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CN110790985B - 淀粉泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

淀粉泡沫材料及其制备方法 Download PDF

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CN110790985B CN201810869137.9A CN201810869137A CN110790985B CN 110790985 B CN110790985 B CN 110790985B CN 201810869137 A CN201810869137 A CN 201810869137A CN 110790985 B CN110790985 B CN 110790985B
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Abstract

本发明涉及一种淀粉泡沫材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：称取淀粉原料及助剂混合、混炼、挤出造粒得粒料；将所述粒料挤出发泡成型得发泡体；将所述发泡体填入成型模具中加压后，进行微波加热，脱模，即得。上述淀粉泡沫材料的制备方法，先对原料进行混合、混炼、挤出造粒，再进行挤出发泡，原料可以更好地被剪切塑化，有利于提高发泡率以及发泡均匀性；然后将发泡体填入成型模具并加压后进行微波加热，一方面可以在短时间内(5～10s)快速干燥发泡体，另一方面，经微波加热干燥，可使发泡体中气孔扩大，发泡体进一步膨胀，从而提高淀粉发泡材料的缓冲性能。

Description

淀粉泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及淀粉泡沫材料生产领域，特别是涉及一种淀粉泡沫材料及其制备方法。
背景技术
随着快递物流和包装行业的不断发展，市场对缓冲包装材料的需求量逐年上升。常见的缓冲包装材料主要有发泡聚乙烯(EPE)和发泡聚苯乙烯(EPS)等，但这些石油基泡沫材料在自然界中不可降解，对环境产生了巨大污染。近年来，淀粉发泡材料由于其价格便宜和可降解等优势，已经开始逐步应用于缓冲包装领域。然而，由于传统制造工艺制备的淀粉发泡材料存在缓冲性能较低等缺点，还无法取代传统石油基泡沫应用于家电包装等领域。
发明内容
基于此，有必要提供一种具有高缓冲性能的淀粉泡沫材料及其制备方法。
一种淀粉泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
称取淀粉原料及助剂混合、混炼、挤出造粒得粒料；
将所述粒料挤出发泡成型得发泡体；
将所述发泡体填入成型模具中加压后，进行微波加热，脱模，即得。
在其中一个实施例中，在将所述发泡体填入所述成型模具之前，还包括在所述发泡体上涂覆黏合液的步骤。
在其中一个实施例中，所述黏合液选自水、聚乙烯醇类水性胶黏剂、乙烯乙酸酯类水性胶黏剂和丙烯酸类水性胶黏剂中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述混炼、挤出造粒通过双螺杆挤出机进行，所述挤出发泡成型通过单螺杆挤出机进行。
在其中一个实施例中，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(30～40):1，螺杆转速为30r/min～120r/min。
在其中一个实施例中，所述单螺杆挤出机的螺杆长径比为(30～40):1，螺杆转速为30r/min～150r/min。
在其中一个实施例中，所述双螺杆挤出机的不同区间的温度范围为60℃～120℃。
在其中一个实施例中，所述单螺杆挤出机的不同区间的温度范围为100℃～220℃。
在其中一个实施例中，所述加压为使得所述成型模具的成型腔中的气压为150KPa～300KPa。
在其中一个实施例中，所述微波加热的功率为600W～900W，加热时间为5s～10s。
在其中一个实施例中，所述助剂包括增塑剂、成核剂、发泡剂和糊化剂；所述淀粉原料及所述助剂的重量百分数分别为：淀粉原料70％～80％、增塑剂5％～10％、成核剂0.5％～5％、发泡剂0.5％～5％及糊化剂10％～15％。
在其中一个实施例中，所述淀粉原料为原淀粉或变性淀粉，所述原淀粉选自木薯淀粉、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中的至少一种，所述变性淀粉选自酸解淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和交联淀粉中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述增塑剂选自丙二醇、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇、甘露醇和木糖醇中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述成核剂选自滑石粉、碳酸钙和碳酸氢钠中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述发泡剂选自柠檬酸和碳酸钠中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述糊化剂为水。
一种淀粉泡沫材料，由上述任一实施例所述的淀粉泡沫材料的制备方法制备得到。
上述淀粉泡沫材料的制备方法，先对原料进行混合、混炼、挤出造粒，再进行挤出发泡，原料可以更好地被剪切塑化，有利于提高发泡率以及发泡均匀性；然后将发泡体填入成型模具并加压后进行微波加热，一方面可以在短时间内(5～10s)快速干燥发泡体，另一方面，经微波加热干燥，可使发泡体中气孔扩大，发泡体进一步膨胀，从而提高淀粉发泡材料的缓冲性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本实施例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取交联淀粉80kg、丙三醇5kg、碳酸钙0.5kg、柠檬酸0.5kg、水14kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合物料送入双螺杆挤出机混炼、挤出造粒得到粒料，设定双螺杆挤出机七段温度分别为温度60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃；双螺杆挤出机的螺杆的长径比为30:1，螺杆转速为30r/min。
