一种木薯淀粉废纸浆复合发泡材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种木薯淀粉废纸浆复合发泡材料及其制备方法。由木薯淀粉、废纸浆纤维、润滑剂、复合增塑剂混合后，利用螺杆挤出机熔融共混挤出发泡得到的产品；所述熔融共混的各组分的质量份数为：木薯淀粉60~80份、废纸浆纤维10~30份、复合润滑剂5~20份，复合增塑剂占淀粉总量的20~40%。本发明采用增塑剂甘油/尿素将木薯淀粉改性成热塑性淀粉；废纸浆纤维的加入一方面提供一定的机械强度，有利于提高熔体强度，稳定泡孔，从而提高材料压缩强度，另一方面可以改善材料的耐水性。该产品价廉、耐水性和压缩强度良好，且可完全生物降解、无毒环保。
【专利说明】
一种木薯淀粉废纸浆复合发泡材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种环保缓冲包装材料，特别是一种木薯淀粉废纸浆复合发泡材料及 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EPS、EPP、聚氨酯等泡沫塑料为 主，形成了严重的城市"白色污染"。目前广泛使用的一类可生物降解的天然高聚物原料之 一是淀粉。淀粉是多糖类化合物，在自然环境下由微生物作用而分解，最终分解为〇) 2和 H20,且来源广泛、价格低廉。但是淀粉的分子链及其分子间存在大量羟基，容易在分子链内 和分子链间形成氢键，因此难溶、难熔；耐水性差，一遇水或长期在潮湿空气中，容易吸收水 分，其稳定性下降；单纯淀粉发泡时，泡孔大小和均匀度难以控制，以至于材料的压缩强度 达不到实际要求，并且容易变脆。因此，本发明中，在淀粉发泡过程中，废纸浆植物纤维的 加入一方面提供一定的机械强度，有利于提高熔体强度，稳定泡孔，从而提高材料得压缩强 度；另一方面，通过改进配方和工艺，可以改善材料的耐水性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有热塑性淀粉完全生物降解发泡材料的缺点，提供一种 植物纤维增强淀粉复合发泡材料及其制备方法，以实现增强可降解淀粉复合发泡材料的耐 水性和提高其压缩强度，真正能缓解塑料带来的城市"白色污染"。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：将木薯淀粉、废纸浆纤维、复合润滑剂、复合 增塑剂混合后，利用螺杆挤出机熔融共混挤出发泡得到的产品，所述熔融共混的各组分的 质量份数为：木薯淀粉60~80份(优选70份)、废纸浆纤维10~30份(优选20份)、润滑剂5~20 份(优选10份)，复合增塑剂占淀粉总量的20~40% (优选30%)。
[0005] 所述复合润滑剂为硬脂酸和1000~2000目（优选1500目）碳酸钙，质量比：3:1。
[0006] 所述复合增塑剂为甘油/尿素，甘油与尿素质量比为2~3:1~2 (优选2:1)。
[0007] 上述植物纤维增强淀粉复合发泡材料的制备，包括以下工艺步骤： (1) 废纸浆纤维的处理：废旧瓦楞纸板箱，常温下，用水浸泡24~48h (优选36h)，再粉 碎，在100~110°C (优选105°C)的烘箱中干燥24~48h (优选36h)，然后过100~150目（优选 120目）筛，得到废纸浆纤维； (2) 备料：木薯淀粉60~80份、步骤（1)所得废纸浆纤维10~30份(干燥后的质量份数)、 复合润滑剂5~20份，甘油/尿素复合增塑剂占淀粉总量的20~40% (甘油与尿素质量比为 2-3:1-2)； (3) 将废纸浆纤维浸泡在温度为30~35°C (优选35°C)、质量百分比为5%~10% (优选 8%)的氢氧化钠的水溶液中10~30min (优选20min)，废纸衆纤维与氢氧化钠水溶液质量比 为1:0. 5~1. 5 (优选1:1 )，其中的水就是作为发泡剂； (4) 将60~80份木薯淀粉，60~80°C (优选70°C)烘箱中烘干2~4h (优选3h)，再与上述 步骤（2)中的复合增塑剂共混，常温下，利用高混机共混5~20min(优选15min)，静置20~30h (优选24h)后，再加入处理好的废纸浆纤维10~30份、复合润滑剂5~20份，常温下，共混 15~35min (优选 20min); (5)通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度100~130°C (优选120°C)、机头压力 l~50MPa (优选 lOMPa)、螺杆转速 80~100r/min (优选 90 r/min)。
[0008] 本发明的植物纤维增强淀粉复合发泡材料充分利用了植物纤维和淀粉可生物降 解、来源广、价廉等优异特性，在材料性能上起到有效的协调作用和互补作用。废纸浆中含 有木质素、半纤维素等物质，利用它们在氢氧化钠溶液的溶解度不同，将木质素、半纤维素 等溶解处理，从而得到废纸浆纤维，这对于提高材料的强度是非常有必要的；由于淀粉分 子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链间形成氢键，因此难溶、难熔，因此加入复合 增塑剂甘油/尿素。甘油含有大量羟基，尿素含有大量的氨基，两者均可与淀粉中的羟基 形成氢键，可以有效塑化淀粉，并且在螺杆挤出机高温、高剪切力的作用下实现熔融加工； 硬脂酸和碳酸钙粉末本身具有很好的润滑作用，能够加快物料在双螺杆挤出机中的流动速 度，防止废纸浆纤维、淀粉在料筒中停留时间过长，发生分解，同时碳酸钙有利于促进淀粉 交联，提高制品的强度、表观质量和耐水防腐性能。最终得到植物纤维增强淀粉复合发泡材 料，具有成本低、有一定耐水性、压缩强度良好等优异性能，并且可完全生物降解，无毒无污 染，能够替代泡沫塑料类包装材料。
