陳 沙

（南惠強(qiáng)塑業(yè)發(fā)展股份有限公司，河南駐馬店 463100）

在中國政府大力倡導(dǎo)發(fā)展環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟(jì)的前提下，現(xiàn)階段急需開發(fā)一種用于食品包裝行業(yè)的新材料，在滿足各種加工和使用性能要求的前提下，既能降低成本，又能減少石化碳的排放，從而提升了產(chǎn)品的環(huán)保價(jià)值。目前國內(nèi)外市場上開發(fā)的生物基復(fù)合材料要么在聚乙烯或聚丙烯中添加了木粉、竹粉或者秸稈粉等生物質(zhì)材料，要么添加了淀粉（改性過的）；而在聚乙烯或聚丙烯中，極少有同時(shí)添加無機(jī)礦物和生物質(zhì)材料（包括淀粉）的復(fù)合材料，這些現(xiàn)有的生物質(zhì)復(fù)合材料雖然降低了碳排放量，增加了生物降解的環(huán)保概念，但仍然存在很多不足之處。比如添加了木粉、竹粉或秸稈粉的復(fù)合材料顏色很深，外觀粗糙，且不耐高溫加工（180℃以上），力學(xué)性能較差；而加入淀粉（改性過的）的復(fù)合材料顏色比較好，白中帶一點(diǎn)黃色，但表面也比較粗糙，且成本偏高（消耗大量糧食），綜合力學(xué)性能也很難達(dá)到大規(guī)模推廣實(shí)用的要求。

經(jīng)過反復(fù)研究及實(shí)驗(yàn)，筆者開發(fā)了一種用于一次性食品包裝行業(yè)的生物基復(fù)合材料，該材料是以聚乙烯為基料，再加入淀粉、無機(jī)填料等制成。該材料的延展性、耐低溫沖擊性及耐化學(xué)腐蝕性突出，可以做很薄的片材或薄壁制品［1－3］，非常適合制作飯盒、餅干盒、水杯及生鮮食品托盤等一次性食品包裝容器，做出的制品可以冷藏冷凍，還可以在微波爐里加熱，價(jià)格卻比較低廉。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 生產(chǎn)工藝流程

1.1.1 改性淀粉的配制先將食用淀粉、無水氯化鈣、檸檬酸、硬脂酸鈣及環(huán)氧大豆油按一定配比（表1）依次加入到高速混合機(jī)中［4］，在130～140℃攪拌20～2 5min左右，混合均勻，然后放料冷卻備用，體系中的水分通過高速混合機(jī)的上蓋開孔排出。

1.1.2 高速攪拌混料將㈠中配制好的改性淀粉、滑石粉、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、鋁酸酯、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、氧化鋅、抗氧劑264及鈦白粉按一定配比（表1）加入到高速混合機(jī)中，在130 ℃～140 ℃攪拌10～1 5min，混合均勻，然后降溫出料。

1.1.3 擠出造粒將上述物料加入到平行雙螺桿擠出機(jī)中，在155～195℃反應(yīng)擠出，經(jīng)切粒機(jī)拉條切粒得到大小一致、顏色均一的白色粒料。

1.2 具體配方實(shí)例及相關(guān)數(shù)據(jù)

五個(gè)配方實(shí)例如表1。五個(gè)配方實(shí)例的相關(guān)測試數(shù)據(jù)如表2［5］。

表1 配方實(shí)例的各組份及含量

表2 配方實(shí)例的各種力學(xué)性能及衛(wèi)生指標(biāo)

2 結(jié)果與討論

由表1－2可知，在整個(gè)研究開發(fā)的實(shí)驗(yàn)過程中，筆者可以作出以下幾點(diǎn)歸納：

（1）改性淀粉的制作至關(guān)重要，它直接影響到復(fù)合材料研制的成敗。時(shí)間嚴(yán)格控制在20～25 min，少于20min［6］，則淀粉很可能改性得不徹底，含水率偏高，特別是改性淀粉的水份超過3.5%以后，會(huì)使做出的粒料顏色偏黃、且有黃斑或白點(diǎn)，還可能在粒料內(nèi)部產(chǎn)生氣泡和空洞；多于25 分鐘，則會(huì)使淀粉改性過度，顏色偏黃，甚至嚴(yán)重的直接導(dǎo)致淀粉的熱氧化降解［7］。

（2）要想得到大小一致、顏色均一的粒料，必須控制好造粒機(jī)各區(qū)的溫度，并且保持良好的抽真空系統(tǒng)，及時(shí)排出物料中各種易揮發(fā)的小分子物質(zhì)，這樣可以大大減少粒料中黑點(diǎn)、黃斑和氣泡的產(chǎn)生。

