CN111040398B - 一种生物可降解吸管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种生物可降解吸管及其制备方法,该吸管按质量百分数计,包括如下组分:聚乳酸50~80%,聚羟基脂肪酸酯10~40%,竹粉3~12%,环氧大豆油1~2%,铝钛偶联剂0.3~1%,润滑剂0.1~1%,抗水解剂0.1~1%。其制备方法为:将竹粉和铝钛偶联剂搅拌均匀得到竹粉预处理料备用;在100~250r/min的搅拌速度下,向聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯的树脂混合物中依次加入环氧大豆油、竹粉预处理料、润滑剂和抗水解剂,搅拌均匀,形成聚乳酸混合料;将聚乳酸混合料加入双螺杆挤出设备中,挤出吸管管胚,管胚在牵引设备牵引下依次经水冷、风冷、除水和切割,得到生物可降解吸管产品。本发明的生物可降解吸管材料可以有效延长PLA吸管的降解时间,提供PLA吸管的力学性能,并有效改善吸管抑制有害菌的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸管材料及其制备方法,特别涉及一种生物可降解吸管及其制备方法,属于高分子材料及其加工技术领域。
背景技术
吸管产品是饮用各类饮料的用品,它极大的方便了人们的日常的饮食生活,已成为日常生活中必不可少的用品。但是,传统吸管材料通常为聚丙烯等,这些无回收价值又无法快速降解的塑料吸管的大量使用,给人们生活环境造成严重的白色污染。基于此,人们开始使用生物可降解材料聚乳酸作来替代传统的聚丙烯吸管。
然而,聚乳酸材料因硬而脆、韧性差等问题无法满足现有塑料吸管的生产成型要求,造成聚乳酸吸管无法全面替代塑料吸管的困局。目前聚乳酸吸管主要存在如下技术问题:传统的聚乳酸吸管耐热温度低,保存环境温度超过60℃时,产品在短时间内快速降解造成吸管整体降解脆裂无法使用的现象,使得吸管产品还在货架期就失效,造成大量材料浪费,不利于环保性聚乳酸材料的推广使用;同时聚乳酸吸管产品生产储存过程中表面容易滋生有害微生物,造成食品安全问题。
发明内容
发明目的:针对现有聚乳酸吸管材料存在的力学性能差、耐热温度低易降解、储存过程中易滋生有害微生物等问题,本发明提供了一种生物可降解吸管,另外,还提供了一种该生物可降解吸管的制备方法。
技术方案:本发明所述的一种生物可降解吸管,按质量百分数计,包括如下组分:聚乳酸50~80%,聚羟基脂肪酸酯10~40%,竹粉3~12%,环氧大豆油1~2%,铝钛偶联剂0.3~1%,润滑剂0.1~1%,抗水解剂0.1~1%。
上述组分中,聚乳酸(以下简写为“PLA”)、聚羟基脂肪酸酯(以下简写为“PHA”)和竹粉为主要原料。优选的,聚乳酸的重均分子量为10~25万。聚羟基脂肪酸酯优选为3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物,其重均分子量≥25万,冲击强度≥6KJ/m2。竹粉为粉料状,其粒径优选为150~200目,用于提高材料的耐热性和刚性。
环氧大豆油、铝钛偶联剂、润滑剂、抗水解剂为辅助成分。较优的,环氧大豆油的环氧值为6.0-6.5%,用于提高吸管的塑性、热稳定性,在加工中可改善吸管的回弹性和成型稳定性。铝钛偶联剂为市售的铝钛复合型偶联剂,用于改善竹粉和复合材料的界面作用,提高吸管的综合性能。润滑剂优选采用乙撑双硬脂酸酰胺(以下简写为“EBS”),能显著改善树脂、填料的分散性,在加工中,可改善树脂的流动性,提高工效,使制品有光泽,色彩均匀鲜艳。抗水解剂可为聚碳化二甲胺、化二甲胺中的至少一种,可降低PLA/PHA在加工过程中出现的降解。
本发明所述的一种生物可降解吸管的制备方法,包括如下步骤:
(1)将竹粉和铝钛偶联剂搅拌均匀得到竹粉预处理料,备用;
(2)将聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯加入搅拌机,在100~250r/min的搅拌速度下,依次加入环氧大豆油、竹粉预处理料、润滑剂和抗水解剂,搅拌均匀,形成聚乳酸混合料;
