专利名称：全生物降解发泡组合物及成型制作方法
技术领域：
本发明涉及含有淀粉、木质素材料的能被生物降解的组合物及其成型方法。
由于生活节奏的加快，使快餐业发展迅速，一次性餐具用量激增。在我国一次性餐具是以泡沫塑料餐具为主，其主要成分为发泡聚苯乙烯塑料用这种发泡聚苯乙烯塑料餐具有价廉、质轻、方便等优点，但发泡聚苯乙烯制品(EPS)不可降解，更由于其质轻体积大，增加了垃圾量，难于回收处理，是造成所说的“白色污染”的原因之一，也是环境保护不容忽视的问题，而且在EPS的生产过程中使用氟利昂(氟致冷剂)作为发泡剂，而这种氟致冷剂对大气层中的臭氧有破坏作用，造成全球环境的恶化。在EPS的使用过程中，未完全聚合的苯乙烯单体对人体有害，长期接触和食入可能引起致畸和致癌，因此许多国家已禁止使用不可降解的食品塑料包装制品。我国也把EPS产品作为淘汰产品，于2000年禁止生产和使用。
近二、三年来EPS替代产品层出不穷，但良莠不齐，大致可以分为四类第1类为纸浆纸板类，第2类可降解塑料类，第3、4类为植物纤维类和食用粉类。上述这四类产品各有其优缺点。纸浆纸板类产品性能优良，但由于耗费大量的木材，导致森林覆被的减少和自然资源的浪费，生产成本居高不下，而且造纸过程中又产生废水的污染；降解塑料可分为生物降解光降解或光/生物双降解塑料，但不论何种形式的降解，仅能使大块塑料裂解成小块，造成土质的劣化，仍对土壤造成潜在的污染；植物纤维类具有原料来源广泛，价格低廉等优势，但生产出的产品存在着使用性能不稳定及原料的农药残留和霉变等问题；食用粉类最大的优点是经快餐、速食等容纳后既可食用，又可回收作动物饲料，基本上达到无垃圾、无污染的目的，是聚苯乙烯发泡餐具的理想替代品。
中国专利文献CN1137439A介绍了一种快餐盒的制作方法，其原料以重量百分数计，淀粉75-80％，植物纤维粉10-20％，生物胶2-3％，发泡剂0.5-1％，增塑剂0.5-1％；将上述原料混合搅拌均匀后，经热压成型，分切，喷胶，干燥而成产品。所说的淀粉是玉米淀粉、土豆淀粉、白薯淀粉、小麦面粉、米粉；所说的植物纤维粉是草纤维，玉米秸杆粉；所说的生物胶可以是明胶、壳聚糖、海藻酸钠；所说的发泡剂是食品复合发泡剂；所说的增塑剂是甘油、甘油单酐酯、乙二醇。
中国专利文献CN1193636A介绍了一种生物降解材料，它是由原淀粉、非木材植物纤维及高沸点增塑剂混合而成；原淀粉占混合物总重量的10-80％，非木材植物纤维占混合物总重量的10-75％，高沸点增塑剂占混合物总重量的10-30％。所说的原淀粉是谷类、薯类及其他植物成熟果实的原粉所说的非木材植物纤维是竹类、禾草类、韧皮类、籽毛类；所说的高沸点增塑剂是经尿、胺、甲醇改性后的产物是丙二醇、聚乙烯、山梨糖醇、苯二甲酸、二丁酯。将上述物料按比例充分混合好后，热压成型，热压固化时每毫米壁厚5-60秒，模温80-180℃，压力17-35兆帕/厘米。
上述的现有技术中所有的主要原料为淀粉，但是由于淀粉自身的分子结构和理化性质决定了其成品的断裂强度较高，而延展性差，更由于所添加的植物纤维为粉状，起不到骨架支撑作用，达不到增韧效果，故采用上述专利技术制成的产品性能较脆，在实际应用中产生困难。
本发明的目的就在于研究出一种价格低廉，无毒无害的一次性使用，能降解，不污染环境，并且具有良好使用性能的发泡组合物。
本发明的另一个目的是利用本发明的发泡组合物为原料，制备出性能优良的发泡组合物成型产品。
本发明的一种全生物降解发泡组合物，它含有改性淀粉50-80％重量百分数，植物纤维10-40％重量百分数，胶合剂5-10％重量百分数，增塑剂1-5％重量百分数，增流剂0.5-2％重量百分数，成核剂0.5-2％重量百分数，发泡剂1-10％重量百分数。
所说的改性淀粉是通过物理、化学和生物方法使原淀粉的结构、物质性质和化学性质发生改变的一种淀粉，从而具备一些特定的性能和用途。原淀粉一般是玉米淀粉、薯类淀粉、小麦淀粉和谷物淀粉。所说的改性淀粉为毁结构化淀粉、磷酸酯淀粉、氧化淀粉、酸变性淀粉其中的一种或二种或三种。发泡组合物中含改性淀粉50-80％重量百分数。
所用的植物纤维是从甘蔗渣、秸杆、竹子、甜菜渣、稻壳、花生壳其中的一种或二种或三种废弃物中提取出来的粗植物纤维部分。发泡组合物中含植物纤维10-40％重量百分数。
