一種淀粉/聚丙烯基一次性餐具材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一次性餐具材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種制備淀粉/聚丙烯基一 次性餐具材料的工藝方法。 技術(shù)背景
[0002] 一次性餐具材料是一種以淀粉和聚烯烴樹脂為基體的低碳共混顆粒材料。淀粉 是植物體衍生得到的生物質(zhì)材料，是一種天然的高分子材料，由 a-D-葡萄糖單元通過 a -(1，4)-D-糖苷鍵連接而成的聚合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為（C6H1(l05) n。淀粉除作為食品外，也 可作為重要的工業(yè)原料。淀粉作為工業(yè)原料與石油化工原料相比，具有價廉、可生物降解、 無污染等優(yōu)點，符合環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。但淀粉作為塑料工業(yè)加工原料，在應(yīng)用中 也存在著很多不足，這主要表現(xiàn)在抗剪切性能及耐老化性差，加之淀粉本身存在很強的分 子內(nèi)和分子間氫鍵，導(dǎo)致其玻璃化溫度和熔融溫度都高于其分解溫度（225~250°C)。為 了克服淀粉存在的上述不足，一般是通過加入一定量的增塑劑以削弱淀粉分子中的氫鍵作 用，降低其玻璃化溫度和熔融溫度，來實現(xiàn)淀粉的熱塑加工。
[0003] 淀粉/聚烯烴樹脂基一次性餐具材料的加工制備，在材料配方確定了之后，一個 十分重要的工作是如何將原料組分混合在一起，使整個體系的各組分在其基本單元沒有本 質(zhì)變化的情況下細化和均勻分布。以淀粉和聚烯烴樹脂為基體的一次性餐具材料加工，通 常采取在淀粉、聚烯烴樹脂、增塑劑（甘油、乙二醇）、增溶劑EAA存在的情況下，先將原料置 入混合設(shè)備進行預(yù)混，然后再利用雙螺桿擠出機熔融共混造粒。對于以淀粉和聚烯烴樹脂 為基體的一次性餐具材料，其原料組分淀粉是親水性天然高分子物質(zhì)，而聚烯烴為疏水性 材料，二者的相容性極差，在一次性餐具材料的制備過程中，采用傳統(tǒng)的預(yù)混合設(shè)備（重力 混合器、氣動混合器、滾筒類混合設(shè)備、轉(zhuǎn)子類混合設(shè)備）都很難達到預(yù)混的特殊要求，且 原料預(yù)混不好，在后面的熔融共混階段是彌補不了預(yù)混不均勻帶來不利結(jié)果的。所以在淀 粉/PP的加工中，一個很重要的關(guān)鍵技術(shù)就是原料的預(yù)混合。當今以淀粉和聚烯烴樹脂為 基體的一次性餐具材料加工的現(xiàn)有技術(shù)，是采用先在高速攪拌機中于高溫（120°C )條件下 進行長時間（30分鐘）預(yù)混，然后再利用雙螺桿擠出機熔融共混造粒。高速混合機轉(zhuǎn)速極 高（每分鐘在600~1200轉(zhuǎn)），屬于高強度混合設(shè)備。高速混合機的工作原理是：物料投入 高速混合機的混合室內(nèi)后，一方面從混合室夾壁內(nèi)的加熱介質(zhì)獲得熱量，另一方面受到混 合室下部的攪拌槳高速攪拌，在離心力的作用下，由混合室底部沿室壁上升至一定高度后 落下，然后再上升、再落下，從而使物料顆粒之間產(chǎn)生較高的剪切摩擦作用并獲得熱量。因 此，在物料組分混合均勻的同時，也獲得熱量達到混合工藝溫度?；旌鲜覂?nèi)折流板作用使物 料形成漩渦，以有利于組分分散均勻。采用高速混合機進行預(yù)混合，能夠?qū)υ辖M分進行充 分混合，混合效果好。但高速混合機對原料沒有破碎效果，因此高速攪拌混合的時間比較長 (30分鐘），能耗高（高速攪拌機需通入加熱介質(zhì)加熱、剪切摩擦生熱和高混機外殼散熱嚴 重），且單鍋預(yù)混料的耗時長，混料時粉塵大（排氣時有大量的粉體被帶出），工作環(huán)境較差 (高溫、粉塵和操作人員勞動強度較大）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的一次性餐具材料加工制備方法存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提 供一種新的用于制備淀粉/聚丙烯基一次性餐具材料的工藝方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)制備一 次性餐具材料方法存在的預(yù)混效果不好、能耗高、加工效率低、工作環(huán)境差等問題。
