CN102079849A - 一种生物质降解材料的制备方法及吸管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物质降解材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：1)制备原料：根据重量百分比，称取如下原料组分：主料聚丁二酸丁二醇酯40～60，改性料聚乳酸40～60，填充剂碳酸钙母料0.1～20；2)组分混合，形成改性聚丁二酸丁二醇酯混合料；3)将改性混合料低温静置备用。本发明还公开了一种采用上述材料制备吸管的方法，其包括以下步骤：4)准备一吸管挤出主机，及与该主机配套使用的圆形模头；5)将改性聚丁二酸丁二醇酯混合料送入挤出主机，制得连续的圆形中空体吸管；7)裁切成吸管段。本发明还提供了一种采用上述方法制备的吸管。本发明提供的材料可完全降解，方法科学合理、生产效率高，产品性能好、成本低。

Description

一种生物质降解材料的制备方法及吸管

技术领域

本发明涉及生物降解材料及其制品，具体涉及采用聚丁二酸丁二醇酯为主料的一种可降解材料的制造方法，以及采用该材料制备的吸管。

背景技术

近年来，饮用吸管作为餐饮工具中配套使用一次性卫生产品，市场需求量非常大，具不完全统计目前全世界每年使用的塑料吸管就在50万吨以上，而传统的塑料吸管主要以聚丙烯(PP)为原料，其使用后无法降解；随着社会关注白色污染和人民环境意识的提高，在不远的将来，以传统塑料制成的吸管将受到世界各国普遍的限制，一种便于生产，材料来源广泛，使用后便于分解而不污染环境，且性能上接近于塑料吸管替代产品将成为以后发展的主流。

利用生物质材料代替部分生产塑料制品的塑料原料，已在世界各国广泛运用，用生物质材料生产的一次性用品的设备和工艺技术近几年得到长足的发展，使得利用成熟设备生产生物质聚丁二酸丁二醇酯吸管成为可能，再加上近几年世界各国对白色污染问题的进一步重视，传统塑料制品发展空间将受到限制，替代或部分替代塑料的生物质制品的发展得到进一步的拓展空间。

本发明即重点研究采用新的生物质降解材料，完全代替传统聚丙烯(PP)原料制成吸管，以彻底解决其所存在的环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术上的上述不足，提供一种生物质降解材料的制备方法，以替代现有无法降解的各种塑料；

本发明的目的还在于，提供一种采用上述生物质降解材料制备吸管的方法，以提高吸管的制造效率，并能制造出各种符合所需形状、长度和切口的吸管；

本发明还提供了一种采用上述方法制造的可降解的生物质材料的吸管，其具有胶质表层，在水中不会溶化，而在任何环境下均可以完全分解，不产生任何影响环境的残留物。

本发明实现上述目的所提供的技术方案是：

一种生物质降解材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)制备原料：根据重量百分比，称取如下原料组分：

主料聚丁二酸丁二醇酯40～60，改性料聚乳酸40～60，填充剂碳酸钙母料0.1～20；

2)组分混合：

首先将上述组分制备为100～300目的粉体，并干燥处理；

称取总量1/3的聚丁二酸丁二醇酯，加入全部的聚乳酸，搅拌混合；

然后将其余聚丁二酸丁二醇酯和全部的碳酸钙母料，逐渐加入并搅拌混合，直至完全加完，使各粉体成分均匀混合，形成改性聚丁二酸丁二醇酯混合料；

3)将改性聚丁二酸丁二醇酯混合料低温条件下，抽真空、静置2小时以上，备用。

进一步的，所述步骤1)中各组分重量百分比为：主料聚丁二酸丁二醇酯40～50，改性料聚乳酸40～50，填充剂碳酸钙母料1～10。

所述步骤2)中的搅拌过程均在低温、真空条件下进行。

所述的聚丁二酸丁二醇酯为丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得到，或者通过生物资源发酵而得到。

一种采用前述生物质降解材料制备吸管的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

4)准备一吸管挤出主机，及与该主机配套使用的圆形模头；

5)将步骤3)制备的改性聚丁二酸丁二醇酯混合料送入挤出主机，该主机将混合料进行热塑加温，并在高温高压下通过圆形模头后挤出，冷却成型制得连续的圆形中空体吸管，使所述聚乳酸在所述吸管的内外侧表面上形成一致密的不溶于水的胶质表层。