【具体实施方式】
[0009] 以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0010] 实施例1 : (1) 废纸浆纤维的处理：废旧瓦楞纸板箱，常温下，用水浸泡24h，再粉碎，在110°C的烘 箱中干燥36h，然后过100目筛，得到废纸浆纤维； (2) 备料：木薯淀粉600g、废纸浆纤维250g、复合润滑剂（1500目碳酸钙）150g，甘油/ 尿素复合增塑剂占淀粉总量的20% (甘油90g、尿素30g); (3) 将废纸浆纤维浸泡在温度为30°C、质量百分比为5%的氢氧化钠的水溶液中15min， 其中，废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0. 5 ; (4) 将600g木薯淀粉，60°C烘箱中烘干2h，再与上述（2)中的复合增塑剂共混，常温下， 利用高混机共混lOmin，静置20h后，再加入处理好的250g废纸浆纤维、150g复合润滑剂， 常温下，共混15min ; (5) 通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度100°C、机头压力lOMPa、螺杆转速80r/ min〇
[0011] 制备出的新材料力学性能、吸水率与热塑性木薯淀粉的比较如下表
实施例2 : (1)废纸浆纤维的处理：废旧瓦楞纸板箱，常温下，用水浸泡48h，再粉碎，在100°C的烘 箱中干燥48h，然后过150目筛，得到废纸浆纤维； (2) 备料：木薯淀粉750g、废纸浆纤维150g、复合润滑剂（1500目碳酸钙）100g，甘油/ 尿素复合增塑剂占淀粉总量的40% (甘油150g、尿素150g); (3) 将废纸浆纤维浸泡在温度为40 °C、质量百分比为10%的氢氧化钠的水溶液中 20min，其中，废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:1 ; (4) 将750g木薯淀粉，80°C烘箱中烘干3h，再与上述（2)中的复合增塑剂共混，常温下， 利用高混机共混20min，静置24h后，再加入处理好的150g废纸浆纤维、100g复合润滑剂， 常温下，共混20min ; (5) 通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度130°C、机头压力lOMPa、螺杆转速 100r/min〇
[0012] 制备出的新材料力学性能、吸水率与热塑性木薯淀粉的比较如下表
实施例3 : (1)废纸浆纤维的处理：废旧瓦楞纸板箱，常温下，用水浸泡36h，在105°C的烘箱中干 燥36h再粉碎，过120目筛，得到废纸浆纤维； (2 )备料：木薯淀粉700g、废纸浆纤维200g、复合润滑剂（1500目碳酸钙）100g，甘油/ 尿素复合增塑剂占淀粉总量的30% (甘油140g、尿素70g); (3) 将废纸浆纤维浸泡在温度为35°C、质量百分比为8%的氢氧化钠的水溶液中20min， 其中，废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:1 ; (4) 将700g木薯淀粉，在70°C烘箱中烘干3h，再与上述（2)中的复合增塑剂共混，常 温下，利用高混机共混15min，静置24h后，再加入处理好的200g废纸浆纤维、100g复合润 滑剂，常温下，共混20min; (5) 通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制机头温度120°C、机头压力lOMPa、螺杆转速选90 r/min〇
[0013] 制备出的新材料压缩强度、吸水率与热塑性木薯淀粉发泡材料的比较如下表
【主权项】
1. 一种木薯淀粉废纸浆复合发泡材料及其制备方法，其特征在于：由木薯淀粉60~80 份、废纸浆纤维1〇~30份、复合润滑剂5~20份(硬脂酸：1000~2000目碳酸钙=3:1)，甘油/ 尿素(甘油：尿素=2~3:1~2)复合增塑剂占淀粉总量的20~40%，利用高混机共混后（共混时 间5~20分钟)，以水蒸汽为发泡剂，通过螺杆挤出机熔融共混挤出发泡得到的产品。2. 权利要求1所述复合发泡材料及其制备方法，其特征包括如下步骤： (1) 废纸浆纤维的处理：废旧瓦楞纸板箱，常温下，用水浸泡24~48h，再粉碎，在 100~110°C的烘箱中干燥24~48h，然后过100~150目筛，得到废纸浆纤维； (2) 备料：木薯淀粉60~80份、步骤（1)所得废纸浆纤维10~30份(干燥后的质量份数)、 复合润滑剂5~20份，甘油/尿素复合增塑剂占淀粉总量的20~40%，进行备料； (3) 将废纸浆纤维浸泡在温度为30°C ~35°C、质量百分比为5%~10%的氢氧化钠的水溶 液中10~30min，废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0. 5~1. 5,其中的水就是作为发 泡剂； (4) 将60~80份木薯淀粉，60~80°C (优选70°C)烘箱中烘干2~4h，再与上述（2)中的 复合增塑剂共混，常温下，利用高混机共混5~20min，静置20~30h后，再加入处理好的废纸 浆纤维10~30份、复合润滑剂5~20份，常温下，共混15~35min ; (5 )通过螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度100~130 °C、机头压力l~50MPa、螺杆转速 80~100r/min〇
【文档编号】C08K13/02GK105885106SQ201510163779
【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