CN112876818A - 一种生物可降解抗菌吸管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物可降解抗菌吸管及其制备方法。本发明按照重量百分比计，包括如下组分：PBS 30‑90％，PLA 5‑40％，无机填料1‑20％，壳聚糖1‑20％，偶联剂0.1‑2％，增塑剂0.1‑2％，抗氧剂0.1‑2％，成核剂0.1‑2％。其制备方法为：(1)物料干燥；(2)无机填料进行偶联剂表面处理；(3)物料混合；(4)双螺杆挤出造粒；(5)单螺杆挤出成型；(6)吸管冷却裁剪。本发明得到的生物可降解抗菌吸管具有优异的降解性、高耐温性能、抗菌性能，可有效减缓不可降解吸管对生态环境带来的危害。

Description

一种生物可降解抗菌吸管及其制备方法
技术领域
本发明属于吸管技术领域，具体涉及生物可降解抗菌吸管及其制备方法。
背景技术
吸管是人们日常生活中常见的制品，广泛应用于食品、餐饮、医药领域， 给人们的生活带来了极大的便利，但传统吸管属于非降解塑料，众多的一次性 吸管的快速使用、丢弃，对土壤、大气、海洋造成了巨大的污染。基于此，可 降解塑料逐渐走入公众视野，有望以可降解塑料替代传统吸管材料。
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)都是生物可降解材料，在微生 物的作用下，可最终被分解为二氧化碳和水，属于新型环保塑料，且都具备作 为可降解吸管的潜力，但由于PLA的负荷热变形温度较低(约55℃)，用PLA 制备的薄壁吸管在受热的情况下使用易发生变形，因此具有更高负荷热变形温 度(约90℃)的PBS更适合作为可降解吸管的主体材料。PBS机械性能偏软， 用于制备吸管需添加部分刚性较好的PLA材料，既能满足薄壁吸管的耐热性、 韧性，也能满足薄壁吸管的刚性。
目前市场上吸管的包装袋多为纸袋和塑料袋，如奶茶吸管、饮料吸管，当 吸管的外包装塑料袋破损，或外包装纸袋受潮、破损时，里面的吸管极其容易 滋生细菌。壳聚糖是一种主要是从虾、蟹废弃物的外壳中提取而来的生物质多 糖，自然界中储量丰富，是仅此于纤维素的第二大生物质多糖，其具有生物相 容性、可降解性、抑菌性，添加部分壳聚糖可赋予吸管能优良的抗菌性能。
PBS、PLA材料的价格高于传统PE、PP树脂，因此可通过加入食品接触级 的无机填料，降低复合材料的成本，更有利于推广可降解抗菌吸管。
发明内容
本申请的目的是针对上述问题，提供一种生物可降解抗菌吸管及其制备方 法。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
为达到上述目的，本申请采取下列技术方案：
本申请提供了一种生物可降解抗菌吸管，包括下列按重量份计的原料：
Figure BDA0002809521140000021
所述的PLA至少有一种选自结构类型为左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸 (PDLA)或消旋聚乳酸(PDLLA)中的一种。
所述的无机填料至少有一种选自于食品级碳酸钙、食品级滑石粉、食品级 二氧化硅、食品级硫酸钡、食品级硅藻土中的一种，且目数均≤2000目。
所述的壳聚糖是酸溶性壳聚糖。
所述的偶联剂至少有一种选自与钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂、铝钛复合 偶联剂中的一种。
所述的增塑剂至少有一种选自于甘油、环氧大豆油、柠檬酸三丁酯(TBC)、 柠檬酸三辛酯(TOC)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)中的一种。
所述的抗氧剂至少有一种茶多酚、植酸、抗氧剂1076中的一种。
所述的成核剂至少有一种选自于TMP-6、TMC-300、TMC-306、TMC-210、 TMC-328中的一种。
所述的生物可降解抗菌吸管的制备方法，包含以下步骤：
(1)将PBS、PLA、无机填料、壳聚糖干燥10-18h；
(2)称取干燥后无机填料，再按照配比称取偶联剂，在70-100℃下高速混 合5-10min，转速保持在500-6000rpm；
(3)称取干燥后的PBS、PLA、壳聚糖，再称取增塑剂、抗氧剂、成核剂， 按照比例置入高速混合机中与表面处理后的无机填料混合5-10min，转速保持在 500-6000rpm；
(4)将混合好的物料置于双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，得到共混 粒料；
(5)将(4)步骤得到的共混粒料置于单螺杆挤出机中，通过圆环形模头 挤出成型，冷却至20-35℃时裁剪即可得到可降解抗菌吸管。
所述的制备方法，双螺杆挤出机参数为：挤出温度140-200℃，模头温度 130-190℃，螺杆转速150-400rpm。
所述的制备方法，单螺杆挤出机参数为：挤出温度150-210℃，模头温度 130-190℃，螺杆转速50-200rpm。
所述的制备方法制备的生物可降解抗菌吸管应用于吸管领域。
