專(zhuān)利名稱(chēng)：基于固化淀粉泡沫的生物降解疊層復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于固化淀粉泡沫的生物降解疊層復(fù)合材料及其制造方法。
這種復(fù)合材料可用作包裝材料如結(jié)構(gòu)材料，用以例如隔冷，隔熱或隔音或減震。
由聚苯乙烯制成的常見(jiàn)泡沫包裝材料(Styrofoam)尤其是食品包裝材料突出的問(wèn)題是其廢棄處理，因?yàn)檫@種塑料本身不會(huì)腐爛，只能在用完后循環(huán)。
在已知方法中，已用淀粉懸浮液代替塑料，其中液態(tài)組分一旦引入加熱模具就會(huì)蒸發(fā)并使懸浮液發(fā)泡或膨脹，而該材料在模具中保持規(guī)定的膨脹時(shí)間以進(jìn)行干燥和固化，這期間濕份逸出。然后脫模，放出泡沫塊，這樣生產(chǎn)的泡沫塊會(huì)腐爛并可再循環(huán)，而且具有隔冷和隔熱以及減震性，但缺點(diǎn)是若其重量不夠或不是相當(dāng)厚，則其強(qiáng)度相當(dāng)?shù)?。此外，因其呈現(xiàn)多孔表面，尤其是難于在其表面上印刷，所以這種材料不能用于某些領(lǐng)域。
相比之下，本發(fā)明目的是提出可生物降解疊層復(fù)合材料，其特征是其強(qiáng)度高，制造方法簡(jiǎn)單，成本低并且用途廣。
該目的可通過(guò)以下特征達(dá)到。
在達(dá)到該目的的過(guò)程中，本發(fā)明基于這樣一種構(gòu)思，即淀粉發(fā)泡和固化形成泡沫層并同時(shí)將其與另一材料層結(jié)合得到疊層復(fù)合材料，其中這另一疊層材料可結(jié)合到淀粉泡沫之中和/或緊貼泡沫一側(cè)或兩側(cè)放置并作為支持體，載體或基體。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
淀粉可在不另加添加劑的情況下應(yīng)用，并且可用各種材料與淀粉泡沫結(jié)合而制成疊層復(fù)合材料，尤其是根據(jù)這另一疊層材料的情況，可使制成的疊層復(fù)合材料易于印刷或染色。該疊層復(fù)合材料因固化淀粉泡沫的多孔性而可在機(jī)械力作用下穩(wěn)定，并且顯示出優(yōu)異的隔音效果以及熱和電絕緣性。此外，該疊層材料還可有效減震。本發(fā)明材料可最有效地用作糖果包裝材料，因?yàn)樵摨B層復(fù)合材料上可印制廣告并可具有糖果所要求的吸收沖擊和隔熱性。
以下詳述本發(fā)明。
本發(fā)明疊層復(fù)合材料包括至少一層固化淀粉泡沫并結(jié)合至少另一層材料，從而形成疊層復(fù)合材料。而該另一材料優(yōu)選為平面材料并優(yōu)選單面覆蓋淀粉泡沫。
本發(fā)明方法基于可含天然和/或改性淀粉的淀粉懸浮液，其中天然淀粉可為任何來(lái)源的天然或雜化物形態(tài)淀粉，并可用例如馬鈴薯，木薯，豌豆，蠶豆，玉米，waxcorn，直鏈淀粉含量高的玉米，谷物如小麥及其部分制品，大麥或高梁，而改性淀粉為物理和/或化學(xué)改性生產(chǎn)的淀粉衍生物。優(yōu)選用淀粉水懸浮液并可混入與食品相容的染料。
而且，該方法所用的另一疊層材料優(yōu)先選自紙，紙板，花紋板，紡織品，薄木片，皮革，人造皮，合成材料膜，生物聚合物膜和金屬薄膜以及這些材料的組合物。該另一疊層材料優(yōu)選為平面材料，這可由疊層復(fù)合材料如包裝材料的最終形式確定并可以坯料或預(yù)制品形式引入模具中，而且這優(yōu)選在淀粉懸浮液加入之前進(jìn)行。
該淀粉懸浮液優(yōu)選以確定量注入模具中，懸浮液在該加熱模具中蒸發(fā)后發(fā)泡并填入空腔。在這期間以及在干燥和化學(xué)物理固化過(guò)程中，淀粉與另一疊層材料結(jié)合成為整體，然后從模具中脫出而得疊層復(fù)合材料。這些工藝操作可通過(guò)模具中的內(nèi)壓升高而加速并優(yōu)選在控制壓力和溫度的情況下進(jìn)行。
驚人的是，在適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行該方法時(shí)，相當(dāng)高的模塑溫度并不會(huì)影響該另一疊層材料，而且在引入模具和隨后的變形之前，對(duì)于在該另一疊層材料，尤其是紙，紙板或花紋板上進(jìn)行的任何印刷而言，也同樣如此。尤其是如果將淀粉懸浮液?jiǎn)蚊嫱康搅硪化B層材料，則在從模具中脫模時(shí)僅在該復(fù)合疊層材料一側(cè)出現(xiàn)印刷圖案。在單側(cè)涂淀粉懸浮液時(shí)，循環(huán)花紋板材料可用來(lái)包裝食品，其中該材料不會(huì)與包裝材料外側(cè)的食品接觸。
