7植物纤维增强淀粉塑料发泡餐具的研制

第30卷第5期 2002年9月 塑料工业 CHfNAPLASllCSINDUS佃Y {嚣鼗2l可降解植物纤维⋯ 李及珠谢太和 增强淀粉塑料发泡餐具的研制 (华南理工大学工业装备与控制系 蔡奕辉 撒气2 月 广州51064I)(惠州市环美降解树脂制品有限公司，惠州5161)25) 以植物纤维索混人Ps淀粉树脂中，促使多组分交联．使分子链从原来的线形或轻度支链形结构转化为三维网状 结构，形成纤维增强淀粉塑料泡沫，从而有效提高快餐具制品的降解性能、力学性能、加工性能，并降低成本。 关键词：植物纤维索淀粉塑料降解快餐具Ps发泡 1994年，瑞典的Ac．Albensson等⋯指出，合成 聚合物如PE、PS对微生物并不是完全惰性，而是 现出一定的(虽然是有限的)长期可生物降解性，且 其速度比以往预期的快。由此可见，提高淀粉／PE、 淀粉／Ps等降解蛆料降解速率的措施，就是着眼于存 在微生物降解与通常氧化降解的增效效应，并在促使 氧化降解的同时，为PE、PS表面上的微生物活动创 造良好的条件。另外，为了强化市场竞争力，还必须 继续提高其使用性能和降低成本，所以寻求最优的解 决方法与措施的努力应当是长期的任务。 1降解Ps淀粉塑料发泡快餐具存在的问 环美降解树脂制品有限公司生产的可生物／光降 解Ps淀粉树脂发泡快餐具的光、生物降解性能超过 了国家环保局颁布的环境认证可降解塑料包装制品的 技术要求(}UBzl2—1997)．1998年初经中国环境标志 产品认证委员会检测，获得认证证书¨J，但以可持续 发展观点来看，还存在下列问题： 1)为获得高的降解性能，淀粉添加量应尽量多； 可是达到25％之后，制品的物理性能明显下降，其 强度、刚性、表面质量和使用性能与PS泡沫塑料餐 具相比，有明显的差异，市场竞争力不强。为此，不 得不采用增大制品壁厚的方法(即增加片材的厚度)， 使每只快餐具质量加大，生产成本增加。例如，一只 中号发泡快餐具，Ps为5E左右，而降解Ps则达到 6．5～7g。 2)在挤出发泡片材过程中，淀粉含量越高，其 熔体强度越低，导致泡孔壁强度不足，难以承受气泡 膨胀；结果泡体易破裂，产品开孔率高，引起泡孔密 度和抗压缩性能下降。 3)为了保护环境，生产工艺中采用丁烷取代对 大气臭氧层有破坏作用的“氟利昂”(cFcll)；由于 丁烷渗透率较cFcll高，且淀粉含量越高，吹胀中 丁烷越易逸出损耗而造成泡孔坍塌，片材明显收缩， 发泡倍数明显下降，既增加了生产成本，又使制品表 面出现皱纹而影响外观质量。 4)淀粉含量高的PS熔体流动性明显降低，适合 于发泡的熔体粘弹性难以稳定维持，又不能通过提高 料温来降低熔体粘度(易使淀粉变焦、泡体塌瘪现象 加剧)；从而使挤出机的生产能力明显降低，质量稳 定性差，有时出现横向波纹。 2配方与工艺过程 植物纤维与塑料的相容性较差，与淀粉一样具有 很强的吸水性；因此使用时，必须先进行改性及添加 必要的相容、分散助剂，以保证混合均匀。 2．1植物纤维素的粒度和添加量 为了使挤出发泡能形成均匀细密的泡jL、发泡过 程连续稳定、制品机械性能明显提高，必须使纤维素 原材料粒度细化，一般要达100目咀上。 纤维素在配方中的质量分数对发泡质量和制品的 物理机械性能有很大的影响。分别加入5％、10％和 15％的纤维素在相同的工艺条件和片厚一致的条件下 进行斌验，其结果见表l。 从表1不难发现，不加纤维素的淀粉塑料发泡片 材，气泡膨胀易合并成大气泡，开孔率高，泡休收缩 率大，这是熔体强度较弱的缘故。加入纤维素后，熔 体高分子交联形成三维网状结构，使熔体强度提高， 有利于气泡均匀膨胀而形成致密均匀的泡孔，也减少 了挤出膨胀中气体的逸出，片材收缩率明显降低；但 纤维素加入量过大时，熔体强度过高，弹性不足，气 泡难以迅速均匀膨胀，故泡孔小而少，发泡倍数明显 降低。 2．2植物纤维素的处理 马来酸酐是一种极性与非极性材料良好的相容 剂，纤维素经马来酸酐、钛酸酯偶联剂处理后与淀粉 作着简介：李及珠，男，瓦ll教授。多年来一直从事高分于材料加工及{殳备方面的教学、研究工作。020—87564678 万方数据 塑料工业 PS树脂混合，会明显提高其相容性．并使混合物强 度提高。马来酸酐一端含有酸酐基，能够与纤维素的 羧基发生酯化反应，减少纤维素中的活性羧基，降低 纤维的极性：另一端是大分子链，与I)S基体有良好 的相容性，通过其与Ps的缠结作用使纤维寡与Ps基 体有着很强的界面结合，因此也强化了熔混物的三维 网状结构。 表1 纤维紊用量对Ps淀粉塑料制品性能的髟响 m1 E雎c10fceⅡul⋯on【eⅡIonpr叫uctpropeny 乙烯丙烯酸酯共聚物EAA对混合物也有良好的 增容效果，能促使纤维素、淀粉在熔混物中的用量大 幅度增加，使各组分界面粘结力提高，有效地提高了 冲击强度、断裂伸长率和熔体流动性，有利于体系中 多组分的均匀分散。 2．