CN109535676A - 环保餐具及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料的制备或化学加工技术领域，公开了一种环保餐具及其制备工艺。环保餐具，包括以下原料：聚乳酸、成核剂、抗氧剂、填充剂、色粉、热稳定剂、光稳定剂、抗静电剂；环保餐具为勺子，包括手柄和与手柄一体成型的头部，头部呈弧型，且头部远离手柄的一端设有多个条形槽。制备时首先将原料烘干并混合均匀形成混合料，再将混合料进行造粒，制成改性料；最后将改性料熔融后，注塑成型，形成环保餐具。本发明提供的环保餐具具有可降解的特性，且结晶、成型时间短。

Description

环保餐具及其制备工艺

技术领域

本发明属于高分子材料的制备或化学加工领域，具体涉及一种环保餐具及其制备工艺。

背景技术

随着社会经济的进步及发展，人们对环境污染的重视程度越来越高。但是在日常生活中会产生许多污染环境的物品，例如废弃后的一次性餐具，现目前大部分的一次性餐具均是采用不可降解的材料制备的，会对环境造成较为严重的污染。而随着对可降解的餐具的研究，出现了一种利用聚乳酸作为原料制备的餐具，由于聚乳酸本身具有可降解的特性，使得制备的一次性餐具可降解。但是聚乳酸具有结晶、成型速度慢的特性，导致生产效率低，生产的时间成本高。

发明内容

本发明意在提供一种聚乳酸结晶、成型速度快且可降解的环保餐具及其制备工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，环保餐具，原料包括以下质量份的成分：聚乳酸75-95份、成核剂0.1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、填充剂0.5-20份、色粉0.2-0.7份、热稳定剂0.1-0.7份、光稳定剂0.1-0.5份、抗静电剂0.1-0.2份、防霉剂0.1-0.3份、相容剂0.2-0.5份；

环保餐具为勺子，包括手柄和与手柄一体成型的头部，头部呈弧型，且头部远离手柄的一端设有多个条形槽，且条形槽为通槽。

本发明还提供另一技术方案，环保餐具的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，混料：

将成核剂、抗氧剂、填充剂、色粉、聚乳酸、热稳定剂、光稳定剂、抗静电剂分别烘干，并过筛，筛选出粒径小于300目的原料混合均匀，形成混合料备用；

步骤二，制备改性料：

对步骤一中的混合料挤出造粒，形成改性料；

步骤三，产品成型：

将步骤二中的改性料进行加热熔融，形成熔融料，并将熔融料投放至注塑设备的型腔内进行注塑成型，形成环保餐具。

本发明的有益效果：

1、本发明通过在餐具头部的端部设置多条凹槽，使得餐具既能当做勺子使用，也能当做叉子使用，使用方便。

2、本发明通过利用聚乳酸作为基料来制备餐具，使得餐具可降解，避免对环境造成污染；并通过配合成核剂和填充剂，加速聚乳酸的结晶、成型，从而缩短成型时间，降低加工的时间成本，而且在成型的过程中，通过填充剂填充空隙，能使得成型的餐具的强度更大、质量佳。且在本发明提供的各原料配比下，聚乳酸结晶与成型速度最快，并且各原料之间的相容性好，能使得成型的环保餐具的强度较大。

3、在制备环保餐具时，将各原料进行烘干，能够避免原料内夹杂的水分对后续的结晶、成型造成影响，实现快速的结晶、成型。

4、将各原料先制备成改性料再进行使用，能够一次性将大量的原料制备成改性料，实现环保餐具的连续制备。

进一步，各成分的质量份为：聚乳酸85份、成核剂1.5份、抗氧剂0.3份、填充剂12份、色粉0.5份、热稳定剂0.4份、光稳定剂0.3份、抗静电剂0.15份、防霉剂0.2份、相容剂0.4份。

有益效果：通过实验证明，该配比下的各原料制备的环保餐具的强度大、易降解、且成型时间短。

进一步，各成分的质量份为：聚乳酸75、份成核剂0.1份、抗氧剂0.1份、填充剂0.5份、色粉0.2份、热稳定剂0.1份、光稳定剂0.1份、抗静电剂0.1份、防霉剂0.1份、相容剂0.2份。

有益效果：通过实验证明，该配比下的各原料制备的环保餐具的强度大。

进一步，各成分的质量份为：聚乳酸95份、成核剂3份、抗氧剂0.5份、填充剂20份、色粉0.7份、热稳定剂0.7份、光稳定剂0.5份、抗静电剂0.2份、防霉剂0.3份、相容剂0.5份。

