用植物原料制造生物降解膜的方法技术

本发明专利技术提出用碳水化合物形态的植物原料一步连续制造生物降解膜的方法，其中植物原料得到改性，塑化后一步不间断成膜。本发明专利技术的优点在于淀粉分子剪切应力降低，因此提高了膜性能并且制造成本少，耗时短，能耗低，节省空间。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。在制造例如符合环保要求的包装材料方面，该方法显得越来越重要，其目的是制成具有足够强度并易分解或溶解成其原始天然成分的膜。用淀粉制造热塑性颗粒的方法已见于US-A-4133784，US-A-4021388和DE-A-1322440，这些颗粒可经第二步加工成膜，其中淀粉在合成聚合物中作填料，而制造和改进结构受损的热塑性淀粉的方法也已见于EP-A-378646和EP-A-397819。WO90/05161A1也公开了可热塑性加工的淀粉及其制备方法，其中将骨料及必要时的其它添加剂加入淀粉原料中以使其熔点降到低于其分解点的水平，其目的是改善淀粉熔体的结构，从而在热塑性淀粉的制造和加工时容易进行处理。EP-A1-0474095公开了用植物原料如淀粉作初始物料制造可生物降解制品如盘，杯和纸箱等的方法，其中原料中补充添加剂，塑化后在第一挤出机中转化成呈胶粒或颗粒的中间体，然后在第二挤出机中将该中间体模制成要求制品。同样，用植物原料成膜的常见方法分成完全独立的两步进行，其中结构受损并在挤出工艺中塑化的生物聚合物熔体在第一步结束时冷却后高压下强制通过模具并进行造粒。为了避免生物聚合物发泡，要求对熔体进行冷却，其中造成的高剪切应力会使淀粉分子结构受损，同时又会撕下各种分子片段，使淀粉聚合物链缩短并使分子量降低。所得淀粉颗粒然后在进一步挤出工艺中于相似条件下加工成膜，其中生物聚合物会再分解，因为分子量降低并且链缩短。这种对分子结构的双重损害，尤其是使直链淀粉链缩短会导致所得膜的性能(抗拉强度和弹性等)激剧下降，而且这种双重挤出费时，能耗和投资大。相比之下，本专利技术目的是提出用植物原料制造可生物降解膜的低投资方法，其中可避免现有技术的缺陷，同时又可提高所得膜的质量并达到例如高抗拉强度和弹性。这一目的可通过下述技术特征而达到。在达到这一目的的过程中，本专利技术基于这样一种概念，即在连续的一步工艺中必要时分解并改性植物原料如碳水化合物原料，其中不涉及中间产物并且不中断操作，塑化后压制成膜。螺杆挤出机中适宜于传送膜料的构型和合适的温度条件可保证生物聚合物的仔细加工。植物原料可包括碳水化合物如面粉或天然淀粉，为天然或杂化物形式，可用例如马铃薯，木薯，豌豆，蚕豆，玉米，waxcorn，直链淀粉含量高的玉米，谷物如小麦及其部分制品，大麦或高梁，由物理和/或化学改性淀粉组成的淀粉衍生物，纤维素衍生物，天然橡胶(碳水化合物聚合物)，半纤维素，多糖，水解胶体或这些原料中的一种或多种的混合物制成。本专利技术具有以下优点。本专利技术方法降低了生物聚合物的剪切强度，分解和分子量损失，结果使其制备方法更容易进行，因为进行反应的挤出机和成膜过程构成一个工艺操作单元。不需要将吸湿颗粒贮存在真空铝化合物中，而且混料和成膜一步完成。生产成本更低，因为不需要包装和运输颗粒并且人力和设备投资减少。另外，还可节省运送和熔化颗粒所需能源。与现有技术比较起来，所得膜性能得以提高。以下参照附图说明本专利技术。图1a为本专利技术吹塑膜生产线侧视图。图1b为本专利技术图1a生产线顶视图。图2a为本专利技术平面膜生产线侧视图。图2b为本专利技术图2a生产线顶视图。图3a为示出包括双管模板的螺杆挤出机端部的本专利技术方案示意图。图3b为示出包括单管模板的螺杆挤出机端部的本专利技术方案示意图。图3c为示出包括平面模板的螺杆挤出机端部的本专利技术方案示意图。图1a和1b为本专利技术吹塑膜生产线的两种视图，其中示出了由运送和混合或捏和膜料的螺杆挤出机(未示出)连接的生产段1-6和模板7。固态植物原料和必要时的添加剂的混合物用计量装置17(仅示于图1a中)测量并经过第一段1的第一入口11加入，同时液态添加剂经过第二入口12加入。