6)准备一弯头成型机，将连续吸管的管体进行弯头压痕工艺处理，制得中部可弯折的吸管；

7)准备一切机，将制得的连续的直线型吸管，裁切成多数个预定长度的吸管段，通过调整裁刀位置及拉取管体的速率来调整裁切管体的预定长度；

8)准备一斜切刀具并置于切机上，将连续吸管的管体的切断部位进行斜角切割工艺处理，制得一端或两端为斜切口的吸管。

9)准备一勺成型机，将连续吸管的管体的切断部位进行勺型压痕工艺处理，制得一端或两端为勺形的吸管。

一种采用前述方法制备的吸管，其特征在于，其为一中空的圆形管状，其由生物质降解材料组成，且其内外侧表面均具有一致密的不溶于水的胶质表层。

所述的吸管，其横截面为正圆形或椭圆形；其一端或两端为平齐或斜切的断面，或呈勺形；其中部设有可使吸管弯折的折痕。

本发明提供的方法，以生物质可分解性天然高分子丁二酸丁二醇酯(PBS)为主要成分，添加聚乳酸(PLA)为改性剂，添加碳酸钙为填充剂，利用多元醇类结构上具有脂肪族长链及醇类功能基提高制成品的耐冲击性及柔韧性。

本发明改变了传统塑料吸管产生白色污染的社会环境问题，改变了以聚乳酸(PLA)为主要配方材料生产的吸管存在的缺陷而提供一种改进配方的生物质降解吸管，并使用碳酸钙填充的方式降低了产品的原料消耗，有利于社会降低对传统能源的消耗。由于丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚乳酸(PLA)聚合体都能够被自然的掩埋环境中被微生物质分解成二氧化碳及水，有利于社会对环境的保护。

聚丁二酸丁二醇酯(Poly butlenesuccinata PBS)和聚乳酸Polylactic acid(PLA)均为具有生物质可分解性高分子材料，其来源既可以从植物纤维中的葡萄糖发酵成乳酸，再经聚合而成，常用的植物纤维来源主要为植物的茎杆，也可以从石化材料上提炼出来，来源极为广泛。

而作为只要材料的聚丁二酸丁二醇酯价格相对较低，力学性能优异，耐热性能好，热变形温度接近100℃，是目前国内外在生物质降解塑料中应用最成熟的降解塑料，其本身无嗅无味，易被自然界的多种微生物质或动植物体内的酶分解、代谢，最终分解为二氧化碳和水，是典型的可完全生物质降解的聚合物材料，具有良好的生物质相容性和生物质可吸收性；

目前，市场上生物质降解吸管主要以聚乳酸(PLA)为主要配方材料制成，但由于聚乳酸(PLA)材料的高分解性和低熔点性能，其产品会在100天后就开始自然分解，吸管成品在没有使用前的包装内就开始分解破裂，不利于产品的存储和销售，而且产品的热变形温度只有59℃，不利于产品在夏季高温的情况下出口外运。

而用聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为主要材料的配方有着与传统塑料更为接近的性能，在柔韧性和延展性方面完全可以与传统的塑料相比，所以其性能完全优于用聚乳酸(PLA)为主要配方材料生产的吸管，有着与聚丙烯塑料吸管完全一致的产品性能，已经具备实际应用和推广使用的所有条件，对比数据见表1。

表1

对比项	聚乳酸(PLA)吸管	聚丁二酸丁二醇酯吸管
			分解率	100％	100％
分解环境	任何环境下都能分解	只有在堆肥环境或水中分解
			热变形温度	59℃	95℃
柔韧性	柔韧性不好，比较脆	极好，非常柔韧
			材料价格	28000元/吨	18000元/吨
使用填充剂	应质地较脆，不能添加	柔韧包容性好，可添加30％以下

另一方面，由于聚丁二酸丁二醇酯在柔韧性和延展性方面的性能十分优异，我们在应用中加入了碳酸钙母料为填充材料，满足了社会要求企业致力于节能降耗方面的要求，由于碳酸钙母料其本身是中性的天然矿物材料，大量应用于塑料制造工业，并随着聚丁二酸丁二醇酯材料的分解而分解于其中，其应用大量节省了社会对能源和资源的消耗，节省了产品的直接成本，使产品在市场上更有竞争力。

本发明采用聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为主要材料的配方有着与传统塑料更为接近的性能，在柔韧性和延展性方面完全可以与传统的塑料相比，所以其性能完全优于用聚乳酸(PLA)为主要配方材料生产的吸管，有着与聚丙烯塑料吸管完全一致的产品性能，已经具备实际应用和推广使用的所有条件，本发明于现有技术相比具有明显的有点和有益效果。

由表1中可以看出，为了达到上述目的，本发明提出一种生物质降解吸管及其制作方法，以生物质可分解的高分子材料为原料，加入聚乳酸为改进剂，用以改变聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的性能，制造出与塑料吸管相一致的柔韧性高的生物质降解吸管，生物质降解吸管至少包含有含量为40至60重量百分比的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)；含量为40至60重量百分比的聚乳酸(PLA)和含量为0.1-30重量百分比的碳酸钙母料；

