CN112280267B - 一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，包括以下步骤：(1)将椰子壳粉、纳米氧化硅分散液、天冬氨酸‑赖氨酸共聚物依次加入混合拌料机中，高速搅拌后，得到改性椰子壳粉；(2)向热熔胶粘结剂在中加入润滑剂，混合搅拌均匀后，得到热熔胶粘结剂‑润滑剂混合物；(3)将聚乳酸、改性椰子壳粉分别采用真空干燥处理，然后将聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂‑润滑剂混合物、交联剂、抗氧剂加入至转矩流变仪中共混，然后在平板硫化仪模压成型后，制得可降解聚乳酸餐具。本发明制得的可降解聚乳酸餐具，解决了现有技术中聚乳酸餐具产品抗湿防潮性能差的缺陷，长时间的在水中浸泡后，不会发生起皱、开裂的现象。
Description
技术领域
本发明属于聚乳酸材料制备技术领域，具体涉及一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法。
背景技术
塑料餐具以其质轻、价廉和力学性能好等优点称霸一次性餐具市场，然而其在方便人们生活的同时却又带来严重的塑料白色污染，而且一次性泡沫塑料餐具在遇到热汤热饭时，会产生16种毒素，当使用发泡餐具或塑料袋去装滚烫的油条时，不经意间已把毒素溶化在食物中。到目前为止，已有多种无污染的一次性餐具产品问世，综合起来，大致可分为光降解和生物降解两大类，生物降解类中有合成高分子类和天然高分子类，后者主要原料是天然产物，目前主要有淀粉塑料、纸餐具和纤维质餐具。
聚乳酸(PLA)是由淀粉发酵产生的乳酸缩聚或二聚体丙交酯开环聚合得到。PLA的组成单元乳酸(2-羟基丙酸)的分子中存在一个不对称的碳原子，具有旋光性，因此有D-或L-乳酸两种旋光异构体。PLA的性质取决于旋光度、加工温度、退火时间和分子量。例如，纯聚L-乳酸的结晶度约为60％，玻璃化转变温度为60℃，熔点为180℃，拉伸强度超过70MPa，拉伸模量大于3GPa具有良好的刚性和强度，但其断裂伸长率仅为3％左右，易发生脆性断裂。PLA是一种可堆肥、可生物降解、可再生的热塑性“绿色”高分子材料，但PLA的热变形温度较低和脆性大，以及阻隔性能不足等限制了其在餐具领域的大规模应用。现有技术中，有采用竹粉等一些有机或者无机粉料对聚乳酸材料进行增强处理，增强处理后的聚乳酸材料能有效的解决上述存在的问题，但是实际运用中，仍发现聚乳酸材料具有抗湿防潮性能差的缺陷，其在水中浸泡时间过长后，会发生表面起皱、力学性能变差的现象，严重影响了聚乳酸材料的品质。
发明内容
本发明目的是弥补当下聚乳酸材料的抗湿防潮性能差的缺陷，提供了一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将椰子壳粉、纳米氧化硅分散液、天冬氨酸-赖氨酸共聚物依次加入混合拌料机中，高速搅拌处理2-3小时后，得到改性椰子壳粉；
(2)将热熔胶粘结剂在使用前加热至65-75℃后，向其中加入润滑剂，混合搅拌均匀后，保温处理2-3小时，得到热熔胶粘结剂-润滑剂混合物，所述热熔胶粘结剂由乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物和瓜尔胶按照质量比为1:5-10的比例制成；
(3)将聚乳酸、改性椰子壳粉分别采用真空干燥处理28-32小时，然后将聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物、交联剂、抗氧剂加入至转矩流变仪中共混，然后在平板硫化仪模压成型后，制得可降解聚乳酸餐具，其中聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物的添加质量比为55-65:8:0.1-0.3，所述交联剂的添加量为聚乳酸质量的0.01-0.03％、抗氧剂的添加量为聚乳酸质量的0.01-0.03％。
具体地，上述步骤(1)中，纳米氧化硅分散液的质量分数为10-20％，其溶液溶剂为无水乙醇。
具体地，上述步骤(1)中，椰子壳粉、纳米氧化硅分散液、天冬氨酸-赖氨酸共聚物的质量比为15-20:3:1。
具体地，上述步骤(1)中，高速搅拌时的转速为750-850r/min，高速搅拌时混合拌料机料筒内的温度设定为45-55℃。
具体地，上述步骤(2)中，润滑剂为木塑润滑剂TPW604，润滑剂的加入量为热熔胶粘结剂质量的5-10％。
具体地，上述步骤(3)中，交联剂为柠檬酸三正丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯中的任意一种。
具体地，抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯。
具体地，上述步骤(3)中，共混时的温度为175-185℃，转子转速为120-150r/min。
具体地，上述步骤(3)中，模压成型时的温度为180-190℃，模压成型时的压力为8-12MPa，热压时间为2-4min。
由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：
