一种淀粉基多层发泡缓冲支撑板材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种淀粉基多层发泡缓冲支撑板材及其制备方法；该制备方法包括：1)物料混合；2)母粒制备；3)水分调控；4)多层发泡缓冲支撑板材的制备。物料混合是将淀粉、增塑剂、成核剂、发泡剂、固态碱、长链烯基琥珀酸酐、粘结剂按质量份数分别为70

【技术实现步骤摘要】
一种淀粉基多层发泡缓冲支撑板材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及缓冲材料，特别是涉及一种淀粉基多层发泡缓冲支撑板材及其制备方法，属于缓冲包装


技术介绍

[0002]随着快消行业和物流包装行业的飞速发展，市场对缓冲包装材料的需求量与日俱增。然而，现今市面上主要的缓冲包装材料仍是石油基塑料制品。传统石油基塑料的大量使用不仅加剧化石资源的消耗，而且引发诸如“白色污染”等一系列环境问题。近年来，世界各国都对资源、环境问题高度重视，越来越多的国家立法禁用传统塑料作缓冲材料。人们纷纷把目光聚焦于开发新型绿色缓冲包装材料。其中，淀粉作为一种来源广泛、绿色可再生的廉价资源，使用后能快速降解成水和二氧化碳，对环境无污染，广受青睐；开发淀粉的缓冲包装材料被认为是有巨大潜力的新型绿色包装，可实现“绿色包装”的愿景。
[0003]目前已有一些关于淀粉发泡缓冲包装材料的研究报道，但是制备的产品多为发泡球或发泡条，普遍存在生产不稳定、生产成本高、产品适用范围窄、产品性能较差等缺点。究其原因，主要包括以下几个方面：淀粉分子具有大量的羟基基团，在加热条件下羟基基团暴露，极易与水分子发生氢键结合，导致发泡前的粒料总持有较高的水分；在后续干燥脱水和发泡成型时，因为氢键等作用力较强，水分逸出能力被限制；不仅使得发泡前料的水分控制难度被大大提升；而且导致发泡动力不足，发泡倍率低，发泡材料的孔隙结构不完整；不仅增加了发泡产品的加工操作难度，而且直接导致产品性能劣化，使得淀粉发泡得到的产品往往不具备良好的机械强度和抗冲击性能。水分在淀粉发泡过程中承担发泡剂和增塑剂的作用，对于淀粉基发泡缓冲包装材料的加工行为和机械性能有着极端重要的影响，精准控制水分是淀粉发泡生产的关键。
[0004]已有的淀粉发泡研究中，对水分的控制主要集中在“物理脱水”上；如在中国专利技术专利申请CN 106800674 A中，要求发泡机喂入颗粒的含水量严格控制在13
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15wt％；该技术对原料水分进行了精确的要求，在原料预处理过程中采取了严苛的控水操作；中国专利技术专利申请CN107083005A公开了一种可生物降解的淀粉基发泡塑料母料及其发泡方法。先将淀粉和丙烯酸甲酯进行接枝共聚反应，制得改性淀粉并调整改性淀粉的含水量；然后再对聚丁二酸
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丁二醇等生物可生物降解聚酯在低温下研磨成粉末；最后将改性淀粉、聚酯以及适量塑化剂、成核剂和润滑剂等混合，得到淀粉基发泡塑料母料；在该技术中，淀粉反应/挤出产物含有高额水分，需要事前离心机去水，在干燥器中干燥，直到能满足发泡所需水分要求。上述水分要求和控水方法，显著增加了生产过程的人工成本和能耗成本，且由于主要采用物理除水方法，除水效率低，大大延长了生产周期。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有淀粉发泡产品加工技术的缺陷和不足，提供一种环保的，能耗低、效率高，发泡倍率高的淀粉基多层发泡缓冲支撑板材及其制备方法，淀粉基多
层发泡缓冲支撑板材的发泡倍率达到6
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8倍，机械压缩强度达到2
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4Mpa，回弹率为52
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68％。
[0006]本专利技术通过淀粉疏水改性结合微波干燥、恒温恒湿的方法精准调控热塑性淀粉发泡母粒水分质量含量，进而通过二次挤出发泡的方式生产出发泡倍率高、机械性能好的淀粉基多层发泡缓冲支撑板材。由于产品原料来源广泛、加工工艺简单且绿色环保、成品可根据需求随时进行后处理，对环境无任何污染。本产品加工体系能耗低、效率高，可集中生产母粒，异地生产发泡成品，提高产品的使用灵活性，并降低运输和贮存成本，适用于产业化生产。
