CN112409647A - 一种用于制备餐具的可生物降解材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了环保餐具制造材料相关技术领域的一种用于制备餐具的可生物降解材料及其制备方法，包括按照重量份计的以下组分：50～70份植物淀粉、40～60份脂肪族二酸二醇聚酯、10～20份聚乳酸树脂、2～5份复合增塑剂、0.4～1份交联剂、0.1～0.5份交联催化剂、2～5份改性剂、0.2～1份封端剂、0.5～1份抗氧剂和0～20份无机填料；通过对淀粉进行改性处理，使其具有一定的机械强度、可塑性和可加工性，适应制备餐具的要求；通过将改性淀粉与脂肪族二酸二醇聚酯、聚乳酸树脂进行增塑交联，提高制备餐具的可生物降解材料的品质；通过封端剂控制聚合物分子链的长度，便于可生物降解材料在制成餐具后的降解。

Description

一种用于制备餐具的可生物降解材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及环保餐具制造材料相关技术领域，特别涉及一种用于制备餐具的可生物降解材料及其制备方法。

背景技术

随着外卖行业的兴起，叫外卖在给人们的生活带来巨大的便利的同时，外卖餐具等一次性用品的大量使用也加剧了垃圾处理的负担。由于塑料具有重量轻、强度高、耐久性好等特点，目前的一次性打包餐具的主流还是使用塑料材质。同时，塑料的耐久性好的特性也造成了废弃塑料在自然条件下难以降解的现状，这就造成了人们通常所说的白色垃圾污染。

淀粉在是绿色植物中大量存在的自然资源，不仅资源丰富、价格低廉，而且易于在自然条件下降解，是一种重要的可再生的和可生物降解的天然资源，在食品工业等领域有着重要的应用价值。但由于淀粉基共混材料吸水性强，不能长时间稳定使用，同时其机械性能和可加工性很差，这些缺点阻碍了淀粉基材料的广泛应用。而在化工领域，脂肪族聚酯、聚乳酸等材料在可降解性能方面也有着突出的优势，完全可以通过生物降解，在自然界中实现物质的循环，不会造成环境的负担。

因此，利用含有淀粉、脂肪族聚酯、聚乳酸等材料，研发一种生物降解的材料来制备餐具，对现有技术有着重大的经济意义与社会价值。

发明内容

针对现有技术存在的需要一种利用含有淀粉、脂肪族聚酯、聚乳酸等材料，研发一种生物降解的材料来制备餐具的技术问题，本发明提供一种用于制备餐具的可生物降解材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于制备餐具的可生物降解材料，包括按照重量份计的以下组分：50～70份植物淀粉、40～60份脂肪族二酸二醇聚酯、10～20份聚乳酸树脂、2～5份复合增塑剂、0.4～1份交联剂、0.1～0.5份交联催化剂、2～5份改性剂、0.2～1份封端剂、0.5～1份抗氧剂和0～20份无机填料。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所述脂肪族二酸二醇聚酯为聚丁二酸丁二醇酯和/或聚丁二酸丁二醇己二酸酯。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所用复合增塑剂为柠檬酸酯类增塑剂、多元醇类衍生物增塑剂、脂肪酸酯类增塑剂的一种或多种与癸二酸类聚酯按任意比例的混合物。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化氢二异丙苯中的一种或多种。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所述交联催化剂为有机酸金属盐和/或金属络合物；所述有机酸金属盐为主链结构为烷烃、烯烃、芳香烃的羧酸中的一种与钠、镁、铁中的一种离子形成的有机酸金属盐；所述金属络合物为硬脂酸、油酸、柠檬酸中的一种与钠、镁、铁中的一种离子形成的金属络合物。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所述改性剂为钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂中的一种或多种。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所述封端剂为具有碳二亚胺官能团的化合物。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所述抗氧剂为2，6二叔丁基对甲酚和/或β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。

优选的，用于制备餐具的可生物降解材料中，所述无机填料为二氧化硅、钛白粉、滑石粉中的一种或多种。

一种上述任一项所述的用于制备餐具的可生物降解材料的制备方法，包括以下步骤的操作：

S1：准确称取所述植物淀粉和所述改性剂，将所述植物淀粉加入高速混合机中升温至120～140℃，处理20～30min，然后加入所述改性剂，继续处理20～30min，制得改性植物淀粉；

S2：准确称量所述脂肪族二酸二醇聚酯、所述聚乳酸树脂、所述复合增塑剂并加入所述改性植物淀粉中，在温度为160～180℃、真空度为0.05～0.1MPa条件下搅拌反应8～12h；