有益效果：通过实验证明，该配比下的各原料制备的环保餐具的成型时间短。

进一步，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、云母、蒙脱土中的一种或几种。

有益效果：使用上述物料作为填充剂，能够增加制备的环保餐具的强度，并且使用的成本低。

进一步，所述热稳定剂为硬脂酸钡、月桂酸钡、安息香酸镉、蓖麻油酸钙、二月桂酸二丁基锡、亚磷酸三苯酯中的一种或几种。

有益效果：使用上述物料作为热稳定剂，能够使得制备的环保餐具的热稳定性强。

进一步，所述步骤一中烘干温度为40-100℃。

有益效果：能够快速的对原料进行烘干。

附图说明

图1为本发明中环保餐具的结构示意图；

图2为本发明中注塑装置的纵向剖视图；

图3为图2中A-A向剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：手柄1、头部2、条形槽21、下模3、凹槽31、滑槽32、推块321、储液腔33、活塞板331、通道34、橡胶片341、导液腔35、导液口36、滑动槽37、密封板371、连动杆38、安装槽39、上模4、凸块41、推杆42、进料口43、移动杆44、限位块45、L型杆46、主动齿轮47、从动齿轮48、齿条5、储液箱6、导管61、齿圈62、滑动杆7、滑动块71、推动杆8、连接板81。

本发明提供了一种环保餐具，环保餐具为勺子，如图1所示，勺子包括手柄1和与手柄1一体成型的头部2，头部2呈弧形，且头部2的上端设有四条竖直设置的条形槽21，且条形槽21为通槽。

本发明提供的环保餐具的原料包括以下成分：聚乳酸、成核剂、抗氧剂、填充剂、色粉、热稳定剂、光稳定剂、抗静电剂。其中填充剂为碳酸钙、滑石粉、云母、蒙脱土中的一种或几种；热稳定剂为硬脂酸钡、月桂酸钡、安息香酸镉、蓖麻油酸钙、二月桂酸二丁基锡、亚磷酸三苯酯中的一种或几种。

本发明环保餐具及其制备工艺的实施例中原料的各成分的各实施例的重量及各参数如表1所示：

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							聚乳酸(kg)	85	75	78	80	87	95
成核剂(kg)	1.5	0.1	0.5	1	2	3
							抗氧剂(kg)	0.3	0.1	0.2	0.25	0.4	0.5
填充剂(kg)	12	0.5	5	8	15	20
							色粉(kg)	0.5	0.2	0.3	0.4	0.6	0.7
热稳定剂(kg)	0.4	0.1	0.2	0.5	0.6	0.7
							光稳定剂(kg)	0.3	0.1	0.2	0.35	0.4	0.5
抗静电剂(kg)	0.15	0.1	0.13	0.16	0.19	0.2
							防霉剂(kg)	0.2	0.1	0.15	0.18	0.27	0.3
相容剂(kg)	0.4	0.2	0.25	0.3	0.43	0.5
							烘干温度为(℃)	70	40	50	80	60	100
烘干时间为(min)	10	8	9	12	14	15

现以实施例1为例，对本发明环保餐具的制备工艺进行说明。

本发明利用注塑设备对环保餐具进行注塑成型，注塑设备，如图2、图3所示，包括机架，机架上固定有下模3，还包括位于下模3上方的上模4，下模3顶部设有多个凹槽31，凹槽31的个数可以根据实际的需求进行调整，本实施例中凹槽31的个数为三个。上模4底部设有三个与凹槽31配合的凸块41，当上模4的底面与下模3的上表面相抵时，凹槽31与凸块41之间形成型腔。还包括两端分别固定在下模3左右侧壁上的支架，支架的顶部螺纹连接有竖直的移动杆44，移动杆44顶端固定有限位块45，移动杆44底部与上模4顶部转动连接。上模4上设有三个可与型腔连通的进料口43。

上模4的上部设有空腔，空腔内转动连接有转动块，上模4上位于空腔的外周设有与空腔连通的环形滑槽，转动块上外周固定有与环形槽滑动配合的滑动块；移动杆44底部穿过上模4与转动块顶部固定，移动杆44与上模4转动连接，因此能实现上模4不随移动杆44转动，仅发生上下移动。

机架上位于上模4的上方固定有电机，电机的输出轴上固定有主动齿轮47，限位块的外周同轴固定有与主动齿轮47啮合的从动齿轮48，且主动齿轮47的高度大于从动齿轮48的高度；电机为正反转电机。

