CN103923353B - 淀粉基餐饮具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物降解领域，具体涉及一种淀粉基餐饮具及其制备方法。包含以下原料：改性植物淀粉、塑化剂、改性剂、生物基树脂、无机粉体和去离子水，其中：改性植物淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉或红薯淀粉中的一种或几种，加入表面活性剂混合得到。本发明解决了因受温度、湿度或气压造成的制品硬和脆的现象，避免了受环境影响小分子物质迁移造成制品表面污染，提高其热稳定性，克服回生现象，制品表现更有柔韧性。本发明还提供其制备方法，工艺简单、投资少，有利于规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于生物降解领域，具体涉及一种淀粉基餐饮具及其制备方法。
背景技术
生物基完全降解已成为替代石油资源的一种新型包装材料，近年来曾有如聚乳酸、聚丁二烯丁二醇酯、聚已丙酯、聚羟基烷酸酯、二氧化碳聚合物等生物基树脂，又有聚乙烯醇、淀粉基的研究开发，得到了大力发展。我国是人口大国，消费大量石油塑料，给环境污染带来严重后果。但是由于生物基树脂价格昂贵，给消费带来不必要的损失和负担，而淀粉基在我国也已研究开发多年，尤其用淀粉与石油基树脂共混合成的包装制品得到广泛应用。但这种材料虽然成本很低，能够起到一定的作用。但最终还是因为石油基树脂仅变成最颗粒，还无法实现完全生物降解。发明专利一种可生物降解尼龙6/淀粉复合材料及其制备方法(申请号201310112187.X)提出以生物降解尼龙6淀粉复合材料，并没有揭示淀粉改性方法，所以还不能实现真正意义上的淀粉塑化。因此，相容体系材料性能均不能达到理想的效果---淀粉只是填充材料。淀粉基尽管成本低，但还是因耐水性差，淀粉没实现完全塑化，其应用及性能得到限制。
现有技术中的诸多种淀粉基包装材料、膜及餐饮具发展也有多种，塑化体系诸多。由于淀粉分子式为(C6H10O5)n，是一种多羟基天然高分子化合物，可以看作是D-葡糖糖单元缩聚而成的多糖，分子间以氢键相互缔合成淀粉颗粒，溶解性很差，亲水但不融水，由于分子间存在强氢键作用，难于成型加工。到目前为止，还没有真正实现使淀粉完全塑化，另外提高耐水性也是一个难题，因此影响淀粉基的使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种淀粉基餐饮具，解决因受温度、湿度或气压造成的制品硬和脆的现象，避免受环境影响小分子物质迁移造成制品表面污染，提高其热稳定性，克服回生现象，制品表现更有柔韧性。本发明还提供其制备方法，工艺简单、投资少，有利于规模化生产。
本发明所述的淀粉基餐饮具，包含以下重量份数的原料：
其中：改性植物淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉或红薯淀粉中的一种或几种，加入表面活性剂混合得到。
所述的加入表面活性剂混合，混合温度为0-90℃，时间为5-10分钟，表面活性剂为南京金来旺塑胶技术有限公司生产的JL-G FX-P、JL-GO2F或JL-G中的一种。
优选将木薯淀粉、玉米淀粉或红薯淀粉研磨成300-500目，研磨成300-500目优选在≤30℃的低温下研磨，破坏其晶体结构，增加比表面积，然后采用表面活性剂修饰，表面活性剂优选为多官能团表面活性，更优选为南京金来旺公司生产的JL-G FX-P、JL-GO2F或JL-G中的一种，经多功能团表面活性修饰，解决了团聚和分散不均而产生夹生料的问题，有利于植物淀粉的改性。研磨和表面活性剂修饰后破坏了植物淀粉原有的结晶结构，使分子结构无序化，实现由晶态向非晶态的转化，从而使分解前先实现熔融，具有热塑性。
塑化剂选用塑化剂选用江苏宜兴雷蒙科技有限公司生产的PVC环保增塑剂(柠檬酸酯类PVC环保增塑剂)、丙三醇、山梨醇、乙二醇丁基醚醋酸酯、二乙二醇丁基醚醋酸酯、二甲亚砜或聚乙二醇中的两种或两种以上以任意比例制成。塑化剂的制备方法为将塑化剂各原料在45-80℃下混合搅拌，滴入己二酸、戊二酸或癸二酸催化调pH至5-7，加入扩链剂TNP反应1.5-5小时，制成增塑剂；扩链剂TNP为亚磷酸三壬酯，市购。