通过表1中可以看出，本发明生物质降解吸管及其制造方法比照聚乳酸(PLA)生物质降解吸管具有下列优点：

用传统的吸管生产设备可以生产出生物质降解吸管，降低了企业的设备的资金投入；

提高了产品在无水状态下的分解周期，解决了产品在存储期间的分解问题；

提高了产品的热变形温度，解决了产品在夏季高温无法储运的问题；

原材料的来源更广泛，价格更低，提高了产品的竞争力；

可以填充碳酸钙母料，直接降低了生产成本，提高了产品的竞争力。

本发明的生物质降解吸管，提供了一种可以有效替代传统塑料吸管的全新产品，明显改善传统聚乳酸原料制成吸管存在的材质脆，分解无法控制的缺点。本发明的制造方法，为替代产品提供了一种生物质降解吸管的制造途径。

本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品性能，制造方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显着的进步，在成本价格上有更大的竞争力，从而更加有利于环保新材料的推广应用，具有十分重大的产业应用价值，尤其在与聚乳酸为原料的生物质降解吸管比较方面，有极为明显的技术优势和成本优势。

下面结合附图说明和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明生物质材料制备方法流程示意图；

图2是本发明吸管的制备方法流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

参见图1，本发明实施例提供的一种生物质降解材料的制备方法，其包括以下步骤：

1)制备原料：根据重量百分比，称取如下原料组分：

主料聚丁二酸丁二醇酯40～60，改性料聚乳酸40～60，填充剂碳酸钙母料0.1～20；

2)组分混合：

首先将上述组分制备为100～300目的粉体，并干燥处理；

称取总量1/3的聚丁二酸丁二醇酯，加入全部的聚乳酸，搅拌混合；

然后将其余聚丁二酸丁二醇酯和全部的碳酸钙母料，逐渐加入并搅拌混合，直至完全加完，使各粉体成分均匀混合，形成改性聚丁二酸丁二醇酯混合料；

3)将改性聚丁二酸丁二醇酯混合料低温条件下，抽真空、静置2小时以上，备用。

所述步骤2)中的搅拌过程均在低温、真空条件下进行。

所述的聚丁二酸丁二醇酯为丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得到，或者通过生物资源发酵而得到。

参见图2，本实施例提供的一种采用前述生物质降解材料制备吸管的方法，其包括以下步骤：

4)准备一吸管挤出主机，及与该主机配套使用的圆形模头；

5)将步骤3)制备的改性聚丁二酸丁二醇酯混合料送入挤出主机，该主机将混合料进行热塑加温，并在高温高压下通过圆形模头后挤出，冷却成型制得连续的圆形中空体吸管，使所述聚乳酸在所述吸管的内外侧表面上形成一致密的不溶于水的胶质表层。

6)准备一弯头成型机，将连续吸管的管体进行弯头压痕工艺处理，制得中部可弯折的吸管；

7)准备一切机，将制得的连续的吸管，裁切成多数个预定长度的吸管段，通过调整裁刀位置及拉取管体的速率来调整裁切管体的预定长度，制得直线型吸管；

8)准备一斜切刀具并置于切机上，将连续吸管的管体的切断部位进行斜角切割工艺处理，制得一端或两端为斜切口的吸管。

本实施例提供的一种采用上述方法制备的吸管，其为一中空的圆形管状，其由生物质降解材料组成，且其内外侧表面均具有一致密的不溶于水的胶质表层。

所述的吸管，其横截面为正圆形或椭圆形；其一端或两端为平齐或斜切的断面，或呈勺形；其中部设有可使吸管弯折的折痕。

实施例2：

本实施例提供的生物质降解材料的制备方法与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述步骤1)中各组分重量百分比为：主料聚丁二酸丁二醇酯40～50，改性料聚乳酸40～50，填充剂碳酸钙母料1～10。

本实施例提供的一种采用所述生物质降解材料的吸管的制备方法，其与实施例1基本相同，其不同之处在于，其还包括以下步骤：

6)准备一弯头成型机，将连续吸管的管体进行弯头压痕工艺处理，制得中部可弯折的吸管；

本实施例提供的采用上述方法制备的吸管，其与实施例1也基本相同，其不同之处在于：所述的吸管，其中部设有可使吸管弯折的折痕。

实施例3：

本实施例提供的生物质降解材料的制备方法与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述步骤1)中各组分重量百分比为：

主料聚丁二酸丁二醇酯40，改性料聚乳酸，填充剂碳酸钙母料20。

本实施例提供的一种采用所述生物质降解材料的吸管的制备方法，其与实施例1基本相同，其不同之处在于，其还包括以下步骤：

9)准备一勺成型机，将连续吸管的管体的切断部位进行勺型压痕工艺处理，制得一端或两端为勺形的吸管。

本实施例提供的采用上述方法制备的吸管，其与实施例1也基本相同，其不同之处在于：所述的吸管，其一端或两端的断面呈勺形。

实施例4：

本实施例提供的生物质降解材料的制备方法与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述步骤1)中各组分重量百分比为：

