專利名稱：具生物分解性的包裝材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包裝材料及其制造方法，特別地涉及一種具生物分解性的包裝材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，合理使用地球資源和保護(hù)生存環(huán)境日益受到全球的關(guān)注。 歐盟自2003年先后公告“廢電機(jī)電子產(chǎn)品環(huán)保指令(歐盟第2002/96/EC號指令，以下簡稱TOEE) ”以及“危害物質(zhì)限用指令(歐盟第2002/95/EC號指令，以下簡稱RoHS) ”，要求歐盟各國依指令精神轉(zhuǎn)換訂定各國法令，以減少廢棄物的數(shù)量及回收再利用，并要求限制使用某些有害物。各國許多制造廠意識到，傳統(tǒng)的塑膠在自然界中難以自行分解，經(jīng)棄置后造成環(huán)境的負(fù)荷是環(huán)境污染的重要來源之一，于是開始投入可分解性塑膠產(chǎn)品的引進(jìn)和生產(chǎn)研發(fā)。從原料開發(fā)就考慮綠色設(shè)計，環(huán)境友好材料(Environmental Friendly Materials) 等環(huán)境材料(Eco-Materials)成為最近幾年來世界各先進(jìn)國家的開發(fā)方向。包裝材料產(chǎn)業(yè)過去是以提供物美價廉的塑膠包裝材料，例如以聚氯乙烯(PVC)及EPS(聚苯乙烯發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體，又名保麗龍)材料為主。而PVC材料為一種含氯塑膠，在其整個生命周期中，從生產(chǎn)制造、產(chǎn)品使用到廢棄處理，都會對環(huán)境產(chǎn)生有害物質(zhì)，被國際綠色和平組織稱為“毒塑膠”，并不符合環(huán)保要求，因此PVC塑膠材料已被聚烯烴(Polyolefins)材料所取代。目前在家用電器、精密儀器、電子電腦及電子元件等包裝中大量使用聚苯乙烯 (EPS)類發(fā)泡緩沖包裝材料。聚苯乙烯(EPQ是一種高分子化學(xué)合成物，其包裝廢棄物不能自然降解和完全回收，對環(huán)境會造成嚴(yán)重的污染。此外，聚苯乙烯(EPQ的主要來源是石油，而石油是不可再生資源，所以原料的來源也有所限制。由于包裝材料逐漸受到進(jìn)口國家環(huán)保法規(guī)限制，且隨著全球貿(mào)易的一體化及各國對環(huán)境問題的高度重視，這些不能自然降解和回收利用的緩沖包裝材料的應(yīng)用將受到越來越大的限制。目前聚苯乙烯(EPS)主要的替代產(chǎn)品是紙漿模塑防震內(nèi)襯包裝制品。但由于其制品過于致密，抗震耐沖擊性能大大低于EPS材料。紙漿模塑防震產(chǎn)品的抗震耐沖擊性能主要是憑借制品的幾何結(jié)構(gòu)。由于受到模具結(jié)構(gòu)及加工的影響，紙漿制品的發(fā)展受到很大的限制，只能制作小型包裝襯墊，而目前大型家電產(chǎn)品的包裝襯墊及填充仍然采用EPS發(fā)泡塑膠制品。同時，由于紙漿模塑成本比EPS制品的成本要高，因而也極大地限制了紙漿模塑制品的發(fā)展。為符合環(huán)保要求，一現(xiàn)有方法是將一包含淀粉的組合物(starchhsed compositions)進(jìn)行發(fā)泡得到一生物可分解材料。然而，所得的材料由于機(jī)械強(qiáng)度及承載力不足，無法作為包裝材料，僅作吸水材料，例如用于尿布、衛(wèi)生巾、成人護(hù)理產(chǎn)品、醫(yī)療用敷料等。此外，另一現(xiàn)有方法是將纖維與淀粉混合后以擠出機(jī)壓出成型。然而纖維與淀粉的混合物只經(jīng)過單純的混煉，所制得的材料結(jié)合性差，因此其仍不具有作為包裝材料所需的機(jī)械強(qiáng)度及承載力。
基于上述，聚苯乙烯(EPQ材料目前尚無良好替代技術(shù)。因此，開發(fā)出可取代聚苯乙烯(EPS)的生物可分解材料是目前包裝材料技術(shù)研究的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具生物分解性的包裝材料，包括一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體，其中該發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體為一混合物經(jīng)一混煉程序、一制粒程序、及一發(fā)泡程序后所得的產(chǎn)物，其中該混合物包含一淀粉、一成核劑、一生態(tài)纖維與一發(fā)泡劑。本發(fā)明還提供上述具生物分解性的包裝材料的制造方法。該方法包括對一混合物進(jìn)行一混煉程序，得到一未發(fā)泡混合物，其中該混合物包含一淀粉、一成核劑、一生態(tài)纖維與一發(fā)泡劑；對該未發(fā)泡混合物進(jìn)行一制粒程序，得到平均粒徑為0. I-IOmm的膠粒；以及，對該膠粒進(jìn)行一發(fā)泡程序，以得到一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體。為使得本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明。


