一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法。是由热塑性玉米淀粉、50~100目的针叶木纤维、可降解树脂、交联剂、复合发泡剂、增容剂混合后经螺杆挤出机熔融共混挤出发泡得到的产品。所述热塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和复合增塑剂按照玉米淀粉：复合增塑剂=100：20~40混合，通过单螺杆挤出机挤出得到的产品。本发明采用增塑剂甘油/尿素将玉米淀粉改性成热塑性淀粉；又添加可降解树脂，提高发泡材料熔体强度，保证材料的压缩强度和提高材料耐水性；针木叶纤维经过一定浓度的氢氧化钠溶液预处理，除去部分半纤维素和木质素等杂质，其纤维本身具有很好的机械强度，可以增强材料力学性能。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】
一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种缓冲包装材料，尤其涉及一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料 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泡沫塑料为主，主要有EPS、EPP、 聚氨酯等泡沫塑料，由于其很难降解，因此，形成了严重的城市"白色污染"。现有可降解的 缓冲包装材料主要还是纸制品，但纸制品成本较高，不耐水，回弹性差。目前已有植物纤维 淀粉完全降解材料的研究，植物纤维来源丰富，如花生壳、废纸粉、麦杆、木肩、竹纤维、针叶 木、秸杆等。植物纤维的加入可提供一定的机械强度，提高了热塑性淀粉的吸湿性，并且有 利于提高材料生物降解性能。但其耐水性也有限，长期在潮湿空气中容易吸湿，从而使其机 械强度下降，影响包装的质量和效果。淀粉是多糖类化合物，在自然环境下由微生物作用而 分解，最终分解为无毒的〇) 2和Η 20,因此是目前广泛使用的一类可生物降解的天然高分子 原料之一。其来源广泛(玉米淀粉、马铃薯淀粉、地瓜淀粉、土豆淀粉、小麦淀粉等)，且价格 低廉等。但是淀粉分子链含有大量羟基，容易在分子链内和分子链外形成氢键，因此难溶、 难熔，并且耐水性差，一遇水或长期在潮湿空气中，容易吸收水分，其稳定性下降。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有完全生物降解发泡材料的缺点，提供一种玉米淀粉 针叶木纤维复合发泡材料，以实现提高耐水性，提高压缩强度，最终符合缓冲包装材料的 要求，实现"代纸代塑"的目标。
[0004] 本发明的玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料，由热塑性玉米淀粉、50~100目（优选 80目）的针叶木纤维、可降解树脂、交联剂、复合发泡剂、增容剂混合后经螺杆挤出机熔融共 混挤出发泡得到的产品。其中热塑性玉米淀粉为40~60份(优选50份);50~100目的针叶木 纤维5~15份(优选10份）；可降解树脂20~40份(优选30份）；交联剂4~10份(优选6份）； 增容剂4~10份(优选6份)。
[0005] 所述热塑性玉米淀粉是由玉米淀粉和增塑剂按照玉米淀粉：混合增塑剂 =100:20~40 (优选100:30)混合，通过螺杆挤出机挤出得到的产品。
[0006] 所述的复合增塑剂是甘油和尿素的混合物，其甘油：尿素=2:1~4 (优选2:3)。
[0007] 所述针叶木纤维(首选松木）是将针叶木经过粉碎，过50~100目筛，然后浸泡在 温度30°C ~40°C (优选35°C)的质量百分比为5%~12% (优选7%)的氢氧化钠的水溶液中 10~30min (优选20min)，其中，针叶木纤维与氢氧化钠水溶液质量比为1:0. 5~1.5 (优选 i : i )，再放置在50°C ~70°C (优选60°C )的恒温烘箱中经过24h~48h (优选36h)干燥所得 的产品。
[0008] 所述可降解树脂为聚乳酸（PLA)与水的混合物，PLA :水=1:0. 03~0· 12 (优选 1:0. 1)〇
[0009] 所述交联剂为氢氧化钙。
