全生物降解發泡組合物及成型製作方法
2023-05-26 11:14:56 4
專利名稱：全生物降解發泡組合物及成型製作方法
技術領域：
本發明涉及含有澱粉、木質素材料的能被生物降解的組合物及其成型方法。
由於生活節奏的加快，使快餐業發展迅速，一次性餐具用量激增。在我國一次性餐具是以泡沫塑料餐具為主，其主要成分為發泡聚苯乙烯塑料用這種發泡聚苯乙烯塑料餐具有價廉、質輕、方便等優點，但發泡聚苯乙烯製品(EPS)不可降解，更由於其質輕體積大，增加了垃圾量，難於回收處理，是造成所說的「白色汙染」的原因之一，也是環境保護不容忽視的問題，而且在EPS的生產過程中使用氟利昂(氟致冷劑)作為發泡劑，而這種氟致冷劑對大氣層中的臭氧有破壞作用，造成全球環境的惡化。在EPS的使用過程中，未完全聚合的苯乙烯單體對人體有害，長期接觸和食入可能引起致畸和致癌，因此許多國家已禁止使用不可降解的食品塑料包裝製品。我國也把EPS產品作為淘汰產品，於2000年禁止生產和使用。
近二、三年來EPS替代產品層出不窮，但良莠不齊，大致可以分為四類第1類為紙漿紙板類，第2類可降解塑料類，第3、4類為植物纖維類和食用粉類。上述這四類產品各有其優缺點。紙漿紙板類產品性能優良，但由於耗費大量的木材，導致森林覆被的減少和自然資源的浪費，生產成本居高不下，而且造紙過程中又產生廢水的汙染；降解塑料可分為生物降解光降解或光/生物雙降解塑料，但不論何種形式的降解，僅能使大塊塑料裂解成小塊，造成土質的劣化，仍對土壤造成潛在的汙染；植物纖維類具有原料來源廣泛，價格低廉等優勢，但生產出的產品存在著使用性能不穩定及原料的農藥殘留和黴變等問題；食用粉類最大的優點是經快餐、速食等容納後既可食用，又可回收作動物飼料，基本上達到無垃圾、無汙染的目的，是聚苯乙烯發泡餐具的理想替代品。
中國專利文獻CN1137439A介紹了一種快餐盒的製作方法，其原料以重量百分數計，澱粉75-80％，植物纖維粉10-20％，生物膠2-3％，發泡劑0.5-1％，增塑劑0.5-1％；將上述原料混合攪拌均勻後，經熱壓成型，分切，噴膠，乾燥而成產品。所說的澱粉是玉米澱粉、土豆澱粉、白薯澱粉、小麥麵粉、米粉；所說的植物纖維粉是草纖維，玉米秸杆粉；所說的生物膠可以是明膠、殼聚糖、海藻酸鈉；所說的發泡劑是食品複合發泡劑；所說的增塑劑是甘油、甘油單酐酯、乙二醇。
中國專利文獻CN1193636A介紹了一種生物降解材料，它是由原澱粉、非木材植物纖維及高沸點增塑劑混合而成；原澱粉佔混合物總重量的10-80％，非木材植物纖維佔混合物總重量的10-75％，高沸點增塑劑佔混合物總重量的10-30％。所說的原澱粉是穀類、薯類及其他植物成熟果實的原粉所說的非木材植物纖維是竹類、禾草類、韌皮類、籽毛類；所說的高沸點增塑劑是經尿、胺、甲醇改性後的產物是丙二醇、聚乙烯、山梨糖醇、苯二甲酸、二丁酯。將上述物料按比例充分混合好後，熱壓成型，熱壓固化時每毫米壁厚5-60秒，模溫80-180℃，壓力17-35兆帕/釐米。
上述的現有技術中所有的主要原料為澱粉，但是由於澱粉自身的分子結構和理化性質決定了其成品的斷裂強度較高，而延展性差，更由於所添加的植物纖維為粉狀，起不到骨架支撐作用，達不到增韌效果，故採用上述專利技術製成的產品性能較脆，在實際應用中產生困難。
本發明的目的就在於研究出一種價格低廉，無毒無害的一次性使用，能降解，不汙染環境，並且具有良好使用性能的發泡組合物。
本發明的另一個目的是利用本發明的發泡組合物為原料，製備出性能優良的發泡組合物成型產品。
本發明的一種全生物降解發泡組合物，它含有改性澱粉50-80％重量百分數，植物纖維10-40％重量百分數，膠合劑5-10％重量百分數，增塑劑1-5％重量百分數，增流劑0.5-2％重量百分數，成核劑0.5-2％重量百分數，發泡劑1-10％重量百分數。
所說的改性澱粉是通過物理、化學和生物方法使原澱粉的結構、物質性質和化學性質發生改變的一種澱粉，從而具備一些特定的性能和用途。原澱粉一般是玉米澱粉、薯類澱粉、小麥澱粉和穀物澱粉。所說的改性澱粉為毀結構化澱粉、磷酸酯澱粉、氧化澱粉、酸變性澱粉其中的一種或二種或三種。發泡組合物中含改性澱粉50-80％重量百分數。
所用的植物纖維是從甘蔗渣、秸杆、竹子、甜菜渣、稻殼、花生殼其中的一種或二種或三種廢棄物中提取出來的粗植物纖維部分。發泡組合物中含植物纖維10-40％重量百分數。