所用的胶合剂是作为食品添加剂的可食用胶。它们是明胶、骨胶、海藻酸钠、壳聚糖和黄原胶其中的一种或二种或三种。发泡组合物中含胶合剂5-10％重量百分数。
所说的增塑剂包括低分子量的聚多元醇类和低分子量的有机增塑剂。低分子量聚多元醇为聚乙二醇、聚乙丙二醇、聚丙二醇其中的一种；低分子量的有机增塑剂为甘油、丙二醇、山梨醇、季戊四醇其中的一种。发泡组合物中含增塑剂1-5％重量百分数。
加入增流剂是为改进改性淀粉的流动性。所用的增流剂为动、植物脂肪，又以氢化脂肪为佳。特别是那些在室温下是固态的脂肪，熔点在50℃左右的脂肪；亦可以是酯，又以C12-C13脂肪酸的三甘油酯为更佳。发泡组合物中含增流剂0.5-2％重量百分数。
所说的成核剂为无机填料，主要起到维持泡核的稳定和发泡均匀的作用。成核剂为铝、镁、硅、钛的氧化物，例如氧化铝(三氧化二铝)、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛其中的一种或二种或三种，发泡组合物中含成核剂为0.5-2％重量百分数。
所说的发泡剂是具有热分解性的物质，它们是碳酸氢钠、碳酸氢铵、水其中的一种。发泡组合物中含发泡剂1-10％重量百分数。
本发明的一种全生物降解发泡组合的成型制作方法，按改性淀粉50-80％重量百分数，植物纤维10-40％重量百分数，胶合剂5-10％重量百分数，增塑剂1-5％重量百分数，增流剂0.5-2％重量百分数，成核剂0.5-2％重量百分数，发泡剂1-10％重量百分数的配方备好原料，向组合物原料中加入组合物原料总重量20-50％的水，将加入水的原料搅拌混合均匀后，注膜，热压成型，热压成型的温度为140-180℃，压力为0.13-0.15MPa，再脱膜而成产品。
在将原料搅拌混合时，其搅拌的速度以120-200rpm，搅拌混合10-15分钟为佳。原料搅拌混合均匀的温度为30-55℃。将混合均匀的原料计量注入预热模具中，加热加压，进行热压成型。经加热加压反应排气发泡后定型。热压成型的压力为0.13-0.15MPa，温度140-180℃，热压成型时间90-150秒，发泡定型，脱模后即可得到一次性生物降解发泡成型品，包装。
根据模具的形状不同，可以制成盘子、碗、杯子、饭盒和相应的包装缓冲材料。再根据成型的用途，选择是否在其表面喷涂防水耐油胶膜；若成型品用于湿式包装例如作为餐饮具，则需要脱模后在其表面喷涂一层防水耐油胶膜，以达到防水防油的目的，烘干而得最终成品。
对脱模分检后的产品进行喷胶时的表压为0.02-0.07MPa(所说的表压是大气压加上表头所指示的压力)，温度为30-45℃，喷胶后于100-140℃的温度下烘100-120秒而成最终产品包装销售。
喷胶时所用的防水防油胶溶液为可食性动植物胶溶液，可以是玉米胶、甲壳质、海藻胶、明胶、骨胶其中的一种配制成的30-50％重量百分数的胶液备用。
本发明的一种全生物降解发泡组合物及成型制作方法的优点就在于1.本发明的全生物降解发泡组合物采用了改性淀粉，所说的改性淀粉可以是将天然淀粉例如玉米淀粉、薯类淀粉、小麦淀粉和谷物淀粉，置于一密闭容器中，在高温高压条件下，淀粉颗粒熔化，分子结构产生无序化。经过这种热处理的淀粉可以挤压或模塑成许多有用的形状和外形，使成型品具有一定的韧性和弹性，使生物降解速率提高，而没有改性的淀粉其成型品不仅脆性大，形体不实，而且由于淀粉与金属的亲和性强，使成型品不易脱模。而本发明的发泡组合物克服了这一缺点。用本发明的全生物降解发泡组合物制出的餐盒生物降解试验达到4级，符合国家标准GB-18006.1-1999。
2.本发明的组合物原料来源广泛，成本低，无毒、无害、卫生，其成型产品外形美观实用，具有良好的使用性能，耐热水耐热油达半小时以上，完全符合国家相关标准。用毕可以完全生物降解，不污染环境，是塑料包装制品的理想替代品。可广泛应用于餐饮业，食品和药品包装。其性能见表1。
表1一次性全生物降解发泡组合物检测检验结果
3.本发明的制备工艺简单，易于操作，成品率高。
以下用实施例对本发明的全生物降解发泡组合物及其成型制备方法作进一步的说明，将有助于对本发明的组合物和成型制备方法及其优点作进一步的了解，本发明的保护范围不受这些实施例的限定。