[0005] 本發(fā)明提供的一種淀粉/聚丙烯基一次性餐具材料制備方法，主要內(nèi)容包括：
[0006] (1)將包括35~50重量份的淀粉、35~50重量份的聚丙烯、10~20重量份的甘 油、5~15重量份的乙二醇、5~10重量份的EAA、0. 1~2重量份的無機納米粒子和0. 5~ 2重量份的加工助劑的原料置入混合機，在常溫下對原料組分進行整體初步預(yù)混合；
[0007] (2)原料組分經(jīng)整體初步預(yù)混合后送入磨盤形動力學(xué)碾磨混合機，在常溫下對原 料進行碾磨預(yù)混合，得到充分碾磨預(yù)混合的物料；
[0008] (3)將充分碾磨預(yù)混合的物料送入雙螺桿擠出機進行熔融共混擠出造粒，得到用 于制備一次性餐具的顆粒材料。
[0009] 本發(fā)明進一步的技術(shù)方案，經(jīng)磨盤形動力學(xué)碾磨混合機充分碾磨預(yù)混合的物料由 引風機負壓收集到料倉，再從料倉送入雙螺桿擠出機。
[0010] 在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，原料初步預(yù)混合優(yōu)選采用將原料置入高速混合機在 常溫下整體初步預(yù)混合2~5分鐘排出，再送入磨盤形動力學(xué)碾磨混合機進行預(yù)混合。所 述整體初步預(yù)混合是指各原料組分的本體形態(tài)基本沒有改變的混合。
[0011] 在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述淀粉可為木薯淀粉、玉米淀粉和馬鈴薯淀粉等 中的至少一種；所述的無機納米粒子優(yōu)選納米蒙脫土；所述加工助劑為受阻酚抗氧劑1010 和輔助抗氧劑168中的至少一種。
[0012] 在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述磨盤形動力學(xué)碾磨混合機，優(yōu)先選用碾磨機構(gòu) 由結(jié)構(gòu)相似動磨盤和靜磨盤構(gòu)成，靜磨盤中央設(shè)計有物料進入動靜磨盤磨齒之間的進料孔 的磨盤形動力學(xué)碾磨混合機。
[0013] 在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所謂常溫一般是指〇°C至40°C范圍內(nèi)的溫度；所謂 混合機除了高速混合機外，還可以是傳統(tǒng)的預(yù)混合設(shè)備，如重力混合器、氣動混合器、滾筒 類混合器、轉(zhuǎn)子類混合器等混合設(shè)備。
[0014] 本發(fā)明選擇使用用的磨盤形動力學(xué)碾磨混合機，其磨盤任一半徑的有效面積可按 以下公式計算：
[0015] AO= 2 JrRD? [G-(Dtga) ] /B+G
[0016] 公式中：A〇-有效面積；R-磨盤半徑，為150~250mm ;D齒槽深度，為2~5mm ; G-齒槽寬度，為12~20mm;a-磨齒斜角，為45~60° ;B-齒條寬度，為1~3mm。磨盤用 9SiCr鋼加工，通過熱處理或其他手段（如氮化）改善鋼材的組織結(jié)構(gòu)，以提高鋼材的力學(xué) 性能，從而提高磨盤的工作壽命。定盤設(shè)置有溫度控制裝置，以對磨盤、物料溫度實施有效 控制，以防止物料因承受過強的剪切而產(chǎn)生過熱分解。
[0017] 物料進入磨盤型動力學(xué)混合器動靜磨盤磨齒之間后，在磨盤磨齒施加的碾磨、剪 切、摩擦、粉碎、切