所用的膠合劑是作為食品添加劑的可食用膠。它們是明膠、骨膠、海藻酸鈉、殼聚糖和黃原膠其中的一種或二種或三種。發泡組合物中含膠合劑5-10％重量百分數。
所說的增塑劑包括低分子量的聚多元醇類和低分子量的有機增塑劑。低分子量聚多元醇為聚乙二醇、聚乙丙二醇、聚丙二醇其中的一種；低分子量的有機增塑劑為甘油、丙二醇、山梨醇、季戊四醇其中的一種。發泡組合物中含增塑劑1-5％重量百分數。
加入增流劑是為改進改性澱粉的流動性。所用的增流劑為動、植物脂肪，又以氫化脂肪為佳。特別是那些在室溫下是固態的脂肪，熔點在50℃左右的脂肪；亦可以是酯，又以C12-C13脂肪酸的三甘油酯為更佳。發泡組合物中含增流劑0.5-2％重量百分數。
所說的成核劑為無機填料，主要起到維持泡核的穩定和發泡均勻的作用。成核劑為鋁、鎂、矽、鈦的氧化物，例如氧化鋁(三氧化二鋁)、氧化鎂、二氧化矽、二氧化鈦其中的一種或二種或三種，發泡組合物中含成核劑為0.5-2％重量百分數。
所說的發泡劑是具有熱分解性的物質，它們是碳酸氫鈉、碳酸氫銨、水其中的一種。發泡組合物中含發泡劑1-10％重量百分數。
本發明的一種全生物降解發泡組合的成型製作方法，按改性澱粉50-80％重量百分數，植物纖維10-40％重量百分數，膠合劑5-10％重量百分數，增塑劑1-5％重量百分數，增流劑0.5-2％重量百分數，成核劑0.5-2％重量百分數，發泡劑1-10％重量百分數的配方備好原料，向組合物原料中加入組合物原料總重量20-50％的水，將加入水的原料攪拌混合均勻後，注膜，熱壓成型，熱壓成型的溫度為140-180℃，壓力為0.13-0.15MPa，再脫膜而成產品。
在將原料攪拌混合時，其攪拌的速度以120-200rpm，攪拌混合10-15分鐘為佳。原料攪拌混合均勻的溫度為30-55℃。將混合均勻的原料計量注入預熱模具中，加熱加壓，進行熱壓成型。經加熱加壓反應排氣發泡後定型。熱壓成型的壓力為0.13-0.15MPa，溫度140-180℃，熱壓成型時間90-150秒，發泡定型，脫模後即可得到一次性生物降解發泡成型品，包裝。
根據模具的形狀不同，可以製成盤子、碗、杯子、飯盒和相應的包裝緩衝材料。再根據成型的用途，選擇是否在其表面噴塗防水耐油膠膜；若成型品用於溼式包裝例如作為餐飲具，則需要脫模後在其表面噴塗一層防水耐油膠膜，以達到防水防油的目的，烘乾而得最終成品。
對脫模分檢後的產品進行噴膠時的表壓為0.02-0.07MPa(所說的表壓是大氣壓加上表頭所指示的壓力)，溫度為30-45℃，噴膠後於100-140℃的溫度下烘100-120秒而成最終產品包裝銷售。
噴膠時所用的防水防油膠溶液為可食性動植物膠溶液，可以是玉米膠、甲殼質、海藻膠、明膠、骨膠其中的一種配製成的30-50％重量百分數的膠液備用。
本發明的一種全生物降解發泡組合物及成型製作方法的優點就在於1.本發明的全生物降解發泡組合物採用了改性澱粉，所說的改性澱粉可以是將天然澱粉例如玉米澱粉、薯類澱粉、小麥澱粉和穀物澱粉，置於一密閉容器中，在高溫高壓條件下，澱粉顆粒熔化，分子結構產生無序化。經過這種熱處理的澱粉可以擠壓或模塑成許多有用的形狀和外形，使成型品具有一定的韌性和彈性，使生物降解速率提高，而沒有改性的澱粉其成型品不僅脆性大，形體不實，而且由於澱粉與金屬的親和性強，使成型品不易脫模。而本發明的發泡組合物克服了這一缺點。用本發明的全生物降解發泡組合物制出的餐盒生物降解試驗達到4級，符合國家標準GB-18006.1-1999。
2.本發明的組合物原料來源廣泛，成本低，無毒、無害、衛生，其成型產品外形美觀實用，具有良好的使用性能，耐熱水耐熱油達半小時以上，完全符合國家相關標準。用畢可以完全生物降解，不汙染環境，是塑料包裝製品的理想替代品。可廣泛應用於餐飲業，食品和藥品包裝。其性能見表1。
表1一次性全生物降解發泡組合物檢測檢驗結果
3.本發明的製備工藝簡單，易於操作，成品率高。
以下用實施例對本發明的全生物降解發泡組合物及其成型製備方法作進一步的說明，將有助於對本發明的組合物和成型製備方法及其優點作進一步的了解，本發明的保護範圍不受這些實施例的限定。