(3)将聚乳酸混合料加入双螺杆挤出设备中,通过熔融、混炼、挤出吸管管胚,管胚在牵引设备牵引下依次通过水冷装置、风冷装置、除水装置和切割装置,得到生物可降解吸管产品。
上述步骤(1)中,优选的,搅拌温度为80~100℃,搅拌转速为500~1000r/min,搅拌时间为10~15min。步骤(3)中,吸管管胚的挤出温度优选为150~200℃,挤出机头温度一般比挤出温度略高,优选为160~220℃,可使挤出更加稳定;进一步的,牵引设备牵引管胚的速度为0.5~1.5米/秒;水冷装置的水冷温度控制为30~50℃。
发明原理:
(1)本发明生物可降解吸管通过在生物降解材料PLA中加入PHA,利用非结晶性改性结晶性聚合物,从而改善PLA的结晶性能,形成结晶性的共聚物,提高材料的玻璃化温度和热稳定性、提高降解温度;同时,与环氧大豆油进性共混后,提高了两者的相容性,提升了吸管冷却、切割过程的韧性,避免切口脆裂;另外,添加的竹粉内部有丰富的竹纤维成分,该材料表面非常粗糙,可与PLA/PHA等共混物达到增加韧性提高强度的效果,可有效提升薄壁(壁厚小于0.2mm)吸管产品的强度,而且竹纤维中的竹醌物质为天然的抗菌抑菌物质,可以阻止吸管表面有害微生物的快速繁殖,解决了聚乳酸吸管表面易滋生有害菌的问题,达到吸管卫生目的;
(2)本发明的制备方法采用竹粉预处理的方式,有利于竹粉材料在PLA/PHA中的混合均匀性,保证了吸管具有均匀的抗菌抑菌效果;同时设备的温度和速度的设定有效的减少了PLA在生产过程中发生水解现象,保障吸管生产性能,同时吸管成型采用水冷+风冷的方式,保证吸管快速成冷却型效果,避免了长时间接触水份造成的PLA和PHA水解的问题,短时间的水冷有利于吸管成型,且避免了急速冷却后内应力集中造成的脆裂。
有益效果:与传统的PLA吸管相比,本发明的优点在于:(1)本发明生物可降解吸管能够有效提高PLA吸管的热稳定性,减缓吸管的高温降解速度,同时,该吸管能够阻止有害微生物的快速繁殖,保证吸管的长期安全卫生;另外,本发明的吸管较传统PLA吸管力学性能显著提高;(2)本发明的制备方法减少了PLA和PHA在生产过程中的水解现象,降低吸管脆裂的风险,同时通过对竹粉的预处理进一步保证了吸管具有均匀的抗菌抑菌效果。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
生物可降解吸管中各原料组分重量含量为:
生物可降解吸管的制备过程如下:
(1)将6.3份竹粉加入到高速搅拌机中,将设备温度设置为80℃,搅拌转速设置为500r/min,开启设备后,从喂料口缓慢加0.6份铝钛偶联剂,继续搅拌10min后,关闭设备,形成竹粉预处理料。
(2)按照设定好的比例进行配料,先将80份PLA和10份PHA加入到高速搅拌机中,搅拌速度设置为100r/min,开启设备后,先加入2份环氧大豆油,然后依次加入竹粉预处理料、润滑剂和抗水解剂,持续搅拌10min,形成聚乳酸混合料。
(3)将聚乳酸混合料加入到带有吸管挤出模具的双螺杆挤出设备中,将挤出设备温度设置200℃,模头温度(即挤出机头温度)设置在220℃。开启设备,聚乳酸混合料通过熔融、混炼、挤出吸管管胚,在牵引设备的作用,管胚依次通过冷却水槽、风冷装置、除水装置、切割装置,形成各种长度的吸管产品。其中冷却水温度为40℃,牵引管胚速度控制0.5米/秒。
实施例2
生物可降解吸管中各原料组分重量含量为:
参照实施例1的制备过程制备生物可降解吸管,区别在于:
(1)步骤1中搅拌温度为100℃,搅拌速度为1000r/min,加入铝钛偶联剂后继续搅拌15min形成竹粉预处理料;
(2)步骤3中挤出温度为150℃、模头温度160℃;冷却温度为42℃;牵引速度为1.5米/秒。
实施例3
生物可降解吸管中各原料组分重量含量为:
参照实施例1的制备过程制备生物可降解吸管,区别在于:
(1)步骤1中搅拌温度为90℃,搅拌速度为600r/min,加入铝钛偶联剂后继续搅拌12min形成竹粉预处理料;