所述的制备方法制备的生物可降解抗菌吸管应用于生物可降解材料领域。
发明原理：
(1)本发明将PBS、PLA、无机填料复合，借助壳聚糖、偶联剂、增塑剂、 抗氧剂、成核剂等助剂，通过双螺杆挤出造粒，再将得到的粒料经过单螺杆挤 出机的圆环形模头熔融挤出，冷却成型后裁剪即可得到最终的生物可降解抗菌 吸管。
(2)本发明采用PBS作为吸管的主体材料，PBS具有较高的热变形温度(约 90℃)，用其制备的吸管能够应用于热饮，除此之外，本发明用PLA的刚性补 充PBS刚性不足，用食品级无机填料降低复合材料的成本，用壳聚糖赋予复合 材料抗菌性能，偶联剂能狗增强无机填料与树脂间的界面结合力，增塑剂能够 提升整个加工过程的流畅性，抗氧剂能够降低树脂和壳聚糖在热加工过程中的 降解，成核剂能够提高PBS、PLA材料的结晶度，提升材料的刚性与耐热性能。
本发明的有益效果为：(1)与传统PP吸管相比，本发明属于生物可降解 吸管；(2)与PLA为主体的吸管相比，本发明降解速率更快；(3)本发明用 天然壳聚糖作为抗菌剂，赋予本发明抗菌性能。(4)本发明吸管耐温温度高， 在使用过程中不会变形，安全性高，可应用于热饮饮料。(5)相较于纸吸管， 本发明具有制备工艺简单、成本更低、使用过程不会变形的优势。
具体实施方式
下面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， 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。
实施例1
一种生物可降解抗菌吸管的各组分重量百分比如下：
Figure BDA0002809521140000041
Figure BDA0002809521140000051
上述生物可降解抗菌吸管的制备方法步骤如下：
(1)将PBS、PLLA、食品级碳酸钙、壳聚糖干燥12h；
(2)称取干燥后食品级碳酸钙，再按照配比称取铝酸脂偶联剂，在85℃ 下高速混合10min，转速保持在1000rpm；
(3)称取干燥后的PBS、PLLA、壳聚糖，再称取甘油、茶多酚、TMC-300， 按照比例置入高速混合机中，与表面处理后的食品级碳酸钙混合5min，转速保 持在1000rpm；
(4)将混合好的物料置于双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机的挤出 温度设置为180℃，模头温度设置为175℃，挤出造粒，得到共混粒料；
(5)将(4)步骤得到的共混粒料置于单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机温 度设置为190℃，通过圆环形模头挤出成型，模头温度设置为180℃，冷却至 30℃时裁剪即可得到可降解抗菌吸管。
(6)将(4)步骤得到的粒料注塑成标准样条，按照GB/T 1040.2-2006测 试拉伸性能，按照GB/T 1843-1996测试材料缺口冲击性能，缺口类型为A型缺 口。按照GB/T 1634-1979测试材料的负荷热变形温度。按照Q/BT 2591-2003测 试吸管的抗菌性能，菌种选择大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。按照GB/T 18006.1-2009测试吸管降解性能。测试结果见表1。
实施例2
一种生物可降解抗菌吸管的各组分重量百分比如下：
Figure BDA0002809521140000061
生物可降解抗菌吸管的制备方法：
(1)将PBS、PLLA、食品级滑石粉、壳聚糖干燥12h；
(2)称取干燥后食品级滑石粉，再按照配比称取铝酸脂偶联剂，在90℃ 下高速混合8min，转速保持在1200rpm；
(3)称取干燥后的PBS、PLLA、壳聚糖，再称取柠檬酸三丁酯、植酸、 TMC-306，按照比例置入高速混合机中，与表面处理后的食品级滑石粉混合7 min，转速保持在1300rpm；
(4)将混合好的物料置于双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机的挤出 温度设置为190℃，模头温度设置为185℃，挤出造粒，得到共混粒料；
(5)将(4)步骤得到的共混粒料置于单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机温 度设置为190℃，通过圆环形模头挤出成型，模头温度设置为185℃，冷却至 25℃时裁剪即可得到可降解抗菌吸管。
(6)将(4)步骤得到的粒料注塑成标准样条，按照GB/T 1040.2-2006测 试拉伸性能，按照GB/T 1843-1996测试材料缺口冲击性能，缺口类型为A型缺 口。按照GB/T 1634-1979测试材料的负荷热变形温度。按照Q/BT 2591-2003测 试吸管的抗菌性能，菌种选择大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。按照GB/T 18006.1-2009测试吸管降解性能。测试结果见表1。
实施例3
一种生物可降解抗菌吸管的各组分重量百分比如下：
