專利名稱：食品接觸用生物基片材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種食品接觸用生物基片材及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們生活節(jié)奏逐步加快，健康意識(shí)也大大加強(qiáng)，對(duì)衛(wèi)生一次性食品包裝材料的衛(wèi)生指標(biāo)要求也更加關(guān)切。目前市場(chǎng)上一次性食品接觸用塑料大都來自傳統(tǒng)不可再生的石油化工產(chǎn)品，也因此造成“白色污染”問題日益嚴(yán)重，各國(guó)都在大力推廣作為其替代品的安全衛(wèi)生的生物基塑料。在生物基塑料中，淀粉這種天然高分子物質(zhì)以來源廣泛、價(jià)格低廉、再生周期短、能在多種環(huán)境下降解等優(yōu)點(diǎn)，成為研究的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了幾十年關(guān)于淀粉基塑料的研究，通過添加多種助劑，淀粉用于包裝材料問題已經(jīng)解決。然而當(dāng)參照GB18006. 1-2009標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些淀粉基塑料進(jìn)行衛(wèi)生指標(biāo)檢測(cè)時(shí)，特別是在蒸發(fā)殘?jiān)鼘?shí)驗(yàn)檢測(cè)，部分助劑會(huì)被溶出，造成“淀粉基塑料一次性餐飲具衛(wèi)生理化指標(biāo)”中蒸發(fā)殘?jiān)鼨z測(cè)不達(dá)標(biāo)。CN200810024909. 5將淀粉改性后與聚丙烯粉料混合制片材，然后制成餐飲用品，該方法解決了淀粉與聚丙烯相容的問題，但此材料在低溫冷藏時(shí)，材料的性能下降比較明顯；CN200610042002.2將淀粉接枝改性，其配方中用較大比例的低分子醇類和脂類作為增塑劑，而引發(fā)劑為過氧化二異丙苯，其毒性為中度； CN201010M5875.X也有同樣的問題，并且把比例高達(dá)6%的白油或聚乙烯蠟作為潤(rùn)滑劑。這些低分子量的醇類、脂類以及白油等均易被蒸發(fā)殘?jiān)囼?yàn)中溶出造成衛(wèi)生指標(biāo)超標(biāo)。將淀粉改性以后做成塑料用品或包裝制品，在公開的這些文獻(xiàn)報(bào)道和專利文件內(nèi)容中沒有相關(guān)的衛(wèi)生指標(biāo)檢測(cè)報(bào)告，從涉及的助劑種類和用量來看，不適合直接應(yīng)用到食品接觸類材料。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種食品接觸用生物基片材及其制備方法，該方法包括淀粉的改性，包括混料工藝和制作工藝，而且在此工藝條件下生產(chǎn)出來的片材可以直接用于接觸食品，滿足淀粉基塑料一次性餐飲具衛(wèi)生理化指標(biāo)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種食品接觸用生物基片材，所述食品接觸用生物基片材各組分按質(zhì)量份數(shù)計(jì)的配比為
淀粉40-70% ；
增塑改性劑0. 5-2% ；
偶聯(lián)劑0. 5-1% ；
高密度聚乙烯15-30%;
茂金屬聚乙烯5-10%;
無機(jī)填充劑5-20% ；
潤(rùn)滑劑0. 5-1%。優(yōu)選地，其中所述淀粉為玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉、芋頭淀粉或高粱淀粉中的一種。優(yōu)選地，其中所述增塑改性劑為十二烯基丁二酸酐、順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸、 聚乙二醇、馬來酸酐-丙烯酸共聚物、山梨醇或檸檬酸三丁酯中的一種或幾種。優(yōu)選地，其中所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯類、鈦酸酯類或鈦復(fù)合偶聯(lián)劑，為提高材料中無機(jī)粉體與基礎(chǔ)材料改性淀粉和合成高分子材料的界面強(qiáng)度，這些偶聯(lián)劑可根據(jù)所使用的無機(jī)粉體種類來選擇。優(yōu)選地，其中所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)不低于0. 2g/10min。優(yōu)選地，其中所述茂金屬聚乙烯購自美國(guó)?？松?，其產(chǎn)品牌號(hào)是1018FA。優(yōu)選地，其中所述無機(jī)填充劑為食品級(jí)的滑石粉、高嶺土、白云母或硅藻土粉體， 其細(xì)度大于200目，優(yōu)選為大于400目。優(yōu)選地，其中所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、環(huán)氧硬脂酸辛酯中的一種或幾種。所述食品接觸用生物基片材的制備方法，包括以下步驟
1)將40-70%的淀粉經(jīng)粉碎機(jī)磨碎細(xì)化至800 1200目；
2)將細(xì)化好的淀粉加入到高速攪拌機(jī)中，再加入0.5 1的增塑改性劑進(jìn)行改性，溫度設(shè)置為80 160°C，攪拌5 30min，加入偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌3 5min ；