下模3的下部位于凹槽31外周设有环形的储液腔33，储液腔33内注有脱模剂，储液腔33内竖向滑动连接有活塞板331，下模3上部位于凹槽31的左右两侧均设有与储液腔33连通的滑槽32，滑槽32内均滑动连接有推块321，推块321与活塞板331之间均固定有连动杆38，连动杆38上套设有弹簧，弹簧的顶端与推块321焊接，弹簧的底端与滑槽32底端焊接。上模4底部的左右两侧上固定有与滑槽32滑动配合的推杆42。

下模3的上部位于凹槽31外周设有环形的导液腔35，下模3上还设有若干将导液腔35底部和凹槽31上部连通的导液口36。下模3内还设有将储液腔33底部和导液腔35连通的通道34，通道34内设有两块相抵的橡胶片341，且两块橡胶片341将通道34密封。

下模3底部位于凹槽31的下方均设有滑动槽37，滑动槽37内均竖向滑动密封有密封板371，滑动槽37顶部与密封板371之间注有乙醇。密封板371的顶部均固定有贯穿下模3且顶部位于凹槽31内的滑动杆7，下模3内设有与凹槽31底部连通的安装槽39，滑动杆7顶部固定有与安装槽39配合的推动块，且推动块位于安装槽39时，推动块的顶部与凹槽31平齐。滑动杆7位于滑动槽37内的部分上套设有弹簧，弹簧的两端分别焊接在滑动槽37和密封板371上。密封板371的底部均固定有推动杆8，还包括一块连接板81，推动杆8的低端均固定在连接板81上，连接板81的长度大于下模3的长度，且连接板81的两端均伸出下模3的前后两侧。

结合图3所示，上模4的前后两侧均固定有L型杆46，两根L型杆46的竖杆分别位于连接板81两端的上方，因此能实现上模4下移时，L型杆46挤压连接板81，带动连接板81下移。还包括位于下模3后侧的储液箱6，储液箱6与储液腔33之间连通有导管61，导管61上设有旋转阀门。旋转阀门的外周固定有齿圈62，上模4的后侧固定有竖直设置且与齿圈62啮合的齿条5。

环保餐具的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一：

对各原料进行过筛，筛选出小于300目的原料备用，并将各原料分别烘干10min，且烘干的温度为70℃。再取85kg聚乳酸、1.5kg成核剂、0.3kg抗氧剂、12kg填充剂、0.5kg色粉、0.4kg热稳定剂、0.3kg光稳定剂、0.15kg抗静电剂、0.2kg防霉剂、0.4kg相容剂投入搅拌桶内，并进行搅拌，实现各原料之间的均匀混合，形成混合料备用；其中使用的填充剂为滑石粉和云母的混合物，且滑石粉和云母粉的重量比为1:1；热稳定剂为蓖麻油酸钙和二月桂酸二丁基锡的混合物，且蓖麻油酸钙和二月桂酸二丁基锡的重量比为2:1。

步骤二：

将步骤一种的混合料投入双螺杆造粒机内进行造粒，形成粒径为5-8mm的改性料备用。

步骤三：

将步骤二中的改性料进行加热熔融，形成熔融料。再启动电机，电机带动主动齿轮47转动，从而实现从动齿轮48带动限位块45转动，使得限位块45带动移动杆44转动，由于移动杆44与支架螺纹连接，因此螺纹杆转动并下移，从而带动上模4下移。上模4下移的过程中上模4上的推杆42逐渐插入滑槽32内，并且上模4上的凸块41位于凹槽31内。当上模4的底面与下模3的底面相抵时，上模4停止下移，并且凹槽31与凸块41之间形成型腔，便于环保餐具的成型；。

推杆42下移的过程中，向下挤压推杆42，并在连动杆38的作用下，挤压活塞板331，使得活塞板331下移，挤压储液腔33，使得储液腔33内的压强增大，从而推动储液腔33内的脱模剂从通道34进入导液腔35内，再通过导液口36进入凹槽31内；方便环保餐具成型后取出。上模4下移的过程中，带动齿条5下移，从而实现齿圈62带动旋转阀门转动，将旋转阀门关闭，能避免活塞板331下移时将储液腔33内的脱模剂挤压至储液箱6内。

上模4下移的过程中带动L型杆46下移，使得L型杆46挤压连接板81，连接板81带动滑动杆7下移，从而实现密封板371下移，因此滑动块71下移，并且滑动块71与凹槽31平齐，便于对餐具进行注塑。在密封板371下移的过程中，使得滑动槽37上部的压强减小。