Figure BDA0002809521140000071
生物可降解抗菌吸管的制备方法：
(1)将PBS、PDLA、食品级二氧化硅、壳聚糖干燥12h；
(2)称取干燥后食品级二氧化硅，再按照配比称取钛酸脂偶联剂，在80℃ 下高速混合10min，转速保持在1500rpm；
(3)称取干燥后的PBS、PDLA、壳聚糖，再称取柠檬酸三辛酯、抗氧剂 1076、TMC-210，按照比例置入高速混合机中，与表面处理后的食品级二氧化 硅混合10min，转速保持在1500rpm；
(4)将混合好的物料置于双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机的挤出 温度设置为175℃，模头温度设置为170℃，挤出造粒，得到共混粒料；
(5)将(4)步骤得到的共混粒料置于单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机温 度设置为185℃，通过圆环形模头挤出成型，模头温度设置为180℃，冷却至 28℃时裁剪即可得到可降解抗菌吸管。
(6)将(4)步骤得到的粒料注塑成标准样条，按照GB/T 1040.2-2006测 试拉伸性能，按照GB/T 1843-1996测试材料缺口冲击性能，缺口类型为A型缺 口。按照GB/T 1634-1979测试材料的负荷热变形温度。按照Q/BT 2591-2003测 试吸管的抗菌性能，菌种选择大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。按照GB/T 18006.1-2009测试吸管降解性能。测试结果见表1。
表1：材料性能测试结果
Figure BDA0002809521140000081
以上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，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)

1.一种生物可降解抗菌吸管，其特征在于，包括下列按重量份计的原料：
Figure FDA0002809521130000011
2.根据权利要求1所述的生物可降解抗菌吸管，其特征在：所述的PLA至少有一种选自结构类型为左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)或消旋聚乳酸(PDLLA)中的一种。
3.根据权利要求1所述的生物可降解抗菌吸管，其特征在于，所述的无机填料至少有一种选自于食品级碳酸钙、食品级滑石粉、食品级二氧化硅、食品级硫酸钡、食品级硅藻土中的一种，且目数均≤2000目。
4.根据权利要求1所述的生物可降解抗菌吸管，其特征在于，所述的壳聚糖是酸溶性壳聚糖。
5.根据权利要求1-4中任一所述的生物可降解抗菌吸管，其特征在于，所述的偶联剂至少有一种选自与钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂、铝酞复合偶联剂中的一种。
6.根据权利要求5所述的生物可降解抗菌吸管，其特征在于，所述的增塑剂至少有一种选自于甘油、环氧大豆油、柠檬酸三丁酯(TBC)、柠檬酸三辛酯(TOC)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)中的一种。
7.根据权利要求1所述的生物可降解抗菌吸管，其特征在于，所述的抗氧剂至少有一种茶多酚、植酸、抗氧剂1076中的一种。
8.根据权利要求1所述的生物可降解抗菌吸管，其特征在于，所述的成核剂至少有一种选自于TMP-6、TMC-300、TMC-306、TMC-210、TMC-328中的一种。
9.根据权利要求1所述的生物可降解抗菌吸管的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将PBS、PLA、无机填料、壳聚糖干燥10-18h；
(2)称取干燥后无机填料，再按照配比称取偶联剂，在70-100℃下高速混合5-10min，转速保持在500-6000rpm；
(3)称取干燥后的PBS、PLA、壳聚糖，再称取增塑剂、抗氧剂、成核剂，按照比例置入高速混合机中与表面处理后的无机填料混合5-10min，转速保持在500-6000rpm；
(4)将混合好的物料置于双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，得到共混粒料；
(5)将(4)步骤得到的共混粒料置于单螺杆挤出机中，通过圆环形模头挤出成型，冷却至20-35℃时裁剪即可得到可降解抗菌吸管。
10.根据权利要求9所述生物可降解抗菌吸管的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机参数为：挤出温度140-200℃，模头温度130-190℃，螺杆转速150-400rpm；单螺杆挤出机参数为：挤出温度150-210℃，模头温度130-190℃，螺杆转速50-200rpm。
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