料的性能；3、各组分原料均为无公害材料，用该材料制成的产品在使用完后可用作肥料、以及作鱼、鸡、鸭、猪等动物饲料；4、供一次性使用，防止回收而造成疾病交叉传染；5、机械强度好、耐热、耐冷、防震、不易变形；6、制备方法工艺简单，容易掌握；7、成本较低。
本发明生物可分解的材料的技术方案是它以淀粉为基料，还包括有起膨化催化作用的水，和起改善性能作用的聚合剂、以及纤维、钙、和添加剂，经混合后制成胶体。在上述的本发明材料的技术方案中，淀粉和水在材料总重量中的重量百分比数淀粉为20-70％，水为20-65％，其余为辅料。其技术方案中，一般各组分及含量的重量百分比为1)淀粉20-65％；2)水20-50％；3)聚合剂2-12％；4)纤维5-20％；5)钙1-10％；添加剂1-8％。
本发明可分解的材料的制配方法技术方案具体为制配过程中的下述工艺路线及步骤1)给每个组分的原料按选定的配方确定重量；2)首先将大部分淀粉装入容器中，并加入一定量的水，再加入添加剂、聚合剂及钙，并充分搅拌，成为均匀的胶体；3)将纤维及余下的少量的淀粉与上述胶体强制搅拌混合，制成可塑胶体；4)将可塑胶体按制作餐饮具或包装物成品时的单个产品的用量切块，或切成大块，使用时再切成小块，供现场使用或包装待用。
本发明的材料及制配方法的基本原理在于；用水作膨化剂是本发明的突出的特点和显著的进步之一。本发明的材料，即所述的胶体材料是在密封的模具腔中加温、加压、保温、和迅速泄压的条件下膨化催化发泡成为餐饮具或包装物的。传统的现有技术则是淀粉物质在开放性模具中依靠化学膨化剂发泡。本发明是以水作为膨化剂，起作催化发泡作用。因为1)当水在一定温度作用下，会急剧气化，(前提是水在材料总量中的重量比例较大)，体积会瞬间膨胀，基料及其加入的其他材料受其影响，物理结构随之发生变化，体积亦即膨大相当大的倍数。
2)、本发明的材料在密封的模具腔中，水的气化作用会使模具腔内的原料胶体压缩为熔融状态，并在模具中流动，流入模具的各个空间，当瞬间泄压，胶体材料则由催化趋向膨化，由生淀粉转化为熟淀粉，继而变成发泡的酥松的海棉体。
本发明的材料中的水作为膨化剂，(发泡催化剂)加入量大于20％，是任何以淀粉为基料工艺中的膨化剂(化学产品)所加入的量无可比拟的，即现有技术中膨化剂的量很小，相比之下，从原理到效果，用水作膨化剂的材料，用于制作成形固态产品是一个开拓性的发明。
本发明的原理还在于1、选用淀粉作基料是因为其分子结构主要是直链与支链组成，不同淀粉的直链与支链比例、凝胶性能等方面有区别，选用淀粉作基料，具有可控性，可根据不同产品兼容和调节，且可供选择的原料广泛。
2、用水作淀粉的膨化催化剂，使淀粉发泡时只改变淀粉的物理性质，从而突破了淀粉类产品传统工艺中仅用膨化剂的纯粹的化工方法的生产方式。
本发明的材料实现了发明目的，其效果包括1、没有任何污染，制成成品一次用完后可以综合利用，作肥料及饲料。若置于水中，其外表无防水膜层时，30分钟即软化沉入水中，外表有防水膜层时，约2-3小时后亦同样可沉入水中，作鱼的饲料，碾碎后可作为鸡、鸭、猪的饲料。埋入土中一般一至二周即可完全分解。
2、以水作膨化剂对基料淀粉的特性不造成伤害，产品机械强度好，不易变形；无味，防震，耐热，耐冷，可以广泛的取代泡沫，可作成各种形状大小的餐饮具，如碗、盘、杯，餐盒；且有保温，保冷，抗震作用，可作为包装商品的吸震，防撞击的填充材料，垫块，隔板等。
3、材料来源广泛，制作工艺简便，产品质量稳定，生产效率高，成本低。
以下是本发明的可分解的材料更具体的实施例实施例1材料的各组分及含量重量百分比优选范围为1)淀粉30-50％；2)水30-50％；3)聚合剂2-8％；4)纤维8-18％；5)钙2-7％；6)添加剂2-6％，选择重量比例，应根据产品的形状，厚薄、尺寸、功能等。
实施例2一般用于餐饮具的材料组方和重量百分比有淀粉48％，水30％，聚合剂即胶5％，添加剂5％，纤维10％，钙2％。
实施例3作餐饮具的材料组分和重量百分比还有淀粉65％，水20％，聚合剂即胶7％，添加剂2％，纤维5％，钙1％。
实施例4
一般用于作防震等包装物的材料组分和重量百分比为淀粉20％，水50％，聚合物胶4％，添加剂4％，纤维12％，钙10％。
上述的实施例中，其辅助材料选择的实施例分别为钙选用生物钙和活性钙，起着填充和提高机械强度的作用。
水可以是普通饮用水，当制作包装减震材料时，可用未净化的水，为得到更好的膨化效果，优选去离子水。
聚合剂即为胶，选自淀粉磷酸脂钠和明胶。
淀粉为植物普通淀粉，或普通淀粉与变性淀粉混合的淀粉，其中普通淀粉选自植物块根、或果实淀粉中的一种或几种，可以是薯类、谷类、豆类淀粉，优选的是薯类淀粉。
添加剂包括柔软剂，选自草酸和丙二醇。防水剂选自有机硅油和硅橡胶。防油剂选自聚乙二醇和有机硅。添加剂还包括有防腐剂，选自山梨酸和硫酸铝。中和剂选自碱性材料中的一种或几种，可以是碳酸氢钠或氢氧化钠。
