CN114634717A - 一种植物纤维基生物降解餐具及其制备方法 - Google Patents

一种植物纤维基生物降解餐具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物可降解材料技术领域，公开了一种植物纤维基生物降解餐具及其制备方法。本发明公开的方法包括：(1)将热塑性淀粉和助剂放入高速粉碎机中获得粉末状热粘合剂；(2)将粉末状热粘合剂与植物短纤维加热混合获得初混物；(3)将植物长纤维与初混物加热共混获得终混物；(4)将终混物放到热压模具内，加热加压制得生物可降解餐具。本发明制备的植物纤维基生物可降解餐具中长纤维、短纤维和热粘合剂三种组分均匀分散，能够解决纤维与纤维之间结合面小的问题，又起到了协同增强的作用，解决了纤维添加时力学性能衰减的问题，有效地降低原料成本。

Description

一种植物纤维基生物降解餐具及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物可降解材料技术领域，尤其涉及一种植物纤维基生物降解餐具及其制备方法。
背景技术
目前使用的一次性餐具多由聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)等难降解的聚合物树脂加工制备而成，这些餐具具有价格低廉、耐使用、质量轻等特点，但是这些一次性餐具在自然环境下通常难以降解，易造成环境污染。因此，开发出可在环境中自然降解的一次性餐具取代传统的难降解一次性餐具尤为重要。采用生物可降解树脂和秸秆粉碎物已能够加工出可降解餐具，但是植物粉碎物通常尺寸较小相互缠结作用较弱，并且制成品力学性能不足等特点。此外，尽管提高生物可降解的树脂添加量能够改善力学性能，但制成品的成本将明显增加。
因此，如何精确地调控植物纤维的种类和含量、生物可降解树脂以及加工工艺，制备出力学性能优异、成本低廉的生物可降解餐具变得十分重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种植物纤维基生物降解餐具及其制备方法，解决了生物可降解餐具中植物纤维添加种类单一、机械性能差、成本高的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种植物纤维基生物降解餐具，包括如下质量分数的组分：长纤维20～80份、短纤维10～50份、热塑性淀粉10～45份、助剂5～20份。
优选的，所述长纤维为植物纤维，长纤维的长度为5～50mm，直径为0.01～1.0mm。
优选的，所述短纤维为植物纤维，短纤维的长度为0.01～1.0mm，直径为0.01～0.1mm。
优选的，所述的热塑性淀粉为改性土豆淀粉和/或改性玉米淀粉。
优选的，所述的助剂为聚己二酸乙二醇脂、聚乳酸、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯和聚丁二酸丁二醇脂中的一种或几种。
本发明的另一目的是提供一种植物纤维基生物降解餐具的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将热塑性淀粉和助剂粉碎混合，得到粉末状热粘合剂；
步骤2、将步骤1制得的粉末状热粘合剂与短纤维混合，得到短纤维混合料；
步骤3、将长纤维与步骤2制得的短纤维混合料混合，得到纤维共混料；
步骤4、将步骤3制得的纤维共混料压制成型，得到生物可降解餐具。
优选的，所述步骤1中粉碎的时间为2～40min。
优选的，所述步骤2中混合为加热搅拌混合；
其中，混合的速度为50～1200r/min，混合的时间为2～60min，混合的温度为30～180℃。
优选的，所述步骤3中混合为加热搅拌混合；
其中，混合的速度为20～800r/min，混合的时间为2～60min，混合的温度为30～180℃。
优选的，所述步骤4中，压制成型的温度为120～250℃，压制成型的压力为5～80MPa，压制成型的时间为0.3～10min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种植物纤维基生物可降解餐具的制备方法，预先将热塑性淀粉和助剂粉碎成粉末获得热塑性粘合剂，再将热塑性粘合剂与植物短纤维和长纤维混合得到混合料，有助于热粘合剂与增强体均匀混合；长纤维和短纤维的混合既能起到协同增强的作用，又能解决纤维与纤维之间结合面小的问题；热粘合剂与长短纤维的协同作用有利于获得高强密封性好的生物可降解餐具。
具体实施方式
一种植物纤维基生物降解餐具，包括如下质量分数的组分：长纤维20～80份、短纤维10～50份、热塑性淀粉10～45份、助剂5～20份，优选为长纤维30～70份、短纤维20～40份、热塑性淀粉15～40份、助剂8～16份，进一步优选为长纤维40～60份、短纤维25～35份、热塑性淀粉20～35份、助剂10～15份，再一步优选为长纤维50份、短纤维30份、热塑性淀粉30份、助剂12份。
