本发明涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种可降解的发泡生物质纤维复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着电商和物流行业的迅速发展，以阿里巴巴为首的电商巨头推出了“绿色行动”，在5年内使用新型的可降解包装材料替换掉一半以上的一次性包装材料，从而减少包装物流废弃物对环境的影响。尤其在物流包装的缓冲材料上，目前大多采用泡沫和气泡袋，这些都是不可降解的泡沫塑料，对环境造成了严重的影响。
聚乳酸(pla)是一种热塑性生物可降解材料，长期以来在生物医药领域应用广泛，而凭借着较高的强度和模量，近年来被人们视为是一种具有巨大潜力的环境友好包装材料。淀粉是自然界仅次于纤维素的第二大丰裕的生物聚合物，其极低的成本以及完全可降解性引起了人们极大的关注。将聚乳酸与淀粉进行复核发泡，有望取代以eps为代表的传统泡沫塑料，具有极高的市场前景。但是，现有技术存在以下缺陷：(1)淀粉本身的耐热温度受限，使淀粉在加工过程中会因为温度过高而发生碳化分解；(2)淀粉与聚乳酸进行发泡时由于二者相容性不够好，从而影响发泡材料的可降解性能；(3)现有技术所制备的可降解发泡材料的可塑性、降解率和发泡倍率均有待提高，只能通过添加一些高成本的组分，导致产品的成本大大提升。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术中的不足而提供一种可降解的发泡生物质纤维复合材料及其制备方法，该方法所制备的复合材料在可塑性、发泡倍率和可降解性能均得到了显著提升，而且原料成本低，制备工艺简单易于控制。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种可降解的发泡生物质纤维复合材料，是由以下重量份的原料制成：
其中，所述改性淀粉是由45-60份淀粉、45-60份蒸馏水、2-8份甘油、0.2-1份马来酸酐经过糊化改性而成的；
所述可降解的发泡生物质纤维复合材料的密度为0.45-0.8g/cm3。
优选的，所述一种可降解的发泡生物质纤维复合材料，是由以下重量份的原料制成：
优选的，所述发泡剂为ac发泡剂、松香皂发泡剂、碳酸氢钠发泡剂和adc发泡剂中的至少一种。
优选的，所述引发剂为bpo、dcp和tpo中的任意一种。
本发明还提供上述一种可降解的发泡生物质纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在20-25℃条件下，将45-60份淀粉与45-60份蒸馏水混合并搅拌均匀后，加入2-8份甘油、0.2-1份马来酸酐，并不断搅拌形成胶体状的混合物；
步骤b、将胶体状的混合物置于水浴锅或油浴锅中进行加热糊化，加热温度为85-100℃，时间为10-30min，得到粘稠状胶体；
步骤c、将粘稠状胶体置于烘箱中，烘干温度为100-120℃，烘烤10-30min后，将烘干的固体粉碎至100-300目，得到改性淀粉；
步骤d、将30-50份改性淀粉、40-50份聚乳酸、3-5份二氧化硅、2-10份发泡剂和0.5-4份引发剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出发泡成型，即得到所述可降解的发泡生物质纤维复合材料，其中双螺杆挤出机各区段的温度参数如下：
一区：140-145℃，二区：150-155℃，三区：165-170℃，四区：170-175℃，五区：170-175℃，六区：170-175℃，七区：170-175℃，八区：160-165℃，机头：150-155℃。
优选的，所述可降解的发泡生物质纤维复合材料的颗粒直径为3.2-3.8mm。
优选的，步骤d中，双螺杆挤出机的喂料转速为0.8-1.4rpm，挤出转速为120-160rpm。
本发明的有益效果：
本发明的一种可降解的发泡生物质纤维复合材料，其原料是由30-50份改性淀粉、40-50份聚乳酸、3-5份二氧化硅、2-10份发泡剂和0.5-4份引发剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出发泡成型而得到的密度为0.45-0.8g/cm3的可降解的发泡生物质纤维复合材料。其中，改性淀粉是由45-60份淀粉、45-60份蒸馏水、2-8份甘油、0.2-1份马来酸酐经过特殊工艺进行糊化改性而成。采用特殊工艺所制备的改性淀粉，一方面大大提高了淀粉的表面相容性以及塑化性能，使之能够很好的与聚乳酸相容，从而显著提高所制备的复合材料的可塑性和可降解性能，另一方面改性淀粉提高了淀粉的耐热温度，使淀粉在加工过程中不会因为温度过高而发生碳化分解；此外，在发泡过程中，大大提高了发泡倍率。与现有技术相比，采用本发明的配方和工艺所制备的生物质纤维复合材料在可塑性、发泡倍率和可降解性能均得到了显著提升，密度为0.45-0.8g/cm3，其在堆肥降解条件下，经过150-190天，降解率达到了91-96％，而且原料成本低，制备工艺简单易于控制，有利于规模化生产及应用。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