添加剂例子包括乳化剂，增塑剂，防腐剂和水。在第2段中，混合物加热并捏和。液态添加剂也可经第三入口13加入。在第3段中，温度进一步升高并让植物原料与添加剂反应而形成熔体。在第4段中，熔体在真空装置14中抽空，其中让水从熔体中蒸发而使熔体冷却，而且熔体在第5段中进一步冷却。在第6段中，熔体受压而在模板内造成压力累积，然后经管模板7吹塑形成膜15。类似生产线示于图2a和2b中(计量装置17仅示于图2a中)。图2a，2b和图1a，1b之间的差别在于平面膜16由平面模板9模制成。图3a为本专利技术方案之一示意图，其中用双管模板8制造吹塑膜15，在双导向螺杆10之后设有两根单导向螺杆19以将熔体送达模板8。在图3b中，用单管模板7制造吹塑膜15，其中模板由设在双导向螺杆10后的齿轮泵18供给熔体。在图3c所示包括生产平面膜16的平面模板9的方案中，双导向螺杆10将熔体直接送达模板9。螺杆挤出机10优选形状为双导向螺杆并且1-6段中每一段优选具有以下构型第1和2段中为右手导向;第3段中为右和左手导向并必要时交替几次;第4和5段中为激剧右手导向;而第6段中为平缓右手导向。这些不同的构型保证控制并达到不同的传送速度，在每一段中进行捏和和混料并因此使生物聚合物达到要求的仔细处理。第1-6段和模板7，8或9显示出可控制温度分布，其中优选温度条件包括第1段50℃;第2段80-100℃;第3段120-160℃;第4段120-160℃;第5段80-120℃;第6段40-60℃;而模板7，8或9处50-70℃。本专利技术方法实施方案如以下所述，其中应用德国WernerundPfleiderer公司制造的双螺杆挤出机(ZSK40)。实施例1将包括马铃薯淀粉和乳化剂(甘油单一二酯)的固态混合物以及液态成分水和甘油连续加入双螺杆挤出机中。固体马铃薯淀粉99%乳化剂1%100%液态添加剂水14%甘油86%工艺中混合比固体75%液体25%温度分布第1段50℃第2段80℃第3段120℃第4段120℃第5段80℃第6段60℃模板60℃RPM 170分钟-1转矩30%压力80巴吹塑比1∶4得到透明膜，其性能如下膜厚35μm长度方向上抗拉强度 12.1N/mm2宽度方向上抗拉强度 11.8N/mm210g膜在100g水中20℃溶解时间15分钟实施例2将包括马铃薯淀粉和乳化剂(甘油单一二酯)的固态混合物以及液态成分水和甘油连续加入双螺杆挤出机中。固体马铃薯淀粉99%乳化剂1%100%液态添加剂水20%甘油80%100%工艺中混合比固体75%液体25%温度分布第1段50℃第2段80℃第3段140℃第4段140℃第5段100℃第6段60℃模板60℃RPM 170分钟-1转矩20%压力60巴吹塑比1∶4得到透明膜，其性能如下膜厚30μm长度方向上抗拉强度 10.2N/mm2宽度方向上抗拉强度 9.4N/mm210g膜在100g水中20℃溶解时间11分钟实施例3将包括马铃薯淀粉和乳化剂(甘油单一二酯)的固态混合物以及液态成分水和甘油连续加入双螺杆挤出机中。固体马铃薯淀粉99%乳化剂1%100%液态添加剂水10%甘油90%100%工艺中混合比固体75%液体25%温度分布第1段50℃第2段80℃第3段160℃第4段160℃第5段120℃第6段60℃模板60℃RPM 230分钟-1转矩15%压力52巴吹塑比1∶4得到透明膜，其性能如下膜厚33μm长度方向上抗拉强度 9.4N/mm2宽度方向上抗拉强度 8.2N/mm210g膜在100g水中20℃溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
用植物原料，优选用碳水化合物形式的植物原料制造生物降解膜的方法，其中植物原料的塑化和随后的成膜过程一步连续进行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J洛克，W波默雷茨，J霍耶尔，K克伦克，H施米特，
申请(专利权)人：生物技术生化学自然包装两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]