实施例1本实施例的全生物降解发泡组合物组成为改性淀粉 毁结构化淀粉(用玉米淀粉为原料制的毁结构化淀粉，北京市瑞德宝生物降解制品公司出售)为50％重量百分数(取500克)；植物纤维 秸杆粗植物纤维为40％重量百分数(取400克)；胶合剂 明胶为6％重量百分数(取60克)；增塑剂 甘油为1％重量百分数(取10克)；增流剂 氢化脂肪1％重量百分数(取10克)；成核剂 二氧化钛(TiO2)为1％重量百分数(取10克)；发泡剂 碳酸氢钠(NaHCO3)为1％重量百分数(取10克)。
其成型制备方法为，向上述组合物原料中加入组合物原料总重量的30％的水(300克水)后，以170rpm的搅拌速度于40℃的温度下，混合搅拌13分钟，将加水的原料搅拌混合均匀，形成均匀的糊状物，计量注入预热模具中，模具温度为160℃，于160℃的温度，压力0.14MPa的条件下热压成型，热压成型时间120秒，脱模，而得到不喷胶的产品。经分检后，于表压0.05MPa，40℃的温度下，用40％重量百分数的骨胶溶液进行喷胶，喷胶后于120℃烘110秒而成喷胶产品，采用GB18006.1-1999检测样品，结果见表1。
实施例2本实施例的全生物降解发泡组合物组成为改性淀粉 磷酸酯淀粉(市售，北京红星淀粉厂)为80％重量百分数(取800克)；植物纤维 甘蔗渣粗植物纤维为10％重量百分数(取100克)；胶合剂 骨胶为5％重量百分数(取50克)；增塑剂 聚乙二醇为2％重量百分数(取20克)；增流剂 氢化脂肪为1％重量百分数(取10克)；成核剂 二氧化硅(SiO2)为1％重量百分数(取10克)；发泡剂 碳酸氢铵(NH4HCO3)为1％重量百分数(取10克)。
其成型制备方法基本与实施例1相同，唯不同的是向组合物原料中加入组合物原料总重量的50％的水(500克水)后，以200rpm的搅拌速度，于55℃的温度下，混合搅拌10分钟，模具温度为180℃，于180℃的温度，压力0.15MPa的条件下热压成型时间150秒，于表压0.07MPa，45℃的温度下，用50％重量百分数的明胶溶液进行喷胶，再于140℃烘干100秒而成产品，采用GB18006.1-1999检测样品，结果见表1。
实施例3本实施例的全生物降解发泡组合物组成为改性淀粉 氧化淀粉(市售，北京红星淀粉厂)为64％重量百分数(取640克)；植物纤维 甜菜渣植物粗纤维为20％重量百分数(取200克)；胶合剂 海藻酸钠为10％重量百分数(取100克)；增塑剂 丙二醇为2％重量百分数(取20克)；
增流剂 C12-C13脂肪酸的三甘油酯为1％重量百分数(取10克)；成核剂 氧化铝(Al2O3)为2％重量百分数(取20克)；发泡剂 碳酸氢钠为1％重量百分数(取10克)。
其成型制备方法基本与实施例1相同，唯不同的是向组合物原料中加入组合物原料总重量的25％的水(250克水)后，以120rpm的搅拌速度，于35℃的温度下，混合搅拌15分钟，模具温度为140℃，于140℃的温度，压力0.13MPa的条件下热压成型时间90秒，于表压0.02MPa，30℃的温度下，用30％重量百分数的玉米胶溶液进行喷胶，再于100℃烘120秒而成产品，利用GB18006.1-1999检测样品，结果见表1。
实施例4本实施例的全生物降解发泡组合物组成为改性淀粉 酸变性淀粉为50％重量百分数(取500克)；植物纤维 花生壳植物粗纤维为30％重量百分数(取300克)；胶合剂 壳聚糖为8％重量百分数(取80克)；增塑剂 山梨醇(或季戊四醇)为1％重量百分数(取10克)；增流剂 氢化脂肪为2％重量百分数(取20克)；成核剂 二氧化硅(SiO2)为0.5％重量百分数(取5克)；发泡剂 碳酸氢铵(NH4HCO3)为8.5％重量百分数(取85克)。
其成型制备方法与实施例1相同。
权利要求
1.一种全生物降解发泡组合物，其特征是，它含有1)改性淀粉50-80％重量百分数，2)植物纤维10-40％重量百分数，3)胶合剂5-10％重量百分数，4)增塑剂1-5％重量百分数，5)增流剂0.5-2％重量百分数，6)成核剂0.5-2％重量百分数，7)发泡剂1-10％重量百分数。
2.根据权利要求1的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的改性淀粉为毁结构化淀粉、磷酸酯淀粉、氧化淀粉、酸变性淀粉其中的一种或二种或三种。