圖1顯示了本發(fā)明一實施例所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種具生物分解性的包裝材料及其制造方法，主要是將農(nóng)林植物經(jīng)適當(dāng)解纖程序后所得到的生態(tài)短纖維進(jìn)行過篩等預(yù)處理，再與淀粉混煉后制成適當(dāng)大小的膠粒，并經(jīng)環(huán)保型發(fā)泡方式(非化學(xué)發(fā)泡方式)制成發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體，即為本發(fā)明所述的具生物分解性的包裝材料。經(jīng)實驗證實，本發(fā)明所述的具生物分解性的包裝材料具備一高壓縮強(qiáng)度(一般可大于1. ^g/cm2，優(yōu)選可大于2. 5kg/cm2)、高緩沖特性(具有一回復(fù)系數(shù)大于 0. 63，優(yōu)選可大于0. 8)，以及優(yōu)秀的生物分解性(在45天內(nèi)可達(dá)到80% )，可以作為包裝緩沖材料、包裝容器、包裝支撐材料等用途。本發(fā)明的實施例提供一種具生物分解性的包裝材料，包括一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體，其中該發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體為一混合物經(jīng)一混煉程序、一制粒程序以及一發(fā)泡程序后所得的產(chǎn)物，其中該混合物包含一淀粉、一成核劑、一生態(tài)纖維與一發(fā)泡劑。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該具生物分解性的包裝材料，包括一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體， 其中該發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體為一混合物經(jīng)一混煉程序、一制粒程序以及一發(fā)泡程序后所得的產(chǎn)物，其中該混合物是由一淀粉、一成核劑、一生態(tài)纖維、一發(fā)泡劑與一降解酵素所組成。其中，淀粉主要是谷物或薯物，且谷物包含米、小麥、玉米或其他天然的谷類植物， 薯物包含樹薯、番薯、馬鈴薯或其他天然的薯類植物。除谷物或薯物外，淀粉可包含其他含有淀粉物質(zhì)的植物。成核劑可為如碳酸鈣、氫氧化鈣、硅酸鹽，或其他適合的成核劑，相對于 100重量份的淀粉，成核劑含量為0. 1至20重量份。發(fā)泡劑可為水、二氧化碳、氮氣、空氣、 醇類，或其他適合的發(fā)泡劑，相對于100重量份的淀粉，發(fā)泡劑含量為0. 1至20重量份。該生態(tài)纖維可為紙纖維、稻纖維、竹纖維、麻纖維或棉纖維，相對于100重量份的淀粉，生態(tài)纖維含量為0. 5至10重量份。由于淀粉及生態(tài)纖維來源廣泛，制成包裝材料具有很好生物可
4降解性、環(huán)境協(xié)調(diào)性，它能完全分解，其廢棄物不會對環(huán)境造成污染。上述混合物除了包含淀粉、生態(tài)纖維、成核劑及發(fā)泡劑外，更還可適當(dāng)?shù)丶尤虢宦?lián)齊U、添加劑、降解酵素和/或可塑劑。交聯(lián)劑可例如為1，5-戊二醛的雙醛類單體、如辛烯基琥珀酸酐(Octenyl SuccinicAnhydride)的酸酐類單體、壓克力系單體，或其他適合的交聯(lián)齊U。相對于100重量份的淀粉，交聯(lián)劑含量為0至10重量份。添加劑為如聚乙烯醇，或其他適合的添加劑。相對于100重量份的淀粉，添加劑含量為0至50重量份?？伤軇槿绺视停蚱渌m合的可塑劑。相對于100重量份的淀粉，可塑劑含量為0至30重量份。本發(fā)明的實施例還提供一種具生物分解性的包裝材料的制造方法。該具生物分解性的包裝材料的制造方法包括以下步驟(請參照圖1所示的具生物分解性的包裝材料的制造流程圖)首先，將如谷物或薯物等含有淀粉的主要成份，加上成核劑、發(fā)泡劑以及生態(tài)纖維(更還可適當(dāng)?shù)丶由咸砑觿?、可塑劑，?或交聯(lián)劑)進(jìn)行混合(步驟11)，形成一混合物，所使用的淀粉、成核劑、發(fā)泡劑、及生態(tài)纖維的種類及比例如上所述。上述成份可使用一高速混合機(jī)加以進(jìn)行，混合時間可介于10-300分鐘；混合機(jī)的轉(zhuǎn)速可介于10-1000rpm。接著，將所得的混合物倒入一捏合機(jī)中進(jìn)行一原料混煉程序(步驟12)，得到一混煉物(未發(fā)泡混合物)。該混煉程序的工藝溫度可介于30-100°C，混煉程序的時間可為10-300分鐘。接著，將所得的混煉物倒入一制粒機(jī)進(jìn)行一制粒程序(步驟13)，得到平均粒徑介于0. I-IOmm 的膠粒。