CN112409648A - 一种用于制备餐具的淀粉聚合物及其制备方法 - 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淀粉聚合物及其制备方法，包括按重量份计的以下组分：淀粉60～80份、乳酸60～80份、聚乙烯醇20～40份、聚丁二酸丁二醇酯10～20份、黏合增强剂10～20份、相容剂5～10份、增塑剂3～5份、扩链剂3～5份、催化剂3～5份、防水剂1～3份、抗氧剂1～3份和助发泡剂1～3份；通过乳酸对淀粉进行接枝改性，并加入黏合增强剂、相容剂、增塑剂、扩链剂，提高淀粉聚合物的可塑性，并提高该淀粉聚合物制成产品的机械强度；通过助发泡剂对聚合物进行发泡处理，一方面在制成餐具后，提高保温效果，另一方面，在对降解处理时，发泡小孔有助于提高餐具的降解速度。

Description

一种用于制备餐具的淀粉聚合物及其制备方法

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淀粉聚合物及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，科学技术的不断进步，人们的生活水平也在日渐提高，塑料制品在工作生活中的应用也越来越广泛。尤其在外卖行业兴起后，一次性餐具在给人们的生活带来巨大便利的同时，也给生态环境带来了沉重的负担。虽然国家提出的垃圾分类得到了人们广泛的认同，但是垃圾分类习惯的养成并非一朝一夕，而是需要长期的培养。但是，垃圾处理的沉重负担却已经刻不容缓。为了平衡这两方面的矛盾，采用可降解的环保材料来制备一次性餐具，为问题的解决提供了一种新的思路。

淀粉是碳水化合物在绿色植物中储藏的重要形式，并且在自然环境中有着巨大的储藏量，更重要的是，淀粉是一种可再生、可生物降解的天然资源，同时，淀粉无毒无害、价格低廉，本身在食品工业上就有着相当重要应用，巨大的使用量也不会造成环境负担。

但是，由于淀粉吸水性强，制成产品后不能长时间保持稳定状态，并且，用淀粉制备的产品，其机械性能以及可加工性相较于传统的塑料制品，都有着十分明显的缺陷。也正是这些不足，导致淀粉基材料在工业方面的应用受到种种限制。

因此，研发一种机械强度以及可塑性都能满足一次性餐具的要求，又能便于快速降解的淀粉材料，对现有技术有着重要的社会价值。

发明内容

针对现有技术存在的需要研发一种机械强度以及可塑性都能满足一次性餐具的要求，又能便于快速降解的淀粉材料的技术问题，本发明提供一种用于制备餐具的淀粉聚合物及其制备方法。

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淀粉聚合物，包括按重量份计的以下组分：淀粉60～80份、乳酸60～80份、聚乙烯醇20～40份、聚丁二酸丁二醇酯10～20份、黏合增强剂10～20份、相容剂5～10份、增塑剂3～5份、扩链剂3～5份、催化剂3～5份、防水剂1～3份、抗氧剂1～3份和助发泡剂1～3份。

优选的，用于制备餐具的淀粉聚合物中，所述黏合增强剂为乙酸丙酸纤维素、乙酸丁二酸纤维素、乙酸苯二甲酸纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。

优选的，用于制备餐具的淀粉聚合物中，所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯丙烯共聚物和/或甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。

优选的，用于制备餐具的淀粉聚合物中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯中的一种或多种。

优选的，用于制备餐具的淀粉聚合物中，所述扩链剂为1，6一己二醇、甘油、三羟甲基丙烷中的一种或多种。

优选的，用于制备餐具的淀粉聚合物中，所述催化剂为氯化亚锡和/或辛酸亚锡。

优选的，用于制备餐具的淀粉聚合物中，所述防水剂为棕榈酸、硅油、石蜡、十六酸中的一种或多种。

优选的，用于制备餐具的淀粉聚合物中，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，用于制备餐具的淀粉聚合物中，所述助发泡剂为月桂酸单甘油酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、失水山梨脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种。

一种上述任一项所述的用于制备餐具的淀粉聚合物的制备方法，包括以下步骤：

S1：准确称量所述淀粉和所述乳酸，将所述淀粉分散到四氢呋喃中，在搅拌状态下缓慢加入所述乳酸，充分混匀后升温至60～80℃反应4～6h，然后过滤去除所述四氢呋喃，制得表面乳酸接枝改性淀粉；

