CN112961394A - 一种可降解竹纤维吸管的制备方法 - Google Patents

一种可降解竹纤维吸管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可降解竹纤维吸管的制备方法，该方法为：将竹碎料经过初筛，选择竹纤维，与水混合，经过蒸汽爆破处理、水洗、烘干，得预处理竹纤维；将可降解塑料预热、冷却后，加预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠混炼后造粒，得竹纤维增强可降解改性塑料颗粒；采用微孔发泡挤出成型的方式，将竹纤维增强可降解改性塑料颗粒连续注入环形模具中进行定向加热，得到可降解竹纤维吸管。本发明可有效降解竹纤维中半纤维素和部分木质素，降低竹纤维吸湿性能，利用竹纤维增强可降解改性塑料颗粒发泡过程中，纤维间存在较大孔隙，使得水分向外层逃逸，竹纤维吸管内壁形成致密层，保证了吸管内部结构稳定。

Description

一种可降解竹纤维吸管的制备方法
技术领域
本发明属于竹材加工技术领域，具体涉及一种可降解竹纤维吸管的制备方法。
背景技术
随着塑料污染治理逐步深化，利用不可降解塑料制作的一次性塑料袋、一次性塑料餐具、快递塑料包装、一次性塑料吸管等产品使用受到了限制。聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、二元酸二元醇共聚酯系列(PBS、PBAT、PBSA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)等可以生物降解塑料需求量激增，但是生物降解塑料较传统塑料，在耐热性、韧性、高强度机械性能、高耐磨加工性等方面仍有较大差距，使得应用领域受限。
竹材是我国重要的森林资源，具有分布广、竹种多、蓄积量大等优势，对竹材的有序良好的应用，具有良好的社会经济效益。但是竹材的直径大小不一、中空且有一定的尖削度，导致了竹材利用率较低，在使用加工过程中，产生了大量的竹碎料等加工剩余物。将竹材加工剩余物进行再利用是提高竹农收入、减少环境污染、增加产品附加值的有效手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种可降解竹纤维吸管的制备方法，该方法可有效降解竹纤维中半纤维素和部分木质素，降低竹纤维吸湿性能，利用竹纤维增强可降解改性塑料颗粒发泡过程中，纤维间存在较大孔隙，使得水分向外层逃逸，竹纤维吸管内壁形成致密层，保证了吸管内部结构稳定。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可降解竹纤维吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹碎料纤维预处理：将竹碎料经过初筛，选择长度小于10mm的竹纤维，与水混合后，经过蒸汽爆破处理、清水冲洗、烘干后，得到预处理竹纤维；所述蒸汽爆破处理的方法为：在温度为180℃～210℃、蒸汽压力为1.5MPa～2MPa的条件下保压35s～60s后，瞬间释放压力至常压后，自然冷却至室温；
将竹纤维经过蒸汽爆破处理可以将竹纤维通过蒸汽爆破得到的预处理竹纤维均一细小，能够实现纤维的均一化，降低竹纤维尺寸差异，通过蒸汽爆破过程中，蒸汽对竹纤维进行处理，可以有效降解竹纤维中半纤维素和部分木质素，降低纤维吸湿性能，处理后的竹纤维挺度增加，硬度增加，使得最终制备的可降解竹纤维吸管具有较大的强度，不易受损变形；
S2、竹纤维增强可降解改性塑料颗粒的制备：将可降解塑料在温度为140℃～160℃的条件下预热1h～2h，然后自然冷却至50℃～60℃时，依次加入S1中得到的预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠，搅拌均匀后，得到混合料，放入密炼机中，在温度为160℃～180℃、螺杆转速为60r/min～100r/min的条件下混炼10min～30min后，经造粒，得到竹纤维增强可降解改性塑料颗粒；所述可降解塑料为聚乳酸、聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯的混合物或者聚乳酸和聚乙醇酸的混合物；所述填料为滑石粉或者碳酸钙；
S3、可降解竹纤维吸管的制备：采用微孔发泡挤出成型的方式，将S2中得到的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒按照加料速率为10g/s连续注入环形模具中进行定向加热，得到可降解竹纤维吸管；所述定向加热的条件为：从加料至出口，环形模具的芯模依次设定160℃、100℃和40℃3个温度段，与所述芯模对应位置的环形模具的外模依次为是90℃、50℃和20℃。
本发明中将竹纤维增强可降解改性塑料颗粒注入环形模具挤压成型同时进行发泡，因环形模具具有一定的密封性，气体较难逃逸，更有利于发泡完全，并且挤压发泡的同时，竹纤维增强可降解改性塑料颗粒中的竹纤维能够更加均匀地分布，保证最终制品的均一度，通过竹纤维增强可降解改性塑料颗在发泡过程中，纤维间存在较大孔隙，使得水分向外层逃逸，竹纤维吸管内壁形成致密层，保证了吸管内部结构稳定。
优选地，S1中所述竹纤维和水的质量比为1:(1～2)。