[0010] 所述复合发泡剂为偶氮二甲酰胺、氧化锌和水，三者的质量比为2:1~3:0.5~1 (优 选2:2:0. 5)，质量总和占其他物料之和的1~5% (优选3%)。
[0011] 所述增容剂为乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA)。
[0012] 其制备方法包括以下步骤： (1) 将玉米淀粉与复合增塑剂按照玉米淀粉：复合增塑剂按100:20~40比例混合，通过 单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉，待用； (2) 将针叶木在植物粉碎机中粉碎，过50~100目筛，然后浸泡在温度30~40°C的质量百 分比为5~12%的氢氧化钠的水溶液中10~30min，其中，针叶木纤维与氢氧化钠水溶液质量 比为1:0. 5~1· 5,再放置在50~70°C的恒温烘箱中经过24~48h干燥所得的产品； (3) 备料：按照热塑性玉米淀粉为40~60份；50~100目的针叶木纤维5~15份；可降解 树脂20~40份；交联剂4~10份；增容剂4~10份备料； (4) 将热塑性淀粉40~60份、处理好的针叶木纤维5~15份、可降解树脂20~40份、增容 剂4~10份，在高速混合机中混合8~15min (优选lOmin)，再加入交联剂4~10份，复合发泡 剂占其他物料之和的1~5%在高速混合机中10~15min (优选lOmin); (5) 通过双螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为120~150°C (优选130°C)，机头压力 0.5~50MPa (优选 lOMPa)，螺杆转速 100~120r/min (优选 110 r/min)。
[0013] 本发明充分利用了植物纤维和淀粉的可生物降解、对环境友好、资源丰富、价格低 廉等优点，在材料性能上起到有效的协调作用和互补作用。特别是针叶木纤维具有强度高、 杂质少的优点，有利于提高复合发泡材料的抗压性。将玉米淀粉与复合增塑剂(甘油和尿 素）通过双螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉，由于尿素和甘油都是小分子，可以与淀粉中的 羟基形成氢键，从而使尿素和甘油起到增塑玉米淀粉的作用，赋予淀粉热塑加工性。又添加 可降解树脂，熔融流动性好，机械强度高，因此可以作为粘合剂和增强剂，有效改善植物纤 维与淀粉之间的均匀混合，提高发泡材料的耐水性以及压缩强度。增容剂EVA可以降低改 善物料间的相互摩擦力，提高物料间的界面相互作用力，一方面有利于保证材料的力学性 能，另一方面可以提尚生广效率。氛氧化钙作为交联剂，少量加入可以提尚材料的耐水性、 尺寸稳定性。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。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0015] 实施例1 (1)将玉米淀粉10 Kg，与增塑剂(甘油1 Kg、尿素1 Kg)混合，通过单螺杆挤出机挤出 得到热塑性淀粉12 Kg，待用； (2 )将针叶木在植物粉碎机中粉碎，经过50目筛，得针叶木纤维，然后浸泡在30 °C的质 量百分比为5%的氢氧化钠的水溶液中30min，其中，废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比 为1 :〇. 5,再放置在50°C的恒温烘箱中经过48h干燥，得处理好的针叶木纤维； (3)将热塑性淀粉12 Kg、处理好的针叶木纤维2 Kg、可降解树脂聚乳酸3.8 Kg、水0.2 Kg、增容剂EVA lKg，在高速混合机中混合15min。再加入交联剂氢氧化钙1 Kg、偶氮二甲酰 胺0. 1 Kg、氧化锌0. 1 Kg、水0. 05 Kg，在高速混合机中混合lOmin。最后在机头温度120°C、 机头压力2MPa、螺杆转速lOOr/min的双螺杆挤出机挤出发泡。
[0016] 制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及吸水率对比如下表
