CN109988341A - 一种小麦秸秆可降解餐具及其制备方法 - Google Patents

一种小麦秸秆可降解餐具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小麦秸秆可降解餐具及其制备方法，涉及小麦深加工技术领域。本发明小麦秸秆可降解餐具的制备方法包括秸秆清理粉碎、制备秸秆纤维素、制备秸秆静电纺纤维、制备辅料、高压均质、热压成型、干燥定型等过程，本发明制备的可降解餐具整体容易降解，具有良好的强度，且耐水、耐油、防渗透，不易变色，市场前景广阔。

Description

一种小麦秸秆可降解餐具及其制备方法
技术领域
本发明涉及小麦深加工技术领域，具体涉及一种小麦秸秆可降解餐具及其制备方法。
背景技术
随着快餐业的快速发展，一次性快餐餐具的需求也增长迅猛，一次性快餐盒的使用越来越广泛，导致“白色污染”有增无减。传统的处理白色污染的方法为填埋、焚烧等，占用土地且易造成环境污染，处理成本也高。现有的可降解塑料其制备成本太高，不宜大规模推广应用，不能满足市场对于一次性餐具性能的要求。
小麦秸秆是成熟小麦茎叶(穗)部分的总称，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源，然而秸秆常常被作为一种粗饲料，使用附加值低，其功能性并未充分得到充分利用，开发前景广阔。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种小麦秸秆可降解餐具及其制备方法。本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种小麦秸秆可降解餐具，按重量份计由下列成分制成：60-80份小麦秸秆、10-15份玉米淀粉、5-8份黄原胶、2-3份海藻酸钠、1-1.5份硬脂酸钙、2-8份食用滑石粉、25-30份水。
制备小麦秸秆可降解餐具的方法，包括以下步骤：
(1)清理去杂：先取小麦秸秆放在太阳下晒8-12h，然后清理干净；
(2)粉碎：清理后的小麦秸秆进行粉碎，将小麦秸秆放入烘箱中干燥5-8h，干燥后用细筛子筛出80目，成为80目的细粉；
(3)将步骤(2)所得细粉按照摩尔比1：10的比例加入1mol/L的氢氧氢钠溶液中，加热温度60-70℃，加热25-40min，过滤，再用1mol/L的醋酸溶液清洗至中性，然后用65％食用级乙醇洗涤30-45min；在60-80℃条件下烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维素；
(4)将小麦秸秆纤维素采用静电纺丝方法制备得到小麦秸秆静电纺纤维，备用；
(5)制备辅料：将玉米淀粉作为辅料，将玉米淀粉放入烘箱中干燥3-4h后，用100目的筛子筛选出100目细粉；
(6)将食用滑石粉在200℃下煅烧10min，冷却到20-25℃，再研磨成粉末用80目筛子筛选过滤；
(7)取对应份的玉米淀粉按重量比例依次加入黄原胶、海藻酸钠、硬脂酸钙、食用滑石粉、水进行搅拌30min，调制成待用混合原料，将混合原料放到高压均质机中均质5-10min；
(8)热压成型：按餐具容量确定入模定量，在热压成型机中热模压：将小麦秸秆静电纺纤维放入磨具中，然后均匀倒入均质后的混合原料，先预热5-8min，然后加压到15-18Mpa，继续保压10min，模具温度控制在110-130℃之间，热压时抽离水分蒸气，成型后，脱模；
(9)干燥定型：放入干燥箱中，温度控制在60-75℃，干燥10-12min，对制成品进行修整去毛边、消毒，得到含水量≤10％(wt)的环保可降解餐具。
所述步骤(4)中静电纺纤维的方法包括以下步骤：
a.先将小麦秸秆纤维素溶于质量分数为3.0-4.5％的醋酸溶液中，搅拌至完全溶解，得到纺丝溶液；