主料聚丁二酸丁二醇酯60，改性料聚乳酸40，填充剂碳酸钙母料20；

实施例5：

本实施例提供的生物质降解材料的制备方法与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述步骤1)中各组分重量百分比为：

主料聚丁二酸丁二醇酯40～60，改性料聚乳酸40～60，填充剂碳酸钙母料0.1～20；

主料聚丁二酸丁二醇酯39.9，改性料聚乳酸60，填充剂碳酸钙母料0.1。

实施例6：

本实施例提供的生物质降解材料的制备方法与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述步骤1)中各组分重量百分比为：

主料聚丁二酸丁二醇酯50，改性料聚乳酸45，填充剂碳酸钙母料5。

在其他实施例中，也可以根据实际需要，在本发明公开的数值范围内，自由确定各组分的具体比例，在此不再一一列出。

本发明改变了传统塑料吸管产生白色污染的社会环境问题，长期改变了塑料生产吸管存在的诸多缺点，提供一种全新的生物质聚丁二酸丁二醇酯吸管，并添加碳酸钙母料作为填充剂的方式降低了产品的原料使用，节约了产品的生产成本，有利于社会降低对资源的消耗。

由于本发明主要使用的植物聚丁二酸丁二醇酯原料能够在自然的掩埋环境中被微生物质分解成二氧化碳及水，避免了产生白色污染，降低了吸管的制造成本，解决了部分农副产品的深加工出路，有利于社会对环境的保护。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例的图示方法描述，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，都可利用上述描述的方法及技术内容作出部分的改变和调整，调整之后均为等同调整的案例描述，但凡是未脱离本发明技术的内容，依据本发明的技术实质对以上描述案例所作的任何简单修改与调整，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种生物质降解材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)制备原料：根据重量百分比，称取如下原料组分：

主料聚丁二酸丁二醇酯40～60，改性料聚乳酸40～60，填充剂碳酸钙母料0.1～20；

2)组分混合：

首先将上述组分制备为100～300目的粉体，并干燥处理；

称取总量1/3的聚丁二酸丁二醇酯，加入全部的聚乳酸，搅拌混合；

然后将其余聚丁二酸丁二醇酯和全部的碳酸钙母料，逐渐加入并搅拌混合，直至完全加完，使各粉体成分均匀混合，形成改性聚丁二酸丁二醇酯混合料；

3)将改性聚丁二酸丁二醇酯混合料低温条件下，抽真空、静置2小时以上，备用。

2.根据权利要求1所述的生物质降解材料的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)中各组分重量百分比为：主料聚丁二酸丁二醇酯40～50，改性料聚乳酸40～50，填充剂碳酸钙母料1～10。

3.根据权利要求1所述的生物质降解材料的制备方法，其特征在于：

所述步骤2)中的搅拌过程均在低温、真空条件下进行。

4.根据权利要求1所述的生物质降解材料的制备方法，其特征在于：

所述的聚丁二酸丁二醇酯为丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得到，或者通过生物资源发酵而得到。

5.一种采用权利要求1所述生物质降解材料制备吸管的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

4)准备一吸管挤出主机，及与该主机配套使用的圆形模头；

5)将步骤3)制备的改性聚丁二酸丁二醇酯混合料送入挤出主机，该主机将混合料进行热塑加温，并在高温高压下通过圆形模头后挤出，冷却成型制得连续的圆形中空体吸管，使所述聚乳酸在所述吸管的内外侧表面上形成一致密的不溶于水的胶质表层。

7)准备一切机，将制得的连续的直线型吸管，裁切成多数个预定长度的吸管段，通过调整裁刀位置及拉取管体的速率来调整裁切管体的预定长度。

6.根据权利要求5所述生物质降解材料制备吸管的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

6)准备一弯头成型机，将连续吸管的管体进行弯头压痕工艺处理，制得中部可弯折的吸管。

7.根据权利要求6所述生物质降解材料制备吸管的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

8)准备一斜切刀具并置于切机上，将连续吸管的管体的切断部位进行斜角切割工艺处理，制得一端或两端为斜切口的吸管。

8.根据权利要求6所述生物质降解材料制备吸管的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

9)准备一勺成型机，将连续吸管的管体的切断部位进行勺型压痕工艺处理，制得一端或两端为勺形的吸管。

9.一种采用权利要求5所述方法制备的吸管，其特征在于，其为一中空的圆形管状，其由生物质降解材料组成，且其内外侧表面均具有一致密的不溶于水的胶质表层。

10.根据权利要求9所述的吸管，其特征在于，其横截面为正圆形或椭圆形；其一端或两端为平齐或斜切的断面，或呈勺形；其中部设有可使吸管弯折的折痕。

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