本实施例的一种可降解的发泡生物质纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在20℃条件下，将50份淀粉与50份蒸馏水混合并搅拌均匀后，加入4份甘油、0.6份马来酸酐，并不断搅拌形成胶体状的混合物；
步骤b、将胶体状的混合物置于水浴锅或油浴锅中进行加热糊化，加热温度为95℃，时间为25min，得到粘稠状胶体；
步骤c、将粘稠状胶体置于烘箱中，烘干温度为100℃，烘烤15min后，将烘干的固体粉碎至200目，得到改性淀粉；
步骤d、将42份改性淀粉、45份聚乳酸、4份二氧化硅、6份发泡剂和3份引发剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出发泡成型，即得到颗粒直径为3.5mm、密度为0.64g/cm3的可降解的发泡生物质纤维复合材料。
具体的，发泡剂为松香皂发泡剂和adc发泡剂按照质量比1:1制成的混合物。
具体的，引发剂为bpo。
本实施例中，双螺杆挤出机的喂料转速为1rpm，挤出转速为130rpm。
双螺杆挤出机各区段的温度参数如下表1所示：
表1.双螺杆挤出机各区段的温度设置
本发明所制备的可降解的发泡生物质纤维复合材料的密度为0.64g/cm3，在堆肥降解条件下，经过174天，降解率达到了93％。
实施例2：
本实施例的一种可降解的发泡生物质纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在22℃条件下，将45份淀粉与55份蒸馏水混合并搅拌均匀后，加入2份甘油、0.4份马来酸酐，并不断搅拌形成胶体状的混合物；
步骤b、将胶体状的混合物置于水浴锅或油浴锅中进行加热糊化，加热温度为85℃，时间为30min，得到粘稠状胶体；
步骤c、将粘稠状胶体置于烘箱中，烘干温度为110℃，烘烤20min后，将烘干的固体粉碎至100目，得到改性淀粉；
步骤d、将35份改性淀粉、48份聚乳酸、3份二氧化硅、2份发泡剂和1份引发剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出发泡成型，即得到颗粒直径为3.2mm、密度为0.45g/cm3的可降解的发泡生物质纤维复合材料。
具体的，发泡剂为碳酸氢钠发泡剂。
具体的，引发剂为tpo。
本实施例中，双螺杆挤出机的喂料转速为1.2rpm，挤出转速为120rpm。
双螺杆挤出机各区段的温度参数如下表2所示：
表2.双螺杆挤出机各区段的温度设置
本发明所制备的可降解的发泡生物质纤维复合材料的密度为0.45g/cm3，在堆肥降解条件下，经过181天，降解率达到了95％。
实施例3：
本实施例的一种可降解的发泡生物质纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在25℃条件下，将60份淀粉与45份蒸馏水混合并搅拌均匀后，加入8份甘油、1份马来酸酐，并不断搅拌形成胶体状的混合物；
步骤b、将胶体状的混合物置于水浴锅或油浴锅中进行加热糊化，加热温度为100℃，时间为10min，得到粘稠状胶体；
步骤c、将粘稠状胶体置于烘箱中，烘干温度为120℃，烘烤10min后，将烘干的固体粉碎至230目，得到改性淀粉；
步骤d、将45份改性淀粉、40份聚乳酸、5份二氧化硅、8份发泡剂和4份引发剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出发泡成型，即得到颗粒直径为3.8mm、密度为0.56g/cm3的可降解的发泡生物质纤维复合材料。
具体的，发泡剂为ac发泡剂和碳酸氢钠发泡剂按照质量比3:1制成的混合物。
具体的，引发剂为dcp。
本实施例中，双螺杆挤出机的喂料转速为0.8rpm，挤出转速为160rpm。
双螺杆挤出机各区段的温度参数如下表3所示：
表3.双螺杆挤出机各区段的温度设置
本发明所制备的可降解的发泡生物质纤维复合材料的密度为0.56g/cm3，在堆肥降解条件下，经过150天，降解率达到了91％。
实施例4：
本实施例的一种可降解的发泡生物质纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、在21℃条件下，将56份淀粉与60份蒸馏水混合并搅拌均匀后，加入6份甘油、0.2份马来酸酐，并不断搅拌形成胶体状的混合物；
步骤b、将胶体状的混合物置于水浴锅或油浴锅中进行加热糊化，加热温度为90℃，时间为15min，得到粘稠状胶体；
步骤c、将粘稠状胶体置于烘箱中，烘干温度为105℃，烘烤30min后，将烘干的固体粉碎至300目，得到改性淀粉；
步骤d、将50份改性淀粉、42份聚乳酸、4份二氧化硅、10份发泡剂和2份引发剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出发泡成型，即得到颗粒直径为3.6mm、密度为0.8g/cm3的可降解的发泡生物质纤维复合材料。
具体的，发泡剂为ac发泡剂。
具体的，引发剂为bpo。
本实施例中，双螺杆挤出机的喂料转速为1.4rpm，挤出转速为150rpm。
双螺杆挤出机各区段的温度参数如下表4所示：
表4.双螺杆挤出机各区段的温度设置
本发明所制备的可降解的发泡生物质纤维复合材料的密度为0.8g/cm3，在堆肥降解条件下，经过190天，降解率达到了96％。