b.将步骤(a)中所得纺丝溶液装入带有喷丝针头的给样装置中，由注射泵控制纺丝溶液的流速，然后进行静电纺丝，用收丝装置收集纤维，待醋酸溶液挥发干燥后即得静电纺纤维。
所述小麦秸秆纤维素与醋酸溶液的摩尔比为1：5-10。
所述静电纺丝的电压为10-20kV，纺丝溶液的流速为1.2-2.0mL/min；静电纺丝环境的温度为20-40℃，相对湿度为50-70％，挥发干燥的方式为自然干燥，干燥温度为40-45℃。
所述步骤(a)还包括将小麦秸秆纤维素完全溶解于醋酸溶液后再用与醋酸溶液同等体积的质量分数0.2-0.5％的植酸溶液浸泡1-2h，浸泡温度30-60℃，得到纺丝溶液。
本发明的有益效果是：
1、本发明制备的可降解餐具，采用小麦秸秆纤维作为主要原料，制品整体容易降解，降解后的产物可以作为肥料使用，本发明制备得到的可降解餐具具有良好的强度，且具有一定的耐水、耐油、防渗透，可以满足一般场合下餐具的使用。
2、本发明在制备工艺中采用静电纺丝方法制备得到小麦秸秆静电纺纤维，较传统酶解等工艺制备得到的植物纤维在力学性能上更胜一筹，且工艺稳定性佳，制备方法简单、重复性好；小麦秸秆静电纺纤维通过热模压贯穿于结构中，起到了骨架作用，与黄原胶复配，提高了餐具柔韧性的作用，且具有一定可塑性。
3、本发明通过小麦秸秆纤维素先溶解于醋酸溶液后再用醋酸溶液浸泡，可以减缓和避免可降解餐具颜色易变色的问题，起到了护色作用，可代替传统氯漂白的工艺，因不含氯，不会造成环境污染，具有安全、环保、高效的特点。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种小麦秸秆可降解餐具，按重量份计由下列成分制成：60份小麦秸秆、10份玉米淀粉、5份黄原胶、2份海藻酸钠、1份硬脂酸钙、2份食用滑石粉、25份水。
制备小麦秸秆可降解餐具的方法，包括以下步骤：
(1)清理去杂：先取小麦秸秆放在太阳下晒8h，然后清理干净；
(2)粉碎：清理后的小麦秸秆进行粉碎，将小麦秸秆放入烘箱中干燥5h，干燥后用细筛子筛出80目，成为80目的细粉；
(3)将步骤(2)所得细粉按照摩尔比1：10的比例加入1mol/L的氢氧氢钠溶液中，加热温度60℃，加热25min，过滤，再用1mol/L的醋酸溶液清洗至中性，然后用65％食用级乙醇洗涤30min；在60℃条件下烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维素；
(4)将小麦秸秆纤维素采用静电纺丝方法制备得到小麦秸秆静电纺纤维，备用：
a.先将小麦秸秆纤维素溶于质量分数为3.0％的醋酸溶液中，搅拌至完全溶解，再用与醋酸溶液同等体积的质量分数0.2％的植酸溶液浸泡1h，浸泡温度30℃，得到纺丝溶液；其中，小麦秸秆纤维素与醋酸溶液的摩尔比为1：5；
b.将步骤(a)中所得纺丝溶液装入带有喷丝针头的给样装置中，由注射泵控制纺丝溶液的流速，然后进行静电纺丝，用收丝装置收集纤维，待醋酸溶液挥发干燥后即得静电纺纤维；其中，静电纺丝的电压为10kV，纺丝溶液的流速为1.2mL/min；静电纺丝环境的温度为20℃，相对湿度为50％，挥发干燥的方式为自然干燥，干燥温度为40℃；
(5)制备辅料：将玉米淀粉作为辅料，将玉米淀粉放入烘箱中干燥3h后，用100目的筛子筛选出100目细粉；
(6)将食用滑石粉在200℃下煅烧10min，冷却到20℃，再研磨成粉末用80目筛子筛选过滤；
(7)取对应份的玉米淀粉按重量比例依次加入黄原胶、海藻酸钠、硬脂酸钙、食用滑石粉、水进行搅拌30min，调制成待用混合原料，将混合原料放到高压均质机中均质5min；
(8)热压成型：按餐具容量确定入模定量，在热压成型机中热模压：将小麦秸秆静电纺纤维放入磨具中，然后均匀倒入均质后的混合原料，先预热5min，然后加压到15Mpa，继续保压10min，模具温度控制在110℃，热压时抽离水分蒸气，成型后，脱模；