[0007]在制备淀粉基多层发泡缓冲支撑板材的过程中，本专利技术通过将“化学疏水法”和“物理脱水法”联用，精准控制发泡母料的水分，进而实现二次加工过程中发泡板材的性能全面提升和生产的稳定高效。微波干燥是一种连续高效的干燥方式，是工业生产中常用的有效干燥手段。恒温恒湿系统的设计和应用，不仅避免了材料干燥不均匀导致的局部水分偏高或偏低引起的发泡产品性能不稳定，同时有效防止了发泡前母粒复水和实现了物料的转运保护和短期存储。长链烯基琥珀酸酐含有两个疏水的长链烷基和一个具有反应性的羧酸酐基团，利用酸酐的高表面活性，在挤出机高温高压高剪切条件下可以与淀粉上的羟基发生酯化反应，在淀粉上引进疏水基团；在固态碱营造的弱碱性环境中，长链烯基琥珀酸酐得以与塑化的淀粉高效率地反应得到疏水改性的淀粉熔体；疏水改性后的淀粉长链游离出一定含量的疏水长链。长链疏水基向外排列，降低淀粉表面能，形成低能表面，致使淀粉和水的氢键结合能力减弱；使得制得的淀粉熔体具有更低的水分质量含量和更弱的水分保持/结合能力。一方面，低水分质量含量直接使得发泡母粒具备更优秀的熔体强度和韧性。另一方面，弱的水分保持/结合能力使得产品在微波干燥时的效率大幅提升，降低了干燥能耗，缩短了脱水时间；在恒温恒湿进一步平衡水分时，也因此提高了脱水效率，能有效减少材料局部水分偏高或偏低引起的发泡产品性能不稳定；在发泡时，弱的水分保持/结合能力意味着水分子更强的逸出能力，表现为产品的发泡倍率更高，泡孔更均匀、致密，力学性能更优秀；同时因为水分保持/结合能力的有效削弱大大降低了发泡产品的复水能力，利于存储和运输。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：
[0009]一种淀粉基多层发泡缓冲支撑板材及其制备方法，该发泡缓冲支撑板材以淀粉为主要原料，通过双螺杆挤出机反应挤出系统引入长链烯基琥珀酸酐进行酯化疏水改性，结合微波干燥和恒温恒湿的方法分步制备母粒和成品，其中，它包括以下重量份组分：淀粉70
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80份，增塑剂4
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8份，发泡剂3
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6份，成核剂1
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2份，固态碱1
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5份，长链烯基琥珀酸酐1
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5份，粘结剂1
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5份。具体制备方法是：1)物料混合；2)淀粉发泡母粒的制备及初步水分控制；3)水分精准调控和保持；4)多层发泡缓冲支撑板材的制备。
[0010]为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述淀粉为源自马铃薯、玉米和木薯的原淀粉或氧化淀粉、酯化淀粉和交联淀粉等变性淀粉中的一种或多种。
[0011]优选地，所述增塑剂为甘油，聚乙烯醇，丙二醇和甘露醇中的一种或多种。优选地，所述成核剂为硅藻土、玻璃纤维、碳酸钙和蒙脱土中的一种或多种。
[0012]优选地，所述发泡剂为碳酸氢钠、乙醇、偶氮二甲酰胺和柠檬酸中的一种或多种。
[0013]优选地，所述的长链烯基琥珀酸酐为1
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辛烯基琥珀酸酐、2
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辛烯基琥珀酸酐和十二烯基琥珀酸酐中的一种或多种。
[0014]优选地，所述的固态碱为碳酸钠、磷酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠等固态碱类物质的一种或多种。
[0015]优选地，所述的粘结剂为可生物降解的聚丙交酯(聚乳酸)、聚己内酯、聚酯酰胺、聚羟基丁酸/戊酸酯等聚酯类聚合物中的一种或多种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.淀粉基多层发泡缓冲支撑板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)物料混合：将淀粉、增塑剂、成核剂、发泡剂、固态碱、长链烯基琥珀酸酐、粘结剂按质量份数分别为70
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80份、4
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8份、1