塑化剂与去离子水复配更容易渗入到植物淀粉颗粒中，破坏其羟基结构，使玻璃化温度降低，有利于插入高分子链之间增加分子链距离，削弱它们之间的范德华力。
改性剂是由A组份、B组份和C组份混合而成：
A组份
B组份：
C组份：
A组份中聚乙二醇的分子量优选为400-8000。A组份中抗析出剂优选为PVA抗析出剂，杭州旭昇新材料科技有限公司生产，引入抗析出剂避免了受环境影响小分子物质迁移造成制品表面污染。A组份中抗氧剂BHT264、抗氧剂DSTDP和抗氧剂TNP均为市购，B组份中正丁锡为市购，起到抑制剂的作用。C组份中纳米级银离子氟石为市购产品。
改性剂包含热稳定、内外润滑和表面接触物，多元复配，A组份起到热稳定润滑作用，B组份起到接枝反应物的作用，C组分起到调节降解时间的作用，C组份中加入甲基缩水甘油醚、乙基缩水甘油醚、丙基缩水甘油醚或丁基缩水甘油醚中的一种作为抗水解剂，解决了因受温度、湿度或气压造成的制品硬和脆的现象。各组分相互作用，使改性剂具有提高活性和形成稳定的氢键的作用，且提高流变性，更为重要的是，可以有效的抑制H2O蒸发与水解，耐小分子迁移，避免了受环境影响小分子物质迁移造成制品表面污染，提高其热稳定性，克服回生现象制品表现更有柔韧性。
生物基树脂为聚乙烯醇、聚乳酸、生物基可降解尼龙或二氧化碳聚合物中的一种或几种。
无极粉体为碳酸钙、锻烧高岭土、钠基蒙脱土、白碳黑、二氧化硅、二氧化钛、滑石粉或植物纤维粉中的一种或几种。其中碳酸钙为2000目，植物纤维粉为300-500目，在这个粒径范围内，分散效果好，能够增大比表面积，制备得到的产品无大颗粒，较均匀。
所述的淀粉基餐饮具的制备方法，包括以下步骤：
将改性植物淀粉、塑化剂、去离子水、改性剂和无机粉体混合，然后加入生物基树脂混合混合，常温放置24-72小时，造粒。
其中：将改性植物淀粉、塑化剂、改性剂和无机粉体混合，混合温度为50-80℃，混合时间为10-60分钟。
造粒优选为采用往复式单螺杆造粒。往复式单螺杆造粒为往复式多极柔性剪切，克服了传统的单、双螺杆刚性剪切所造成热降解和碳化问题，多级柔性剪切使物料分散的更均匀，在插层更完全，实现了淀粉的完全塑化。
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明加入塑化剂克服和抑制了淀粉的重结晶和淀粉的塑化。
(2)本发明解决了因受温度、湿度或气压造成的制品硬和脆的现象。
(3)引入抗析出剂避免了受环境影响小分子物质迁移造成制品表面污染。
(4)改性剂的添加能够起到热稳定润滑作用、接枝反应物的作用和调节降解时间的作用，各组分相互作用，使改性剂具有提高活性和形成稳定的氢键的作用，且提高流变性，更为重要的是，可以有效的抑制H2O蒸发与水解，耐小分子迁移，避免了受环境影响小分子物质迁移造成制品表面污染，提高其热稳定性，克服回生现象，制品表现更有柔韧性。
(5)本发明还提供其制备方法，克服了传统的单、双螺杆刚性剪切所造成热降解和碳化问题，多级柔性剪切使物料分散的更均匀，在插层更完全，实现了淀粉的完全塑化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种淀粉基餐饮具，包含以下重量份数的原料：
其中：改性植物淀粉为玉米淀粉研磨成300目，然后加入表面活性剂5份混合得到，混合温度为20℃，时间为8分钟，表面活性剂为南京金来旺塑胶技术有限公司生产的JL-G。
所述的淀粉基餐饮具的制备方法为：将改性植物淀粉、塑化剂、去离子水、改性剂和无机粉体混合，然后加入生物基树脂混合混合，混合温度为60℃，时间为20分钟，再通过冷却至40℃，放出自然状态下24小时醒料，在经往复式单螺杆造粒。
其中：
塑化剂的原料及其制备方法为：
将上述个原料置入反应釜内在45℃下混合搅拌，滴入己二酸催化调pH至6，加入扩链剂TNP反应3小时，得到塑化剂。
改性剂是由A组份、B组份和C组份混合而成：
A组份
B组份
C组份
实施例2
一种淀粉基餐饮具，包含以下重量份数的原料：