3)接著加入上述比例的高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯、無機(jī)填充劑、潤(rùn)滑劑，保持溫度與改性時(shí)溫度一致，攪拌5 20min，此時(shí)高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯表面已經(jīng)部分融熔，部分粉體物料粘附在其表面，準(zhǔn)備放料；
4)物料出高速攪拌機(jī)以后，在冷混鍋內(nèi)攪拌5 lOmin，待物料冷卻到50°C以下；
5)將混好的物料加入雙螺桿擠出機(jī)，其中，長(zhǎng)徑比為44:1 52:1，機(jī)筒各區(qū)溫度設(shè)置為i:35°C 200°C、機(jī)頭溫度設(shè)置為170°C 180°C，螺桿轉(zhuǎn)速為240 280轉(zhuǎn)/分，擠出造粒；
6)將造粒后的物料加入錐形雙螺桿片材機(jī)，經(jīng)過三輥制成所述食品接觸用生物基片材，其中，錐形雙螺桿片材機(jī)中的擠出機(jī)料筒溫度設(shè)置為190°C 215°C，模頭溫度設(shè)置為 170°C 190°C，根據(jù)片材的用途來設(shè)定片材的寬度和厚度。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下有益效果
1)本發(fā)明所提供的片材可以通過GB18006.1-2009標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)，蒸發(fā)殘?jiān)椭亟饘贆z測(cè)全部達(dá)標(biāo)，可直接應(yīng)用于接觸食品；
2)本發(fā)明選用的反應(yīng)型增塑劑對(duì)淀粉進(jìn)行改性，使淀粉的羥基與增塑劑發(fā)生反應(yīng)，從而使淀粉界面可以與高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯相容，而融合在一起，在偶聯(lián)劑的作用下，使有機(jī)物成分和無機(jī)填充粉末結(jié)合在一起；
3)本發(fā)明采用茂金屬聚乙烯，是通過其高熔融指數(shù)來改善片材的力學(xué)性能，尤其是低溫的韌性；
4)本發(fā)明中避免了有機(jī)小分子聚合物作為助劑，無機(jī)填充劑也是選用食品級(jí)的，這些都為本材料滿足衛(wèi)生指標(biāo)提供了保障；
5)本發(fā)明為淀粉高值化利用和制造綠色材料提供了實(shí)用化的技術(shù)。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。實(shí)施例1
將40kg玉米淀粉經(jīng)粉碎機(jī)磨碎細(xì)化至800目；
將細(xì)化好的淀粉加入到高速攪拌機(jī)中，再加入增塑、改性劑山梨醇Ikg和檸檬酸三丁酯1kg，溫度設(shè)置為100°C，攪拌5min，然后加入偶聯(lián)劑鋁酸酯1kg，高速攪拌^iin ；
接著向高速攪拌機(jī)中一起加入高密度聚乙烯30kg和茂金屬聚乙烯10kg、滑石粉 Wkg、潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣1kg，溫度保持在100°C，高速攪拌lOmin，準(zhǔn)備放料，此時(shí)高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯表面已經(jīng)部分融熔，部分粉體物料粘附在其表面；
物料出高速攪拌機(jī)以后，在冷混鍋內(nèi)低速攪拌8min，待物料冷卻到40°C左右； 將混好的物料加入雙螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比為44:1，機(jī)筒各區(qū)溫度設(shè)置范圍為140°C 1950C，機(jī)頭溫度設(shè)置為175°C，螺桿轉(zhuǎn)速260轉(zhuǎn)/分，擠出造粒；
將造粒后的物料加入錐形雙螺桿片材機(jī)，經(jīng)過三輥制成所述食品接觸用生物基片材， 錐形雙螺桿片材機(jī)中的擠出機(jī)料筒溫度設(shè)置為1900C、2000C、200°C、200°C、190°C，模頭溫度設(shè)置為185°C、178 °C、182°C、178 °C、185°C，根據(jù)片材的用途來設(shè)定片材的寬度為650mm 和厚度為0. 9mm。對(duì)此片材進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果是__
I拉伸強(qiáng)度(MPa) I伸長(zhǎng)率(%) I撕裂強(qiáng)度(ΚΝ/ιη)
縱向 11. 76_98.21 72.11_
橫向 |l0. 74115.86 |88.08
根據(jù)GB18006. 1-2009 “淀粉基塑料一次性餐飲具衛(wèi)生理化指標(biāo)”標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，
其蒸發(fā)殘?jiān)Y(jié)果是
尋輯I 靈金屬—
拿 toil·)ι y
mammmaaaaaammaam ammmmmmmmmmm iammmmaimKamMmmmm iiiiiiiiiiiiiiiiiiMMiMiMiMiSiB·························!!^············^······—— mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmma
f <30<11<30<m <1 <1
^ m311512<1 <1
各項(xiàng)指標(biāo)均低于標(biāo)準(zhǔn)要求值，可以直接應(yīng)用于食品接觸。實(shí)施例2 9的制備過程與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于原料比例、加工條件不同，如下表ι和表2所示
表ι
權(quán)利要求
1.一種食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述食品接觸用生物基片材各組分按質(zhì)量份數(shù)計(jì)的配比為淀粉40 70% ；增塑改性劑0. 5 21 ；偶聯(lián)劑0. 5 1% ；高密度聚乙烯 15 30% ；茂金屬聚乙烯5 10% ；無機(jī)填充劑5 20% ；潤(rùn)滑劑0. 5 1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述淀粉為玉米淀粉、 土豆淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉、芋頭淀粉或高粱淀粉中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述增塑改性劑為十二烯基丁二酸酐、順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸、聚乙二醇、馬來酸酐-丙烯酸共聚物、山梨醇或檸檬酸三丁酯中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯類、鈦酸酯類或鈦復(fù)合偶聯(lián)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)不低于0. 2g/10min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述茂金屬聚乙烯購自美國(guó)?？松?。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述無機(jī)填充劑為食品級(jí)的滑石粉、高嶺土、白云母或硅藻土粉體，其細(xì)度大于200目。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鈣、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、環(huán)氧硬脂酸辛酯中的一種或幾種。
9.一種權(quán)利要求1所述的食品接觸用生物基片材的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟1)將40 70%的淀粉經(jīng)粉碎機(jī)磨碎細(xì)化至800 1200目；2)將細(xì)化好的淀粉加入到高速攪拌機(jī)中，再加入0.5 m的增塑改性劑進(jìn)行改性，溫度設(shè)置為80 160°C，攪拌5 30min，加入偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌3 5min ；3)分別加入上述比例的高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯、無機(jī)填充劑、潤(rùn)滑劑，保持溫度與改性時(shí)溫度一致，攪拌5 20min，此時(shí)高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯顆粒表面已經(jīng)部分融熔，部分粉體物料粘附在其表面，準(zhǔn)備放料；4)物料出高速攪拌機(jī)以后，在冷混鍋內(nèi)攪拌5 lOmin，待物料冷卻到50°C以下；5)將冷卻后的物料加入雙螺桿擠出機(jī)，其中，長(zhǎng)徑比為44:1 52:1，機(jī)筒各區(qū)溫度設(shè)置為135°C 200°C、機(jī)頭溫度設(shè)置為170°C 180°C，螺桿轉(zhuǎn)速為240 280轉(zhuǎn)/分，擠出造粒；6)將造粒后的物料加入錐形雙螺桿片材機(jī)，經(jīng)過三輥制成所述食品接觸用生物基片材，其中，錐形雙螺桿片材機(jī)中的擠出機(jī)料筒溫度設(shè)置為190°C 215°C，模頭溫度設(shè)置為 170°C 190°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種食品接觸用生物基片材及其制備方法，其各組分按質(zhì)量份數(shù)計(jì)的配比為淀粉40～70%；增塑改性劑0.5～2%；偶聯(lián)劑0.5～1%；高密度聚乙烯15～30%；茂金屬聚乙烯5～10%；無機(jī)填充劑5～20%；潤(rùn)滑劑0.5～1%。所述方法是先將淀粉粉碎后加入增塑改性劑進(jìn)行改性，接著加入偶聯(lián)劑、高密度聚乙烯、茂金屬聚乙烯、無機(jī)填充劑、潤(rùn)滑劑，在加熱條件下攪拌，然后冷卻物料，經(jīng)過雙螺桿造粒機(jī)擠出粒料，再通過錐形雙螺桿片材機(jī)做出片材。在加熱條件下混料，高密度聚乙烯和茂金屬聚乙烯顆粒表面部分融熔，粘附了大量粉體材料，減少了加工過程中的粉塵，提高了分散效果，克服了加工過程中的聚集問題。
文檔編號(hào)C08L3/02GK102492177SQ20111039495
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者李常飛, 白娟, 胡漢杰, 陳沙 申請(qǐng)人:武漢華麗生物材料有限公司