实施例2 : (1)将玉米淀粉5 Kg、与增塑剂(甘油0.5 Kg、尿素0.5 Kg)混合，通过单螺杆挤出机挤 出得到热塑性淀粉6 Kg，待用； (2 )将针叶木在植物粉碎机中粉碎，经过70目筛，得针叶木纤维，然后浸泡在30 °C的质 量百分比为5%的氢氧化钠的水溶液中30min，其中，废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比 为1:0. 5,再放置在50°C的恒温烘箱中经过48h干燥所得处理好的针叶木纤维，待用； (3)将热塑性淀粉6 Kg、处理好的针叶木纤维0.5 Kg、可降解树脂聚乳酸1.9 Kg、水 0. 1 Kg、增容剂EVA 0. 5 Kg，在高速混合机中混合15min。再加入交联剂氢氧化钙1 Kg、偶 氮二甲酰胺0.1 Kg、氧化锌0.1 Kg、水0.05 Kg，在高速混合机中混合lOmin。最后在机头 温度120°C、机头压力3MPa、螺杆转速100r/min的双螺杆挤出机挤出发泡。
[0017] 制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及吸水率对比如下表
实施例3 : (1)将玉米淀粉3. 8 Kg，与增塑剂(甘油0. 8 Kg，尿素0. 4 Kg)混合，通过单螺杆挤出机 挤出得到热塑性淀粉5千克，待用； (2 )将针叶木在植物粉碎机中粉碎，经过80目筛，得针叶木纤维，然后浸泡在35 °C的质 量百分比为8%的氢氧化钠水溶液中35min，其中，废纸浆纤维与氢氧化钠水溶液质量比为 1: 1，再放置在60°C的恒温烘箱中经过40h干燥所得的产品； (3)将热塑性淀粉5Kg、处理好的针叶木纤维lKg、可降解树脂聚乳酸2. 9Kg、水0. lKg、 增容剂EVA 0. 5Kg，在高速混合机中混合lOmin。再加入交联剂氢氧化钙0. 5Kg、偶氮二甲酰 胺0. lKg、氧化锌0. lKg、水0. 05Kg，在高速混合机中lOmin。最后在机头温度140°C、机头压 力lOMPa、螺杆转速130r/min的双螺杆挤出机挤出发泡。
[0018] 制备的新材料与热塑性淀粉发泡材料的拉伸强度、压缩强度及吸水率对比如下表
【主权项】
1. 一种玉米淀粉针叶木纤维复合发泡材料及其制备方法，其特征在于：由热塑性玉米 淀粉、50~100目的针叶木纤维、可降解树脂、交联剂、复合发泡剂、增容剂混合后经双螺杆挤 出机熔融共混挤出发泡得到的产品。2. 根据权利要求书1所述的复合发泡材料，其特征在于：所述复合增塑剂是甘油和 尿素的混合物，其甘油：尿素=2:1~4,可降解树脂为聚乳酸（PLA)与水的混合物；PLA :水 =1:0. 03~0. 12 ;交联剂为氢氧化钙；复合发泡剂为偶氮二甲酰胺、氧化锌和水，三者的质量 比为2:1~3:0. 5~1，其质量总和占其他物料之和的1~5%;增容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚 物（EVA)〇3. 根据权利要求书1所述的复合发泡材料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 将玉米淀粉与复合增塑剂按照玉米淀粉：复合增塑剂=100:20~40比例混合，通过 单螺杆挤出机挤出得到热塑性淀粉，待用； (2) 将针叶木在植物粉碎机中粉碎，过50~100目筛，然后浸泡在温度30~40°C的质量百 分比为5~12%的氢氧化钠的水溶液中10~30min，其中，针叶木纤维与氢氧化钠水溶液质量 比为1:0. 5~1· 5,再放置在50~70°C的恒温烘箱中经过24~48h干燥所得的产品； (3) 备料：按照热塑性玉米淀粉为40~60份、50~100目的针叶木纤维5~15份、可降解树 脂20~40份、交联剂4~10份、增容剂4~10份备料； (4) 将热塑性淀粉40~60份、处理好的针叶木纤维10~20份、可降解树脂20~40份、增 容剂4~10份，在高速混合机中混合8~15min，再加入交联剂4~10份，复合发泡剂占其他物 料之和的1~5%在高速混合机中混合10~15min ; (5) 通过双螺杆挤出机挤出发泡，控制机头温度为120~150°C、机头压力0. 5~50MPa、螺 杆转速 100~120r/min。
【文档编号】C08K5/053GK105985534SQ201510163759
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年4月9日
【发明人】曾广胜, 陈, 陈一, 钟衡
【申请人】湖南工业大学