食品接觸用生物基片材及其製備方法
2023-06-08 00:30:56
專利名稱：食品接觸用生物基片材及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種食品接觸用生物基片材及其製備方法，屬於高分子材料技術領域。
背景技術：
隨著經濟的高速發展，人們生活節奏逐步加快，健康意識也大大加強，對衛生一次性食品包裝材料的衛生指標要求也更加關切。目前市場上一次性食品接觸用塑料大都來自傳統不可再生的石油化工產品，也因此造成「白色汙染」問題日益嚴重，各國都在大力推廣作為其替代品的安全衛生的生物基塑料。在生物基塑料中，澱粉這種天然高分子物質以來源廣泛、價格低廉、再生周期短、能在多種環境下降解等優點，成為研究的重點。國內外已經開展了幾十年關於澱粉基塑料的研究，通過添加多種助劑，澱粉用於包裝材料問題已經解決。然而當參照GB18006. 1-2009標準對這些澱粉基塑料進行衛生指標檢測時，特別是在蒸發殘渣實驗檢測，部分助劑會被溶出，造成「澱粉基塑料一次性餐飲具衛生理化指標」中蒸發殘渣檢測不達標。CN200810024909. 5將澱粉改性後與聚丙烯粉料混合製片材，然後製成餐飲用品，該方法解決了澱粉與聚丙烯相容的問題，但此材料在低溫冷藏時，材料的性能下降比較明顯；CN200610042002.2將澱粉接枝改性，其配方中用較大比例的低分子醇類和脂類作為增塑劑，而引發劑為過氧化二異丙苯，其毒性為中度； CN201010M5875.X也有同樣的問題，並且把比例高達6%的白油或聚乙烯蠟作為潤滑劑。這些低分子量的醇類、脂類以及白油等均易被蒸發殘渣試驗中溶出造成衛生指標超標。將澱粉改性以後做成塑料用品或包裝製品，在公開的這些文獻報導和專利文件內容中沒有相關的衛生指標檢測報告，從涉及的助劑種類和用量來看，不適合直接應用到食品接觸類材料。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種食品接觸用生物基片材及其製備方法，該方法包括澱粉的改性，包括混料工藝和製作工藝，而且在此工藝條件下生產出來的片材可以直接用於接觸食品，滿足澱粉基塑料一次性餐飲具衛生理化指標。為了達到上述目的，本發明提供一種食品接觸用生物基片材，所述食品接觸用生物基片材各組分按質量份數計的配比為
澱粉40-70% ；
增塑改性劑0. 5-2% ；
偶聯劑0. 5-1% ；
高密度聚乙烯15-30%;
茂金屬聚乙烯5-10%;
無機填充劑5-20% ；
潤滑劑0. 5-1%。優選地，其中所述澱粉為玉米澱粉、土豆澱粉、木薯澱粉、紅薯澱粉、芋頭澱粉或高粱澱粉中的一種。優選地，其中所述增塑改性劑為十二烯基丁二酸酐、順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸、 聚乙二醇、馬來酸酐-丙烯酸共聚物、山梨醇或檸檬酸三丁酯中的一種或幾種。優選地，其中所述偶聯劑為矽烷偶聯劑、鋁酸酯類、鈦酸酯類或鈦複合偶聯劑，為提高材料中無機粉體與基礎材料改性澱粉和合成高分子材料的界面強度，這些偶聯劑可根據所使用的無機粉體種類來選擇。優選地，其中所述高密度聚乙烯的熔融指數不低於0. 2g/10min。優選地，其中所述茂金屬聚乙烯購自美國埃克森公司，其產品牌號是1018FA。優選地，其中所述無機填充劑為食品級的滑石粉、高嶺土、白雲母或硅藻土粉體， 其細度大於200目，優選為大於400目。優選地，其中所述潤滑劑為硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、環氧硬脂酸辛酯中的一種或幾種。所述食品接觸用生物基片材的製備方法，包括以下步驟
1)將40-70%的澱粉經粉碎機磨碎細化至800 1200目；
2)將細化好的澱粉加入到高速攪拌機中，再加入0.5 1的增塑改性劑進行改性，溫度設置為80 160°C，攪拌5 30min，加入偶聯劑，繼續攪拌3 5min ；
3)接著加入上述比例的高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯、無機填充劑、潤滑劑，保持溫度與改性時溫度一致，攪拌5 20min，此時高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯表面已經部分融熔，部分粉體物料粘附在其表面，準備放料；
