一種輕質淀粉基高韌性復合發泡材料的制作方法
【專利說明】
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技術領域
[0002] 本發明涉及一種環保發泡材料的制備方法，尤其涉及一種具有質量輕的，且具有 優異韌性的、環保的淀粉基復合發泡材料的制備方法。
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【背景技術】
[0004] 塑料材料雖然擁有較優異的性能和廣泛的適用性，但其來源于石油產品且無法降 解，在資源危機和環境污染越發嚴重的今天，尋找性能優良且可再生的替代材料則成為目 前材料領域研究的重中之重。在緩沖包裝領域，聚苯乙烯發泡材料（EPS)因其優良的成型能 力，發泡倍數和緩沖性能占據了緩沖包裝材料的大部分份額。而聚乙烯發泡材料（EPE)雖 然其緩沖性一般，但成本低廉，也被廣泛應用于對緩沖性要求低的包裝領域。但隨著人們環 保意識的增強，由塑料的非降解性所帶來的"白色污染"已經成為日益嚴峻的問題，因發泡 塑料如聚苯乙烯不易腐爛分解，燃燒時會散發有害氣體、造成環境污染且用于聚苯乙烯發 泡劑的氟氯碳化物（CFC8)會破壞大氣臭氧層，危害生物，在歐洲及美國部分地區，已明令 禁止使用EPS。找到一種制備工藝簡單，性能優良，環境友好的發泡塑料替代材料及其可工 業化的發泡成型的方法則成為材料科學領域的一大課題。
[0005] 在國內外，一些研究者在此領域進行了探索研究，在目前的可降解材料中，淀粉因 其便宜的價格和廣泛的來源已被深入研究并通過改性與復合制備了多種生活與工業用品， 如淀粉基膜、淀粉餐具等。而淀粉也被廣泛應用于發泡材料中，如CN1357562公開的一種 用于生產可完全降解植物淀粉發泡包裝材料的組合物采用全植物淀粉發泡而成，密度小。 CN101481506公布了一種植物纖維、淀粉發泡全降解材料防水制品，同樣采用植物淀粉、纖 維和防水劑共混擠出發泡得到具有較小密度的發泡產品。但淀粉有其天然的缺陷，它的力 學性能差，性能不穩定，只能運用于對力學性能要求低的領域。為了提高整體的強度，在淀 粉中加入其他具有較高強度的可降解材料如聚乳酸，CN101386703B公布了一種聚乳酸/熱 塑性淀粉發泡體及其生產方法，采用聚乳酸、熱塑性淀粉、脂肪族-芳香族聚酯、聚乳酸增 韌劑、成核劑為主要原料，采用發泡前驅體和發泡劑共同發泡擠出成型。CN1919926B公布了 一種聚乳酸-淀粉發泡材料及其制備方法，即先將聚乳酸和淀粉分別熔融后，再混合發泡， 形成耐水性、發泡率高的泡沫制品。然后這些方法在工藝實現及材料的性能方面仍存在較 大缺陷，如全降解發泡材料發泡倍率不足，在高發泡倍率后成型能力差，緩沖性差，且成型 困難等。而一般的可降解發泡材料由于大量淀粉的使用，還導致易吸水，即容易造成霉變也 容易導致力學性能的大幅下降。如可找到一種方法制備具有良好發泡倍率，且具有優異強 度和韌性的淀粉發泡材料，無疑將具有巨大的市場潛力。
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【發明內容】
[0007] 本發明的目的是為了克服淀粉發泡材料的發泡倍率高后緩沖性差，強度低的缺 陷，提供一種具有優異強度和緩沖特性的輕質的淀粉基發泡材料的制備方法。
[0008] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的： 一種輕質淀粉基高韌性復合發泡材料，該材料由熱塑性淀粉、納米植物纖維、淀粉-聚 乳酸接枝共聚物、氣凝膠粉末，八臂馬來酸酐P0SS粒子、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、 塑化劑及抗氧劑復合，通過超臨界C02為發泡劑擠出發泡加工而成。材料中各組分的按質 量份數比如下： 熱塑性淀粉為100份，納米植物纖維為10-20份，淀粉-聚乳酸接枝共聚物為35-55份， 氣凝膠粉末為3-6份，八臂馬來酸酐P0SS粒子2-4份、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油 酯3-8份、塑化劑及抗氧劑均為2-4份。
[0009] 進一步，所述熱塑性淀粉為以甘油等塑化劑塑化的天然淀粉，天然淀粉可為玉米 淀粉、木薯淀粉中的一種。