(9)干燥定型：放入干燥箱中，温度控制在60℃，干燥10min，对制成品进行修整去毛边、消毒，得到含水量≤10％(wt)的环保可降解餐具。
实施例2
一种小麦秸秆可降解餐具，按重量份计由下列成分制成：80份小麦秸秆、15份玉米淀粉、8份黄原胶、3份海藻酸钠、1.5份硬脂酸钙、8份食用滑石粉、30份水。
制备小麦秸秆可降解餐具的方法，包括以下步骤：
(1)清理去杂：先取小麦秸秆放在太阳下晒12h，然后清理干净；
(2)粉碎：清理后的小麦秸秆进行粉碎，将小麦秸秆放入烘箱中干燥8h，干燥后用细筛子筛出80目，成为80目的细粉；
(3)将步骤(2)所得细粉按照摩尔比1：10的比例加入1mol/L的氢氧氢钠溶液中，加热温度70℃，加热40min，过滤，再用1mol/L的醋酸溶液清洗至中性，然后用65％食用级乙醇洗涤45min；在80℃条件下烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维素；
(4)将小麦秸秆纤维素采用静电纺丝方法制备得到小麦秸秆静电纺纤维，备用：
a.先将小麦秸秆纤维素溶于质量分数为4.5％的醋酸溶液中，搅拌至完全溶解，再用与醋酸溶液同等体积的质量分数0.5％的植酸溶液浸泡2h，浸泡温度60℃，得到纺丝溶液；其中，小麦秸秆纤维素与醋酸溶液的摩尔比为1：10；
b.将步骤(a)中所得纺丝溶液装入带有喷丝针头的给样装置中，由注射泵控制纺丝溶液的流速，然后进行静电纺丝，用收丝装置收集纤维，待醋酸溶液挥发干燥后即得静电纺纤维；其中，静电纺丝的电压为20kV，纺丝溶液的流速为2.0mL/min；静电纺丝环境的温度为40℃，相对湿度为70％，挥发干燥的方式为自然干燥，干燥温度为45℃；
(5)制备辅料：将玉米淀粉作为辅料，将玉米淀粉放入烘箱中干燥4h后，用100目的筛子筛选出100目细粉；
(6)将食用滑石粉在200℃下煅烧10min，冷却到25℃，再研磨成粉末用80目筛子筛选过滤；
(7)取对应份的玉米淀粉按重量比例依次加入黄原胶、海藻酸钠、硬脂酸钙、食用滑石粉、水进行搅拌30min，调制成待用混合原料，将混合原料放到高压均质机中均质10min；
(8)热压成型：按餐具容量确定入模定量，在热压成型机中热模压：将小麦秸秆静电纺纤维放入磨具中，然后均匀倒入均质后的混合原料，先预热8min，然后加压到18Mpa，继续保压10min，模具温度控制在130℃，热压时抽离水分蒸气，成型后，脱模；
(9)干燥定型：放入干燥箱中，温度控制在75℃，干燥12min，对制成品进行修整去毛边、消毒，得到含水量≤10％(wt)的环保可降解餐具。
实施例3
一种小麦秸秆可降解餐具，按重量份计由下列成分制成：70份小麦秸秆、12份玉米淀粉、6份黄原胶、2.2份海藻酸钠、1.3份硬脂酸钙、7份食用滑石粉、27份水。
制备小麦秸秆可降解餐具的方法，包括以下步骤：
(1)清理去杂：先取小麦秸秆放在太阳下晒9h，然后清理干净；
(2)粉碎：清理后的小麦秸秆进行粉碎，将小麦秸秆放入烘箱中干燥6h，干燥后用细筛子筛出80目，成为80目的细粉；
(3)将步骤(2)所得细粉按照摩尔比1：10的比例加入1mol/L的氢氧氢钠溶液中，加热温度66℃，加热28min，过滤，再用1mol/L的醋酸溶液清洗至中性，然后用65％食用级乙醇洗涤35min；在70℃条件下烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维素；
(4)将小麦秸秆纤维素采用静电纺丝方法制备得到小麦秸秆静电纺纤维，备用：
a.先将小麦秸秆纤维素溶于质量分数为3.5％的醋酸溶液中，搅拌至完全溶解，再用与醋酸溶液同等体积的质量分数0.3％的植酸溶液浸泡1.5h，浸泡温度40℃，得到纺丝溶液；其中，小麦秸秆纤维素与醋酸溶液的摩尔比为1：6；