4)物料出高速攪拌機以後，在冷混鍋內攪拌5 lOmin，待物料冷卻到50°C以下；
5)將混好的物料加入雙螺杆擠出機，其中，長徑比為44:1 52:1，機筒各區溫度設置為i:35°C 200°C、機頭溫度設置為170°C 180°C，螺杆轉速為240 280轉/分，擠出造粒；
6)將造粒後的物料加入錐形雙螺杆片材機，經過三輥製成所述食品接觸用生物基片材，其中，錐形雙螺杆片材機中的擠出機料筒溫度設置為190°C 215°C，模頭溫度設置為 170°C 190°C，根據片材的用途來設定片材的寬度和厚度。與現有技術比較，本發明具有以下有益效果
1)本發明所提供的片材可以通過GB18006.1-2009標準的檢測，蒸發殘渣和重金屬檢測全部達標，可直接應用於接觸食品；
2)本發明選用的反應型增塑劑對澱粉進行改性，使澱粉的羥基與增塑劑發生反應，從而使澱粉界面可以與高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯相容，而融合在一起，在偶聯劑的作用下，使有機物成分和無機填充粉末結合在一起；
3)本發明採用茂金屬聚乙烯，是通過其高熔融指數來改善片材的力學性能，尤其是低溫的韌性；
4)本發明中避免了有機小分子聚合物作為助劑，無機填充劑也是選用食品級的，這些都為本材料滿足衛生指標提供了保障；
5)本發明為澱粉高值化利用和製造綠色材料提供了實用化的技術。
具體實施方式
以下將結合具體實施例對本發明作進一步地詳細說明。實施例1
將40kg玉米澱粉經粉碎機磨碎細化至800目；
將細化好的澱粉加入到高速攪拌機中，再加入增塑、改性劑山梨醇Ikg和檸檬酸三丁酯1kg，溫度設置為100°C，攪拌5min，然後加入偶聯劑鋁酸酯1kg，高速攪拌^iin ；
接著向高速攪拌機中一起加入高密度聚乙烯30kg和茂金屬聚乙烯10kg、滑石粉 Wkg、潤滑劑硬脂酸鈣1kg，溫度保持在100°C，高速攪拌lOmin，準備放料，此時高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯表面已經部分融熔，部分粉體物料粘附在其表面；
物料出高速攪拌機以後，在冷混鍋內低速攪拌8min，待物料冷卻到40°C左右； 將混好的物料加入雙螺杆擠出機，長徑比為44:1，機筒各區溫度設置範圍為140°C 1950C，機頭溫度設置為175°C，螺杆轉速260轉/分，擠出造粒；
將造粒後的物料加入錐形雙螺杆片材機，經過三輥製成所述食品接觸用生物基片材， 錐形雙螺杆片材機中的擠出機料筒溫度設置為1900C、2000C、200°C、200°C、190°C，模頭溫度設置為185°C、178 °C、182°C、178 °C、185°C，根據片材的用途來設定片材的寬度為650mm 和厚度為0. 9mm。對此片材進行性能檢測，結果是__
I拉伸強度(MPa) I伸長率(%) I撕裂強度(ΚΝ/ιη)
縱向 11. 76_98.21 72.11_
橫向 |l0. 74115.86 |88.08
根據GB18006. 1-2009 「澱粉基塑料一次性餐飲具衛生理化指標」標準對其進行檢測，
其蒸發殘渣結果是
尋輯I 靈金屬—
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mammmaaaaaammaam ammmmmmmmmmm iammmmaimKamMmmmm iiiiiiiiiiiiiiiiiiMMiMiMiMiSiB·························!!^············^······—— mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmma
f <30<11<30<m <1 <1
^ m311512<1 <1
各項指標均低於標準要求值，可以直接應用於食品接觸。實施例2 9的製備過程與實施例1相同，區別在於原料比例、加工條件不同，如下表ι和表2所示
表ι
權利要求
1.一種食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述食品接觸用生物基片材各組分按質量份數計的配比為澱粉40 70% ；增塑改性劑0. 5 21 ；偶聯劑0. 5 1% ；高密度聚乙烯 15 30% ；茂金屬聚乙烯5 10% ；無機填充劑5 20% ；潤滑劑0. 5 1%。