S3：准确称量所述交联剂、所述交联催化剂、所述封端剂、所述抗氧剂和所述无机填料，将S2中的反应物降温至130～150℃，并向其中加入所述交联剂和所述交联催化剂，继续反应6～8h；然后加入所述封端剂，保持温度与压力，继续反应60～90min；最后加入所述抗氧剂和所述无机填料，保持温度与压力，继续反应20～30min；

S4：将S3制备得到的产物通过双螺杆挤出机进行剪切、混炼、交联、脱挥和挤出造粒即得。

本发明具有如下优点：

1.通过对淀粉进行改性处理，使其具有一定的机械强度、可塑性和可加工性，适应制备餐具的要求；

2.通过将改性淀粉与脂肪族二酸二醇聚酯、聚乳酸树脂进行增塑交联，提高制备餐具的可生物降解材料的品质；

3.通过封端剂控制聚合物分子链的长度，便于可生物降解材料在制成餐具后的降解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明制备餐具的可生物降解材料的制备流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，在以下说明中，省略了对公知结构、技术及操作的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。另外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1，本发明制备餐具的可生物降解材料的制备流程示意图所示，其制备方法具体实施例如下：

实施例1

一种用于制备餐具的可生物降解材料的制备方法，包括以下步骤的操作：

S1：准确称取50千克植物淀粉和2千克钛酸酯作为改性剂，将植物淀粉加入高速混合机中升温至120℃，处理20min，然后加入改性剂，继续处理20min，制得改性植物淀粉；

S2：准确称量40千克聚丁二酸丁二醇酯作为脂肪族二酸二醇聚酯、10千克聚乳酸树脂、2千克柠檬酸酯类增塑剂与癸二酸类聚酯按2：1的重量比例制成的混合物作为复合增塑剂，将本步中称得的以上组分加入改性植物淀粉中，在温度为160℃、真空度为0.05MPa条件下搅拌反应8h；

S3：准确称量0.4千克过氧化二异丙苯作为交联剂、0.1千克烷烃羧酸的钠盐与硬脂酸钠按照1：2的重量比例制成的混合物作为交联催化剂、0.2千克具有碳二亚胺官能团的化合物作为封端剂、0.5千克2，6二叔丁基对甲酚作为抗氧剂，将S2中的反应物降温至130℃，并向其中加入交联剂和交联催化剂，继续反应6h；然后加入封端剂，保持温度与压力，继续反应60min；最后加入抗氧剂，保持温度与压力，继续反应20min；其中，具体实施时，交联催化剂也可以只用本实施例中交联催化剂混合物中的任意一种组分，如果要用无机填料时，可以用二氧化硅；

S4：将S3制备得到的产物通过双螺杆挤出机进行剪切、混炼、交联、脱挥和挤出造粒即得。

实施例2

一种用于制备餐具的可生物降解材料的制备方法，包括以下步骤的操作：

S1：准确称取60千克植物淀粉和3千克铝酸酯作为改性剂，将植物淀粉加入高速混合机中升温至130℃，处理25min，然后加入改性剂，继续处理25min，制得改性植物淀粉；

S2：准确称量50千克聚丁二酸丁二醇己二酸酯作为脂肪族二酸二醇聚酯、15千克聚乳酸树脂、3千克多元醇类衍生物增塑剂与癸二酸类聚酯按1：1的重量比例制成的混合物作为复合增塑剂，将本步中称得的以上组分加入改性植物淀粉中，在温度为170℃、真空度为0.08MPa条件下搅拌反应10h；

S3：准确称量0.7千克过氧化苯甲酰作为交联剂、0.3千克烯烃羧酸的镁盐与油酸镁按照1：1的重量比例制成的混合物作为交联催化剂、0.6千克具有碳二亚胺官能团的化合物作为封端剂、0.7千克β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯作为抗氧剂和10千克钛白粉作为无机填料，将S2中的反应物降温至140℃，并向其中加入交联剂和交联催化剂，继续反应7h；然后加入封端剂，保持温度与压力，继续反应70min；最后加入抗氧剂和无机填料，保持温度与压力，继续反应25min；其中，具体实施时，交联催化剂也可以只用本实施例中交联催化剂混合物中的任意一种组分；

S4：将S3制备得到的产物通过双螺杆挤出机进行剪切、混炼、交联、脱挥和挤出造粒即得。

实施例3

一种用于制备餐具的可生物降解材料的制备方法，包括以下步骤的操作：

S1：准确称取70千克植物淀粉和5千克硅烷偶联剂作为改性剂，将植物淀粉加入高速混合机中升温至140℃，处理30min，然后加入改性剂，继续处理30min，制得改性植物淀粉；

