用於製作容器和包裝物的生物可分解的材料及其製備方法
2023-05-07 00:25:01
專利名稱：用於製作容器和包裝物的生物可分解的材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製作容器和包裝物的生物可分解的材料及其製備方法，該材料特別適用於製作一次性餐飲具。
長期以來，為了解決以主要成分為發泡聚苯乙烯等塑料為原料製成餐飲具和包裝物對自然環境造成的「白色汙染」，世界眾多國家都在積極研究解決方案。所要解決的首要問題是材料問題。該材料應當具有可分解的、供一次性使用的、對環境不造成汙染且能綜合利用的、成本低的材料。為此，現有的技術中，已出現有如下幾種材料1、紙板材料，2、紙漿材料；3、以植物纖維為基料加膠合劑及添加劑的材料；4、以澱粉為基料加膨化劑及添加劑的材料；5、在上述四類可分解的材料中加入合成塑膠成份，以便提高餐飲具和包裝物的機械強度的材料。用上述材料製作餐飲具和包裝物的方法，其中，未加入膨化劑的，通常是用壓模熱壓成形；加入了膨化劑的則是原料置於模腔不密閉的稱為開放性模具中通過膨化劑發泡後成形為固態狀產品。例如已公開的中國專利申請號為98113465.3和99120119.1的專利申請技術，均以澱粉為基料，澱粉含量為70％以上，發泡用膨化劑為1.2-3％，其製備成品的方法是將物料送入有熱裝置的模具中，經過一定溫度使材料在發泡膨化劑的作用下，發泡成型為模具形狀的餐具。
由於上述材料本身質量和相適應的用於製作餐飲具和包裝物時的製作工藝的特性原因，上述材料存在下述缺點1、現有技術一般分解不徹底；2、紙質材料壓延方法製備產品，其產品容易變形，強度差，且成本較高；3、現有技術製備的材料當加入不易分解的塑膠物質後，雖然能改善產品的強度等性能，但汙染難以得到徹底解決；4、以澱粉為基料，加入膨化劑進行發泡，其基料在高溫的模具中與膨化劑迅速起膨化反應，發泡膨化作用對部分澱粉性能形成了一定的破壞；同時，因發泡作用，成品含有膨化劑，作為餐飲具長期使用對人體不利；另外，該材料製作成品時，溫度不易掌握，因而該材料製成產品質量不易控制。
本發明的目的在於克服上述可分解的材料的缺點，提供一種以澱粉為基料，不用膨化劑而用水來膨化催化的、用於製作容器和包裝物的生物可分解的材料。該材料具有下述特性；1、可由自然界微生物快速且完全分解；2、用水起膨化催化作用，材料在模具中發泡不損害基料的性能；3、各組分原料均為無公害材料，用該材料製成的產品在使用完後可用作肥料、以及作魚、雞、鴨、豬等動物飼料；4、供一次性使用，防止回收而造成疾病交叉傳染；5、機械強度好、耐熱、耐冷、防震、不易變形；6、製備方法工藝簡單，容易掌握；7、成本較低。
本發明生物可分解的材料的技術方案是它以澱粉為基料，還包括有起膨化催化作用的水，和起改善性能作用的聚合劑、以及纖維、鈣、和添加劑，經混合後製成膠體。在上述的本發明材料的技術方案中，澱粉和水在材料總重量中的重量百分比數澱粉為20-70％，水為20-65％，其餘為輔料。其技術方案中，一般各組分及含量的重量百分比為1)澱粉20-65％；2)水20-50％；3)聚合劑2-12％；4)纖維5-20％；5)鈣1-10％；添加劑1-8％。
本發明可分解的材料的制配方法技術方案具體為制配過程中的下述工藝路線及步驟1)給每個組分的原料按選定的配方確定重量；2)首先將大部分澱粉裝入容器中，並加入一定量的水，再加入添加劑、聚合劑及鈣，並充分攪拌，成為均勻的膠體；3)將纖維及餘下的少量的澱粉與上述膠體強制攪拌混合，製成可塑膠體；4)將可塑膠體按製作餐飲具或包裝物成品時的單個產品的用量切塊，或切成大塊，使用時再切成小塊，供現場使用或包裝待用。
本發明的材料及制配方法的基本原理在於；用水作膨化劑是本發明的突出的特點和顯著的進步之一。本發明的材料，即所述的膠體材料是在密封的模具腔中加溫、加壓、保溫、和迅速洩壓的條件下膨化催化發泡成為餐飲具或包裝物的。傳統的現有技術則是澱粉物質在開放性模具中依靠化學膨化劑發泡。本發明是以水作為膨化劑，起作催化發泡作用。因為1)當水在一定溫度作用下，會急劇氣化，(前提是水在材料總量中的重量比例較大)，體積會瞬間膨脹，基料及其加入的其他材料受其影響，物理結構隨之發生變化，體積亦即膨大相當大的倍數。