該制粒機(jī)可例如為一可進(jìn)行捏合壓出的單軸壓出制粒機(jī)，進(jìn)行一捏合壓出。該制粒程序的制造方法溫度可介于30-150°C，并可在多段溫度設(shè)定下進(jìn)行制粒。值得注意的是， 該制粒程序為一必要步驟，由于通過該制粒程序可控制后續(xù)進(jìn)行一發(fā)泡程序的對象的尺寸大小，確保該同時包含淀粉及生態(tài)纖維的混合物順利進(jìn)行發(fā)泡程序，并改善后續(xù)發(fā)泡程序的完整性。因此，若不進(jìn)行此制粒步驟，無法確保后續(xù)的發(fā)泡程序可以順利進(jìn)行。最后，將所得的膠粒進(jìn)行一發(fā)泡程序(步驟14)，得到一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體，即為本發(fā)明所述的具生物分解性的包裝材料。該發(fā)泡步驟可為擠壓發(fā)泡。擠壓發(fā)泡步驟可包括利用一單軸螺桿壓出發(fā)泡機(jī)將制成粒狀的未發(fā)泡混合物，在約50°C至200°C的溫度環(huán)境下進(jìn)行擠壓發(fā)泡。已知以紙纖加淀粉直接壓縮制作的材料，由于僅經(jīng)混煉，紙纖加淀粉的結(jié)合性差， 降低其機(jī)械強(qiáng)度及承載能力。此外，沒有任何文獻(xiàn)及專利記載成功將一包含淀粉及生態(tài)纖維的混合物進(jìn)行一擠壓發(fā)泡工藝(相反的，現(xiàn)有技術(shù)記載在將淀粉及生態(tài)纖維混煉時要加入消泡劑(defoaming agent)，或是使用化學(xué)物質(zhì)(例如烷類)或化學(xué)纖維進(jìn)行化學(xué)發(fā)泡)。 由于本發(fā)明用來制備具生物分解性的包裝材料的混合物，除了包含淀粉、生態(tài)纖維、與發(fā)泡齊IJ外，還包含一成核劑，且在進(jìn)行混煉程序之后及進(jìn)行發(fā)泡程序之前，更包含了一制粒程序，在進(jìn)行擠壓發(fā)泡程序前先控制了發(fā)泡對象的尺寸大小，確保該同時包含淀粉及生態(tài)纖維的混合物順利進(jìn)行發(fā)泡程序，并改善后續(xù)發(fā)泡程序的完整性，因此，本發(fā)明可順利將包含淀粉及生態(tài)纖維的混合物進(jìn)行一發(fā)泡工藝，得到本發(fā)明所述的具生物分解性的包裝材料。綜上所述，本發(fā)明提供一種新穎的具生物分解性的包裝材料，具有不污染環(huán)境、制作工藝簡單、成本低廉以及原料來源廣等優(yōu)點。此外，在制造過程中，不使用化學(xué)發(fā)泡方式 (不使用化學(xué)纖維及烷類發(fā)泡劑)，不會對大氣及環(huán)境造成污染。再者，本發(fā)明所述的生態(tài)包裝材料，主要原料為淀粉及生態(tài)纖維，皆為可再生的永續(xù)有機(jī)資源，且所得的包裝材料具有高的緩沖能力及承載力，預(yù)期可逐漸取代聚苯乙烯(EPQ及紙漿模塑制品。下文通過實施例及比較例來說明本發(fā)明所述的制備及性質(zhì)測量，用以進(jìn)一步闡明本發(fā)明的技術(shù)特征。發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體的制備實施例1-15將玉米淀粉、甘油、硅酸鹽、水、聚乙烯醇及生態(tài)纖維(所使用的各種生態(tài)纖維其相對密度、纖維長度、及纖維細(xì)度列于表幻(或更包含降解酵素，每克淀粉添加20單位)依表1所示比例依次加入高速混合機(jī)進(jìn)行原料混合程序(轉(zhuǎn)速為300rpm，混合時間為30分鐘)，并將混合后的原料倒入捏合機(jī)(馬力為5HP)進(jìn)行原料混煉程序(混煉溫度為60°C， 時間為1小時)，得到未發(fā)泡混合物。接著，將未發(fā)泡混合物輸入Ψ25πιπι單軸壓出制粒機(jī)， 五段料筒溫度設(shè)定40°C /50°C /70°C /80°C /90°C，并以20rpm轉(zhuǎn)速進(jìn)行制粒程序，制得平均粒徑為3mm的膠粒。最后，將所得的膠粒進(jìn)行壓出發(fā)泡程序，使用V76mm單軸壓出發(fā)泡機(jī)，三段料筒溫度設(shè)定50°C /IOO0C /150°C，并以200rpm轉(zhuǎn)速進(jìn)行，分別得到發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體(1)-(15)。比較例1將玉米淀粉、硅酸鹽、水、及聚乙烯醇，依表1所示比例依次加入高速混合機(jī)進(jìn)行原料混合程序(轉(zhuǎn)速為300rpm，混合時間為30分鐘)，并將混合完成原料倒入捏合機(jī)(馬力為5HP)進(jìn)行原料混煉程序(混煉溫度60°C，時間為1小時)，得到未發(fā)泡混合物。接著，將未發(fā)泡混合物輸入Ψ25πιπι單軸壓出制粒機(jī)，五段料筒溫度設(shè)定 400C /500C /700C /800C /90°C，并以20rpm轉(zhuǎn)速進(jìn)行制粒程序，制得平均粒徑為3mm的膠粒。最后，將所得的膠粒進(jìn)行壓出發(fā)泡程序，使用Ψ76πιπι單軸壓出發(fā)泡機(jī)，三段料筒溫度設(shè)定50°C /IOO0C /150°C，并以200rpm轉(zhuǎn)速進(jìn)行，得到發(fā)泡體(1)。表 權(quán)利要求
