CN115160815A

CN115160815A - 一种可降解榨渣纤维材料吸管及其制备方法

Info

Publication number: CN115160815A
Application number: CN202210796274.0A
Authority: CN
Inventors: 纪家楠; 陈茵婷; 黄照夏; 瞿金平
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2022-10-11

Abstract

本发明公开了一种可降解榨渣纤维材料吸管及其制备方法。该吸管成分包括：植物榨渣纤维30‑55份、聚乳酸45‑70份、聚丙烯酸钠0.5～3.5份、海藻糖1～10份、结冷胶1～20份、食用色素1～5份；植物榨渣纤维包括但不仅限于咖啡渣、甘蔗渣、茶叶渣等植物榨渣。上述原料经过高混机混合，利用基于体积拉伸流变塑化输运技术的偏心转子挤出机进行熔融共混成型加工，制成可降解榨渣纤维材料吸管，该吸管具有耐水性好、性能优良、成本低、可自然降解等优点。

Description

一种可降解榨渣纤维材料吸管及其制备方法

技术领域

本发明涉及可降解吸管及其制备方法，具体涉及一种可降解榨渣纤维材料吸管及其制备方法。

背景技术

作为新型材料的塑料制品，因其具有成本低、质轻、防水、便利、生产技术成熟等特点而在全国广泛应用，给人们带来了不少方便，但由于人们对废旧塑料造成的环境污染缺乏足够的认识，将用过的废旧塑料制品随意丢弃，由于过量使用及回收处理不到位等原因，造成了严重的能源资源浪费和环境污染，给环境造成了严重危害。成为“白色污染”的主要来源。白色污染也已经变的相当严重。在众多塑料污染物中，吸管因其轻小、数量庞大等特点，成为塑料污染治理中不可忽视的重要处理方向。

利用植物榨渣和PLA制成的可降解榨渣纤维材料吸管拥有极为广阔的发展前景；消费市场上出现大量可降解吸管产品，以纸吸管和PLA 吸管为主流的可降解吸管却存在实用性、消费者体验等方面的缺陷。消费者使用纸吸管的口感差，耐水性能差，在常温25℃下，维持性能的时间不超过12min；若使用PLA吸管，相较于纸吸管的口感以及耐水性、耐热性都有了极高的提升，虽然满足大部分消费者对吸管性能品质的需求，但是国际上PLA材料供不应求且价格也始终居高不下。

除此之外，各大饮品企业特别是现制茶饮行业存在榨渣(包括但不仅限于咖啡行业的咖啡渣、茶饮行业的茶叶渣)的处理问题，以及以甘蔗为原料的制糖加工厂也有大量的甘蔗榨渣需要处理。这些榨渣的利用率低，企业需要耗费一定的经济成本处理，而一些企业则是直接将榨渣丢弃，这会对垃圾处理体系造成冲击，导致垃圾运输量更多，且榨渣混杂在其他大量垃圾之中，垃圾处理商进行垃圾处理、分类的难度更大；采用将榨渣进行集中填埋的处理方法会产生环境污染、加剧温室效应，例如，咖啡渣被填埋后会产生跟温室效应相关的气体——甲烷，其对环境危害甚于二氧化碳；将榨渣进行集中堆肥处理也需要3个月的时间发酵，处理周期冗长。植物榨渣属于天然生物质材料，直接进行堆肥发酵，利用率不高，直接丢弃或集中填埋更是浪费资源的表现。

发明内容

本发明的目的是提供一种可自然降解、耐水性好、性能优良的榨渣纤维材料吸管。

本发明另一目的是提供所述可降解榨渣纤维材料吸管的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种可降解榨渣纤维材料吸管，包括如下重量份数的原料：

植物榨渣纤维30-55份、PLA(polylactic acid，以下简称PLA)45-70 份、聚丙烯酸钠(食品级)0.5～3.5份、海藻糖1～10份、结冷胶1～20份、食用色素1～5份。

进一步地，所述植物榨渣纤维包括但不仅限于咖啡渣、甘蔗渣、茶叶渣等榨渣。

进一步地，所述吸管横截面为圆形或椭圆形。

进一步地，所述吸管适用温度为10℃～55℃。

进一步地，所述PLA包括PLLA(左旋聚乳酸)、PDLA(右旋聚乳酸) 或PLLA/PDLA共混物。

一种可降解榨渣纤维材料吸管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将植物榨渣纤维(包括但不仅限于咖啡渣、甘蔗渣、茶叶渣等榨渣)消毒、烘干、破碎，得到处理后的植物榨渣纤维；

