CN112194445A - 石膏餐具及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石膏餐具及其制备方法，该方法包括将木质纤维素悬浮于去离子水混匀，分别加入纳米碳酸钙和半水石膏粉混合浸渍；加入聚乙二醇和纳米硅溶胶混匀；分别加入石英粉和高铝矾土，打浆均匀；加入缓凝剂和消泡剂，压揉均匀至成面团状，扎片，成型，恒温烘干，即可得到所述石膏餐具。以木质纤维素、纳米碳酸钙和半水石膏粉为原料，利用纳米碳酸钙的静电排斥层，充分均匀分散，填补半水石膏粉晶体的间隙，木质纤维素改变半水石膏粉晶体的界面性能，增强石膏餐具的力学性能、耐水耐油性能和耐热性能。

Description

石膏餐具及制备方法
技术领域
本发明涉及石膏技术领域，尤其涉及石膏餐具及制备方法。
背景技术
现有的餐具一般使用木材和竹子制作，其横断率高、易变型弯曲、使用手感差，木质大量使用，破坏自然环境。
申请号为02132495.6、名称为“生产稻壳粉制品制备方法”的发明专利申请，涉及植物果壳制品制备方法，具体为一种生产稻壳制品制备方法，其特征是组份重量百分比是：稻壳65.6～68％、石膏粉12.3～13.4％、滑石粉6.6～6.7％、耐水剂4～4.1％、耐热剂1.2～3.2％、防水剂6.7～8.2％，用喷物器将水喷到混合后物料上，经高温成型机制成方型或圆型制品。该专利虽然使用了稻壳这种废弃的材料作用原料，与石膏进行混合，制备了石膏餐具，也未见其稻壳中纤维与石膏有何种相互作用，其仅仅通过简单混合，并不能提高其抗耐水耐油性能和耐高温能力。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种石膏餐具的制备方法，用以解决现有石膏餐具耐水耐油性能不够，耐高温能力差的问题。
本发明提供一种石膏餐具的制备方法，包括以下步骤：
S1、将木质纤维素悬浮于去离子水，搅拌混匀，分别加入纳米碳酸钙和半水石膏粉，搅拌混合浸渍；
S2、加入聚乙二醇和纳米硅溶胶，并补加去离子水，混匀；
S3、分别加入石英粉和高铝矾土，打浆均匀；
S4、加入缓凝剂和消泡剂，压揉均匀至成面团状，扎片，成型，恒温烘干，即可得到所述石膏餐具。
其中，所述石膏餐具的制造原料按重量份计包括以下组分：纳米碳酸钙3000～3500份、半水石膏粉2000～2500份、木质纤维素100～200份、石英粉300～500份、高铝矾土100～200份、聚乙二醇50～100份、纳米硅溶胶50～100份、缓凝剂3～4份和消泡剂2～4份。
进一步的，所述纳米碳酸钙的微观机构为表面包裹有双静电排斥层的纳米颗粒。
具体的，所述纳米碳酸钙在在pH＝7的水中，Zeta电位达到50mv，沉降体积不高于2.5mL/g。
进一步的，所述缓凝剂为植物来源蛋白胶。
本发明还提供一种所述的制备方法制备的石膏餐具。
有益效果：
本发明通过木质纤维素、纳米碳酸钙和半水石膏粉为原料，在混合浸渍过程中，由于纳米碳酸钙的静电排斥层，其本身能够均匀分散，并在与半水石膏粉混合过程中，能够填补半水石膏粉晶体的间隙，而木质纤维素能够改变半水石膏粉晶体的界面性能，增强石膏餐具的力学性能、耐水耐油性能和耐热性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种石膏餐具的制备方法，包括以下步骤：
S1、将木质纤维素悬浮于去离子水，搅拌混匀，分别加入纳米碳酸钙和半水石膏粉，搅拌混合浸渍；
S2、加入聚乙二醇和纳米硅溶胶，并补加去离子水，混匀；
S3、分别加入石英粉和高铝矾土，打浆均匀；
S4、加入缓凝剂和消泡剂，压揉均匀至成面团状，扎片，成型，恒温烘干，即可得到所述石膏餐具。