合模完成后，将熔融料从进料口43导入型腔内，熔融料进入型腔后，快速的结晶、成型，形成环保餐具。倾倒入熔融料后，由于熔融料温度较高，因此使得滑动槽37内的温度升高，从而使得滑动槽37内的乙醇气化，增加滑动槽37内的压强，此时，若L型杆46不再挤压连接板81，密封板371在压强的作用下也不会上移。

当环保餐具结晶、成型后，使电机反向转动，从而限位块75的反向转动，实现上模4的上移，上模4退出下模3。此时，推杆42逐渐上移，逐渐与推块321脱离，不再挤压推块321，推块321在弹簧的作用下复位，从而实现活塞板331的复位。并且齿条5上移，旋转阀门反向转动，逐渐的打开，使得导管61将储液箱6与储液腔33连通，储液箱6内的脱模剂进入储液腔33内。

脱模剂进入储液腔33后通过进入通道34内，由于通道34内设有两块橡胶片341，能够将通道34密封，因此当脱模剂处于橡胶片341处时，储液箱6内的脱模剂便不再向储液腔33流动了；而在活塞板331挤压储液腔33下部的脱模剂时，储液腔33内的压强增大，能够挤压两片橡胶片341，实现脱模剂进入导液腔35内。

此时L型杆46挤压连接板81的力逐渐消失，而滑动槽37由于乙醇气化压强增大，使得密封板371保持不动，能避免密封板371上移，推动还未冷却的环保餐具，从而避免环保餐具变形。随着上模4的退出，成型的环保餐具逐渐被冷却，滑动槽37内的温度也逐渐降低，从而乙醇逐渐液化，滑动槽37内的压强减小，密封板371在弹簧的作用下向上移动，带动滑动块71逐渐上移，从而将成型的环保餐具逐渐向上顶起，方便将环保餐具取出。

实施例2-6与实施例1的区别仅在于如表1所示的参数不同。

在制备环保餐具的过程中，利用本发明提供的注塑设备对环保餐具注塑成型，具有以下效果：

1、利用本发明提供的注塑装置对环保餐具注塑成型，能够在合模时，便向凹槽31内注入脱模剂，方便成型后的环保餐具取出，并保证微生物净化器的外形美观，没有损坏；

2、本发明提供的注塑装置能实现在合模时，便向型腔内加入脱模剂，无需在合模前或合模完成后再加入脱模剂，能减少环保餐具成型的时间，从而缩短制备时间，节约生产成本；

3、通过齿轮齿条5的配合，能实现旋转阀门自动的打开和关闭，自动向储液腔33内加入脱模剂，无需单独添加脱模剂；

4、通过在凹槽31的底部设置滑动槽37，并在滑动槽37内设置乙醇，能根据环保餐具注塑前后的温度变化，来调节乙醇的状态，从而能够在餐具注塑成型并逐渐冷却的过程中，实现滑动块71的逐渐上移，从而将餐具向上推动，方便餐具的取出。

实验：

对比例1-6的原料组份及各参数如表2所示：

表2

	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4	对比例5	对比例6
							聚乳酸(kg)	85	60	65	98	100	85
成核剂(kg)	1.5	0.05	0.3	4	5	--
							抗氧剂(kg)	0.3	0.15	0.25	0.9	2	0.3
填充剂(kg)	12	0.2	0.3	18	25	--
							色粉(kg)	0.5	0.2	0.15	0.9	0.8	0.5
热稳定剂(kg)	0.4	0.05	0.7	0.9	0.8	0.4
							光稳定剂(kg)	0.3	0.3	0.5	0.8	0.7	0.3
抗静电剂(kg)	0.15	0.05	0.08	0.25	0.3	0.28
							防霉剂(kg)	0.2	0.08	0.35	0.05	0.45	0.4
相容剂(kg)	0.4	0.1	0.15	0.55	0.6	0.7
							烘干温度(℃)	70	30	35	110	130	120
烘干时间为(min)	10	8	9	12	14	15

对比例1与实施例1的区别仅在于未使用本发明提供的注塑装置对原料进行注塑成型；对比例2-6与实施例1的区别仅在于如表2所示的参数不同；对比例7为Pakchoice品牌的一次性勺子。

现以实施例1-6、对比例1-7提供的环保餐具进行以下实验：

A、记录利用实施例1-6、对比例1-6制备环保餐具时，制备10个环保餐具的平均时间(min)；

B、选取实施例1-6、对比例1-7提供的环保餐具各20个，并以200g的铁块在0.5m高处自由落体撞击环保餐具，记录每组环保餐具受损的个数(个)；

C、选取实施例1-6、对比例1-7提供的环保餐具各20个，并将其分为13组，每组包括20个相同的环保餐具，并以10N的力拉动环保餐具，记录每组环保餐具受损的个数(个)；