2.1 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

筆者在試驗(yàn)中歸納出以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

（1）改性淀粉時(shí)，一定控制好水汽的排放，盡量避免水汽在高速混合機(jī)鍋蓋內(nèi)壁冷凝后再回流到高速攪拌的物料中，這樣可以避免大多數(shù)淀粉凝膠的形成，從而使粒料表面形成的白點(diǎn)大大減少，提高外觀質(zhì)量［8］；有關(guān)實(shí)驗(yàn)及文獻(xiàn)資料證實(shí)，盡量讓改性淀粉的含水率控制在3.5%以下，這樣可以降低材料內(nèi)部氣泡形成的概率，同時(shí)擠出的粒料含水率應(yīng)控制在1%（不含1%）以下，否則做出的制品外觀會(huì)有水花、不光滑，而且有可能在制品內(nèi)部產(chǎn)生空隙，降低材料的強(qiáng)度［9］。

（2）平行雙螺桿擠出機(jī)造粒時(shí)最高幾個(gè)區(qū)的溫度不應(yīng)超過195℃，一般情況下，最高加工溫度控制在190～195℃，擠出機(jī)機(jī)筒上接近摸頭的那幾個(gè)區(qū)溫度應(yīng)降至155～160℃，出口的模頭溫度應(yīng)控制在165～170℃。溫度過高，部份淀粉熱氧化降解，從而導(dǎo)致粒料發(fā)黃、發(fā)脆；溫度過低則會(huì)導(dǎo)致材料塑化不良，粒料表面不光滑，力學(xué)性能下降。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)表1、表2的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及一線生產(chǎn)工人和客戶的反饋信息可以得出該生物基復(fù)合材料有以下若干優(yōu)點(diǎn)：

（1）該材料力學(xué)性能較好，做出制品的各項(xiàng)使用性能滿足日常生活所需。

（2）該材料的原料低廉、來源廣泛，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定成熟，便于大規(guī)模量產(chǎn)和后加工。

（3）做成制品后，衛(wèi)生指標(biāo)的各項(xiàng)檢測結(jié)果全部達(dá)標(biāo)，對人體無害（參照GB18006.1－2009）。

（4）該材料的耐化學(xué)腐蝕性、抗冷凍性、耐熱性都比較好，做出的制品可以盛裝酒精、油脂等液體，也可以盛裝熱開水（100℃左右），還可放入冰箱冷凍保存。

（5）根據(jù)以上五個(gè)配方的性能數(shù)據(jù)得出：在一定范圍內(nèi)微調(diào)配方對材料的綜合性能影響比較小，材料的穩(wěn)定性和通用性很好，可根據(jù)用戶需求在一定范圍內(nèi)任意地微調(diào)配方。

3 結(jié) 語

在市面上大力推廣此生物基新材料必將能大量替代現(xiàn)有的淀粉基PP材料，這樣一來用該材料做出的一次性食品包裝容器環(huán)保性會(huì)更好，可以到達(dá)到節(jié)能減排的功效，更好地保護(hù)環(huán)境，也為國家節(jié)省了大量的不可再生能源。同時(shí)該材料的實(shí)用性很突出，綜合性能優(yōu)良，在各種環(huán)境中都能使用，且制作配方的原料來源廣泛，價(jià)格低廉。如果該材料能得到政府方面的大力支持，可以預(yù)想其產(chǎn)品推廣會(huì)更順利，能帶給廣大老百姓更多實(shí)惠的產(chǎn)品及一種全新的消費(fèi)理念。

1 吳強(qiáng).淀粉類生物降解材料研究進(jìn)展［J］.甘肅科技，2002（4）：51～54

2 朱立紅，傅和青.淀粉研究及其在包裝上的應(yīng)用［J］.包裝工程，2004，25（4）：65～68.

3 張力田.變性淀粉［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，1991：121～123

4 楊中文.實(shí)用塑料測試技術(shù)［M］.北京：印刷工業(yè)出版社，2011

5 梁訓(xùn)漢，周燕鐘，趙學(xué)融，等.幾種改性淀粉的研究［J］.天津造紙，1990（2）：23～24

6 杜一娟，李淑娥，閻金宏.改性淀粉材料的合成與應(yīng)用［J］.天津化工，1992（1）：6～19

7 白福成，葉永成，張海波.淀粉基降解塑料的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2000，125：66～69

8 陳立班，楊淑英，何樹杰.二氧化碳環(huán)氧丙烷共聚過程的計(jì)算機(jī)模型［J］.高分子材料科學(xué)與工程，1998（3）