采用本发明方法制得的抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具应用广泛，可应用于制备餐盘、碗、碟、方便餐具、杯具等，可实现完全的生物降解，绿色环保，并且制得的餐具产品，各项力学性能优异，有效的提升了餐具的品质，尤其是采用本发明方法制得的餐具，解决了现有技术中聚乳酸餐具产品抗湿防潮性能差的缺陷，长时间的在水中浸泡后，不会发生起皱、开裂的现象。本发明步骤(1)中制得的改性椰子壳粉，将其采用纳米氧化硅分散液处理后，能够有效的提升改性椰子壳粉与聚乳酸材料之间的物理吸附效果，进而有效的提升了改性椰子壳粉-聚乳酸界面的粘附性，最终提升了聚乳酸餐具的各项力学性能，同时也一定程度上的提升了聚乳酸餐具的防水抗潮性能；天冬氨酸-赖氨酸共聚物和热熔胶粘结剂具有共同阻隔水分进入改性椰子壳粉-聚乳酸界面中，进而有效的提升了聚乳酸餐具的抗湿防潮性能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
实施例1
一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将椰子壳粉、质量分数为10％的纳米氧化硅分散液、天冬氨酸-赖氨酸共聚物按照质量比为15:3:1的比例依次加入混合拌料机中，高速搅拌处理2小时后，得到改性椰子壳粉，其中纳米氧化硅分散液的溶液溶剂为无水乙醇，高速搅拌时的转速为750r/min，高速搅拌时混合拌料机料筒内的温度设定为45℃；
(2)将热熔胶粘结剂在使用前加热至65℃后，向其中加入润滑剂，混合搅拌均匀后，保温处理2小时，得到热熔胶粘结剂-润滑剂混合物，所述热熔胶粘结剂由乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物和瓜尔胶按照质量比为1:5的比例制成，润滑剂为木塑润滑剂TPW604，润滑剂的加入量为热熔胶粘结剂质量的5％；
(3)将聚乳酸、改性椰子壳粉分别采用真空干燥处理28小时，然后将聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物、交联剂、抗氧剂加入至转矩流变仪中共混，共混时的温度为175℃，转子转速为120r/min，然后在平板硫化仪模压成型后，制得可降解聚乳酸餐具，模压成型时的温度为180℃，模压成型时的压力为8MPa，热压时间为2min，其中聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物的添加质量比为55:8:0.1，所述交联剂的添加量为聚乳酸质量的0.01％、抗氧剂的添加量为聚乳酸质量的0.01％，交联剂为柠檬酸三正丁酯，抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯。
实施例2
一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将椰子壳粉、质量分数为15％的纳米氧化硅分散液、天冬氨酸-赖氨酸共聚物按照质量比为18:3:1的比例依次加入混合拌料机中，高速搅拌处理2.5小时后，得到改性椰子壳粉，其中纳米氧化硅分散液的溶液溶剂为无水乙醇，高速搅拌时的转速为800r/min，高速搅拌时混合拌料机料筒内的温度设定为50℃；
(2)将热熔胶粘结剂在使用前加热至70℃后，向其中加入润滑剂，混合搅拌均匀后，保温处理2.5小时，得到热熔胶粘结剂-润滑剂混合物，所述热熔胶粘结剂由乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物和瓜尔胶按照质量比为1:8的比例制成，润滑剂为木塑润滑剂TPW604，润滑剂的加入量为热熔胶粘结剂质量的8％；
(3)将聚乳酸、改性椰子壳粉分别采用真空干燥处理30小时，然后将聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物、交联剂、抗氧剂加入至转矩流变仪中共混，共混时的温度为180℃，转子转速为130r/min，然后在平板硫化仪模压成型后，制得可降解聚乳酸餐具，模压成型时的温度为185℃，模压成型时的压力为10MPa，热压时间为3min，其中聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物的添加质量比为60:8:0.2，所述交联剂的添加量为聚乳酸质量的0.02％、抗氧剂的添加量为聚乳酸质量的0.02％，交联剂为过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯。
实施例3
一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将椰子壳粉、质量分数为20％的纳米氧化硅分散液、天冬氨酸-赖氨酸共聚物按照质量比为20:3:1的比例依次加入混合拌料机中，高速搅拌处理3小时后，得到改性椰子壳粉，其中纳米氧化硅分散液的溶液溶剂为无水乙醇，高速搅拌时的转速为850r/min，高速搅拌时混合拌料机料筒内的温度设定为55℃；
(2)将热熔胶粘结剂在使用前加热至75℃后，向其中加入润滑剂，混合搅拌均匀后，保温处理3小时，得到热熔胶粘结剂-润滑剂混合物，所述热熔胶粘结剂由乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物和瓜尔胶按照质量比为1:10的比例制成，润滑剂为木塑润滑剂TPW604，润滑剂的加入量为热熔胶粘结剂质量的10％；