b.将步骤(a)中所得纺丝溶液装入带有喷丝针头的给样装置中，由注射泵控制纺丝溶液的流速，然后进行静电纺丝，用收丝装置收集纤维，待醋酸溶液挥发干燥后即得静电纺纤维；其中，静电纺丝的电压为15kV，纺丝溶液的流速为1.5mL/min；静电纺丝环境的温度为30℃，相对湿度为60％，挥发干燥的方式为自然干燥，干燥温度为44℃；
(5)制备辅料：将玉米淀粉作为辅料，将玉米淀粉放入烘箱中干燥3-4h后，用100目的筛子筛选出100目细粉；
(6)将食用滑石粉在200℃下煅烧10min，冷却到22℃，再研磨成粉末用80目筛子筛选过滤；
(7)取对应份的玉米淀粉按重量比例依次加入黄原胶、海藻酸钠、硬脂酸钙、食用滑石粉、水进行搅拌30min，调制成待用混合原料，将混合原料放到高压均质机中均质6min；
(8)热压成型：按餐具容量确定入模定量，在热压成型机中热模压：将小麦秸秆静电纺纤维放入磨具中，然后均匀倒入均质后的混合原料，先预热6min，然后加压到16Mpa，继续保压10min，模具温度控制在120℃，热压时抽离水分蒸气，成型后，脱模；
(9)干燥定型：放入干燥箱中，温度控制在65℃，干燥11min，对制成品进行修整去毛边、消毒，得到含水量≤10％(wt)的环保可降解餐具。
对比例1
本实施例内容与实施例1内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于：所述制备工艺中不包含步骤(4)，不再制备小麦秸秆静电纺纤维，用小麦秸秆纤维素代替小麦秸秆静电纺纤维；
其余步骤方法及处理条件均与实施例1相同。
对比例2
本实施例内容与实施例1内容基本相同，相同之处不再重述，不同之处在于：所述制备工艺中不包含将小麦秸秆纤维素溶于质量分数0.2-0.5％的植酸溶液的步骤；
其余步骤方法及处理条件均与实施例1相同。
对照例
选用市场上某品牌可降解餐具六个批次的产品，对其测试结果取平均数，该品牌可降解餐具制备方法如下：
原料组成：由如下重量份数的原料制成：蔗渣浆250份，卡拉胶25份，聚乳酸40份，滑石粉22份，硬脂酸25份；
上述可降解餐具的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)将蔗渣粉碎，按照1：30的质量比加水稀释，同时，加入0.1％双氧水，制成蔗渣浆；
(2)取蔗渣浆250份，加入卡拉胶25份，聚乳酸40份，滑石粉22份，硬脂酸25份，搅拌，制成混合浆液；
(3)使用成型机，把浆液注入成型机的模具中，搅匀浆液，真空脱水至含水量为60％，制成湿坯；
(4)将湿坯转移至定型机模具中，在压力为12锁模力，温度为320℃条件下，制成成品。
测试方法
1.参照《ISO-178-2010塑料》的检测方法实施例、对比例及对照例制得餐具的可承受压力(N/cm2)；
2.参照GB/T1540-2002《纸和纸板吸水性的测定(可勃法)》用HK-213Cobb吸水性测定仪测定餐具的吸水性，比较Cobb值(g/m2)；
3.将各餐具埋入土壤中，待其完全降解，记录降解时间；
4.护色效果的测定
取需要测定的各餐具样各10g在35℃温度下阳光直射72h，通风放置，人工模拟加速老化自然环境，然后与40℃的蒸馏水按质量比1：10进行混合，用打浆机打浆餐具样30s，使得餐具样被充分打碎；再用离心机将打碎后的餐具样溶液离心15min，取上清液于35℃水浴锅中保温5min，用722G可见光分光光度仪于450nm下比色测定A450；
餐具样褐变度计算公式如下：
Xi＝(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)
式中：Xi表示第i组餐具样的褐变度，X表示第i组餐具样A450下的吸光度值，Xmin表示第i组试验中餐具样A450下吸光度值中的最小值，Xmax表示第i组试验中餐具样A450下吸光度值中的最大值，褐变度越低则表示护色效果越好，反之，则护色效果越差。