将粒料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比30:1，螺杆转速150r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为2个，切刀转速为2500r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂水，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，在150KPa压强下进行微波加热，微波加热功率600W加热8s后脱模取出，得到回弹率为85％的淀粉泡沫材料。
实施例2
本实施例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取玉米淀粉70kg、聚乙二醇10kg、滑石粉4.5kg、碳酸钠0.5kg、水15kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合物料送入双螺杆挤出机混炼、挤出造粒得到粒料，设定双螺杆挤出机七段温度分别为温度60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃；双螺杆挤出机的螺杆的长径比为40:1，螺杆转速为120r/min。
将粒料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比40:1，螺杆转速150r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为4个，切刀转速为1200r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂聚乙烯醇类水性胶黏剂，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，在300KPa压强下进行微波加热，微波加热功率750W加热8s后脱模取出，得到回弹率为80％的淀粉泡沫材料。
实施例3
本实施例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取酯化淀粉75kg、山梨醇5kg、碳酸氢钠5kg、柠檬酸5kg、水10kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合物料送入双螺杆挤出机混炼、挤出造粒得到粒料，设定双螺杆挤出机七段温度分别为温度60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃；双螺杆挤出机的螺杆的长径比为30:1，螺杆转速为30r/min。
将粒料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、220℃、220℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比40:1，螺杆转速30r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为2个，切刀转速为2500r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂丙烯酸类水性胶黏剂，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，在150KPa压强下进行微波加热，微波加热功率900W加热8s后脱模取出，得到回弹率83％为的淀粉泡沫材料。
实施例4
本实施例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取大米淀粉75kg、丙二醇5kg、碳酸钙2.5kg、柠檬酸2.5kg、水15kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合物料送入双螺杆挤出机混炼、挤出造粒得到粒料，设定双螺杆挤出机七段温度分别为温度60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃；双螺杆挤出机的螺杆的长径比为30:1，螺杆转速为30r/min。
将粒料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比30:1，螺杆转速150r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为2个，切刀转速为2500r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂乙烯乙酸酯类水性胶黏剂，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，在150KPa压强下进行微波加热，微波加热功率600W加热8s后脱模取出，得到回弹率78％为的淀粉泡沫材料。
实施例5
本实施例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取交联淀粉80kg、丙三醇5kg、碳酸钙0.5kg、柠檬酸0.5kg、水14kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合物料送入双螺杆挤出机混炼、挤出造粒得到粒料，设定双螺杆挤出机七段温度分别为温度60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃；双螺杆挤出机的螺杆的长径比为30:1，螺杆转速为30r/min。
将粒料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比30:1，螺杆转速150r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为2个，切刀转速为2500r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂水，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，在800KPa压强下进行微波加热，微波加热功率600W加热8s后脱模取出，得到回弹率为80％的淀粉泡沫材料。
对比例1
本对比例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取交联淀粉80kg、丙三醇5kg、碳酸钙0.5kg、柠檬酸0.5kg、水14kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合物料送入双螺杆挤出机混炼、挤出造粒得到粒料，设定双螺杆挤出机七段温度分别为温度60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃；双螺杆挤出机的螺杆的长径比为30:1，螺杆转速为30r/min。