(2)按比例称取PLA，采用高混机混匀；

(3)按比例称取海藻糖、聚丙烯酸钠、结冷胶、食用色素，加入到步骤(2)得到的混合物，并采用高混机混合均匀；

(4)将步骤(3)制得的混合物加入基于体积拉伸流变的偏心转子挤出机中，挤出成型，裁剪烘干。

上述方法中，可降解吸管采用熔融挤出法制备，全过程无需溶剂。

上述方法中，步骤(4)中，所述烘干温度为：50℃～100℃。

上述方法中，步骤(4)中，所述成型的温度为在165℃～215℃。

上述方法中，步骤(4)中，挤出机转速10-150转每分钟。

进一步地，所述步骤(4)成型条件为：在165℃～215℃，挤出机转速 65转每分钟。温度低于165℃时，制得的产品硬度不能满足使用需求，无法成形；温度过高会使原料过反应，形状和颜色均产生改变。转速过低则无法发生物理交联且制得的产品表面不光滑；转速过高，材料内部分子结构会发生破裂，无法成形。

进一步地，所述步骤(4)成型技术为：利用基于体积拉伸流变塑化输运技术的偏心转子挤出机进行熔融共混成型加工。非该技术制成的吸管无法塑化，导致吸管无法成形。

上述技术方案中：

PLA起主要的成型作用；植物榨渣纤维材料混入后可以使制得的成品韧性更好。海藻糖及结冷胶作为添加的辅料，一方面能让原料充分混合，使成品质地更为均匀；另一方面也能增强产品耐水性、耐热性等综合物理性能。聚丙烯酸钠能够提升产品硬度和拉伸强度等力学性能。

主料：

PLA起主要的成型作用；植物榨渣纤维材料混入后可以使制得的成品韧性更好。

其余辅料：

海藻糖及结冷胶作为添加的辅料，一方面能让原料充分混合，使成品质地更为均匀；另一方面也能增强产品耐水性、耐热性等综合物理性能。聚丙烯酸钠能够提升产品硬度和拉伸强度等力学性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明公开了一种可降解的、耐水的、制备工艺简单的、低成本一次性绿色环保吸管。未来，该发明产品可进一步推广应用在杯盖、杯身、塑料袋的制作中，成为一大优质的塑料替代品。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

本实施例中的配方添加量见下表(单位：份)。

表1：实施例可降解环保吸管部分配方(以咖啡渣为例)