S2：准确称量60千克聚丁二酸丁二醇酯和聚丁二酸丁二醇己二酸酯的混合物作为脂肪族二酸二醇聚酯、20千克聚乳酸树脂、5千克脂肪酸酯类增塑剂与癸二酸类聚酯按1：2的重量比例制成的混合物作为复合增塑剂，将本步中称得的以上组分加入改性植物淀粉中，在温度为180℃、真空度为0.1MPa条件下搅拌反应12h；

S3：准确称量1千克过氧化氢二异丙苯作为交联剂、0.5千克芳香烃羧酸的铁盐与柠檬酸铁按照2：1的重量比例制成的混合物作为交联催化剂、1千克具有碳二亚胺官能团的化合物作为封端剂、1千克2，6二叔丁基对甲酚和β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯的混合物作为抗氧剂和20千克滑石粉作为无机填料，将S2中的反应物降温至150℃，并向其中加入交联剂和交联催化剂，继续反应8h；然后加入封端剂，保持温度与压力，继续反应90min；最后加入抗氧剂和无机填料，保持温度与压力，继续反应30min；其中，具体实施时，交联催化剂也可以只用本实施例中交联催化剂混合物中的任意一种组分；

S4：将S3制备得到的产物通过双螺杆挤出机进行剪切、混炼、交联、脱挥和挤出造粒即得。

通过以上实施例制备的树脂复合材料，用它制备成一次性餐盒，从中取出100份，用这样的餐盒装水，在保持外壁干燥的条件下，置于正常生活环境中观察一个星期，没有漏水或降解现象。将这样的餐盒打碎，然后在温水中浸泡透，埋在湿润的土壤中60天后翻开来看，餐盒碎片均有不同程度的降解，经过常规的翻土处理，经过降解的餐盒碎片能够与土壤充分混合，降解性能好。其中，湿润的土壤为按照烘干称重法测定含水量为30～36％的土壤。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，在没有做出创造性劳动前提下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：包括按照重量份计的以下组分：50～70份植物淀粉、40～60份脂肪族二酸二醇聚酯、10～20份聚乳酸树脂、2～5份复合增塑剂、0.4～1份交联剂、0.1～0.5份交联催化剂、2～5份改性剂、0.2～1份封端剂、0.5～1份抗氧剂和0～20份无机填料。

2.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所述脂肪族二酸二醇聚酯为聚丁二酸丁二醇酯和/或聚丁二酸丁二醇己二酸酯。

3.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所用复合增塑剂为柠檬酸酯类增塑剂、多元醇类衍生物增塑剂、脂肪酸酯类增塑剂的一种或多种与癸二酸类聚酯按任意比例的混合物。

4.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化氢二异丙苯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所述交联催化剂为有机酸金属盐和/或金属络合物；所述有机酸金属盐为主链结构为烷烃、烯烃、芳香烃的羧酸中的一种与钠、镁、铁中的一种离子形成的有机酸金属盐；所述金属络合物为硬脂酸、油酸、柠檬酸中的一种与钠、镁、铁中的一种离子形成的金属络合物。

6.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所述改性剂为钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所述封端剂为具有碳二亚胺官能团的化合物。

8.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所述抗氧剂为2，6二叔丁基对甲酚和/或β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。

9.根据权利要求1所述的用于制备餐具的可生物降解材料，其特征在于：所述无机填料为二氧化硅、钛白粉、滑石粉中的一种或多种。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的用于制备餐具的可生物降解材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤的操作：

S1：准确称取所述植物淀粉和所述改性剂，将所述植物淀粉加入高速混合机中升温至120～140℃，处理20～30min，然后加入所述改性剂，继续处理20～30min，制得改性植物淀粉；

S2：准确称量所述脂肪族二酸二醇聚酯、所述聚乳酸树脂、所述复合增塑剂并加入所述改性植物淀粉中，在温度为160～180℃、真空度为0.05～0.1MPa条件下搅拌反应8～12h；

S3：准确称量所述交联剂、所述交联催化剂、所述封端剂、所述抗氧剂和所述无机填料，将S2中的反应物降温至130～150℃，并向其中加入所述交联剂和所述交联催化剂，继续反应6～8h；然后加入所述封端剂，保持温度与压力，继续反应60～90min；最后加入所述抗氧剂和所述无机填料，保持温度与压力，继续反应20～30min；

S4：将S3制备得到的产物通过双螺杆挤出机进行剪切、混炼、交联、脱挥和挤出造粒即得。

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