專利名稱：植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中空板材，尤其是涉及一種用于制作箱類物品的生物降解中空板材。
背景技術(shù)：
目前世界上大量的工業(yè)品、果蔬等人們生產(chǎn)和生活物品，大都采用紙板(張)制成的紙箱(包括瓦楞紙箱)進(jìn)行包裝，由此會造成全球每年數(shù)以千萬計(jì)的樹木為此被砍伐。而森林砍伐會造成環(huán)境退化和物種多樣性的減少，造成氣候變遷和地理環(huán)境改變。森林砍伐后沒有足夠的造林，會造成水土保持破壞、氣候變遷、物種多樣性減少和生活品質(zhì)下降。自19世紀(jì)中期，約在1852年之后，地球已經(jīng)經(jīng)歷了前所未有的森林破壞，歐洲的森林正在被 酸雨侵蝕，而西伯利亞的森林非常大的地區(qū)從蘇聯(lián)瓦解之后就被轉(zhuǎn)成耕地。全球的熱帶雨林正以每年1700萬公頃的速度減少，很多物種滅絕。在過去20年，阿富汗已經(jīng)失去了超過70%的森林。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的報告，全球森林面積正以每年減少730萬公頃的速度消失，美國和英國每天砍伐樹木約80畝。每年全球紙張產(chǎn)用量已達(dá)3. 2億噸，如果以每噸紙需砍伐4棵平均20年樹齡的樹木作原料的話，那么I年就有近13億棵這樣的樹木從地球上消失。為保護(hù)人類生存環(huán)境，減少森林砍伐，盡可能減少紙箱的使用，已成為各國包裝行業(yè)的發(fā)展趨勢。如是用聚烯烴中空板材來制造包裝箱替代部分紙箱包裝應(yīng)運(yùn)而生。但目前國內(nèi)外主要還是局限于聚烯烴類或聚烯烴添加碳酸鈣的中空板材，這類中空板材大量使用了聚烯烴類塑料，而聚烯烴類塑料會給環(huán)境造成大量的“白色污染”。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中使用紙板(張)作為包裝材料，要消耗大量樹木，造成水土流失和生態(tài)環(huán)境破壞以及采用聚烯烴中空板材作為包裝材料會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染的問題，本發(fā)明提供了一種用植物纖維、淀粉和合成生物材料經(jīng)微發(fā)泡生物降解工藝制成的中空板材作為包裝材料代替紙箱和塑料箱，不僅具有板材強(qiáng)度高、韌性好、體輕易著色、便于成型加工的特點(diǎn)，而且可節(jié)省樹木，降低生產(chǎn)成本，能自然生物降解，有利于環(huán)境保護(hù)的植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是它由重量為5-15%的天然植物纖維、40-50%的淀粉和35-55%的合成生物材料組成，并按下述方法制備而成先將天然植物纖維與淀粉預(yù)混，再在預(yù)混料中加入與預(yù)混料相同重量并由冰醋酸和醋酸酐混合而成的處理劑，均勻混合后形成混合物，將混合物在微波設(shè)備中預(yù)處理5-6分鐘后，再在混合物中加入占混合物重量1-1. 5%的塑化劑和合成生物材料并在溫度120-130°C下混合，得到改性植物纖維復(fù)合基料，冷卻后再在改性植物纖維復(fù)合基料中加入改性植物纖維復(fù)合基料重量
0.5-0. 8%的發(fā)泡劑，再將改性植物纖維復(fù)合基料放在同向平行雙螺桿設(shè)備中經(jīng)過低溫高剪切、擠出微發(fā)、定型和裁切，即可制得植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材。所述天然植物纖維為棉、木、竹、麻等植物的籽、葉、莖、果等經(jīng)處理得到的纖維，所述淀粉優(yōu)選薯類淀粉和玉米淀粉，所述冰醋酸和醋酸酐混合形成的處理劑中冰醋酸重量大
于醋酸酐重量。本發(fā)明所述的合成生物材料為聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、改性聚乳酸(PLA)、聚羥基脂肪酸酯(PHB)或聚乙烯醇(PVA)等，優(yōu)選聚丁二酸丁二醇酯或聚乙烯醇。所述塑化劑為甘油、聚甘油、山梨醇、失水山梨醇、蔗糖等物質(zhì)與脂肪酸生成的酯類以及甲酰胺、尿素等。優(yōu)選脂肪酸單甘油酯、失水山梨醇酯、甲酰胺或尿素。(其中尿素和甲酰胺可以阻止熱塑性淀粉材料的回生)