2)、本發明的材料在密封的模具腔中，水的氣化作用會使模具腔內的原料膠體壓縮為熔融狀態，並在模具中流動，流入模具的各個空間，當瞬間洩壓，膠體材料則由催化趨向膨化，由生澱粉轉化為熟澱粉，繼而變成發泡的酥鬆的海棉體。
本發明的材料中的水作為膨化劑，(發泡催化劑)加入量大於20％，是任何以澱粉為基料工藝中的膨化劑(化學產品)所加入的量無可比擬的，即現有技術中膨化劑的量很小，相比之下，從原理到效果，用水作膨化劑的材料，用於製作成形固態產品是一個開拓性的發明。
本發明的原理還在於1、選用澱粉作基料是因為其分子結構主要是直鏈與支鏈組成，不同澱粉的直鏈與支鏈比例、凝膠性能等方面有區別，選用澱粉作基料，具有可控性，可根據不同產品兼容和調節，且可供選擇的原料廣泛。
2、用水作澱粉的膨化催化劑，使澱粉發泡時只改變澱粉的物理性質，從而突破了澱粉類產品傳統工藝中僅用膨化劑的純粹的化工方法的生產方式。
本發明的材料實現了發明目的，其效果包括1、沒有任何汙染，製成成品一次用完後可以綜合利用，作肥料及飼料。若置於水中，其外表無防水膜層時，30分鐘即軟化沉入水中，外表有防水膜層時，約2-3小時後亦同樣可沉入水中，作魚的飼料，碾碎後可作為雞、鴨、豬的飼料。埋入土中一般一至二周即可完全分解。
2、以水作膨化劑對基料澱粉的特性不造成傷害，產品機械強度好，不易變形；無味，防震，耐熱，耐冷，可以廣泛的取代泡沫，可作成各種形狀大小的餐飲具，如碗、盤、杯，餐盒；且有保溫，保冷，抗震作用，可作為包裝商品的吸震，防撞擊的填充材料，墊塊，隔板等。
3、材料來源廣泛，製作工藝簡便，產品質量穩定，生產效率高，成本低。
以下是本發明的可分解的材料更具體的實施例實施例1材料的各組分及含量重量百分比優選範圍為1)澱粉30-50％；2)水30-50％；3)聚合劑2-8％；4)纖維8-18％；5)鈣2-7％；6)添加劑2-6％，選擇重量比例，應根據產品的形狀，厚薄、尺寸、功能等。
實施例2一般用於餐飲具的材料組方和重量百分比有澱粉48％，水30％，聚合劑即膠5％，添加劑5％，纖維10％，鈣2％。
實施例3作餐飲具的材料組分和重量百分比還有澱粉65％，水20％，聚合劑即膠7％，添加劑2％，纖維5％，鈣1％。
實施例4
一般用於作防震等包裝物的材料組分和重量百分比為澱粉20％，水50％，聚合物膠4％，添加劑4％，纖維12％，鈣10％。
上述的實施例中，其輔助材料選擇的實施例分別為鈣選用生物鈣和活性鈣，起著填充和提高機械強度的作用。
水可以是普通飲用水，當製作包裝減震材料時，可用未淨化的水，為得到更好的膨化效果，優選去離子水。
聚合劑即為膠，選自澱粉磷酸脂鈉和明膠。
澱粉為植物普通澱粉，或普通澱粉與變性澱粉混合的澱粉，其中普通澱粉選自植物塊根、或果實澱粉中的一種或幾種，可以是薯類、穀類、豆類澱粉，優選的是薯類澱粉。
添加劑包括柔軟劑，選自草酸和丙二醇。防水劑選自有機矽油和矽橡膠。防油劑選自聚乙二醇和有機矽。添加劑還包括有防腐劑，選自山梨酸和硫酸鋁。中和劑選自鹼性材料中的一種或幾種，可以是碳酸氫鈉或氫氧化鈉。
所述的纖維為植物纖維，其直徑為0.01-0.3毫米，長度為0.2-20毫米，用於包裝材料時的纖維其幾何尺寸選用較大的尺寸。
以下結合一種生物可分解材料組分配方實施例列舉本發明的方法實施例1、選料和確定重量即給各個組分的原料按選定的原料種類和配方確定重量紅薯粉，80目過篩率≥90％，取45公斤；普通食用水取33公斤；明膠5公斤；添加劑5公斤，其中有機矽油2公斤，聚乙二醇1公斤，氫氧化鈉1公斤，草酸0.5公斤，山梨酸0.5公斤，玉米葉部纖維10公斤，(還可選稻、麥、等去莖杆後的葉纖維)直徑≤0.1毫米，長度1-15毫米；活性鈣2公斤。
2、第一次混合將40公斤的紅薯粉裝入攪拌器中，加入水33公斤，一邊加料一邊攪拌，同時加入添加劑5公斤，明膠5公斤，活性鈣2公斤，充分攪拌成為帶半透明狀的膠體。
3、第二次混合將10公斤玉米葉纖維和餘下的紅薯粉5公斤倒入攪拌器中，強制攪拌，揉合混合，製成可塑膠體。