S2：将S1制得所述表面乳酸接枝改性淀粉在50～70℃条件下真空干燥24～36h，制得干燥的表面乳酸接枝改性淀粉；

S3：准确称取所述聚乙烯醇、所述聚丁二酸丁二醇酯、所述增塑剂和所述催化剂与S2制得的所述干燥的表面乳酸接枝改性淀粉混合，然后在温度为140～160℃、压力为0.05～0.1MPa的条件下搅拌反应15～18h；

S4：准确称取所述黏合增强剂、所述相容剂、所述扩链剂、所述防水剂、所述抗氧剂和所述助发泡剂，将S3中的反应物升温至160～180℃然后加入所述黏合增强剂、所述相容剂、所述扩链剂、所述防水剂和所述抗氧剂，保持温度与压力，继续反应6～8h；然后降温至120～140℃加入所述助发泡剂，维持温度与压力，继续反应20～30min；

S5：将S4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.通过乳酸对淀粉进行接枝改性，提高淀粉聚合物的可塑性，并提高该淀粉聚合物制成产品的机械强度；

2.通过黏合增强剂、相容剂、增塑剂、扩链剂提高改性淀粉与聚乙烯醇和聚丁二酸丁二醇酯在乳酸作用下的分子链长度，提高聚合物的品质；

3.通过助发泡剂对聚合物进行发泡处理，一方面在制成餐具后，提高保温效果，另一方面，在对降解处理时，发泡小孔有助于提高餐具的降解速度。

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为本发明用于制备餐具的淀粉聚合物的制备流程示意图。

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本发明用于制备餐具的淀粉聚合物的制备流程示意图所示，该聚合物的制备过程具体实施例如下：

实施例1

用于制备餐具的淀粉聚合物的制备，包括以下步骤：

S1：准确称量60千克淀粉和60千克乳酸，将淀粉分散到四氢呋喃中，在搅拌状态下缓慢加入乳酸，充分混匀后升温至60℃反应4h，然后过滤去除四氢呋喃，制得表面乳酸接枝改性淀粉；

S2：将S1制得表面乳酸接枝改性淀粉在50℃条件下真空干燥24h，制得干燥的表面乳酸接枝改性淀粉；

S3：准确称取20千克聚乙烯醇、10千克聚丁二酸丁二醇酯、3千克邻苯二甲酸二辛酯作为增塑剂和3千克氯化亚锡作为催化剂与S2制得的干燥的表面乳酸接枝改性淀粉混合，然后在温度为140℃、压力为0.05MPa的条件下搅拌反应15h；

S4：准确称取10千克乙酸丙酸纤维素作为黏合增强剂、5千克甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯丙烯共聚物作为相容剂、3千克1，6一己二醇作为扩链剂、1千克棕榈酸作为防水剂、1千克2，6二叔丁基对甲酚作为抗氧剂、1千克月桂酸单甘油酯作为助发泡剂，将S3中的反应物升温至160℃然后加入黏合增强剂、相容剂、扩链剂、防水剂和抗氧剂，保持温度与压力，继续反应6h；然后降温至120℃加入助发泡剂，维持温度与压力，继续反应20min；

S5：将S4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

用于制备餐具的淀粉聚合物的制备，包括以下步骤：

S1：准确称量70千克淀粉和70千克乳酸，将淀粉分散到四氢呋喃中，在搅拌状态下缓慢加入乳酸，充分混匀后升温至70℃反应5h，然后过滤去除四氢呋喃，制得表面乳酸接枝改性淀粉；

S2：将S1制得表面乳酸接枝改性淀粉在60℃条件下真空干燥30h，制得干燥的表面乳酸接枝改性淀粉；

S3：准确称取30千克聚乙烯醇、15千克聚丁二酸丁二醇酯、4千克对苯二甲酸二辛酯作为增塑剂和4千克辛酸亚锡作为催化剂与S2制得的干燥的表面乳酸接枝改性淀粉混合，然后在温度为150℃、压力为0.08MPa的条件下搅拌反应16h；

S4：准确称取15千克乙酸丁二酸纤维素作为黏合增强剂、8千克甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物作为相容剂、4千克甘油作为扩链剂、2千克硅油作为防水剂、2千克β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯作为抗氧剂、2千克蓖麻油聚氧乙烯醚作为助发泡剂，将S3中的反应物升温至170℃然后加入黏合增强剂、相容剂、扩链剂、防水剂和抗氧剂，保持温度与压力，继续反应7h；然后降温至130℃加入助发泡剂，维持温度与压力，继续反应25min；