1.一種具生物分解性的包裝材料，包括一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體，其中該發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體為一混合物經(jīng)一混煉程序、一制粒程序以及一發(fā)泡程序后所得的產(chǎn)物，所述混合物包含一淀粉、一成核劑、一生態(tài)纖維與一發(fā)泡劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具生物分解性的包裝材料，其中所述淀粉包含米、小麥、玉米、樹薯、番薯、馬鈴薯或其混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具生物分解性的包裝材料，其中所述成核劑包含碳酸鈣、氫氧化鈣、硅酸鹽或其混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具生物分解性的包裝材料，其中所述生態(tài)纖維包含紙纖維、 稻纖維、竹纖維、麻纖維、棉纖維或其混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具生物分解性的包裝材料，其中所述發(fā)泡劑包含水、二氧化碳、氮氣、空氣、醇類或其混合。
6.一種具生物分解性的包裝材料的制造方法，該方法包括對一混合物進(jìn)行一混煉程序，得到一未發(fā)泡混合物，其中該混合物包含一淀粉、一成核齊U、一生態(tài)纖維與一發(fā)泡劑；對所述未發(fā)泡混合物進(jìn)行一制粒程序，得到平均粒徑為0. I-IOmm的膠粒；以及對所述膠粒進(jìn)行一發(fā)泡程序，以得到一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中所述發(fā)泡程序包含擠壓發(fā)泡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中以一單軸螺桿壓出發(fā)泡機(jī)進(jìn)行該擠壓發(fā)泡。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中該擠壓發(fā)泡的制造方法溫度范圍在50°C _200°C之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中以一單軸螺桿捏合壓出方式對未發(fā)泡混合物進(jìn)行該制粒程序。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中該淀粉包含米、 小麥、玉米、樹薯、番薯、馬鈴薯或其混合。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中該成核劑包含碳酸鈣、氫氧化鈣、硅酸鹽或其混合。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中該生態(tài)纖維包含紙纖維、稻纖維、竹纖維、麻纖維、棉纖維或其混合。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具生物分解性的包裝材料的制造方法，其中該發(fā)泡劑包含水、二氧化碳、氮氣、空氣、醇類或其混合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具生物分解性的包裝材料及其制造方法。該具生物分解性的包裝材料包括一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體，其中該發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體為一混合物經(jīng)一混煉程序、一制粒程序以及一發(fā)泡程序后所得的產(chǎn)物，所述混合物包含一淀粉、一成核劑、一生態(tài)纖維與一發(fā)泡劑。本發(fā)明還提供該包裝材料的制造方法，包括對一混合物進(jìn)行一混煉程序，得到一未發(fā)泡混合物；對該未發(fā)泡混合物進(jìn)行一制粒程序，得到平均粒徑為0.1-10mm的膠粒；以及對該膠粒進(jìn)行一發(fā)泡程序，以得到一發(fā)泡纖維補(bǔ)強(qiáng)體。本發(fā)明所提供的具生物分解性的包裝材料具有不污染環(huán)境、制作工藝簡單、成本低廉以及原料來源廣等優(yōu)點。此外，在制造過程中，不使用化學(xué)發(fā)泡方式，不會對大氣及環(huán)境造成污染。
文檔編號C08L97/02GK102464808SQ20101061188
公開日2012年5月23日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者李吉祥, 楊叢印, 楊奉儒, 蔡金英, 鄭隆藤, 郭文法 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院