在本发明中，所述长纤维为植物纤维，优选为竹子、树木、椰壳、芦苇和甘蔗纤维；长纤维的长度为5～50mm，优选为10～40mm，进一步优选为30mm；直径为0.01～1.0mm，优选为0.1～0.8mm，进一步优选为0.5mm。
在本发明中，所述短纤维为植物纤维，，优选为竹子、树木、椰壳、芦苇和甘蔗纤维；短纤维的长度为0.01～1.0mm，优选为0.1～0.8mm，进一步优选为0.5mm；直径为0.01～0.1mm，优选为0.1～0.8mm，进一步优选为0.5mm。
在本发明中，所述的热塑性淀粉由普通淀粉(土豆淀粉和/或玉米淀粉)改性制得，首先将普通淀粉与增塑剂(甘油和/或山梨醇)按质量比为4:1～1:2投料至高速混合机中，20℃～80℃下高速混合20min，然后在20℃下密封塑化24～48h，最后在双螺杆挤出机中120℃～200℃下熔融造粒，获得热塑性淀粉。
在本发明中，所述的助剂为聚己二酸乙二醇脂、聚乳酸、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯和聚丁二酸丁二醇脂中的一种或几种。
本发明还提供了一种植物纤维基生物降解餐具的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将热塑性淀粉和助剂粉碎混合，得到粉末状热粘合剂；
步骤2、将步骤1制得的粉末状热粘合剂与短纤维混合，得到短纤维混合料；
步骤3、将长纤维与步骤2制得的短纤维混合料混合，得到纤维共混料；
步骤4、将步骤3制得的纤维共混料压制成型，得到生物可降解餐具。
在本发明中，所述步骤1中粉碎的时间为2～40min，优选为20min。
在本发明中，所述步骤2中混合为加热搅拌混合；
其中，混合的速度为50～1200r/min，优选为100～800r/min，进一步优选为500r/min；混合的时间为2～60min，优选为10～40min，进一步优选为30min；混合的温度为30～180℃，优选为60～120℃，进一步优选为100℃。
在本发明中，所述步骤3中混合为加热搅拌混合；
其中，混合的速度为20～800r/min，优选为50～600r/min，进一步优选为300r/min；混合的时间为2～60min，优选为10～40min，进一步优选为30min；混合的温度为30～180℃，优选为60～120℃，进一步优选为100℃。
在本发明中，所述步骤4中，压制成型的温度为120～250℃，优选为140～230℃，进一步优选为180℃；压制成型的压力为5～80MPa，优选为10～60MPa，进一步优选为50MPa；压制成型的时间为0.3～10min，优选为1～8min，进一步优选为5min。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将10份改性土豆淀粉、10份聚己二酸乙二醇脂加到粉碎机中，高速粉碎15min制得粉末状热粘合剂，然后将粉末状热粘合剂与10份竹子短纤维(长度为0.8mm、直径为0.5mm)加到混料机中，在温度120℃和转速1000r/min下混合30min，获得初混物料，继续加入70份椰壳长纤维(长度为30mm、直径为0.5mm)，在温度110℃和转速200r/min下混合20min，得到终混料。将终混料添加到餐具形状的模型中，在模具温度为200℃，模具内压力为20MPa下，热压1min，制得植物纤维基生物降解餐具。
实施例2
将10份改性土豆淀粉、10份聚乳酸加到粉碎机中，高速粉碎15min制得粉末状热粘合剂，然后将粉末状热粘合剂与20份竹子短纤维(长度为0.8mm、直径为0.5mm)加到混料机中，在温度120℃和转速1000r/min下混合30min，获得初混物料，继续加入60份甘蔗长纤维，在温度110℃和转速200r/min下混合20min，得到终混料。将终混料添加到餐具形状的模型中，在模具温度为200℃，模具内压力为20MPa下，热压1min，制得植物纤维基生物降解餐具。
实施例3
将10份改性玉米淀粉、10份聚丁二酸丁二醇脂加到粉碎机中，高速粉碎15min制得粉末状热粘合剂，然后将粉末状热粘合剂与30份芦苇短纤维(长度为0.8mm、直径为0.5mm)加到混料机中，在温度120℃和转速1000r/min下混合30min，获得初混物料，继续加入50份竹子长纤维(长度为30mm、直径为0.5mm)，在温度110℃和转速200r/min下混合20min，得到终混料。将终混料添加到餐具形状的模型中，在模具温度为200℃，模具内压力为20MPa下，热压1min，制得植物纤维基生物降解餐具。
实施例4
将10份改性玉米淀粉、10份聚己二酸乙二醇脂加到粉碎机中，高速粉碎15min制得粉末状热粘合剂，然后将粉末状热粘合剂与20份椰壳短纤维(长度为0.8mm、直径为0.5mm)加到混料机中，在温度120℃和转速1000r/min下混合30min，获得初混物料，继续加入60份椰壳长纤维(长度为30mm、直径为0.5mm)，在温度110℃和转速200r/min下混合20min，得到终混料。将终混料添加到餐具形状的模型中，在模具温度为200℃，模具内压力为30MPa下，热压1min，制得植物纤维基生物降解餐具。