实施例1

本实施例环保可降解榨渣纤维材料吸管制备方法如下：

(1)将植物榨渣消毒、烘干、破碎，得到处理后的植物榨渣纤维，称取52份植物榨渣；

(2)按表1中对应的实施例1数据称取42份PLA，与步骤(1)制得的植物榨渣共混，采用高混机混匀；

(3)按照表1中按配比：海藻糖4份、聚丙烯酸钠2份、结冷胶6份、食用色素1份，加入到步骤(2)得到的混合物，并采用高混机混合均匀；

(4)将步骤(3)制得的混合物加入基于拉伸流变的偏心转子挤出机中，在165℃～215℃，挤出机转速65转每分钟下挤出成型，裁剪烘干。

实施例2

本实施例环保可降解榨渣纤维材料吸管制备方法如下：

(2)按表1中对应的实施例2数据称取42份PLA，与步骤(1)制得的植物榨渣共混，采用高混机混匀；

(3)按照表1中按配比：海藻糖4份、聚丙烯酸钠0.5份、结冷胶6 份、食用色素1份，加入到步骤(2)得到的混合物，并采用高混机混合均匀；

(4)将步骤(3)制得的混合物加入基于体积拉伸流变塑化输运技术的偏心转子挤出机中，在165℃～215℃，挤出机转速65转每分钟下挤出成型，裁剪烘干。

实施例3

本实施例环保可降解榨渣纤维材料吸管制备方法如下：

(1)将植物榨渣消毒、烘干、破碎，得到处理后的植物榨渣纤维，称取55份植物榨渣；

(2)按表1中对应的实施例3数据称取42份PLA，与步骤(1)制得的植物榨渣共混，采用高混机混匀；

实施例4

本实施例环保可降解榨渣纤维材料吸管制备方法如下：

(2)按表1中对应的实施例4数据称取45份PLA，与步骤(1)制得的植物榨渣共混，采用高混机混匀；

实施例5

本实施例环保可降解榨渣纤维材料吸管制备方法如下：

(2)按表1中对应的实施例5数据称取40份PLA，与步骤(1)制得的植物榨渣共混，采用高混机混匀；

实施例6

本实施例环保可降解榨渣纤维材料吸管制备方法如下：

(2)按表1中对应的实施例6数据称取42份PLA，与步骤(1)制得的植物榨渣共混，采用高混机混匀；

(3)按照表1中按配比：海藻糖4份、聚丙烯酸钠3.5份、结冷胶6 份、食用色素1份，加入到步骤(2)得到的混合物，并采用高混机混合均匀；

对比例

本实施例环保可降解榨渣纤维材料吸管制备方法如下：

(1)按表1中对应的对比例数据称取94份PLA，采用高混机混匀；

(2)按照表1中按配比：海藻糖4份、聚丙烯酸钠3.5份、结冷胶6 份、食用色素1份，加入到步骤(1)得到的PLA，并采用高混机混合均匀；

(3)将步骤(2)制得的混合物加入基于拉伸流变塑化输运技术的偏心转子挤出机中，在165℃～215℃，挤出机转速65转每分钟下挤出成型，裁剪烘干。

表2：实施例1-6的吸管性能测试数据表

组别	拉伸强度	弯曲强度	熔指g/10min
				实施例1	30.2	47.8	11.24
实施例2	28.7	44.7	10.32
				实施例3	26.3	43.8	11.45
实施例4	25.8	44.6	10.82
				实施例5	26.4	45.2	13.42
实施例6	25.3	46.2	12.19
				对比例	28.4	46.7	13.67

由表2可知，实施例1-6在强度和熔指与对比例相近，其中实施例1在拉伸强度方面达到30.2、弯曲强度方面达到47.8，是上述实施例中的最优结果。

由表1和表2可知，可降解植物榨渣纤维材料吸管最佳配比范围为植物榨渣纤维材料：PLA为(50-55)：(40-45)其余成分的重量数最佳范围为聚丙烯酸钠(食品级)0.5～3.5份、海藻糖3～6份、结冷胶3～10份、食用色素 1～3份。

由表1和表2可知，利用植物榨渣纤维材料混合制成的PLA吸管在强度和熔指性能上均与普通PLA吸管相近，甚至优于普通PLA吸管。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本说明书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/ 或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用与区别类似的对象，不必用于本说明书一个或多个实施例所描述特征的先后顺序或次序。此外，术语“具备”、“包含”以此相似表达，意图在于说明覆盖不排它的一个范围，例如，包含了一系列的步骤或者模块的过程、方法、***、产品或设备不必限于详细列出的内容，而是可包括没有列出的对于这些步骤或模块所涉及的固有内容。

Claims

1.一种可降解榨渣纤维材料吸管，其特征在于：包括如下重量份数的原料：

植物榨渣纤维30-55份、PLA 45～70份、聚丙烯酸钠0.5～3.5份、海藻糖1～10份、结冷胶1～20份、食用色素1～5份。

2.根据权利要求1所述可降解榨渣纤维材料吸管，其特征在于：所述植物榨渣纤维包括咖啡渣、甘蔗渣或茶叶渣。

3.根据权利要求1所述可降解榨渣纤维材料吸管，其特征在于：所述吸管横截面为圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述可降解榨渣纤维材料吸管，其特征在于：所述吸管适用温度为10℃～55℃。

5.根据权利要求1所述可降解榨渣纤维材料吸管，其特征在于：所述PLA包括PLLA、PDLA或PLLA/PDLA共混物。

6.权利要求1所述的可降解榨渣纤维材料吸管的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将植物榨渣纤维消毒、烘干、破碎，得到处理后的植物榨渣纤维；

(2)按比例称取PLA，采用高混机混匀；

(3)按比例称取海藻糖、聚丙烯酸钠、结冷胶和食用色素，加入到步骤(2)得到的混合物，并采用高混机混合均匀；

7.根据权利要求6所述的可降解榨渣纤维材料吸管的制备方法，其特征在于：可降解吸管采用熔融挤出法制备，全过程无需溶剂。

8.根据权利要求6所述的可降解榨渣纤维材料吸管的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述烘干温度为：50℃～100℃。

9.根据权利要求6所述的可降解榨渣纤维材料吸管的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述成型的温度为在165℃～215℃。

10.根据权利要求6所述的可降解榨渣纤维材料吸管的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，挤出机转速10-150转每分钟。