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淀粉在包装业上具有广阔的发展前景

时间:2022-04-29 来源网站:普洱化工机械网

淀粉在包装业上具有广阔的发展前景

淀粉是一种可再生性天然高分子化合物,具有良好的粘结性和成膜特性。

玉米淀粉深加工制备各类精细化工产品受到人们的关注,人们在淀粉改性制备和生产各类粘合剂的工艺及应用方面做了大量的研究工作。淀粉是一种价格低、原料来源丰富、无毒的水溶性化合物,现已在包装等行业广泛应用。

一:包装胶粘剂

淀粉胶粘剂是一种价格低、原料来源丰富、无毒的水溶性胶粘剂,现已在整个包装纸容器材料以及瓦楞纸板占据着极为重要的地位,生产的瓦楞纸板几乎全部是以淀粉为基础的胶粘剂胶结起来的,而氧化淀粉胶粘剂由于其优异的性能,在单面机的瓦楞纸板生产中被广泛地使用。但淀粉胶粘剂由于其粘度不稳定,影响了其粘接性能。

为了改善其粘接性能,张钦发等较详细研究了影响氧化淀粉胶粘剂粘度的因素。研究结果表明:当氧化剂用量(以淀粉质量为基准)为18%~24%,氢氧化钠用量为1.6%~2.6%,m(水): m(淀粉)=4.5:5.5,氧化时间为15~25min,氧化温度为20~30℃时所制得的胶粘剂的性能比较好,适合于瓦楞纸的粘接。研究还发现以高锰酸钾作为氧化剂所制备的胶粘剂贮存子密闭容器中比较稳定。

淀粉胶粘剂也已开始用于制作瓦楞纸板的载体中,但由于传统的瓦楞纸板在生产过程中使用了碱,容易返潮。为了克服这一缺点贺伦英等用H、P、Q、W等物质分别对载体淀粉胶粘剂进行改性的研究,通过筛选试验和综合分析,确定了复合添加剂用量的最佳配方,结果表明当复合添加剂用量(以淀粉质量%计)11%~12%,氢氧化钠用量为32%,该胶粘剂流动性能好,粘度适宜,保水性能好,能完全均匀地浸润在被粘物表面,粘接能力强;多功能添加剂的加入,可以提高胶粘剂稳定性、不易分层、凝胶和腐变等也得到改善,同时成本低。该改性载体淀粉胶粘剂生产的瓦楞纸板粘结强度高,返潮率低,纸板挺力好。适合于冷藏食品用瓦楞纸箱。

塑料制品已在包装业得到广泛应用。然而,目前用于塑料包装容器的商标纸粘贴的粘合剂,粘贴效果不好,粘贴干燥后常常自行脱落,对塑料缺乏足够的亲和力,成本偏高,毒性污染较大,如溶剂型的聚丙烯酸和聚氨酯等粘合剂,它们虽粘得牢,但因成本过高,且因毒性污染大,食品饮料行业绝对禁止使用。曾德芳等采用聚丙烯酸改性淀粉同时加入了复合助剂,合成了一种绿色胶粘剂。

选用了水溶性丙烯酸类助剂B,研究发现加入助剂B后,不仅增强了与塑料表面的粘接强度,而且也提高了整个淀粉胶的粘接强度。助剂A是由几种醇类物质配制而成,它提高了助剂B与淀粉胶互溶性,是一种性能好的助溶剂,同时还具有润湿防冻作用。与同类产品相比,该胶粘剂具有无毒无污染和粘接性好等优点,广泛用于塑料包装行业的商标粘接。

二:改性淀粉包装薄膜

当今国内外常用的食品包装材料主要还是聚乙烯、玻璃纸及人造纤维等。它们不能在自然界中降解,这些包装遗弃物对环境造成污染,另一方面可食膜的机械强度不足,为了克服这些缺点,国内外许多学者在这方面进行了研究。李志达等用理化方法分离的直链淀粉的含量为80%左右的淀粉材料和异淀粉酶改性淀粉(链淀粉含量约40%左右),同时加入了助剂,研究了其成膜性。

实验表明:山梨醇和甘油适当组合是很好的可食性增塑剂,CMC-Na是一种好的强度增强剂,动物蛋白水解物则能很好地解决揭膜问题。通过反应得到了一种拉伸性能、透明度和耐折度良好的水不溶性淀粉可食用淀粉薄膜,在食品包装方面具有广阔的发展前景。

淀粉是一种强极性的亲水物质,而LDPE是极性很小的疏水物质,两者的结构和极性相差悬殊。为了提高淀粉的填充量,使淀粉均匀地分布在LDPE中,需对淀粉改性。张华集用氧化聚乙烯(OPE)作为淀粉填充LDPE共混体系的增容剂,用自制的辛酸铈、月桂酸铈、硬脂酸铈作为淀粉填充LDPE共混体系的光降解促进剂,研制成可降解LDPE母料及薄膜。

