专利名称：一种可完全生物降解的泡沫缓冲包装材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可完全生物降解的缓冲包装材料及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着人们对资源与环境问题的日益关注，以可再生资源生产完全生物降解缓冲包装制品，使用后可在自然状态下为微生物分解成水和二氧化碳，在被研究物中，淀粉以其来源广泛，价格低廉而成为世界性的研发热点。
起先人们的开发重点是以Griflin，C.J.L.(Adv，Chem，Ser，134(1974)159-170)技术为核心的热塑性塑料/淀粉掺混型生物崩解塑料，由于这类产品中仅是淀粉可生物降解，而其它热塑性树脂仍不可生物降解，这类材料仍然对环境造成危害。
1989年，N.Cacourse等人率先申请了第一篇以高直链淀粉制备可生物降解泡沫包装材料专利后(US patent 4863655，1989)，以高直链和变性淀粉为基材制备生物降解缓冲包装材料的研究大量出现(US5043 196；US6107371)。2002年，J.Willett在聚合物杂志上(Polymer(43)2002 5935-5947)发表综述性文章，归纳了各种发泡体系的特性。以这类技术为基础，美国国民淀粉公司开发了Eco-form系列的loose fill供应市场。这一材料具有较好的使用性能且可完全生物降解，但由于使用的是价格较高的高直链和变性淀粉为原料，与通用塑料(如EPS)相比，这种材料较高的市场价格，限制了其广泛的应用。
使用价格较低的低直链含量原生态淀粉制备可生物降解缓冲包装材料，可以有效降低制品成本，但是由于直链淀粉与支链淀粉的结晶性能不同，因此与Eco-form系列产品相比，以低直链含量原生态淀粉制备的可生物降解缓冲包装材料硬而脆，性能易受环境影响，无法实现广泛应用。中国专利CN1361048A；CN1052187C通过模压法生产有形状缓冲包装材料，由于无法实现连续性工业化大生产，而且没有解决上述技术难题，因此也无法生产出性价比与通用塑料相当的产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种可完全生物降解的泡沫缓冲包装材料；本发明的另一个目的是提供一种可完全生物降解的泡沫缓冲包装材料的制造方法。
本发明中淀粉是作为基材使用，其作用①具有降低混合物成本，②是保证基材的生物降解性，但纯的淀粉制品强度差，品性脆，无法制备高品质材料。在淀粉基材中加入聚乙烯醇，可以提高泡沫的强度改善脆性，由于聚乙烯醇具有生物降解性，因此这种添加不影响体系生物降解性能。在聚乙烯醇超细化后，更利于后续加工。低聚酰胺的有三大作用。(1)提高淀粉与聚乙烯醇的相容性。(2)减少泡沫容重，提高泡沫性能。(3)改善体系加工性能，扩大加工窗口；与单独使用相比，无机、有机成核剂的复配使用，不但可以起到更好的成核效果，而且可以大幅提高最终制品的韧性与附水性。本发明中水是作为唯一的发泡剂单独使用，这不但可以使加工过程的稳定性得以提高，而且，降低了生产成本。
本发明的完全生物降解缓冲包装材料组成以重量百分比为80-90.2％的淀粉，1-7.4％的聚乙烯醇，1-3.2％的低分子量聚酰胺树脂，1-1.3％无机成核剂，1.2-1.5％纤维类成核剂，余量发泡剂为水，其中所用的淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉或木薯淀粉，其粒径在80-300目之间，最佳的粒径范围是在150-300目之间；所用的聚乙烯醇为完全水解的超细聚乙烯醇，其粒径应大于20目，其粘度范围为0.005-0.065Pa.s/20℃，最佳的粘度为0.025-0.065Pa.s/20℃；低分子量聚酰胺是通过浓缩酸和聚链烯多铵缩聚制成的，其中浓缩酸是亚油酸二聚体或桐油酸二聚体，聚链烯多铵是二乙烯三胺或三乙烯四胺，其粘度范围为50-500mPa.s/25℃，最佳的粘度范围是150-500mPa.s；无机成核剂为碳酸钙、二氧化硅或/和滑石粉；纤维类成核剂为玻璃纤维、草纤维、木纤维或/和棉纤维作为辅助成核剂；发泡剂为水；制备工艺如下首先各组分按配方要求单独计量并置于高速混合均质机中进行混合，然后该组合物密闭陈化24小时，通过具有八段加热的长径比为44∶1的自清洁双螺杆挤出，此时挤出机的转速范围处于150-400rpm水平，过低的转速不利于制得发泡均匀性能优良的泡沫缓冲产品，在最佳转速250-400rpm条件下，制得的泡沫缓冲包装制品，其性能如下，表观密度≤47Kg/m3，压缩强度大于18kpa，断裂负荷大于5N的缓冲包装材料。该材料以70℃热水浸泡1分钟体积缩减大于70％。本品不产生静电，价格与EPS相仿，是替代填充用无形状要求发泡聚苯乙烯，解决白色污染的理想产品。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不限于本发明。