實施例1本實施例的全生物降解發泡組合物組成為改性澱粉 毀結構化澱粉(用玉米澱粉為原料制的毀結構化澱粉，北京市瑞德寶生物降解製品公司出售)為50％重量百分數(取500克)；植物纖維 秸杆粗植物纖維為40％重量百分數(取400克)；膠合劑 明膠為6％重量百分數(取60克)；增塑劑 甘油為1％重量百分數(取10克)；增流劑 氫化脂肪1％重量百分數(取10克)；成核劑 二氧化鈦(TiO2)為1％重量百分數(取10克)；發泡劑 碳酸氫鈉(NaHCO3)為1％重量百分數(取10克)。
其成型製備方法為，向上述組合物原料中加入組合物原料總重量的30％的水(300克水)後，以170rpm的攪拌速度於40℃的溫度下，混合攪拌13分鐘，將加水的原料攪拌混合均勻，形成均勻的糊狀物，計量注入預熱模具中，模具溫度為160℃，於160℃的溫度，壓力0.14MPa的條件下熱壓成型，熱壓成型時間120秒，脫模，而得到不噴膠的產品。經分檢後，於表壓0.05MPa，40℃的溫度下，用40％重量百分數的骨膠溶液進行噴膠，噴膠後於120℃烘110秒而成噴膠產品，採用GB18006.1-1999檢測樣品，結果見表1。
實施例2本實施例的全生物降解發泡組合物組成為改性澱粉 磷酸酯澱粉(市售，北京紅星澱粉廠)為80％重量百分數(取800克)；植物纖維 甘蔗渣粗植物纖維為10％重量百分數(取100克)；膠合劑 骨膠為5％重量百分數(取50克)；增塑劑 聚乙二醇為2％重量百分數(取20克)；增流劑 氫化脂肪為1％重量百分數(取10克)；成核劑 二氧化矽(SiO2)為1％重量百分數(取10克)；發泡劑 碳酸氫銨(NH4HCO3)為1％重量百分數(取10克)。
其成型製備方法基本與實施例1相同，唯不同的是向組合物原料中加入組合物原料總重量的50％的水(500克水)後，以200rpm的攪拌速度，於55℃的溫度下，混合攪拌10分鐘，模具溫度為180℃，於180℃的溫度，壓力0.15MPa的條件下熱壓成型時間150秒，於表壓0.07MPa，45℃的溫度下，用50％重量百分數的明膠溶液進行噴膠，再於140℃烘乾100秒而成產品，採用GB18006.1-1999檢測樣品，結果見表1。
實施例3本實施例的全生物降解發泡組合物組成為改性澱粉 氧化澱粉(市售，北京紅星澱粉廠)為64％重量百分數(取640克)；植物纖維 甜菜渣植物粗纖維為20％重量百分數(取200克)；膠合劑 海藻酸鈉為10％重量百分數(取100克)；增塑劑 丙二醇為2％重量百分數(取20克)；
增流劑 C12-C13脂肪酸的三甘油酯為1％重量百分數(取10克)；成核劑 氧化鋁(Al2O3)為2％重量百分數(取20克)；發泡劑 碳酸氫鈉為1％重量百分數(取10克)。
其成型製備方法基本與實施例1相同，唯不同的是向組合物原料中加入組合物原料總重量的25％的水(250克水)後，以120rpm的攪拌速度，於35℃的溫度下，混合攪拌15分鐘，模具溫度為140℃，於140℃的溫度，壓力0.13MPa的條件下熱壓成型時間90秒，於表壓0.02MPa，30℃的溫度下，用30％重量百分數的玉米膠溶液進行噴膠，再於100℃烘120秒而成產品，利用GB18006.1-1999檢測樣品，結果見表1。
實施例4本實施例的全生物降解發泡組合物組成為改性澱粉 酸變性澱粉為50％重量百分數(取500克)；植物纖維 花生殼植物粗纖維為30％重量百分數(取300克)；膠合劑 殼聚糖為8％重量百分數(取80克)；增塑劑 山梨醇(或季戊四醇)為1％重量百分數(取10克)；增流劑 氫化脂肪為2％重量百分數(取20克)；成核劑 二氧化矽(SiO2)為0.5％重量百分數(取5克)；發泡劑 碳酸氫銨(NH4HCO3)為8.5％重量百分數(取85克)。
其成型製備方法與實施例1相同。
權利要求
1.一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，它含有1)改性澱粉50-80％重量百分數，2)植物纖維10-40％重量百分數，3)膠合劑5-10％重量百分數，4)增塑劑1-5％重量百分數，5)增流劑0.5-2％重量百分數，6)成核劑0.5-2％重量百分數，7)發泡劑1-10％重量百分數。
2.根據權利要求1的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的改性澱粉為毀結構化澱粉、磷酸酯澱粉、氧化澱粉、酸變性澱粉其中的一種或二種或三種。