[0010] 進一步，所述的納米植物纖維為木纖維、竹纖維、細菌纖維素中的一種，纖維的直 徑介于50-200nm之間，長徑比介于50 :1-200 :1之間。
[0011] 其制備可采用木纖維、竹纖維、細菌纖維素原纖通過物理處理如閃爆發、機械破碎 法得到，也可通過化學法如酸水解法得到。也可直接購買市售產品。
[0012] 進一步，所述淀粉-聚乳酸接枝共聚物中淀粉的取代度(定義為每個淀粉葡萄糖 單元上的的羥基被取代的平均數)介于〇. 8-1. 4之間。淀粉接枝聚乳酸的合成方法較多，可 采用中國發明專利（【申請號】2011102832634)和（【申請號】2011101600822)所公開的方法制 備，也可以米用市售廣品。
[0013] 進一步，所述氣凝膠粉末為二氧化娃氣凝膠粉末，其密度介于0. 01-0. 500g/cm3 之間。
[0014] 氣凝膠粉末可采用硅氧凝膠冷凍干燥后磨粉制得，也可以使用直接購買市售產 品。氣凝膠粉末具有輕質，良好的強度和阻隔性等特點。
[0015] 進一步，所述淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝率介于45%_65%之間。淀粉接 枝甲基丙烯酸縮水甘油酯的制備方式多樣，如可采用木薯淀粉為原料，以過硫酸鉀為引發 劑，乳液聚合制備淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯。
[0016] 進一步，所述P0SS粒子為八臂馬來酸酐P0SS 多面體低聚硅倍半氧烷（P0SS)是一種具有八面體籠狀結構的硅氧結構，P0SS在籠狀 結構的角落上存在8個可進行改性的基團R。本發明中所涉及的八臂馬來酸酐P0SS的分子 結構式為：
進一步，所述的塑化劑為鄰苯二甲酸酯類塑化劑。
[0017] 進一步，所述抗氧劑為抗氧劑264，BHT，168,1010中的一種或幾種任意比例混合。
[0018] 進一步，其加工方法為： (1) :將所有原料于40°C下干燥兩天至充分干燥，先將熱塑性淀粉、納米植物纖維、淀 粉-聚乳酸接枝共聚物于50°C下高速共混10-15分鐘，后于130-150°C下熔融混煉共混均 勻后切粒，得到預混料A，備用； (2) :將預混料A、氣凝膠粉末，八臂馬來酸酐P0SS粒子、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油 酯、塑化劑及抗氧劑于50°C下高速共混10-15分鐘，后投入雙螺桿擠出發泡設備中，并通入 超臨界〇)2作為發泡劑擠出發泡； 其特征還在于： 擠出發泡過程中，擠出發泡溫度介于120-150Γ之間，超臨界C02的通入量為熱塑性淀 粉質量的6%-9%，雙螺桿擠出發泡設備機頭壓力介于5-8Mpa之間。
[0019] 進一步，所述雙螺桿擠出發泡設備為普通雙螺桿擠出機與熔體栗連接而成。
[0020] 進一步，所述超臨界0)2在雙螺桿擠出機后段即均化段進料。
[0021] 本發明的有益效果在于：體系中熱塑性淀粉作為主體，淀粉塑化后具有較好的加 工性、納米植物纖維的存在起到連接和增強的作用，淀粉-聚乳酸接枝共聚物具有較淀粉 更好的彈性且可提高熔體強度，氣凝膠粉末可有效降低材料的密度，且強化了材料的強度， 八臂馬來酸酐P0SS粒子在其中也起到復合增強且改善相容劑的作用，淀粉接枝甲基丙烯 酸縮水甘油酯作為主相容劑起到連接淀纖維和淀粉-聚乳酸接枝共聚物的作用，超臨界C02 發泡則有利于較大的發泡倍數和泡孔的均勻。
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【具體實施方式】
[0023] 應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0024] 具體實施例1 一種輕質淀粉基高韌性復合發泡材料，該材料由熱塑性淀粉、納米植物纖維、淀粉-聚 乳酸接枝共聚物、氣凝膠粉末，八臂馬來酸酐P0SS粒子、淀粉接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯、 塑化劑及抗氧劑復合擠出發泡而成，各組分的質量為： 熱塑性淀粉為2. 6Kg，納米植物纖維為0. 39Kg，淀粉-聚乳酸接枝共聚物為1. 092K