实施例1以重量百分比计，取80份玉米淀粉(150目)，7.4份超细聚乙烯醇(粘度0.050Pa.s/20℃)，1.1份碳酸钙，1.2份草纤维及2.9份低聚酰胺(粘度500mPa.s)置于高速混合物质机中预混1分钟，然后将7.4份水缓慢连续地加入物料体系，然后物质混合15分钟，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为300rpm条件下，制得制品。
实施例2以重量百分比计，取玉米淀粉(200目)85.3份，超细聚乙烯醇3.1份(粘度0.065Pa.s/20℃)，滑石粉1.1份，草纤1.2份，低聚酰胺3.1份(粘度400mPa.s)按实施例1的加工方法，在加入6.2份水后制得相应制品。
实例3以重量百分比计，取玉米淀粉(300目)86.6份，超细聚乙烯醇3.2份(粘度0.025Pa.s/20℃)，二氧化硅1.1份，玻璃纤维1.2份，低聚酰胺3.2份(粘度150mPa.s)和4.7份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为150rpm条件下，制得制品。
实施例4以重量百分比计，取玉米淀粉87.2份(300目)，超细聚乙烯醇4份(粘度0.005Pa.s/20℃)，1.2份棉纤维，1份滑石粉，1.2份低聚酰胺(粘度500mPa.s)和5.4份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为350rpm条件下，制得制品。
实施例5以重量百分比计，取玉米淀粉90.2份(150目)，超细聚乙烯醇1份(粘度0.050Pa.s/20℃)，1.3份木纤维，1份滑石粉及1.3份低聚酰胺(粘度50mPa.s)和5.2份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为250rpm条件下，制得制品。
实施例6以重量百分比计，取80份玉米淀粉(80目)，7.4份超细聚乙烯醇(粘度0.050Pa.s/20℃)，1份碳酸钙，1.3份草纤维及2.9份低聚酰胺(粘度200mPa.s)置于高速混合物质机中预混1分钟，然后将7.4份水缓慢连续地加入物料体系，然后物质混合15分钟，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为400rpm条件下，制得制品。
实施例7以重量百分比计，取土豆淀粉(100目)84份，超细聚乙烯醇4.4份(粘度0.065Pa.s/20℃)，滑石粉1.1份，草纤1.2份，低聚酰胺3.1份(粘度400mPa.s)按实施例1的加工方法，在加入6.2份水后，制得相应制品。
实例8以重量百分比计，取土豆淀粉(150目)87份，超细聚乙烯醇3.8份(粘度0.025Pa.s/20℃)，二氧化硅1.3份，玻璃纤维1.2份，低聚酰胺3份(粘度350mPa.s)和4.7份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为350rpm条件下，制得制品。
实施例9以重量百分比计，取土豆淀粉(80目)88.2份，超细聚乙烯醇2.6份(粘度0.005Pa.s/20℃)，1.5份棉纤维，1份滑石粉，1.3份低聚酰胺(粘度500mPa.s)和5.4份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为250rpm条件下，制得制品。
实施例10以重量百分比计，取土豆淀粉(200目)90.2份，超细聚乙烯醇1份(粘度0.050Pa.s/20℃)，1.2份木纤维，1份滑石粉及1.3份低聚酰胺(粘度50mPa.s)和5.3份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为250rpm条件下，制得制品。
实施例11以重量百分比计，取80份小麦淀粉(80目)、7.4份超细聚乙烯醇(粘度0.035Pa.s/20℃)，1.1份碳酸钙，1.2份草纤维及2.9份低聚酰胺(粘度300mPa.s)，置于高速混合物质机中预混1分钟，然后将7.4份水缓慢连续地加入物料体系，然后物质混合15分钟，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为400rpm条件下，制得制品。
实施例12以重量百分比计，取小麦淀粉(100目)85份，超细聚乙烯醇5份(粘度0.065Pa.s/20℃)，滑石粉1.3份，草纤1.5份，低聚酰胺1份(粘度400mPa.s)按实施例1的加工方法，在加入6.2份水后制得相应制品。
实施例13以重量百分比计，取小麦淀粉(150目)87份，超细聚乙烯醇3.8份(粘度0.025Pa.s/20℃)，二氧化硅1份，玻璃纤维1.2份，低聚酰胺3.2份(粘度150mPa.s)和3.8份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为150rpm条件下，制得制品。