為了得到幾個(gè)可印刷或光滑的表面并提高強(qiáng)度，可將多層另一疊層材料送入模具中。在這種情況下，在該另一疊層材料層間引入淀粉懸浮液。
通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)模具，可在疊層復(fù)合材料中形成開(kāi)孔，空腔，網(wǎng)或帶等結(jié)構(gòu)，這從包裝及強(qiáng)度角度看可能是有意義的。從模具中脫出后，該材料可通過(guò)變形，貼簽，打印和/或編號(hào)。
該方法優(yōu)選用來(lái)生產(chǎn)包裝材料，在這種情況下所用另一疊層材料可預(yù)成型為包裝殼體形狀。
另一疊層材料和淀粉泡沫的組合可使最終制品具有的強(qiáng)度高于各單一組分或其未加粘結(jié)的加合物的強(qiáng)度。該疊層材料比重小，厚度很薄，而且其隔冷和隔熱以及減震性均大大高于常見(jiàn)塑料，還可抗靜電。
例如，平面材料和淀粉泡沫的組合不要求加添加劑如熱或冷膠或塑料等，致使該疊層復(fù)合材料除了可生物降解并可制成堆肥而外，還易于循環(huán)，因?yàn)榭勺鳛閱我徊牧吓懦屹M(fèi)用極低。尤其是用紙，紙板或花紋板作平面材料時(shí)，所得疊層復(fù)合材料可循環(huán)進(jìn)入紙，紙板或花紋板生產(chǎn)過(guò)程中。
本發(fā)明疊層復(fù)合材料的性質(zhì)可使其除了作包裝材料而外，還可有多種用途，如用于建筑，電子和汽車(chē)制造業(yè)達(dá)到絕緣目的。此外，該材料還可用于具有高穩(wěn)定性的裝飾制品如家具，其中由于其壽命短，就必須可循環(huán)使用。
以下用實(shí)施例詳述本發(fā)明。
在連續(xù)工藝中，制成淀粉懸浮液，其中液態(tài)和固態(tài)添加劑自動(dòng)測(cè)量，在均化步驟中細(xì)分散并進(jìn)行反應(yīng)。馬鈴薯淀粉，玉米膨脹淀粉和水在懸浮液中的重量比為100∶5.2∶106。
操作中將結(jié)構(gòu)類(lèi)似于對(duì)開(kāi)式鐵芯并包括由鑄鐵制成包裝殼體形狀的模具的溫度和壓力可控膨脹模塑裝置加熱到220℃，其中該模塑裝置的模板由兩部分制成，平面花紋板預(yù)成型殼體材料放在下面的模件上。然后將21.5g淀粉懸浮液倒入殼體中并將兩部分模板扣緊，其中淀粉懸浮液發(fā)泡，干燥，固化并與花紋板殼體緊密結(jié)合。膨脹約70秒后，取出最終成型的包裝殼體，為疊層復(fù)合材料。該膨脹模塑裝置可用來(lái)生產(chǎn)板狀疊層復(fù)合材料的多層表面結(jié)構(gòu)，其中僅需替換鑄鐵制成的模具而已。因此，可制成例如貯存各種不型零部件(如螺釘或小型家用制品)或貯存壓敏和易腐食品(如巧克力或雞蛋)的容器的各種分隔裝置。
殼體比重190kg/m3，包裝性能優(yōu)異，其強(qiáng)度高，重量輕，并具有隔冷和隔熱，減震和抗靜電性能，而且易于生物降解和制成堆肥以及極易循環(huán)用于造紙業(yè)。
權(quán)利要求
1.疊層復(fù)合材料，包括至少一層泡沫和至少另一材料層，其中泡沫材料為固化淀粉泡沫，并且各層間不加粘結(jié)劑而就地相互結(jié)合。
2.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中淀粉泡沫含天然淀粉。