所述發(fā)泡劑為碳酸氫鈉或碳酸氫銨。為進(jìn)一步增加本發(fā)明所述中空板材的抗拉強(qiáng)度及硬度，可用少量玻璃纖維代替部份天然植物纖維，即天然植物纖維中可含有少量玻璃纖維，其玻璃纖維含量控制在天然植物纖維重量10%以內(nèi)。同時，改變中空板材模具的中空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也可以使中空板材獲得不同程度上硬度、強(qiáng)度的提高。

本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)聚烯烴粒料或聚烯烴添加碳酸鈣材料造粒后再經(jīng)單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)中空板材工藝，而是采用將植物纖維、粉料、合成生物材料通過改性后，采用同向平行雙螺桿設(shè)備的低溫高剪切，一步合成植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材，制成的中空板材可替代目前聚烯烴中空板材及瓦楞紙板，廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品的隔護(hù)、周轉(zhuǎn)箱及包裝箱。其產(chǎn)品較目前國內(nèi)類似制品密度下降10%以上，體質(zhì)輕，但強(qiáng)度和韌性提高20%以上，在生物質(zhì)材料添加量超過60%后仍可以保持較好的強(qiáng)度、韌性及加工性，相對于聚烯烴或碳酸鈣填充聚烯烴中空板材成本均有較大程度降低。原料采用的是生物可降解材料，不含PE、PP、PS、PVC等聚烯烴材料，在保證制品使用性能的基礎(chǔ)上，材料的成本、強(qiáng)度、韌性、比重、降解性能、降解周期等也得到很好解決，有效的節(jié)省了木材資源，減少了塑料原料的使用，實(shí)現(xiàn)了低碳和環(huán)保。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，所述植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材由重量為10%的天然棉類植物纖維、45%的薯類淀粉和45%的聚乙烯醇組成，并按下述方法制備而成先將重量為10%的天然棉類植物纖維與重量為45%的薯類淀粉預(yù)混，再在預(yù)混料中加入與預(yù)混料重量比為I : I處理劑，所述處理劑由重量比為6 4的冰醋酸和醋酸酐混合而成，均勻混合后形成混合物，將混合物在微波設(shè)備中預(yù)處理5-6分鐘，使植物纖維與淀粉合成，再在混合物中分別加入上述混合物重量為I. 25%的失水山梨醇酯(塑化劑)以及上述重量為45%的聚乙烯醇原料，并在溫度120-130°C下高速混合8分鐘，得到改性植物纖維復(fù)合基料，冷卻后備用，然后再在改性植物纖維復(fù)合基料中加入改性植物纖維復(fù)合基料重量0. 65%的碳酸氫鈉發(fā)泡劑，再將含有發(fā)泡劑的改性植物纖維復(fù)合基料放在同向平行雙螺桿設(shè)備中經(jīng)過低溫高剪切(即在160-180°C下進(jìn)行雙螺桿剪切，而雙螺桿產(chǎn)生的剪切力高)、擠出微發(fā)(即在擠壓過程中產(chǎn)生輕微發(fā)泡)、定型和裁切，即可制得植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材。實(shí)施例2，所述植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材由重量為15%的天然葉子植物纖維、50%的玉米淀粉和35%的聚丁二酸丁二醇酯組成，并按下述方法制備而成先將重量為15%的天然葉子植物纖維與重量為50%的玉米淀粉預(yù)混，再在預(yù)混料中加入與預(yù)混料重量比為I : I處理劑，所述處理劑由重量比為7 3的冰醋酸和醋酸酐混合而成，均勻混合后形成混合物，將混合物在微波設(shè)備中預(yù)處理5-6分鐘后，再在混合物中分別加入上述混合物重量1%的脂肪酸單甘油酯(塑化劑)以及上述重量為35%的聚丁二酸丁二醇酯原料(合成生物材料)，并在溫度120-130°C下混合10分鐘，得到改性植物纖維復(fù)合基料，冷卻后備用，然后再在改性植物纖維復(fù)合基料中加入改性植物纖維復(fù)合基料重量0. 5%的碳酸氫銨發(fā)泡劑，再將含有發(fā)泡劑的改性植物纖維復(fù)合基料放在同向平行雙螺桿設(shè)備中經(jīng)過低溫高剪切(即在160-180°C下進(jìn)行雙螺桿剪切，而雙螺桿產(chǎn)生的剪切力高)、擠出微發(fā)(SP在擠壓過程中產(chǎn)生輕微發(fā)泡)、定型和裁切，即可制得植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材。