3添入多功能酯类润滑剂 为了把复合材料熔体强度调节到适宜于微孔发泡 的粘度，保证合适的熔体粘弹性，避免发泡过程中气 泡合并成大泡、泡孔壁破裂、发泡气体易逸出损耗而 造成泡孔塌瘪、片材明显收缩等现象出现，提高制品 的表面质量，自制了一种多功能酯类润滑剂。它具有 良好的内外润滑性，特别是由于它与高分子熔体不相 容性，在发泡成型中或以后由内部迁移出来，逐渐形 成一定厚度(一至若干分子层)的连续熔膜，降低了 气体分子的逸出率，减少了泡体的收缩及泡孔的塌 2【)02年 瘪，也减少了与金属表面的摩擦，避免了静电的大量 产生和聚集(这对采用丁烷作发泡剂来说极为重要)， 其片材表面质量也大为改善；同时，它对降解塑料来 说．也是一种强氧化剂。 2．4制备工艺 纤维素淀粉树脂母料生产工艺： 淀粉十助弗j+纤维索L细化)一I改性l一 混台挤出造粒i一-热塑性纤维素淀粉树噜母料 纤维素增强Ps淀粉树脂发泡餐具生产工艺： 丁烷发泡剂 —』———— 鍪嚣黼誊利挤蛊釜泡雠酬矧一网一决餐具———r一——一 聚苯乙烯、成核剂、光敏荆 3结语 对纤维素、淀粉进行改性，使其与Ps(PE、PP) 等塑料具有良好的相容性，并在多功能润滑剂、分散 剂、偶联剂等作用下，挤出造粒制成全降解母料；再 与Ps塑料在挤出发泡成型机内混台、挤成发泡片材。 由于熔融挤出过程中均匀分散的纤维高分子在机械力 作用下，与PS、淀粉等高分子产生交联作用，形成 了网状结构，所以既提高了制品的刚性、强度和耐热 变形能力等物理性能，又改善了发泡成型质量和操作 条件，提高了产品质量，降低了生产成本，避免了生 产I)S淀粉树脂发泡快餐具出现的问题。 制品巾添加具有良好生物降解性的纤维素，可使 制品的生物降解性能明显提高。配方巾还添加了光敏 剂和强氧化剂，使制品在生物降解基础上还获得较强 的光降解性和环境化学氧化性；这种应用多种降解机 理的方法，势必使降解塑料在各种环境条件下的降解 适应性、降解彻底性和降解速度提高到一个新高度。 参考文献 1章学平 热塑性增强塑料，北京：轻工业出版社、1994 25 2李及珠，谢太和．降解塑料通讯．1997，(1)：38 (本文于2002—0】一2l收到) DeveIopmentofDegradableCeIIuloseReinforcedStarchF∞medPIas廿瞄Djshware UJizhuXleTaihe CaiYihui (southchinaunive玷i‘yofTbchⅢ丑ogy)(Hu8蛳eiD。gr且dableResjnI’DduHcoL【d) Absn恤c括 TheuseofcellulosetothefoHnulaofdegradablestarchfoamedp1踮ticsfordishwaremadethecomp。nentscmsslinked， sothat【hemo】ecIllarchainsoffhemacromoleculellImedfmmf0丌nerljnearor1i对Itlybranch—cha；nm01eculeslnlcturetoln— axiaIitystmcture，resuhi“gjnnnaUycenulosereinforcedstarchfoamedpI船lics，1eadi“gtoimp坤vethed89radability．mechan． icalpmpeniesandpmcessabilityofIheproducf，a11dm“ingthecostJower． Keywords：CelluloseStarchPlasticsDegradabilityQuickMealDishwarepSFbaming 万方数据 可降解植物纤维增强淀粉塑料发泡餐具的研制 作者： 李及珠， 谢太和， 蔡奕辉 作者单位： 李及珠,谢太和(华南理工大学工业装备与控制工程系,广州,510641)， 蔡奕辉(惠州市环美 降解树脂制品有限公司,惠州,516025) 刊名： 塑料工业 英文刊名： CHINA PLASTICS INDUSTRY 年，卷(期)： 2002，30(5) 引用次数： 4次 参考文献(2条) 1.章学平 热塑性增强塑料 1994 2.李及珠.谢太和 查看详情 1997(1) 相似文献(0条) 引证文献(6条) 1.刘金花.张蕾 植物纤维在可降解包装材料中的研究进展[期刊]-包装工程 2008(12) 2.王宁.马涛 淀粉基可降解塑料的研究现状与展望[期刊论文]-农产品加工·学刊 2007(01) 3.侯莉侠 淀粉基可食性餐具成型工艺的试验研究[学位论文]硕士 2005 4.赵瑾 环境友好聚氨酯泡沫材料研究[学位论文]硕士 2005 5.王会才.崔永岩 影响淀粉发泡的因素[期刊论文]-现代塑料加工应用 2004(01) 6.王会才.崔永岩.李树材 淀粉基泡沫塑料研究进展I:淀粉改性及共混[期刊论文]-塑料科技 2003(04) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_slgy200205018.aspx 下载时间：2010年2月7日