实施例14以重量百分比计，取小麦淀粉(80目)88.2份，超细聚乙烯醇2.6份(粘度0.065Pa.s/20℃)，1.4份棉纤维，1.1份滑石粉，1.3份低聚酰胺(粘度350mPa.s)和5.4份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为350rpm条件下，制得制品。
实施例15以重量百分比计，取小麦淀粉(150目)90.2份，超细聚乙烯醇1份(粘度0.050Pa.s/20℃)，1.4份草纤维，1份滑石粉及2份低聚酰胺(粘度50mPa.s)和4.4份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为250rpm条件下，制得制品。
实施例16以重量百分比计，取木薯淀粉(150目)82份，超细聚乙烯醇7份(粘度0.065Pa.s/20℃)，二氧化硅1.3份，草纤维1.4份，低聚酰胺3.2份(粘度150mPa.s)和5.1份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为150rpm条件下，制得制品。
实施例17以重量百分比计，取木薯淀粉(250目)89份，超细聚乙烯醇3份(粘度0.065Pa.s/20℃)，1.4份棉纤维，1.1份滑石粉，1.3份低聚酰胺(粘度500mPa.s)和4.2份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为400rpm条件下，制得制品。
实施例18以重量百分比计，取木薯淀粉(80目)90份，超细聚乙烯醇1份(粘度0.050Pa.s/20℃)，1.5份草纤维，1份滑石粉及2.1份低聚酰胺(粘度50mPa.s)和4.4份水，在密闭袋中陈化放置24小时后直接加入长经比为44∶1的八段加热自清洁双螺杆中，在转速为300rpm条件下，制得制品。
权利要求
1.一种可完全生物降解泡沫缓冲包装材料，组成以重量百分比为80-90.2％的淀粉，1-7.4％的聚乙烯醇，1-3.2％的低分子量聚酰胺树脂，1-1.3％无机成核剂，1.2-1.5％纤维类成核剂，发泡剂为水，其中所用的淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉或木薯淀粉，粒径在80-300目之间，所用的聚乙烯醇为完全水解的超细聚乙烯醇，粒径大于20目，粘度范围为0.005-0.065Pa.s/20℃；低分子量聚酰胺树脂，粘度范围为50-500mPa.s/25℃，发泡剂为水。
2.如权利要求1所述的可完全生物降解泡沫缓冲包装材料，其特征在于所述低分子量聚酰胺是通过浓缩酸和聚链烯多铵缩聚制成的。
3.如权利要求2所述的可完全生物降解泡沫缓冲包装材料，其特征在于所述浓缩酸是亚油酸二聚体或桐油酸二聚体。
4.如权利要求2所述的可完全生物降解泡沫缓冲包装材料，其特征在于所述聚链烯多铵是二乙烯三胺或三乙烯四胺。
5.如权利要求1所述的可完全生物降解泡沫缓冲包装材料，其特征在于所述无机成核剂为碳酸钙、二氧化硅或/和滑石粉；纤维类成核剂为玻璃纤维、草纤维、木纤维或/和棉纤维。
6.一种可完全生物降解的泡沫缓冲包装材料的制造方法，组成以重量百分比为80-90.2％的淀粉，1-7.4％的聚乙烯醇，1-3.2％的低分子量聚酰胺树脂，1-1.3％无机成核剂，1.2-1.5％纤维类成核剂，发泡剂，其中所用的淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉或木薯淀粉，粒径在80-600目之间，所用的聚乙烯醇为完全水解的超细聚乙烯醇，粒径大于20目，粘度范围为0.005-0.065Pa.s/20℃，低分子量聚酰胺树脂，粘度范围为50-500mPa.s/25℃，发泡剂为水；将各组分首先经高速混和均质机进行混和，密闭陈化24小时后，通过具有八段加热长径为44∶1的自清洁双螺杆挤出机，控制转速范围150-400rpm挤出。
7.如权利要求6所述的可完全生物降解泡沫缓冲包装材料的制造方法，其特征在于所述自清洁双螺杆挤出机控制最佳转速范围为250-400rpm。
全文摘要
本发明涉及一种可完全生物降解的泡沫缓冲包装材料及其制备方法。主要用于解决泡沫聚苯乙烯大量使用所造成的白色污染。其特性是以超过80％的淀粉作为基材，超细聚乙烯醇作为成膜增强剂，水作为发泡剂，辅以成核剂及流动改性剂组成。该混合物通过共混均质机混合之后，送入长径比为44的同向双螺杆挤出机，在螺杆转速为150－400rpm条件下，一次挤出成型。本品适用于替代无形状要求填充用发泡聚苯乙烯。
文档编号B29C47/38GK1544516SQ20031011004
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月17日 优先权日2003年11月17日
发明者邓鹏飏, 冉祥海, 张坤玉, 何爱丽, 董丽松, 邓鹏 申请人:中国科学院长春应用化学研究所