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2份、3
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6份、1
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5份、1
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5份、1
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5份充分搅拌混合，得混合物料；所述的长链烯基琥珀酸酐为1
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辛烯基琥珀酸酐、2
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辛烯基琥珀酸酐和十二烯基琥珀酸酐中的一种或多种；(2)淀粉发泡母粒的制备及初步水分控制：利用双螺杆挤出机，在高压高剪切作用下，使得混合物料中的淀粉相得以酯化疏水改性和充分塑化，经挤出机模头形成热塑性淀粉线状产品；控制所得热塑性淀粉线状产品水分质量含量为22
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27％；通过连续隧道式微波干燥线加热干燥，制备得到初步脱水的产品，控制所得初步脱水的产品的水分质量含量为15
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19％，切粒，得到待发泡母粒；(3)淀粉发泡母粒的精准水分调控：将发泡母粒在温度30
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60℃相对湿度20
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70％条件下进一步平衡脱水，控制所得产品水分质量含量在14
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17％；(4)多层发泡缓冲支撑板材的制备：对步骤(3)所得的淀粉发泡母粒进行发泡成板，冲裁、切割，定型后得到多层发泡缓冲支撑板材。2.根据权利要求1所述的淀粉基多层发泡缓冲支撑板材，其特征在于，所述淀粉为原淀粉、氧化淀粉、酯化淀粉和交联淀粉中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的淀粉基多层发泡缓冲支撑板材的制备方法，其特征在于，所述的原淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、高粱淀粉、绿豆淀粉、小麦淀粉和大米淀粉中的一种或多种；所述的氧化淀粉为木薯氧化淀粉、马铃薯氧化淀粉、玉米氧化淀粉、小麦氧化淀粉和大米氧化淀粉中的一种或多种；所述的酯化淀粉为木薯酯化淀粉、马铃薯酯化淀粉、玉米酯化淀粉、小麦酯化淀粉和大米酯化淀粉中的一种或多种；所述的交联淀粉为木薯交联淀粉、马铃薯交联淀粉、玉米交联淀粉、小麦交联淀粉和大米交联淀粉中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的淀粉基多层发泡缓冲支撑板材的制备方法，其特征在于，所述成核剂为硅藻土、玻璃纤维、碳酸钙和蒙脱土中的一种或多种；所述增塑剂为水、甘油、聚乙烯醇、丙二醇和甘露醇中的一种或多种；所述发泡剂为水、碳酸氢钠、乙醇、偶氮二甲酰胺和柠檬酸中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的淀粉基多层发泡缓冲支撑板材的制备方法，其特征在于，所述的固态碱为碳酸钠、磷酸钠、氢氧化钠和碳酸氢钠中的一种或多种；所述的粘结剂为聚丙交酯、聚己内酯、聚酯酰胺和聚羟基丁酸/戊酸酯中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的淀粉基多层发泡缓冲支撑板材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的将发泡母粒在温度30
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60℃相对湿度20
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70％条件下进一步平衡脱水是在恒温恒湿房中进行。7.根据权利要求1所述的淀粉基多层发...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏生，蒋天宇，段庆飞，余龙，周颖琳，杨茂，
申请(专利权)人：中新国际联合研究院，
类型：发明
国别省市：