研究了淀粉/硬脂酸柿配合体系的组成,讨论了铝酸酯对淀粉的疏水处理、氧化聚乙烯对淀粉/LDPE共混体系的增容、硬脂酸铈对光氧降解LDPE基指数的影响,并对含20%淀粉、0.4%硬脂酸铈的LDPE包装薄膜进行性能测试和应用试验。结果表明,其力学性能和卫生性能符合国家标准要求,堆埋1年后,降解成小于25cm的碎片,逐渐被土壤同化,减少了对环境的污染。

三:全淀粉塑料包装

随着环保意识的增强,各国都在开发环保型包装材料,目前已取得一定成果的有淀粉降解树脂及全淀粉热塑性塑料等。

所谓淀粉降解树脂是将生物材料淀粉及降解促进剂与合成树脂共混,在微生物、高温和氧的作用下,塑料中高分子链断裂,分子量降低,最终转化为CO2、水和生物有机物。该类树脂的开发和使用可以部分解决塑料造成的污染。全淀粉塑料是以淀粉及少量可降解的增塑剂为原料制成的塑料,使用后可以完全生物降解而不产生污染,全淀粉塑料的研究进展很快,特别适合食品、医药、卫生等方面的包装,目前各国都加强这一领域的研究。

从目前的研究状况看,全淀粉塑料在挤出吹塑方面应用较好,但只能生产20μm以上的薄膜,注塑成型硬质制品的稳定性良好。但在吹瓶、压延薄片、真空吸塑等方面的应用还存在耐压不高、韧性差、易碎等缺陷。

另外,淀粉基完全生物降解塑料发展快,产业化成果多。为了改善淀粉与高聚物的共混相容性,必须对淀粉进行处理,改性后的淀粉颗粒表面被烷基等覆盖,减弱了氢键的作用,改善了和一些树脂的相溶性,同时共混性能比原淀粉填充体系更为强韧。国外采用该方法制取的塑料已在包装材料、容器和薄膜上得到应用。我国也在这方面进行研究,但与国外还存在一段差距。

四:变性淀粉及蛋白质包装材料

变性淀粉和蛋白质包装材料主要用于食品包装和制作一次性餐具。

(一)变性淀粉制包装材料

淀粉是一种天然的高分子材料,价格便宜,且可以再生,废弃后在自然环境中完全自然降解,也可以被食用或者作为饲料。使淀粉与含有憎水基团的化合物进行交联反应,得到的交联产品具有抗水性。这种材料主要被用来制作一次性餐具。主要原料是木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉。

(二) 原淀粉和蛋白膜包装材料

原淀粉和蛋白膜包装材料多被用来制作内包装袋,包装含水食品,防止袋内风味的扩散。蛋白膜和其它的纸类、淀粉类制成复合材料用于食品包装。用原淀粉和纸类制成的餐具因为其防水性能较差,需要在其表面涂一层防水膜。防水膜通常用蛋白质做成,最常用的是玉米蛋白。玉米蛋白中含40%的醇溶蛋白。

它是由分子、2.5万~4万的蛋白质组成。由于醇溶蛋白的氨基酸末端带有亮氨酸、丙氨酸等非极性憎水基团,增加了其疏水能力,以甘油、丙二醇作为增塑剂就可以制得可食性包装膜。这种薄膜的防油、防水、耐高温性能很好,因而可以被用于一次性餐具的生产。

五:超微淀粉包装材料

运用现代超级粉体技术,将原材料粉碎成3~1μm之间的颗粒称为超微粉。采用该技术制成的淀粉基生物降解塑料有明显的优点。超细淀粉粒度小,均匀,具有极大的比表面积,从而流动性和填充性得到显著的提高,用它制得的生物降解塑料可有效地改善材料的力学性能,能够在保证材料使用性能的前提下,大大提高淀粉的添加量,这对于降低成本,开发天然淀粉的应用,提高塑料生物降解率具有重要意义。

科研人员通过高速气流粉碎机和球磨的联合处理制备了超细淀粉,研究发现当超微淀粉的平均粒径为3.126μm,其结晶度由38.7%降至17.1%,经丙三醇增塑后,超微淀粉结晶度低达9.3%,其加工性能得到极大改善,可制备食品级生物制品包装膜,这种超微淀粉基膜的力学以及生物降解性能良好,在保证良好的材料性能的前提下,该降解淀粉有良好的耐油及透气性能,可用于一般食品包装,也可用于包装果蔬的气调保鲜,防止新鲜果蔬包装时因呼吸作用产生大量CO2所造成的伤害。

淀粉在包装业的使用,大大减少了不可降解材料在包装业的应用,在一定的程度上缓解了生态环境的压力,节约了资源,减少了环境的污染,在包装业上具有重大意义。

但我国目前淀粉在包装业上还存在问题,如产品不太稳定,应用范围不广泛。淀粉在特种包装上的技术与国外还存在一定差距,因而加强淀粉的研究特别是多功能淀粉包装材料的研究尤为重要。淀粉在包装业上具有广阔的发展前景。

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