D、选取实施例1-6、对比例1-7提供的环保餐具各20个，并将其分为13组，每组包括20个相同的环保餐具，将每组的20个外壳放置在相同体积的密闭空间内，并且密闭空间内的温度均为300℃，记录每组环保餐具开始融化的时间(min)；

E、选取实施例1-6、对比例1-7提供的环保餐具各20个，并将其分为13组，每组包括20个相同的环保餐具，将每组的20个外壳放置在相同体积的密闭空间内，并且密闭空间内的温度均为300℃，记录每组的20个环保餐具都开始融化的时间(min)；

F、利用实施例1-6、对比例1-6提供的制备工艺各制备20个环保餐具，记录取出的环保餐具有损坏的个数(个)。

实验结构如表3所示：

表3

	A	B	C	D	E	F
							实施例1	11.4	5	7	12.8	18.4	2
实施例2	12.6	7	8	11.7	17.6	3
							实施例3	12.3	7	8	12.1	17.9	3
实施例4	11.8	6	9	12.1	17.1	4
							实施例5	12.1	6	8	11.3	18.1	3
实施例6	11.9	6	9	11.9	18.1	3
							对比例1	13.3	7	8	10.9	16.3	7
对比例2	14.5	8	10	11.5	15.9	5
							对比例3	13.5	9	10	10.9	16.7	6
对比例4	14.9	9	11	11.3	16.2	7
							对比例5	13.9	10	10	10.5	17.1	7
对比例6	14.1	12	12	10.2	16.3	6
							对比例7	--	15	14	9.8	15.2	--

综上所述，本发明利用实施例中配比的原料制备的环保餐具的强度较大、抗拉伸强度大、耐热性好；在制备的过程中成型的速度快，并且使用本发明提供的注塑装置进行注塑成型，花费的时间少，因此缩短制备时间，降低加工成本；同时能控制自动加入脱模剂，节约时间以及人工的使用。其中利用实施例1各原料组份及参数制备的微生物净化器的各项效果最佳。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.环保餐具，其特征在于，原料包括以下质量份的成分：聚乳酸75-95份、成核剂0.1-3份、抗氧剂0.1-0.5份、填充剂0.5-20份、色粉0.2-0.7份、热稳定剂0.1-0.7份、光稳定剂0.1-0.5份、抗静电剂0.1-0.2份、防霉剂0.1-0.3份、相容剂0.2-0.5份；

环保餐具为勺子，包括手柄和与手柄一体成型的头部，头部呈弧型，且头部远离手柄的一端设有多个条形槽，且条形槽为通槽。

2.根据权利要求1所述的环保餐具，其特征在于，各成分的质量份为：聚乳酸85份、成核剂1.5份、抗氧剂0.3份、填充剂12份、色粉0.5份、热稳定剂0.4份、光稳定剂0.3份、抗静电剂0.15份、防霉剂0.2份、相容剂0.4份。

3.根据权利要求2所述的环保餐具，其特征在于，各成分的质量份为：聚乳酸75、份成核剂0.1份、抗氧剂0.1份、填充剂0.5份、色粉0.2份、热稳定剂0.1份、光稳定剂0.1份、抗静电剂0.1份、防霉剂0.1份、相容剂0.2份。

4.根据权利要求3所述的环保餐具，其特征在于，各成分的质量份为：聚乳酸95份、成核剂3份、抗氧剂0.5份、填充剂20份、色粉0.7份、热稳定剂0.7份、光稳定剂0.5份、抗静电剂0.2份、防霉剂0.3份、相容剂0.5份。

5.根据权利要求4所述的环保餐具，其特征在于：所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、云母、蒙脱土中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的环保餐具，其特征在于：所述热稳定剂为硬脂酸钡、月桂酸钡、安息香酸镉、蓖麻油酸钙、二月桂酸二丁基锡、亚磷酸三苯酯中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的环保餐具的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，混料：

将成核剂、抗氧剂、填充剂、色粉、聚乳酸、热稳定剂、光稳定剂、抗静电剂分别烘干，并过筛，筛选出粒径小于300目的原料混合均匀，形成混合料备用；

步骤二，制备改性料：

对步骤一中的混合料挤出造粒，形成改性料；

步骤三，产品成型：

将步骤二中的改性料进行加热熔融，形成熔融料，并将熔融料投放至注塑设备的型腔内进行注塑成型，形成环保餐具。

8.根据权利要求7所述的环保餐具的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中烘干温度为40-100℃。