本发明提供了新型石膏餐具的其制备方法，采用新的配方和用量，通过木质纤维素、纳米碳酸钙和半水石膏粉为原料，在混合浸渍过程中，由于纳米碳酸钙的静电排斥层，其本身能够均匀分散，并在与半水石膏粉混合过程中，能够填补半水石膏粉晶体的间隙，而木质纤维素能够改变半水石膏粉晶体的界面性能，增强石膏餐具的力学性能、耐水耐油性能和耐热性能。
1、制造原料
本发明提供的石膏餐具的制造原料按重量份计包括以下组分：纳米碳酸钙3000～3500份、半水石膏粉2000～2500份、木质纤维素100～200份、石英粉300～500份、高铝矾土100～200份、聚乙二醇50～100份、纳米硅溶胶50～100份、缓凝剂3～4份和消泡剂2～4份。
其中，纳米碳酸钙的制备方法如下：
1)消化过程：消化反应器中装有500mL热水(80～100℃)，并开启搅拌装置和装好温度计，然后快速称取100g生石灰，依次加入消化反应器中，直至温度计指示的温度不再上升为止。再停止搅拌，静置自然冷却至常温；最后用标准筛过筛，过滤的浆液陈化24h之后备用。
2)碳化过程：将上述滤液转移入碳化反应器中，加入500mL冷水稀释，开启搅拌装置，通入CO2气体进行碳化反应，数分钟后加入少许晶形导向剂溶液后，继续碳化反应，直至溶液的pH值达到7，并使浆液自然冷却至常温，并陈化24h之后备用。
3)湿法活化：碳化反应后的浆液需采用自然沉降的方法进行增浓，至浆液浓度达到15-20％，然后开启搅拌装置，调整搅拌速度为100-300转/min，并加热到70-80℃后，依次先后加入预先配制好的适量的季铵型阳离子表面活性剂(如三甲基十八烷基溴化铵、三甲基十四烷基溴化铵、三甲基十六烷基氯化铵、三甲基十四烷基氯化铵、三甲基十二烷基溴化铵、三甲基十二烷基氯化铵、氯化双十八烷基二甲基铵、氯化双十六烷基二甲基铵或氯化三甲基十八烷基铵)进行表面改性处理。
4)过滤、干燥与磨粉过程：活化结束后，产品自然冷却至常温后进行抽滤。干燥在恒温干燥箱中进行，干燥温度为120℃，干燥时间为3h。
具体的，制得的纳米碳酸钙在pH＝7的水中，Zeta电位能够达到50mv，沉降体积不高于2.5mL/g。纳米碳酸钙由于经过改性，其表面产生静电排斥层，在制备石膏餐具过程中，能够减少沉积，增强半水石膏粉与木质纤维素的混合均匀度，同时还能填补半水石膏粉晶体的间隙。
本发明提供的木质纤维素采用天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，无毒、无味、无污染、无放射性。其在本发明的原料中，不仅能够起到减水的作用，还能在减水过程中，木质纤维素吸附于石膏微粒周围，改变纳米碳酸钙和半水石膏粉微粒的电荷分布，进一步使得石膏微粒之间产生相互排斥的静电力和范德华力，提供石膏微粒的分散性。
本发明提供的缓凝剂，为植物来源的蛋白缓凝剂，其具有掺量小、缓凝效果好、晶体形貌影响小及强度损失小等特点。而选用植物来源蛋白质胶，其具有无毒(便于水相体系反应)，耐水性和粘结强度高。其能够提高石膏料浆的初凝时间和终凝时间，并能降低初凝时间和终凝时间的间隔，同时还能石膏成型后产品强度。
具体的，如表1所示，将其制备过程中的，纳米碳酸钙的用量之比(标记为A)，半水石膏粉的用量(标记为B)，木质纤维素的用量(标记为C)，石英粉的用量(标记为D)，高铝矾土的用量(标记为E)，聚乙二醇的用量(标记为F)，纳米硅溶胶的用量标记为(G)，缓凝剂的用量(标记为H)，消泡剂的用量(标记为I)均列入表1中，且各组分的用量按重量份计。
表1
实施例 A B C D E F G H I
实施例1 3000 2000 100 300 100 50 50 3 2
实施例2 3200 2000 100 300 100 50 50 3 2
实施例3 3500 2000 100 300 100 50 50 3 2
实施例4 3500 2200 100 300 100 50 50 3 2
实施例5 3500 2500 100 300 100 50 50 3 2
