[发明专利]一种利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料及其制备方法，淀粉泡沫材料包括以下重量份数计的组分：淀粉80‑95份、成核剂0.5‑5份、增塑剂0.5‑10份、稳定剂0.1‑5份；该淀粉泡沫材料还包括发泡剂；所述发泡剂的用量为所述淀粉泡沫材料原料组分重量的1‑10％；本发明使用超临界二氧化碳发泡淀粉泡沫材料，显著降低了传统淀粉发泡材料过程中的温度，避免在高温下淀粉的降解，有利于提高淀粉的熔体强度，有助于形成形状规则、致密且力学性能较好的泡孔，且淀粉泡沫材料成型效果好，发泡倍率高，表观密度低，表面光滑，闭孔率高，力学性能好；此外本发明制备的发泡淀粉泡沫材料绿色环保，无任何副产物；废弃物可直接作为植物的有机肥料，循环再生。

技术领域

本发明涉及可再生资源型高分子材料包装技术领域，具体涉及一种利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料及其制备方法。

背景技术

基于石油短缺和石油化学衍生聚合物对环境负担的现实问题，环保材料在过去的十年中得到了迅速的发展，可生物降解的淀粉基材料的开发和生产得到了极大的推动。淀粉发泡制品作为传统泡沫塑料的潜在替代品，在其高性能、低成本、可完全生物降解、来源广泛且天然可再生等方面具有显著的优势。

传统的淀粉发泡概念大多数采用一些有机发泡剂和无机发泡剂，如偶氮化合物、亚硝基化合物、磺酰胺类化合物和碳酸氢钠等，其原理都是加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，这类发泡剂的分解温度都在150℃左右。然而为了迅速达到发泡所需的气体量，其应用在淀粉发泡过程中所需的发泡条件一般需要200℃左右，远远高于淀粉在高剪切力作用下的塑化温度(80℃)，在200℃高温下淀粉会发生部分的降解，其次淀粉熔体强度也非常低，不利于形成致密均匀的气泡孔。这些化学试剂对环境和人体都有伤害，在淀粉泡沫的应用上存在一定的局限性。另一种利用淀粉自身在发泡过程中产生的水蒸气来发泡的方式，也在需要在200℃左右温度下才能达到水蒸气发泡所需要的蒸汽压，该高温下较低的淀粉熔体强度同样不利于淀粉泡沫材料的形成，此外因挤出瞬间的巨大温差会产生部分的蒸汽收缩问题，同样不利于致密而均匀的气泡孔形成。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料及其制备方法，以淀粉为主要原料，通过利用超临界二氧化碳发泡淀粉泡沫材料，可以在较低的温度(＜100℃)下制备出性能良好的发泡材料，其发泡过程中显著低于利用化学发泡剂和水蒸气发泡所需的温度(200℃左右)；显著降低了传统淀粉发泡材料过程中的温度，避免在高温下淀粉的降解，有利于提高淀粉的熔体强度，有助于形成形状规则、致密且力学性能较好的泡孔。

此外，本发明制备的利用超临界二氧化碳制备的淀粉泡沫材料成型效果好，发泡倍率高，表观密度较低，表面光滑，闭孔率高，力学性能较好。能充分起到商品内包装的缓冲效果。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料，所述利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料包括以下重量份数计的组分：淀粉80-95份、成核剂0.5-5份、增塑剂0.5-10份、稳定剂0.1-5份；该淀粉泡沫材料还包括发泡剂；所述发泡剂的用量为所述淀粉泡沫材料原料组分重量的1-10％；所述发泡剂为超临界二氧化碳。

进一步地，所述利用超临界二氧化碳发泡的淀粉泡沫材料包括以下重量份数计的组分：淀粉85-95份、成核剂1-5份、增塑剂1-8份、稳定剂0.5-5份；该淀粉泡沫材料还包括发泡剂；所述发泡剂的用量为所述淀粉泡沫材料原料组分重量的1-10％；所述发泡剂为超临界二氧化碳。

进一步地，所述淀粉为玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉和小麦淀粉的一种或两种以上的混合物；或者所述淀粉为经酯化、醚化或交联改性的玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉和小麦淀粉中的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、蒙脱土、粘土、淀粉晶、纤维晶中的一种或两种以上的混合物，所述成核剂过500目筛。