所述的纤维为植物纤维，其直径为0.01-0.3毫米，长度为0.2-20毫米，用于包装材料时的纤维其几何尺寸选用较大的尺寸。
以下结合一种生物可分解材料组分配方实施例列举本发明的方法实施例1、选料和确定重量即给各个组分的原料按选定的原料种类和配方确定重量红薯粉，80目过筛率≥90％，取45公斤；普通食用水取33公斤；明胶5公斤；添加剂5公斤，其中有机硅油2公斤，聚乙二醇1公斤，氢氧化钠1公斤，草酸0.5公斤，山梨酸0.5公斤，玉米叶部纤维10公斤，(还可选稻、麦、等去茎杆后的叶纤维)直径≤0.1毫米，长度1-15毫米；活性钙2公斤。
2、第一次混合将40公斤的红薯粉装入搅拌器中，加入水33公斤，一边加料一边搅拌，同时加入添加剂5公斤，明胶5公斤，活性钙2公斤，充分搅拌成为带半透明状的胶体。
3、第二次混合将10公斤玉米叶纤维和余下的红薯粉5公斤倒入搅拌器中，强制搅拌，揉合混合，制成可塑胶体。
4、切块取出可塑胶体，按制作容器单个产品的用量切块。
当制好的可塑胶体材料是成批生产，待运到制备容器和包装物成品的制造车间或工厂去时，可切成大块，然后在制品厂或车间切成小块。当可塑胶体不能很快进入制备产品的工序中时，应用防止可塑胶体材料的水分挥发的包装材料包装。
权利要求
1.一种用于制作容器和包装物的生物可分解的材料，其特征在于，它以淀粉为基料，还包括有起膨化催化作用的水，和起改善性能作用的聚合剂、以及纤维、钙和添加剂，经混合后制成胶体。
2.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，淀粉和水在材料总重量中的重量百分比数淀粉为20-70％，水为20-65％。
3.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，各组分及含量的重量百分比为1)淀粉20-70％；2)水20-65％；3)聚合剂2-12％；4)纤维5-20％；5)钙1-10％；6)添加剂1-8％。
4.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，各组分及含量的重量百分比优选范围为1)淀粉30-50％；2)水30-45％；3)聚合剂2-8％；4)纤维8-18％；5)钙2-7％；6)添加剂2-6％。
5.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，钙选自生物钙活性钙。
6.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，水为饮用水，优选去离子水。
7.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，所述的聚合剂即为胶，选自淀粉磷酸脂钠和明胶。
8.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，所述淀粉为植物普通淀粉，或普通淀粉与变性淀粉混合的淀粉，其中普通淀粉选自植物块根、或果实淀粉中的一种或几种，可以是薯类、谷类、豆类淀粉。
9.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，所述添加剂包括柔软剂，选自草酸和丙二醇；防水剂，选自有机硅油和硅橡胶；防油剂，选自聚乙二醇和有机硅。
10.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，所述的添加剂还包括有防腐剂，选自山梨酸和硫酸铝；中和剂，选自碱性材料中的一种或几种，可以是碳酸氢钠或氢氧化钠。
11.按权利要求1所述的生物可分解的材料，其特征在于，所述的纤维为植物纤维，其直径为0.01-0.3毫米，长度为0.2-20毫米，用于包装材料时的纤维其几何尺寸选用较大的尺寸。
12.一种用于实现权利要求1所述的生物可分解的材料的制配方法，其特征在于它包括下述步骤1)选择和确定重量给每个组分的原料按选定的原料种类和配方确定重量；2)第一次混合首先将淀粉装入搅拌容器中，并加入一定量的水，再加入添加剂、胶及钙，并充分搅拌，成为半透明胶体；然后3)第二次混合将一定量的纤维及少量的淀粉与上述半透明胶体强制搅拌，揉合混合，制成可塑胶体，然后4)切块将可塑胶体，按单个产品用量切块，或切成大块，使用时切小块，供使用或包装。
全文摘要
本发明涉及一种用于制作容器和包装物的生物可分解的材料及其制备方法。该材料以淀粉为基料,还有水,和起改善性能的聚合剂、纤维、钙、以及添加剂,经混合后制成胶体。其制配方法包括选料,两次下料搅拌和切块工序。本发明材料中水为膨化剂,对基料膨化催化又不损害其性能。制成品具有能完全生物分解、无毒、不易变形,防震、保温及成本低的特点。
文档编号A47G19/00GK1361048SQ00128179
公开日2002年7月31日 申请日期2000年12月29日 优先权日2000年12月29日
发明者王中柱 申请人:王中柱