实施例6 3500 2500 150 300 100 50 50 3 2
实施例7 3500 2500 200 300 100 50 50 3 2
实施例8 3500 2000 100 300 100 50 50 4 2
实施例9 3500 2000 100 300 100 50 50 4 4
对比例1 3500 2000 50 50 3 2
对比例2 3500 2000 300 100 50 50 3 2
对比例3 3500 2000 100 300 100 3 2
对比例4 3500 2000 100 300 100 50 50 2
对比例5 3500 2000 100 300 100 50 50 3
石膏餐具性能评价
待测试样：采用上述实施例1-9和对比例1-5分别制备的试样，试样尺寸为长×宽为100×100mm，厚度10mm。
JC/T2038-2010中公开的方法评价本发明石膏餐具试样的抗压强度，凝结时间按照GB/T17669.4-1999中规定的方法进行测定。
防油性能测试：采用TAPPI 559pm-96《Grease resistance test for paper andpaperboard》测试法测定纸及纸板的防油性。12个等级的测试液是由一系列不同体积比例的蓖麻油、甲苯和正庚烷配制而成，如表2-1所示。其中1级的防油性能最低，12级的防油性能最高。测试时，选择一个中间号的kit测试溶液，从大约高度为10mm的高度垂直向试样滴一滴测试液体，液滴在试样上保留15s后，用吸收性强的纸或棉布将纸张上多余的测试液体除去，若某等级的测试液体在纸张上没有留下任何痕迹，则该测试液体所代表的等级即为测纸张的防油等级，若有暗痕，则该测纸张不能通过该测试液体的检测。继续用防油等级低于该测试液体所代表的等级进行测试。测试时候，如果样品第一次试验未通过，在同一个样品上选择一个没有做过试验的区域，采用下一组kit值的溶液重新做试验。一直重复试验，直到最高值的kit溶液停留在表面15s，通过试验。如果样品通过了第一次试验，在同一个样品上选择一个没有试验的区域，采用下一组kit值的溶液重新做试验。一直重复试验，直到最高kit值的溶液无失败，该溶液的kit值就是样品的抗油脂值。为保证测试准确性，纸张每一等级的防油测试需至少进行三次。
表2
Figure BDA0002704859160000061
Figure BDA0002704859160000071
耐水性能测试：按照国家标准GB/T 1540-2002《纸和纸板吸水性的测定(可勃法)》用HK-213Cobb吸水性测定仪测定纸张的吸水性。选择测试时间为60秒。在电子天平上称取石膏餐具试样的质量，计为G1，然后将试样放在Cobb装置上，往石膏餐具试样上加100ml去离子水，保留60s，然后用滤纸吸去多余的水。再称一次试样的质量，计为G2。Cobb值测试法公式如下：C(g/m2)＝(G2-G1)×100。
抗热裂性测试：将本发明提供的石膏餐具试样于水浴中煮沸2h，使石膏铸型试样表里温度一致，立即取出，观察试样表面裂纹情况，随即将其放入700℃，保温5min，立即取出，观察试样表面裂纹情况。列入表3，“+”表示出现裂纹，“—”表示未出现裂纹。
抗张强度和撕裂度的测定：按照国家标准GB/T 453-2002《纸和纸板抗张强度的测定》用Lorentzen&Wettre测定仪测定石膏餐具试样的抗张强度。
表3
Figure BDA0002704859160000072
Figure BDA0002704859160000081
由表3可知：
1、对比实施例1-3和对比例1-2发现纳米碳酸钙能够提升半水石膏粉的初凝和终凝时间。半水石膏粉形成的石膏硬化体内间隙较多，割裂了二水石膏晶核间的网状结构和减小其相互之间的作用力，所以其强度值明显较低，而纳米碳酸钙能够填补这种间隙，是半水石膏粉抗压强度得到提升。