测得结果如下：
表1不同种类可降解餐具理化性质比较
由表1可以看出，实施例1-3的可承受压力较对照例高13.7-17.1％，较对比例1高11.8-15.1％，力学性能较好；实施例在吸水性和降解时间方面与对照例接近，没有显著差异；实施例1-3的褐变度较对比例2和对照例小，护色效果更佳。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种小麦秸秆可降解餐具，其特征在于：按重量份计由下列成分制成：60-80份小麦秸秆、10-15份玉米淀粉、5-8份黄原胶、2-3份海藻酸钠、1-1.5份硬脂酸钙、2-8份食用滑石粉、25-30份水。
2.一种制备如权利要求1所述小麦秸秆可降解餐具的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)清理去杂：先取小麦秸秆放在太阳下晒8-12h，然后清理干净；
(2)粉碎：清理后的小麦秸秆进行粉碎，将小麦秸秆放入烘箱中干燥5-8h，干燥后用细筛子筛出80目，成为80目的细粉；
(3)将步骤(2)所得细粉按照摩尔比1：10的比例加入1mol/L的氢氧氢钠溶液中，加热温度60-70℃，加热25-40min，过滤，再用1mol/L的醋酸溶液清洗至中性，然后用65％食用级乙醇洗涤30-45min；在60-80℃条件下烘干至恒重，得到小麦秸秆纤维素；
(4)将小麦秸秆纤维素采用静电纺丝方法制备得到小麦秸秆静电纺纤维，备用；
(5)制备辅料：将玉米淀粉作为辅料，将玉米淀粉放入烘箱中干燥3-4h后，用100目的筛子筛选出100目细粉；
(6)将食用滑石粉在200℃下煅烧10min，冷却到20-25℃，再研磨成粉末用80目筛子筛选过滤；
(7)取对应份的玉米淀粉按重量比例依次加入黄原胶、海藻酸钠、硬脂酸钙、食用滑石粉、水进行搅拌30min，调制成待用混合原料，将混合原料放到高压均质机中均质5-10min；
(8)热压成型：按餐具容量确定入模定量，在热压成型机中热模压：将小麦秸秆静电纺纤维放入磨具中，然后均匀倒入均质后的混合原料，先预热5-8min，然后加压到15-18Mpa，继续保压10min，模具温度控制在110-130℃之间，热压时抽离水分蒸气，成型后，脱模；
(9)干燥定型：放入干燥箱中，温度控制在60-75℃，干燥10-12min，对制成品进行修整去毛边、消毒，得到含水量≤10％的环保可降解餐具。
3.根据权利要求2所述的制备小麦秸秆可降解餐具的方法，其特征在于：所述步骤(4)中静电纺纤维的方法包括以下步骤：
(1)先将小麦秸秆纤维素溶于质量分数为3.0-4.5％的醋酸溶液中，搅拌至完全溶解，得到纺丝溶液；
(2)将步骤(1)中所得纺丝溶液装入带有喷丝针头的给样装置中，由注射泵控制纺丝溶液的流速，然后进行静电纺丝，用收丝装置收集纤维，待醋酸溶液挥发干燥后即得静电纺纤维。
4.根据权利要求3所述的制备小麦秸秆可降解餐具的方法，其特征在于：所述小麦秸秆纤维素与醋酸溶液的摩尔比为1：5-10。
5.根据权利要求3所述的制备小麦秸秆可降解餐具的方法，其特征在于：所述静电纺丝的电压为10-20kV，纺丝溶液的流速为1.2-2.0mL/min；静电纺丝环境的温度为20-40℃，相对湿度为50-70％，挥发干燥的方式为自然干燥，干燥温度为40-45℃。
6.根据权利要求3所述的制备小麦秸秆可降解餐具的方法，其特征在于：所述步骤(1)还包括将小麦秸秆纤维素完全溶解于醋酸溶液后再用与醋酸溶液同等体积的质量分数0.2-0.5％的植酸溶液浸泡1-2h，浸泡温度30-60℃，得到纺丝溶液。
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