3.權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料，其中淀粉泡沫含改性淀粉。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中淀粉泡沫進(jìn)行染色。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中淀粉泡沫含纖維和/或填料。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中另一層由紙，紙板，花紋板，天然和/或合成纖維，玻璃和/或陶瓷纖維制成的紡織品和/或混合織物，薄木片，皮革，人造皮，合成材料帶，生物聚合物帶和金屬材料帶，制造復(fù)合材料時(shí)就地形成的合成和/或生物聚合物材料薄膜以及上述材料的組合物制成。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中另一層單面與淀粉泡沫接觸。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中另一層已印刷或可印刷。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中另一層由多層構(gòu)成。
10.權(quán)利要求9中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中淀粉泡沫位于各層之間。
11.權(quán)利要求11-10中任一項(xiàng)的復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料制成具有空腔的板。
12.權(quán)利要求11中的復(fù)合材料，其中在疊板之間板狀空心區(qū)域壓出空腔。
13.尤其宜于包括糖果的包裝材料，其中包括權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的疊層復(fù)合材料。
14.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的疊層復(fù)合材料的制造方法，其步驟包括a.將淀粉懸浮液和至少另一材料引入模具中，b.使淀粉泡沫固化并同時(shí)與該另一材料結(jié)合而成疊層復(fù)合材料以及c.從模具中脫除該疊層復(fù)合材料。
15.權(quán)利要求14的要求，其中模具在步驟a之前加熱。
16.權(quán)利要求14或15的方法，其中步驟a中加入淀粉水懸浮液。
17.權(quán)利要求14，15或16的方法，其中步驟a中加入染色淀粉懸浮液。
18.權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)的方法，其中步驟a中注入淀粉懸浮液。
19.權(quán)利要求14-18中任一項(xiàng)的方法，其中步驟a中使淀粉懸浮液減壓發(fā)泡。
20.權(quán)利要求14-19中任一項(xiàng)的方法，其中步驟a中在加入淀粉懸浮液之前加入另一材料。
21.權(quán)利要求14-20中任一項(xiàng)的方法，其中另一材料以液態(tài)和/或固態(tài)粉狀材料加入并在步驟a中成為薄層而與淀粉泡沫結(jié)合形成疊合復(fù)合材料。
22.權(quán)利要求14-21中任一項(xiàng)的方法，其中另一材料先預(yù)成型后引入步驟a。
23.權(quán)利要求22的方法，其中另一材料預(yù)成型為殼體。
24.權(quán)利要求14-23中任一項(xiàng)的方法，其中步驟a中加入包括20-45%淀粉顆粒，0-10%膨脹淀粉和水的淀粉懸浮液，模具加熱到180-270℃，優(yōu)選200-250℃，并且在30-90秒，優(yōu)選45-75秒后進(jìn)行步驟c。
25.應(yīng)用權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料作為食品，尤其是巧克力包裝容器的分隔裝置，折迭盒或可避免運(yùn)輸損傷的軟墊，冷凍食品的隔熱包裝以及冷熱飲杯。
全文摘要
本發(fā)明提出基于固化淀粉泡沫的可生物降解疊層復(fù)合材料及其制造方法，在該制造過(guò)程中，淀粉泡沫同時(shí)與另一材料層結(jié)合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括制造工藝簡(jiǎn)單，成本低并且制造的復(fù)合材料用途廣。
文檔編號(hào)B65D65/46GK1083773SQ9311704
公開(kāi)日1994年3月16日 申請(qǐng)日期1993年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月28日
發(fā)明者J·洛克, W·波默雷茨, J·霍耶爾, K·克倫克, H·施米特 申請(qǐng)人:生物天然包裝材料研究與開(kāi)發(fā)有限公司