3.根據權利要求1的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的植物纖維為從甘蔗渣、桔杆、竹子、甜菜渣、稻殼、花生殼其中的一種或二種或三種廢棄物中提取出來的粗植物纖維。
4.根據權利要求1的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的膠合劑為明膠、骨膠、海藻酸鈉、殼聚糖、黃原膠其中的一種或二種或三種。
5.根據權利要求1的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的增塑劑為低分子量聚多元醇或低分子量有機增塑劑。
6.根據權利要求5的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的低分子量的聚多元醇為聚乙二醇、聚乙丙二醇、聚丙二醇其中的一種。
7.根據權利要求5的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的低分子量有機增塑劑為甘油、丙二醇、山梨醇、季戊四醇其中的一種。
8.根據權利要求1的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的增流劑為動、植物脂肪或酯。
9.根據權利要求8的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的動、植物脂肪為氫化脂肪，所說的酯為C12-C13脂肪酸的三甘油酯。
10.根據權利要求1的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的成核劑為氧化鋁、氧化鎂、二氧化矽、二氧化鈦其中的一種或二種或三種。
11.根據權利要求1的一種全生物降解發泡組合物，其特徵是，所說的發泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫銨、水其中的一種。
12.一種全生物降解發泡組合物的成型製作方法，其特徵是，1)按改性澱粉50-80％重量百分數，植物纖維10-40％重量百分數，膠合劑5-10％重量百分數，增塑劑1-5％重量百分數，增流劑0.5-2％重量百分數，成核劑0.5-2％重量百分數，發泡劑1-10％重量百分數的配方備好原料，2)向組合物原料中加入組合物原料總重量20-50％的水，將加入水的原料攪拌混合均勻後，注膜，熱壓成型，熱壓成型的溫度為140-180℃，壓力為0.13-0.15MPa，脫膜。
13.根據權利要求12的一種全生物降解發泡組合物的成型製作方法，其特徵是，將原料攪拌混合時，其攪拌速度為120-200rpm，溫度為30-55℃，攪拌混合10-15分鐘。
14.根據權利要求12的一種全生物降解發泡組合物的成型製作方法，其特徵是，熱壓成型的壓力為0.13-0.15MPa，溫度為140-180℃，熱壓成型時間90-150秒。
15.根據權利要求12的一種全生物降解發泡組合物的成型製作方法，其特徵是，脫膜後進行噴膠，噴膠的表壓為0.02-0.07MPa，溫度為30-45℃。
16.根據權利要求15的一種全生物降解發泡組合物的成型製作方法，其特徵是，噴膠後於100-140℃的溫度下烘100-120秒。
17.根據權利要求15的一種全生物降解發泡組合物的成型製作方法，其特徵是，所噴的膠為玉米膠、甲殼質、海藻膠、明膠、骨膠其中的一種配製成的30-50％重量百分數的膠液。
全文摘要
本發明涉及含有澱粉、木質素材料的能被生物降解的組合物及其成型方法。該組合物含有改性澱粉、植物纖維、膠合劑、增塑劑、增流劑、成核劑、發泡劑。其成型方法是在組合物原料中加入水,攪拌混合均勻,注膜,熱壓成型,脫膜、噴膠,乾燥而成成型產品。本組合物成型的產品韌性和彈性大,生物降解速率快,易脫膜。本發明成型方法工藝簡單,成品率高。
文檔編號C08J9/00GK1328082SQ0010618
公開日2001年12月26日 申請日期2000年6月14日 優先權日2000年6月14日
發明者袁學農, 李誼, 劉天中 申請人:北京市瑞德寶生物降解製品公司