3.根据权利要求1的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的植物纤维为从甘蔗渣、桔杆、竹子、甜菜渣、稻壳、花生壳其中的一种或二种或三种废弃物中提取出来的粗植物纤维。
4.根据权利要求1的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的胶合剂为明胶、骨胶、海藻酸钠、壳聚糖、黄原胶其中的一种或二种或三种。
5.根据权利要求1的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的增塑剂为低分子量聚多元醇或低分子量有机增塑剂。
6.根据权利要求5的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的低分子量的聚多元醇为聚乙二醇、聚乙丙二醇、聚丙二醇其中的一种。
7.根据权利要求5的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的低分子量有机增塑剂为甘油、丙二醇、山梨醇、季戊四醇其中的一种。
8.根据权利要求1的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的增流剂为动、植物脂肪或酯。
9.根据权利要求8的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的动、植物脂肪为氢化脂肪，所说的酯为C12-C13脂肪酸的三甘油酯。
10.根据权利要求1的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的成核剂为氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛其中的一种或二种或三种。
11.根据权利要求1的一种全生物降解发泡组合物，其特征是，所说的发泡剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、水其中的一种。
12.一种全生物降解发泡组合物的成型制作方法，其特征是，1)按改性淀粉50-80％重量百分数，植物纤维10-40％重量百分数，胶合剂5-10％重量百分数，增塑剂1-5％重量百分数，增流剂0.5-2％重量百分数，成核剂0.5-2％重量百分数，发泡剂1-10％重量百分数的配方备好原料，2)向组合物原料中加入组合物原料总重量20-50％的水，将加入水的原料搅拌混合均匀后，注膜，热压成型，热压成型的温度为140-180℃，压力为0.13-0.15MPa，脱膜。
13.根据权利要求12的一种全生物降解发泡组合物的成型制作方法，其特征是，将原料搅拌混合时，其搅拌速度为120-200rpm，温度为30-55℃，搅拌混合10-15分钟。
14.根据权利要求12的一种全生物降解发泡组合物的成型制作方法，其特征是，热压成型的压力为0.13-0.15MPa，温度为140-180℃，热压成型时间90-150秒。
15.根据权利要求12的一种全生物降解发泡组合物的成型制作方法，其特征是，脱膜后进行喷胶，喷胶的表压为0.02-0.07MPa，温度为30-45℃。
16.根据权利要求15的一种全生物降解发泡组合物的成型制作方法，其特征是，喷胶后于100-140℃的温度下烘100-120秒。
17.根据权利要求15的一种全生物降解发泡组合物的成型制作方法，其特征是，所喷的胶为玉米胶、甲壳质、海藻胶、明胶、骨胶其中的一种配制成的30-50％重量百分数的胶液。
全文摘要
本发明涉及含有淀粉、木质素材料的能被生物降解的组合物及其成型方法。该组合物含有改性淀粉、植物纤维、胶合剂、增塑剂、增流剂、成核剂、发泡剂。其成型方法是在组合物原料中加入水,搅拌混合均匀,注膜,热压成型,脱膜、喷胶,干燥而成成型产品。本组合物成型的产品韧性和弹性大,生物降解速率快,易脱膜。本发明成型方法工艺简单,成品率高。
文档编号C08J9/00GK1328082SQ0010618
公开日2001年12月26日 申请日期2000年6月14日 优先权日2000年6月14日
发明者袁学农, 李谊, 刘天中 申请人:北京市瑞德宝生物降解制品公司