(3)将聚乳酸、改性椰子壳粉分别采用真空干燥处理32小时，然后将聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物、交联剂、抗氧剂加入至转矩流变仪中共混，共混时的温度为185℃，转子转速为150r/min，然后在平板硫化仪模压成型后，制得可降解聚乳酸餐具，模压成型时的温度为190℃，模压成型时的压力为12MPa，热压时间为4min，其中聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物的添加质量比为65:8:0.3，所述交联剂的添加量为聚乳酸质量的0.03％、抗氧剂的添加量为聚乳酸质量的0.03％，交联剂为柠檬酸三正丁酯，抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯。
对比例1
步骤(1)中不添加纳米氧化硅分散液，其余操作步骤与实施例1完全相同。
对比例2
步骤(1)中不添加天冬氨酸-赖氨酸共聚物，其余操作步骤与实施例2完全相同。
对比例3
步骤(2)中，将热熔胶粘结剂中的乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物替换为等量的瓜尔胶，其余操作步骤与实施例3完全相同。
分别用各实施例和对比例的方法制得可降解聚乳酸餐具，然后测试其各项力学性能和防水性能，测试结果如表1所示，
表1可降解聚乳酸餐具性能测试
并且在实验中还发现，浸水处理5天后，各对比例中制得的可降解聚乳酸餐具表面出现了较多的起皱现象，而实施例制得的可降解聚乳酸餐具表面无明显变化。
由表1中，实施例1和对比例1的数据可知，本发明步骤(1)中制得的改性椰子壳粉，能有效的提升聚乳酸餐具的各项力学性能，同时也一定程度上的提升了聚乳酸餐具的防水抗潮性能；由实施例2和对比例2以及实施例3和对比例3的数据可知，天冬氨酸-赖氨酸共聚物和热熔胶粘结剂具有共同阻隔水分进入改性椰子壳粉-聚乳酸界面中，进而有效的提升了聚乳酸餐具的抗湿防潮性能。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将椰子壳粉、纳米氧化硅分散液、天冬氨酸-赖氨酸共聚物依次加入混合拌料机中，高速搅拌处理2-3小时后，得到改性椰子壳粉，椰子壳粉、纳米氧化硅分散液、天冬氨酸-赖氨酸共聚物的质量比为15-20:3:1；
(2)将热熔胶粘结剂在使用前加热至65-75℃后，向其中加入润滑剂，混合搅拌均匀后，保温处理2-3小时，得到热熔胶粘结剂-润滑剂混合物，所述热熔胶粘结剂由乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物和瓜尔胶按照质量比为1:5-10的比例制成；
(3)将聚乳酸、改性椰子壳粉分别采用真空干燥处理28-32小时，然后将聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物、交联剂、抗氧剂加入至转矩流变仪中共混，然后在平板硫化仪模压成型后，制得可降解聚乳酸餐具，其中聚乳酸、改性椰子壳粉、热熔胶粘结剂-润滑剂混合物的添加质量比为55-65:8:0.1-0.3，所述交联剂的添加量为聚乳酸质量的0.01-0.03％、抗氧剂的添加量为聚乳酸质量的0.01-0.03％。
2.根据权利要求1所述一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中，纳米氧化硅分散液的质量分数为10-20％，其溶液溶剂为无水乙醇。
3.根据权利要求1所述一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中，高速搅拌时的转速为750-850r/min，高速搅拌时混合拌料机料筒内的温度设定为45-55℃。
4.根据权利要求1所述一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中，润滑剂为木塑润滑剂TPW604，润滑剂的加入量为热熔胶粘结剂质量的5-10％。
5.根据权利要求1所述一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，上述步骤(3)中，交联剂为柠檬酸三正丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，抗氧剂为四丙酸季戊四醇酯。
7.根据权利要求1所述一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，上述步骤(3)中，共混时的温度为175-185℃，转子转速为120-150r/min。
8.根据权利要求1所述一种抗吸湿性强的可降解聚乳酸餐具的制备方法，其特征在于，上述步骤(3)中，模压成型时的温度为180-190℃，模压成型时的压力为8-12MPa，热压时间为2-4min。
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