2、实施例相对于对比例具有更好的耐油性能。而且，对比例2相对于实施例3未使用木质纤维素，其耐油性能显著降低，而对比例1在对比例2的基础上原料中还未使用聚乙二醇、纳米硅溶胶、石英粉和高铝矾土，使得其耐油性能进一步降低。而对比例3-5相对于对比例2耐油性能有提升。这说明木质纤维素、聚乙二醇、纳米硅溶胶、石英粉和高铝矾土对最终制得的石膏餐具的耐油性能具有显著影响。
3、实施例较对比例具有更好的耐水性能，除了对比例3。对比例3相较于实施例3在制备过程中的差别仅为未使用聚乙二醇和纳米硅溶胶，可见聚乙二醇和纳米硅溶胶对石膏餐具的影响不大。而对比例1、2、4、5分别在制备过程中未使用木质纤维素、石英粉、高铝矾土、缓凝剂和消泡剂，均对石膏餐具的耐水性能产生较大影响。
4、实施例较对比例具有更优的抗撕裂性能。对比例3相较于实施例3其抗撕裂性能有所降低。而对比例4和5分别相对于实施例3，其在制备过程中未使用缓凝剂和消泡剂，其抗撕裂性能也显著降低。这说明缓凝剂和消泡剂在提升石膏餐具的强度和抗撕裂性能上有增强作用。而对比例2和对比例1，在制备过程中为使用木质纤维素、石英粉和高铝矾土，这对于石膏餐具的强度和抗撕裂性均产生极大影响。
5、实施例的抗热裂性能均优于对比例，除了对比例3。
综上所述，本发明通过采用新的配方和用量，通过木质纤维素、纳米碳酸钙和半水石膏粉，在混合浸渍过程中，由于纳米碳酸钙的静电排斥层，其本身能够均匀分散，并在与半水石膏粉混合过程中，能够填补半水石膏粉晶体的间隙，而木质纤维素能够改变半水石膏粉晶体的界面性能，增强石膏餐具的力学性能和热性能。经过本发明的方法制备的石膏餐具，其抗压强度能够达到25MPa以上，具有优异的耐水耐油性能和抗热裂性能，其抗张强度达到17kN/m，撕裂度达到5000mN，各项性能明显优于现有的一次性塑料餐具，具有广泛的应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术入员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种石膏餐具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将木质纤维素悬浮于去离子水，搅拌混匀，分别加入纳米碳酸钙和半水石膏粉，搅拌混合浸渍；
S2、加入聚乙二醇和纳米硅溶胶，并补加去离子水，混匀；
S3、分别加入石英粉和高铝矾土，打浆均匀；
S4、加入缓凝剂和消泡剂，压揉均匀至成面团状，扎片，成型，恒温烘干，即可得到所述石膏餐具。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石膏餐具的制造原料按重量份计包括以下组分：纳米碳酸钙3000～3500份、半水石膏粉2000～2500份、木质纤维素100～200份、石英粉300～500份、高铝矾土100～200份、聚乙二醇50～100份、纳米硅溶胶50～100份，缓凝剂3～4份和消泡剂2～4份。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米碳酸钙的微观机构为表面包裹有静电排斥层的纳米颗粒。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纳米碳酸钙在在pH＝7的水中，Zeta电位达到50mv，沉降体积不高于2.5mL/g。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述缓凝剂为植物来源蛋白胶。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的石膏餐具。
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