(2)步骤3中挤出温度为160℃、模头温度200℃;冷却温度为50℃;牵引速度为1米/秒。
实施例4
生物可降解吸管中各原料组分重量含量为:
参照实施例1的制备过程制备生物可降解吸管,区别在于:
(1)步骤1中搅拌温度为90℃,搅拌速度为800r/min,加入铝钛偶联剂后继续搅拌13min形成竹粉预处理料;
(2)步骤3中挤出温度为180℃、模头温度200℃;冷却温度为30℃;牵引速度为1米/秒。
对比例1
参照实施例3制备生物可降解吸管,区别在于:采用等量的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)替换实施例1中的原料PHA。
对比例2
参照实施例4制备生物可降解吸管,区别在于:未采用竹粉及相应的铝钛偶联剂。
实施例1~4及对比例1~2制得的生物可降解吸管性能对比如下表1。
表1生物可降解吸管组分配方、工艺条件及性能比较
由表1可以看出,本发明制备的生物可降解吸管可以有效延长吸管的降解时间,而且,降解时间与PHA的含量正相关,可以通过调节PHA的含量调节产品降解时间;同时,本发明制备的生物可降解吸管可以有效实现吸管产品的弹性,避免产品切割时出现裂口,有效改善了传统PLA吸管产品的韧性;另外,一般而言,行业内实行的产品微生物标准为膜包装吸管检测出的大肠杆菌数量<3cfu/m2,本发明通过添加竹粉,可以有效改善生物可降解吸管抑制有害菌的能力。
Claims (9)
1.一种生物可降解吸管,其特征在于,该吸管按质量百分数计,包括如下组分:聚乳酸50~80%,聚羟基脂肪酸酯 10~40%,竹粉3~12%,环氧大豆油1~2%,铝钛偶联剂0.3~1%,润滑剂0.1~1%,抗水解剂0.1~1%,所述聚羟基脂肪酸酯为3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物,其重均分子量≥25万,冲击强度≥6KJ/m2。
2.根据权利要求1所述的生物可降解吸管,其特征在于,所述聚乳酸的重均分子量为10~25万。
3.根据权利要求1所述的生物可降解吸管,其特征在于,所述竹粉的粒径为150~200目。
4.根据权利要求1所述的生物可降解吸管,其特征在于,所述环氧大豆油的环氧值为6.0~6.5%。
5.根据权利要求1所述的生物可降解吸管,其特征在于,所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺,铝钛偶联剂为铝钛复合型偶联剂。
6.根据权利要求1所述的生物可降解吸管,其特征在于,所述抗水解剂为聚碳化二甲胺。
7.一种权利要求1所述的生物可降解吸管的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将竹粉和铝钛偶联剂搅拌均匀得到竹粉预处理料,备用;
(2)将聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯加入搅拌机,在100~250r/min的搅拌速度下,依次加入环氧大豆油、竹粉预处理料、润滑剂和抗水解剂,搅拌均匀,形成聚乳酸混合料;
(3)将所述聚乳酸混合料加入双螺杆挤出设备中,通过熔融、混炼、挤出吸管管胚,管胚在牵引设备牵引下依次通过水冷装置、风冷装置、除水装置和切割装置,得到生物可降解吸管产品。
8.根据权利要求7所述的生物可降解吸管的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述搅拌温度为80~100℃,搅拌转速为500~1000r/min,搅拌时间为10~15min。
9.根据权利要求7所述的生物可降解吸管的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述吸管管胚的挤出温度为150~200℃,挤出机头温度为160~220℃;所述牵引设备牵引管胚的速度为0.5~1.5米/秒,所述水冷装置的水冷温度为30~50℃。
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