实施例5
将10份改性玉米淀粉、10份聚丁二酸丁二醇脂加到粉碎机中，高速粉碎15min制得粉末状热粘合剂，然后将粉末状热粘合剂与20份芦苇短纤维(长度为0.8mm、直径为0.5mm)加到混料机中，在温度120℃和转速1000r/min下混合30min，获得初混物料，继续加入60份芦苇长纤维(长度为30mm、直径为0.5mm)，在温度110℃和转速200r/min下混合20min，得到终混料。将终混料添加到餐具形状的模型中，在模具温度为200℃，模具内压力为10MPa下，热压1min，制得植物纤维基生物降解餐具。
实施例6
将25份改性土豆淀粉、20份改性玉米淀粉、20份聚己二酸乙二醇脂加到粉碎机中，高速粉碎40min制得粉末状热粘合剂，然后将粉末状热粘合剂与50份竹子短纤维(长度为1mm、直径为0.01mm)加到混料机中，在温度180℃和转速1200r/min下混合5min，获得初混物料，继续加入80份椰壳长纤维(长度为5mm、直径为0.1mm)，在温度20℃和转速800r/min下混合5min，得到终混料。将终混料添加到餐具形状的模型中，在模具温度为250℃，模具内压力为5MPa下，热压0.5min，制得植物纤维基生物降解餐具。
实施例7
将10份改性玉米淀粉、5份聚己二酸乙二醇脂加到粉碎机中，高速粉碎2min制得粉末状热粘合剂，然后将粉末状热粘合剂与10份竹子短纤维(长度为0.1mm、直径为1mm)加到混料机中，在温度30℃和转速50r/min下混合60min，获得初混物料，继续加入20份芦苇长纤维(长度为50mm、直径为1mm)，在温度180℃和转速20r/min下混合60min，得到终混料。将终混料添加到餐具形状的模型中，在模具温度为120℃，模具内压力为80MPa下，热压10min，制得植物纤维基生物降解餐具。
对实施例1～5制备得到的植物纤维基生物降解餐具的拉伸强度和断裂伸长率进行检测(依据GB/T 1040.3-2006测试标准)，检测结果如表1所示。
表1植物纤维基生物降解餐具测试结果
Figure BDA0003608619280000091
Figure BDA0003608619280000101
表1显示，本发明制备的植物纤维基生物降解餐具具有良好的拉伸强度以及断裂伸长率，能够满足日常使用需求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种植物纤维基生物降解餐具，其特征在于，包括如下质量分数的组分：长纤维20～80份、短纤维10～50份、热塑性淀粉10～45份、助剂5～20份。
2.根据权利要求1所述的一种植物纤维基生物降解餐具，其特征在于，所述长纤维为植物纤维，长纤维的长度为5～50mm，直径为0.01～1.0mm。
3.根据权利要求2所述的一种植物纤维基生物降解餐具，其特征在于，所述短纤维为植物纤维，短纤维的长度为0.01～1.0mm，直径为0.01～0.1mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种植物纤维基生物降解餐具，其特征在于，所述的热塑性淀粉为改性土豆淀粉和/或改性玉米淀粉。
5.根据权利要求4所述的一种植物纤维基生物降解餐具，其特征在于，所述的助剂为聚己二酸乙二醇脂、聚乳酸、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯和聚丁二酸丁二醇脂中的一种或几种。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种植物纤维基生物降解餐具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将热塑性淀粉和助剂粉碎混合，得到粉末状热粘合剂；
步骤2、将步骤1制得的粉末状热粘合剂与短纤维混合，得到短纤维混合料；
步骤3、将长纤维与步骤2制得的短纤维混合料混合，得到纤维共混料；
步骤4、将步骤3制得的纤维共混料压制成型，得到生物可降解餐具。
7.根据权利要求6所述的一种植物纤维基生物降解餐具的制备方法，其特征在于，所述步骤1中粉碎的时间为2～40min。
8.根据权利要求7所述的一种植物纤维基生物降解餐具的制备方法，其特征在于，所述步骤2中混合为加热搅拌混合；
其中，混合的速度为50～1200r/min，混合的时间为2～60min，混合的温度为30～180℃。
9.根据权利要求7或8所述的一种植物纤维基生物降解餐具的制备方法，其特征在于，所述步骤3中混合为加热搅拌混合；
其中，混合的速度为20～800r/min，混合的时间为2～60min，混合的温度为30～180℃。
10.根据权利要求9所述的一种植物纤维基生物降解餐具的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，压制成型的温度为120～250℃，压制成型的压力为5～80MPa，压制成型的时间为0.3～10min。
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