4、切塊取出可塑膠體，按製作容器單個產品的用量切塊。
當制好的可塑膠體材料是成批生產，待運到製備容器和包裝物成品的製造車間或工廠去時，可切成大塊，然後在制品廠或車間切成小塊。當可塑膠體不能很快進入製備產品的工序中時，應用防止可塑膠體材料的水分揮發的包裝材料包裝。
權利要求
1.一種用於製作容器和包裝物的生物可分解的材料，其特徵在於，它以澱粉為基料，還包括有起膨化催化作用的水，和起改善性能作用的聚合劑、以及纖維、鈣和添加劑，經混合後製成膠體。
2.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，澱粉和水在材料總重量中的重量百分比數澱粉為20-70％，水為20-65％。
3.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，各組分及含量的重量百分比為1)澱粉20-70％；2)水20-65％；3)聚合劑2-12％；4)纖維5-20％；5)鈣1-10％；6)添加劑1-8％。
4.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，各組分及含量的重量百分比優選範圍為1)澱粉30-50％；2)水30-45％；3)聚合劑2-8％；4)纖維8-18％；5)鈣2-7％；6)添加劑2-6％。
5.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，鈣選自生物鈣活性鈣。
6.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，水為飲用水，優選去離子水。
7.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，所述的聚合劑即為膠，選自澱粉磷酸脂鈉和明膠。
8.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，所述澱粉為植物普通澱粉，或普通澱粉與變性澱粉混合的澱粉，其中普通澱粉選自植物塊根、或果實澱粉中的一種或幾種，可以是薯類、穀類、豆類澱粉。
9.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，所述添加劑包括柔軟劑，選自草酸和丙二醇；防水劑，選自有機矽油和矽橡膠；防油劑，選自聚乙二醇和有機矽。
10.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，所述的添加劑還包括有防腐劑，選自山梨酸和硫酸鋁；中和劑，選自鹼性材料中的一種或幾種，可以是碳酸氫鈉或氫氧化鈉。
11.按權利要求1所述的生物可分解的材料，其特徵在於，所述的纖維為植物纖維，其直徑為0.01-0.3毫米，長度為0.2-20毫米，用於包裝材料時的纖維其幾何尺寸選用較大的尺寸。
12.一種用於實現權利要求1所述的生物可分解的材料的制配方法，其特徵在於它包括下述步驟1)選擇和確定重量給每個組分的原料按選定的原料種類和配方確定重量；2)第一次混合首先將澱粉裝入攪拌容器中，並加入一定量的水，再加入添加劑、膠及鈣，並充分攪拌，成為半透明膠體；然後3)第二次混合將一定量的纖維及少量的澱粉與上述半透明膠體強制攪拌，揉合混合，製成可塑膠體，然後4)切塊將可塑膠體，按單個產品用量切塊，或切成大塊，使用時切小塊，供使用或包裝。
全文摘要
本發明涉及一種用於製作容器和包裝物的生物可分解的材料及其製備方法。該材料以澱粉為基料,還有水,和起改善性能的聚合劑、纖維、鈣、以及添加劑,經混合後製成膠體。其制配方法包括選料,兩次下料攪拌和切塊工序。本發明材料中水為膨化劑,對基料膨化催化又不損害其性能。製成品具有能完全生物分解、無毒、不易變形,防震、保溫及成本低的特點。
文檔編號A47G19/00GK1361048SQ00128179
公開日2002年7月31日 申請日期2000年12月29日 優先權日2000年12月29日
發明者王中柱 申請人:王中柱