其中：改性植物淀粉为玉米淀粉研磨成500目，然后加入表面活性剂5份混合得到，混合温度为90℃，时间为5分钟，表面活性剂为南京金来旺塑胶技术有限公司生产的JL-GFX-P。
所述的淀粉基餐饮具的制备方法为：将改性植物淀粉、塑化剂、去离子水、改性剂和无机粉体混合，然后加入生物基树脂混合混合，混合温度为90℃，时间为10分钟，再通过冷却至室温，放出自然状态下48小时醒料，在经往复式单螺杆造粒。
其中：
塑化剂的原料及其制备方法为：
将上述个原料置入反应釜内在80℃下混合搅拌，滴入己二酸催化调pH至5，加入扩链剂TNP反应54小时，得到塑化剂。
改性剂是由A组份、B组份和C组份混合而成：
A组份
B组份
C组份
实施例3
一种淀粉基餐饮具，包含以下重量份数的原料：
其中：改性植物淀粉为玉米淀粉研磨成400目，然后加入表面活性剂4份混合得到，混合温度为0℃，时间为10分钟，表面活性剂为南京金来旺塑胶技术有限公司生产的JL-GO2F。
所述的淀粉基餐饮具的制备方法为：将改性植物淀粉、塑化剂、去离子水、改性剂和无机粉体混合，然后加入生物基树脂混合混合，混合温度为60℃，时间为20分钟，再通过冷却至40℃，放出自然状态下24小时醒料，在经往复式单螺杆造粒。
塑化剂的原料及其制备方法为：
丙三醇 50份
二乙二醇丁基醚醋酸酯 50份。
将上述个原料置入反应釜内在45℃下混合搅拌，滴入己二酸催化调pH至7，加入扩链剂TNP反应1.5小时，得到塑化剂。
改性剂是由A组份、B组份和C组份混合而成：
A组份
B组份
C组份
Claims (8)
1.一种淀粉基餐饮具，其特征在于：包含以下重量份数的原料：
改性植物淀粉 100份
塑化剂 10-40份
改性剂 1-10份
生物基树脂 10-20份
无机粉体 1-10份
去离子水 5-15份；
其中：改性植物淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉或红薯淀粉中的一种或几种，加入表面活性剂混合得到；
改性剂是由A组份、B组份和C组份混合而成：
A组份
硬脂酸锌 0.5-5份
Mg(OH)2 0.5-5份
抗氧剂BHT264 0.1-3份
抗氧剂DSTDP 0.1-3份
抗氧剂TNP 0.1-1.5份
聚乙二醇 1-5份
抗析出剂 0.5-3份；
B组份
正丁锡 0.2-2份
过氧化二异丙苯 0.2-2份
硫酸铝钾 0.6-3份
亚硫酸钠 0.3-3份；
C组份
安息香酸钠 0.5-5份
纳米级银离子氟石 0.1-2份
乙基纤维素 0.5-5份
甲基缩水甘油醚、乙基缩水甘油醚、丙基缩水甘油醚或丁基缩水甘油醚中的一种0.1-2份。
2.根据权利要求1所述的淀粉基餐饮具，其特征在于：所述的加入表面活性剂混合，混合温度为0-90℃，时间为5-10分钟，表面活性剂为南京金来旺塑胶技术有限公司生产的JL-G。
3.根据权利要求1所述的淀粉基餐饮具，其特征在于：塑化剂选用江苏宜兴雷蒙科技有限公司生产的PVC环保增塑剂、丙三醇、山梨醇、乙二醇丁基醚醋酸酯、二乙二醇丁基醚醋酸酯、二甲亚砜或聚乙二醇中的两种或两种以上以任意比例制成。
4.根据权利要求1所述的淀粉基餐饮具，其特征在于：生物基树脂为聚乙烯醇、聚乳酸、生物基可降解尼龙或二氧化碳聚合物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的淀粉基餐饮具，其特征在于：无机粉体为碳酸钙、锻烧高岭土、钠基蒙脱土、白碳黑、二氧化硅、二氧化钛或滑石粉中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的淀粉基餐饮具，其特征在于：碳酸钙为2000目。
7.一种权利要求1-6任一所述的淀粉基餐饮具的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将改性植物淀粉、塑化剂、去离子水、改性剂和无机粉体混合，然后加入生物基树脂混合，常温放置24-72小时，造粒。
8.根据权利要求7所述的淀粉基餐饮具的制备方法，其特征在于：造粒为采用往复式单螺杆造粒。
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