将粒料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比30:1，螺杆转速150r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为2个，切刀转速为2500r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂水，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，合模注入热空气，在150KPa压强下进行加热20s，得到回弹率为65％的淀粉泡沫材料。
对比例2
本对比例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取交联淀粉80kg、丙三醇5kg、碳酸钙0.5kg、柠檬酸0.5kg、水14kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比30:1，螺杆转速150r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为2个，切刀转速为2500r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂水，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，在150KPa压强下进行微波加热，微波加热功率600W加热8s后脱模取出，得到回弹率为76％的淀粉泡沫材料。
对比例3
本对比例提供的淀粉泡沫材料由以下制备方法得到。
取交联淀粉80kg、丙三醇5kg、碳酸钙0.5kg、柠檬酸0.5kg、水14kg放入高速混合机中，在55℃下以70r/min速率搅拌共混25min。
将混合物料送入双螺杆挤出机混炼、挤出造粒得到粒料，设定双螺杆挤出机七段温度分别为温度60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃；双螺杆挤出机的螺杆的长径比为30:1，螺杆转速为30r/min。
将粒料通过单螺杆挤出机发泡成型并在出模口采用切粒机旋切得到发泡球，设定单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。单螺杆挤出机的螺杆的长径比30:1，螺杆转速150r/min，出模口孔径为3mm；切粒机切刀长为8cm，数量为2个，切刀转速为2500r/min。
经喷雾机向上述发泡球喷涂水，将上述发泡球填满成型模具的模腔(成型模具为可微波加热的塑料材质)，在常压下进行微波加热，微波加热功率600W加热8s后脱模取出，得到回弹率为72％的淀粉泡沫材料。
以上实施例和对比例制得的淀粉泡沫材料的回弹率的测定标准为GB6670-2008。
相比对比例1～3，实施例1～5的由本发明淀粉泡沫材料的制备方法制备得到的淀粉泡沫材料回弹率更好，具有较好的缓冲性能。
上述淀粉泡沫材料的制备方法，先对原料进行混合、混炼、挤出造粒，再进行挤出发泡，原料可以更好地被剪切塑化，有利于提高发泡率以及发泡均匀性；然后将发泡体填入成型模具并加压后进行微波加热，一方面可以在短时间内(5～10s)快速干燥发泡体，另一方面，经微波加热干燥，可使发泡体中气孔扩大，发泡体进一步膨胀，从而提高淀粉发泡材料的缓冲性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种淀粉泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
称取淀粉原料及助剂混合、混炼、挤出造粒得粒料；所述混炼、挤出造粒通过双螺杆挤出机进行，所述双螺杆挤出机的不同区间的温度范围为60℃～120℃；
将所述粒料挤出发泡成型得发泡体；所述挤出发泡成型通过单螺杆挤出机进行，所述单螺杆挤出机的不同区间的温度范围为100℃～220℃；
将所述发泡体填入成型模具中加压后，进行微波加热，脱模，即得；
所述助剂包括增塑剂、成核剂、发泡剂和糊化剂；所述淀粉原料及所述助剂的重量百分数分别为：淀粉原料70％～80％、增塑剂5％～10％、成核剂0.5％～5％、发泡剂0.5％～5％及糊化剂10％～15％；
所述淀粉原料为原淀粉或变性淀粉，所述原淀粉选自木薯淀粉、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中的至少一种，所述变性淀粉选自酸解淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和交联淀粉中的至少一种；和/或，
所述增塑剂选自丙二醇、丙三醇、山梨醇、聚乙二醇、甘露醇和木糖醇中的至少一种；和/或，
所述成核剂选自滑石粉、碳酸钙和碳酸氢钠中的至少一种；和/或，
所述发泡剂选自柠檬酸和碳酸钠中的至少一种；和/或，
所述糊化剂为水。
2.如权利要求1所述的淀粉泡沫材料的制备方法，其特征在于，在将所述发泡体填入所述成型模具之前，还包括在所述发泡体上涂覆黏合液的步骤。
3.如权利要求2所述的淀粉泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述黏合液选自水、聚乙烯醇类水性胶黏剂、乙烯乙酸酯类水性胶黏剂和丙烯酸类水性胶黏剂中的至少一种。
4.如权利要求1所述的淀粉泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的七段温度分别为60℃、80℃、100℃、110℃、100℃、90℃、80℃。
5.如权利要求4所述的淀粉泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述单螺杆挤出机4个区温度分别为100℃、190℃、200℃、200℃。
6.如权利要求1所述的淀粉泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述加压是将所述成型模具的成型腔中的气压加至150KPa～300KPa。
7.如权利要求1所述的淀粉泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述微波加热的功率为600W～900W，加热时间为5s～10s。
8.一种淀粉泡沫材料，其特征在于，由如权利要求1～7任一项所述的淀粉泡沫材料的制备方法制备得到。
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