一种淀粉发泡材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种淀粉发泡材料及其制备方法，按重量份数计，包括以下组分：淀粉基料：70‑90份；增塑剂：0.5‑10份；成核剂：0.5‑5份；发泡剂：0.5‑5份；糊化剂：10‑15份；其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。本发明专利技术的淀粉发泡材料采用柠檬酸或碳酸钠作为发泡剂，水作为糊化剂，改变了传统技术中以水为发泡体系的研发思路，采用发泡剂+水复合的发泡体系，柠檬酸能在高温下释放出二氧化碳，而碳酸钠能与水反应生成碳酸氢钠，进而受热分解释放出二氧化碳，二氧化碳的产生使得淀粉发泡材料由内至外产生均匀分布气孔，最终获得的淀粉发泡材料具有较高的发泡率以及均匀的泡孔，提高了淀粉发泡材料的缓冲性能，使其满足缓冲包装材料的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种淀粉发泡材料及其制备方法
本专利技术涉及缓冲包装材料
，特别是涉及一种淀粉发泡材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业技术的迅速发展，石油基泡沫塑料在生产生活中广泛使用，在给人类带来便利的同时，也给环境造成了严重的负面影响。这是因为石油基泡沫塑料难以降解，并且含有大量的有毒物质，给陆地、海洋等生态环境造成了非常严重的负担。因此，研究者们开始将目光转向生物塑料，生物塑料以生物质为原料，不依赖于石油资源，其以可再生性和可生物降解性两大优势成为了低碳经济大旗下首选的塑料新材料。淀粉是植物经光合作用而形成的碳水化合物，是一种来源丰富、价格低廉的可再生资源，自然界的酶可作用导致降解，成为科研工作者追逐的一种理想生物质资源。然而，淀粉亲水性强、塑性差、本身成型能力不足，也给其应用造成一定的困难，因此，淀粉基天然高分子材料的研究得到了极大的重视。泡沫材料可以看作是气体充分分散在高分子材料基体中的复合材料，目前，现有技术淀粉发泡材料的主要技术思路为：将淀粉、聚乙烯醇和水等复合，低温挤出造粒后，使物料残留部分水，水作为发泡剂，在高温高速挤出时进行发泡，进而得到发泡制品。然而，以水为发泡体系的淀粉发泡材料仍然存在一些缺陷，例如含水量少时发泡率低，含水量高时容易产生发泡体破裂，发泡不均匀等问题，进而导致淀粉发泡材料的机械性能和缓冲性能下降，极大地限制了其在运输包装领域的应用。因此，急需提供一种具有发泡率较高、泡孔均匀的高性能淀粉发泡材料，使其达到缓冲包装材料的要求。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种淀粉发泡材料及其制备方法，其通过配方的改良和制备方法的优化，获得了发泡率较高、泡孔均匀的高性能淀粉发泡材料。本专利技术是基于以下专利技术构思实现的：一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。相对于现有技术，本专利技术的淀粉发泡材料采用了柠檬酸或碳酸钠作为发泡剂，而水是作为糊化剂，改变了传统技术中以水为发泡体系的研发思路，创造性地采用发泡剂+水复合的发泡体系，其中，柠檬酸能在高温下释放出二氧化碳，而碳酸钠能与水反应生成碳酸氢钠，进而受热分解释放出二氧化碳，两种发泡剂产生的二氧化碳都能使淀粉发泡材料由内至外产生均匀分布气孔，最终获得的淀粉发泡材料具有较高的发泡率以及均匀的泡孔，提高了淀粉发泡材料的缓冲性能，使其满足缓冲包装材料的要求。进一步地，所述淀粉基料为原淀粉或改性淀粉的一种；所述原淀粉为木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉、豆类淀粉和大米淀粉的任意一种或几种的组合；所述改性淀粉为酸解淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和交联淀粉的任意一种或几种的组合。进一步地，所述增塑剂为丙二醇、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇、甘露醇和木糖醇中的任意一种或两种以上的混合物。进一步地，所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、硅藻土、玻璃纤维、淀粉晶、纤维晶和蒙脱土的任意一种或几种的组合。基于上述专利技术构思，本专利技术还提供了一种淀粉发泡材料的制备方法，包括以下步骤：S1、物料混合：按照所述的淀粉发泡材料的组成配制原料加入到高速混合机中混合均匀，获得混合物料；S2、制粒：将步骤S1的混合物料采用双螺杆挤出机熔融挤出，并采用切粒机制粒后获得热塑性淀粉粒料；其中，所述双螺杆挤出机中设有多段剪切混合加热区间；S3、发泡：步骤S2的热塑性淀粉粒料经过单螺杆挤出机挤出并发泡形成片材，其中，所述螺杆挤出机设有多段挤出加热区间。相对于现有技术，本专利技术的淀粉发泡材料的制备方法的挤出制粒步骤中设置了多段剪切混合加热区间，能够满足挤出工艺加料段、压缩段和均化段的不同温度要求，同时，本专利技术还设置了多段挤出加热区间，能够满足挤出发泡工艺中发泡过程温度要求，最终获得了具有较高的发泡率以及均匀的泡孔的淀粉发泡材料，极大地提高了淀粉发泡材料的缓冲性能。进一步地，在步骤S1中，所述高速混合机的具体参数为：高速混合机转速为500-1000rmp，温度为60-80℃，时间为5-10min。进一步地，在步骤S2中，所述双螺杆挤出机的具体参数为：双螺杆挤出机长径比为(25-50)：1，送料流量为30-45L/h，螺杆转速为50-100rmp，摸头温度为60-80℃；采用循环式往复泵和高压喷头注水，注水量为所述混合物料重量的10-20％，注水流量为3-8L/h，获得的所述热塑性淀粉粒料的含水量为10-17％。本专利技术控制获得的热塑性淀粉粒料的含水量在10-17％，若含水量过高，容易导致发泡体破裂或发泡不均匀，若含水量过低则发泡率偏低，缓冲性能不佳，因此，在这一含水量条件下，淀粉粒料具有最佳的发泡性能和缓冲性能。同时，采用循环式往复泵和高压喷头在双螺杆机挤出过程中注水，能够让水分子在淀粉粒料中的分布更加均匀，进而让泡孔的分布更加均匀。进一步地，在步骤S2中，所述剪切混合加热区间设有七个，分别为第一加热区间，其温度为30-50℃；第二加热区间，其温度为50-70℃；第三加热区间，其温度为70-100℃；第四加热区间，其温度为70-120℃；第五加热区间，其温度为70-150℃；第六加热区间，其温度为70-150℃；第七加热区间，其温度为60-80℃。本专利技术设置了七个剪切混合加热区间，这前六个加热区间的温度缓慢升高，其最高温度150℃低于发泡剂的热分解温度，防止发泡剂在剪切混合的过程中发生热分解，而在第七加热区间设置较低的温度，进而防止淀粉发泡材料在挤出工艺时分解发黄、产生变色线、发泡等影响成品质量的问题。进一步地，在步骤S3中，所述单螺杆挤出机的具体参数为：单螺杆挤出机长径比为(15-30)：1，螺杆转速为120-180rmp，所述热塑性淀粉粒料的进料速度为25-35kg/h。进一步地，在步骤S3中，所述单螺杆挤出机采取多段控温，设置了四个挤出加热区间，分别为第一挤出加热区间，其温度为60-80℃；第二挤出加热区间，其温度为100-150℃；第三挤出加热区间，其温度为150-220℃；第四挤出加热区间，其温度为150-220℃。本专利技术设置了四个挤出加热区间，首先在60-80℃的挤出加热区间中，材料缓慢升温缓慢塑化，而升温至100-150℃时，材料内部残余的水缓慢地产生水蒸汽，进而被已塑化的部分包裹形成气孔，待水分子蒸发完成后，升温至150-220℃，发泡剂发生热分解产生二氧化碳，二氧化碳气体在材料中由内而外形成均匀分布的气孔。因此，本专利技术设置不同的发泡温度区，让发泡剂+水的复合发泡体系充分发泡，进而让淀粉材料的发泡率更高、泡孔分布更加均匀。附图说明图1为本专利技术的淀粉发泡材料的制备方法流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种淀粉发泡材料，按重量份数计，包括以下组分：其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。所述淀粉基料为原淀粉或改性淀粉的一种；所述原淀粉为木薯淀粉、小麦淀粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种淀粉发泡材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：/n淀粉基料：70-90份；/n增塑剂：0.5-10份；/n成核剂：0.5-5份；/n发泡剂：0.5-5份；/n糊化剂：10-15份；/n其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。/n