S5：将S4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

用于制备餐具的淀粉聚合物的制备，包括以下步骤：

S1：准确称量80千克淀粉和80千克乳酸，将淀粉分散到四氢呋喃中，在搅拌状态下缓慢加入乳酸，充分混匀后升温至80℃反应6h，然后过滤去除四氢呋喃，制得表面乳酸接枝改性淀粉；

S2：将S1制得表面乳酸接枝改性淀粉在70℃条件下真空干燥36h，制得干燥的表面乳酸接枝改性淀粉；

S3：准确称取40千克聚乙烯醇、20千克聚丁二酸丁二醇酯、5千克邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂和5千克氯化亚锡与辛酸亚锡的混合物作为催化剂与S2制得的干燥的表面乳酸接枝改性淀粉混合，然后在温度为160℃、压力为0.1MPa的条件下搅拌反应18h；具体实施时也可以用邻苯二甲酸二甲氧基乙酯作为增塑剂；

S4：准确称取20千克乙酸苯二甲酸纤维素作为黏合增强剂、10千克甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯丙烯共聚物与甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物的混合物作为相容剂、5千克三羟甲基丙烷作为扩链剂、3千克石蜡作为防水剂、3千克2，6二叔丁基对甲酚与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、3千克失水山梨脂肪酸酯作为助发泡剂，将S3中的反应物升温至180℃然后加入黏合增强剂、相容剂、扩链剂、防水剂和抗氧剂，保持温度与压力，继续反应8h；然后降温至140℃加入助发泡剂，维持温度与压力，继续反应30min；具体实施时，也可以用羟丙基甲基纤维素作为黏合增强剂，用十六酸作为防水剂，用聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯作为助发泡剂；

S5：将S4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淀粉聚合物，用它制备成一次性餐盒，从中取出100份，用这样的餐盒装水，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淀粉聚合物，其特征在于：包括按重量份计的以下组分：淀粉60～80份、乳酸60～80份、聚乙烯醇20～40份、聚丁二酸丁二醇酯10～20份、黏合增强剂10～20份、相容剂5～10份、增塑剂3～5份、扩链剂3～5份、催化剂3～5份、防水剂1～3份、抗氧剂1～3份和助发泡剂1～3份。

2.根据权利要求1所述的用于制备餐具的淀粉聚合物，其特征在于：所述黏合增强剂为乙酸丙酸纤维素、乙酸丁二酸纤维素、乙酸苯二甲酸纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的用于制备餐具的淀粉聚合物，其特征在于：所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯丙烯共聚物和/或甲基丙烯酸缩水甘油醚接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。

4.根据权利要求1所述的用于制备餐具的淀粉聚合物，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的用于制备餐具的淀粉聚合物，其特征在于：所述扩链剂为1，6一己二醇、甘油、三羟甲基丙烷中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的用于制备餐具的淀粉聚合物，其特征在于：所述催化剂为氯化亚锡和/或辛酸亚锡。

7.根据权利要求1所述的用于制备餐具的淀粉聚合物，其特征在于：所述防水剂为棕榈酸、硅油、石蜡、十六酸中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的用于制备餐具的淀粉聚合物，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淀粉聚合物，其特征在于：所述助发泡剂为月桂酸单甘油酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、失水山梨脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的用于制备餐具的淀粉聚合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：准确称量所述淀粉和所述乳酸，将所述淀粉分散到四氢呋喃中，在搅拌状态下缓慢加入所述乳酸，充分混匀后升温至60～80℃反应4～6h，然后过滤去除所述四氢呋喃，制得表面乳酸接枝改性淀粉；

S2：将S1制得所述表面乳酸接枝改性淀粉在50～70℃条件下真空干燥24～36h，制得干燥的表面乳酸接枝改性淀粉；

S3：准确称取所述聚乙烯醇、所述聚丁二酸丁二醇酯、所述增塑剂和所述催化剂与S2制得的所述干燥的表面乳酸接枝改性淀粉混合，然后在温度为140～160℃、压力为0.05～0.1MPa的条件下搅拌反应15～18h；

S4：准确称取所述黏合增强剂、所述相容剂、所述扩链剂、所述防水剂、所述抗氧剂和所述助发泡剂，将S3中的反应物升温至160～180℃然后加入所述黏合增强剂、所述相容剂、所述扩链剂、所述防水剂和所述抗氧剂，保持温度与压力，继续反应6～8h；然后降温至120～140℃加入所述助发泡剂，维持温度与压力，继续反应20～30min；

S5：将S4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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