實(shí)施例3，所述植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材由重量為5%的天然莖類植物纖維、40%的玉米淀粉和55%的聚丁二酸丁二醇酯組成，并按下述方法制備而成先將重 量為10%的天然莖類植物纖維與重量為40%的玉米淀粉預(yù)混，再在預(yù)混料中加入與預(yù)混料重量比為I : I處理劑，所述處理劑由重量比為5. 5 4. 5的冰醋酸和醋酸酐混合而成，均勻混合后形成混合物，將混合物在微波設(shè)備中預(yù)處理5-6分鐘后，再在混合物中分別加入上述混合物重量I. 5%的甲酰胺或尿素(塑化劑)以及上述重量為55%的聚乙烯醇原料(合成生物材料)，并在溫度120-130°C下高速混合7分鐘，得到改性植物纖維復(fù)合基料，冷卻后備用，然后再在改性植物纖維復(fù)合基料中加入改性植物纖維復(fù)合基料重量0. 8%的碳酸氫鈉發(fā)泡劑，再將含有發(fā)泡劑的改性植物纖維復(fù)合基料放在同向平行雙螺桿設(shè)備中經(jīng)過低溫高剪切(即在160-180°C下進(jìn)行雙螺桿剪切，而雙螺桿產(chǎn)生的剪切力高)、擠出微發(fā)(即在擠壓過程中產(chǎn)生輕微發(fā)泡)、定型和裁切，即可制得植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材。實(shí)施例4，所述植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材由重量為14%的天然葉子植物纖維、1%的玻璃纖維、50%的玉米淀粉和35%的聚丁二酸丁二醇酯組成，實(shí)施例4除上述組成與實(shí)施例2不同外，其它方法步驟與實(shí)施例2相同。
權(quán)利要求
1.植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材，其特征在于它由重量為5-15%的天然植物纖維、40-50%的淀粉和35-55%的合成生物材料組成，并按下述方法制備而成先將天然植物纖維與淀粉預(yù)混，再在預(yù)混料中加入與預(yù)混料相同重量并由冰醋酸和醋酸酐混合而成的處理劑，均勻混合后形成混合物，將混合物在微波設(shè)備中預(yù)處理5-6分鐘后，再在混合物中加入占混合物重量1-1. 5%的塑化劑和合成生物材料并在溫度120-130°C下混合，得到改性植物纖維復(fù)合基料，冷卻后再在改性植物纖維復(fù)合基料中加入改性植物纖維復(fù)合基料重量0. 5-0. 8%的發(fā)泡劑，再將改性植物纖維復(fù)合基料放在同向平行雙螺桿設(shè)備中經(jīng)過低溫高剪切、擠出微發(fā)、定型和裁切，即可制得植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材，其特征在于所述天然植物纖維中含有天然植物纖維重量10%以內(nèi)的玻璃纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材，其特征在于所述塑化劑為脂肪酸單甘油酯、失水山梨醇酯、甲酰胺或尿素。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材，其特征在于所述合成生物材料為聚丁二酸丁二醇酯或聚乙烯醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材，它由重量為5-15%的天然植物纖維、40-50%的淀粉和35-55%的合成生物材料組成，并按下述方法制備而成先將天然植物纖維與淀粉預(yù)混，再在預(yù)混料中加入處理劑，將混合物在微波設(shè)備中預(yù)處理5-6分鐘后，再在加入塑化劑和合成生物材料，在溫度120-130℃下混合得到改性植物纖維復(fù)合基料，冷卻后在改性植物纖維復(fù)合基料中加入0.5-0.8%的發(fā)泡劑，再在同向雙螺桿設(shè)備中經(jīng)過低溫高剪切、擠出微發(fā)、定型和裁切，即可制得植物纖維復(fù)合微發(fā)泡生物降解中空板材。本發(fā)明原料采用的是生物可降解材料，在保證制品使用性能的基礎(chǔ)上，節(jié)省了木材資源，減少了塑料使用，降低了成本，實(shí)現(xiàn)了低碳和環(huán)保。
文檔編號C08L97/02GK102766277SQ20121026944
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者楊洋, 翟國強(qiáng), 高婉琴 申請人:江西禾爾斯環(huán)?？萍加邢薰?br>