2.根據權利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述澱粉為玉米澱粉、 土豆澱粉、木薯澱粉、紅薯澱粉、芋頭澱粉或高粱澱粉中的一種。
3.根據權利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述增塑改性劑為十二烯基丁二酸酐、順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸、聚乙二醇、馬來酸酐-丙烯酸共聚物、山梨醇或檸檬酸三丁酯中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑、鋁酸酯類、鈦酸酯類或鈦複合偶聯劑。
5.根據權利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述高密度聚乙烯的熔融指數不低於0. 2g/10min。
6.根據權利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述茂金屬聚乙烯購自美國埃克森公司。
7.根據權利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述無機填充劑為食品級的滑石粉、高嶺土、白雲母或硅藻土粉體，其細度大於200目。
8.根據權利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特徵在於，所述潤滑劑為硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、環氧硬脂酸辛酯中的一種或幾種。
9.一種權利要求1所述的食品接觸用生物基片材的製備方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟1)將40 70%的澱粉經粉碎機磨碎細化至800 1200目；2)將細化好的澱粉加入到高速攪拌機中，再加入0.5 m的增塑改性劑進行改性，溫度設置為80 160°C，攪拌5 30min，加入偶聯劑，繼續攪拌3 5min ；3)分別加入上述比例的高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯、無機填充劑、潤滑劑，保持溫度與改性時溫度一致，攪拌5 20min，此時高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯顆粒表面已經部分融熔，部分粉體物料粘附在其表面，準備放料；4)物料出高速攪拌機以後，在冷混鍋內攪拌5 lOmin，待物料冷卻到50°C以下；5)將冷卻後的物料加入雙螺杆擠出機，其中，長徑比為44:1 52:1，機筒各區溫度設置為135°C 200°C、機頭溫度設置為170°C 180°C，螺杆轉速為240 280轉/分，擠出造粒；6)將造粒後的物料加入錐形雙螺杆片材機，經過三輥製成所述食品接觸用生物基片材，其中，錐形雙螺杆片材機中的擠出機料筒溫度設置為190°C 215°C，模頭溫度設置為 170°C 190°C。
全文摘要
本發明涉及一種食品接觸用生物基片材及其製備方法，其各組分按質量份數計的配比為澱粉40～70%；增塑改性劑0.5～2%；偶聯劑0.5～1%；高密度聚乙烯15～30%；茂金屬聚乙烯5～10%；無機填充劑5～20%；潤滑劑0.5～1%。所述方法是先將澱粉粉碎後加入增塑改性劑進行改性，接著加入偶聯劑、高密度聚乙烯、茂金屬聚乙烯、無機填充劑、潤滑劑，在加熱條件下攪拌，然後冷卻物料，經過雙螺杆造粒機擠出粒料，再通過錐形雙螺杆片材機做出片材。在加熱條件下混料，高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯顆粒表面部分融熔，粘附了大量粉體材料，減少了加工過程中的粉塵，提高了分散效果，克服了加工過程中的聚集問題。
文檔編號C08L3/02GK102492177SQ20111039495
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者李常飛, 白娟, 胡漢傑, 陳沙 申請人:武漢華麗生物材料有限公司