【技术特征摘要】
1.一种淀粉发泡材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
淀粉基料：70-90份；
增塑剂：0.5-10份；
成核剂：0.5-5份；
发泡剂：0.5-5份；
糊化剂：10-15份；
其中，所述发泡剂为柠檬酸和碳酸钠的任意一种；所述糊化剂为水。


2.根据权利要求1所述的淀粉发泡材料，其特征在于：所述淀粉基料为原淀粉或改性淀粉的一种；所述原淀粉为木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉、豆类淀粉和大米淀粉的任意一种或几种的组合；所述改性淀粉为酸解淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和交联淀粉的任意一种或几种的组合。


3.根据权利要求2所述的淀粉发泡材料，其特征在于：所述增塑剂为丙二醇、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇、甘露醇和木糖醇中的任意一种或两种以上的混合物。


4.根据权利要求3所述的淀粉发泡材料，其特征在于：所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、硅藻土、玻璃纤维、淀粉晶、纤维晶和蒙脱土的任意一种或几种的组合。


5.一种淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、物料混合：按照权利要求1-4任一项所述的淀粉发泡材料的组成配制原料加入到高速混合机中混合均匀，获得混合物料；
S2、制粒：将步骤S1的混合物料采用双螺杆挤出机熔融挤出，并采用切粒机制粒后获得热塑性淀粉粒料；其中，所述双螺杆挤出机中设有多段剪切混合加热区间；
S3、发泡：步骤S2的热塑性淀粉粒料经过单螺杆挤出机挤出并发泡形成片材，其中，所述螺杆挤出机设有多段挤出加热区间。


6.根据权利要求5所述的淀粉发泡材料的制备方法，其特征在于：在步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏生，刘丹青，
申请(专利权)人：广州绿发材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44