优选地，S1中烘干的条件为在温度为50℃～65℃的条件下烘干7h～10h，防止温度过高，防止造成纤维卷曲。
优选地，S1中所述预处理竹纤维的含水量≤10％。
优选地，S1中所述预处理竹纤维中半纤维素的质量分数为15％～20％，所述预处理竹纤维中木质素的质量分数为23％～26％。
优选地，S2中所述混合料中降解塑料、预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠的质量比为(20～30)：100：(5～8)：(10～14)：(15～20)：(3～5)：(6～8)。
优选地，S2中所述竹纤维增强可降解改性塑料颗粒的粒径≤5mm。
优选地，S3中所述可降解竹纤维吸管的壁材密度为0.36g/cm3～0.45g/cm3，弯曲强度为45MPa～60MPa：拉伸强度为6MPa～8MPa，压缩强度为36MPa～40MPa、环刚度为3.1KN/m2～5KN/m2。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明利用蒸汽爆破处理竹碎料制备成均一细小的竹纤维，可以有效降解竹纤维中半纤维素和部分木质素，降低竹纤维吸湿性能，同时实现不同规格尺寸纤维的均一化处理，降低纤维尺寸差异，利用微孔发泡挤出和环形模具内加热成型制备竹纤维吸管，可以有效利用竹纤维增强可降解改性塑料颗粒发泡过程中，纤维间存在较大孔隙，使得水分向外层逃逸，竹纤维吸管内壁形成致密层，保证了吸管内部结构稳定。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例的可降解竹纤维吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹碎料纤维预处理：将竹碎料经过初筛，选择长度小于10mm的竹纤维，与水按照质量比为1:1混合后，经过蒸汽爆破处理、清水冲洗、在温度为50℃的条件下烘干10h后，得到含水量≤10％的预处理竹纤维；所述蒸汽爆破处理的方法为：在温度为180℃、蒸汽压力为1.8MPa的条件下保压45s后，瞬间释放压力至常压后，自然冷却至室温；所述预处理竹纤维中半纤维素的质量分数为20％，所述预处理竹纤维中木质素的质量分数为23％；
将竹纤维经过蒸汽爆破处理可以将竹纤维通过蒸汽爆破得到的预处理竹纤维均一细小，能够实现纤维的均一化，降低竹纤维尺寸差异，通过蒸汽爆破过程中，蒸汽对竹纤维进行处理，可以有效降解竹纤维中半纤维素和部分木质素，降低纤维吸湿性能，处理后的竹纤维挺度增加，硬度增加，使得最终制备的可降解竹纤维吸管具有较大的强度，不易受损变形；
S2、竹纤维增强可降解改性塑料颗粒的制备：将可降解塑料(聚乳酸)在温度为150℃的条件下预热1h，然后自然冷却至50℃时，依次加入S1中得到的预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料(滑石粉)、纳米银和碳酸氢钠，搅拌均匀后，得到混合料，放入密炼机中，在温度为160℃、螺杆转速为60r/min的条件下混炼10min后，经造粒，得到粒径为3mm～5mm的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒；所述混合料中降解塑料、预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠的质量比为25：100：8：12：16：4：8；
S3、可降解竹纤维吸管的制备：采用微孔发泡挤出成型的方式，将S2中得到的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒按照加料速率为10g/s连续注入环形模具中进行定向加热，得到可降解竹纤维吸管；所述定向加热的条件为：从加料至出口，环形模具的芯模依次设定160℃、100℃和40℃3个温度段，与所述芯模对应位置的环形模具的外模依次为是90℃、50℃和20℃。
本实施例中将竹纤维增强可降解改性塑料颗粒注入环形模具挤压成型同时进行发泡，因环形模具具有一定的密封性，气体较难逃逸，更有利于发泡完全，并且挤压发泡的同时，竹纤维增强可降解改性塑料颗粒中的竹纤维能够更加均匀地分布，保证最终制品的均一度，通过竹纤维增强可降解改性塑料颗在发泡过程中，纤维间存在较大孔隙，使得水分向外层逃逸，竹纤维吸管内壁形成致密层，保证了吸管内部结构稳定。
本实施例制备的可降解竹纤维吸管的性能为：规格尺寸长为140mm、外径为8mm，内径为6.5mm，吸管质量为0.6g；壁材密度为0.43g/cm3、弯曲强度为53MPa、拉伸强度为7MPa，压缩强度为36MPa、环刚度为4.15KN/m2；抗菌性能：微生物:大肠菌群、沙门氏菌等未检出，霉菌(CFU/g)＜5。
实施例2
本实施例的可降解竹纤维吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹碎料纤维预处理：将竹碎料经过初筛，选择长度小于10mm的竹纤维，与水按照质量比为1:2混合后，经过蒸汽爆破处理、清水冲洗、在温度为65℃的条件下烘干7h后，得到含水量≤10％的预处理竹纤维；所述蒸汽爆破处理的方法为：在温度为200℃、蒸汽压力为1.5MPa的条件下保压60s后，瞬间释放压力至常压后，自然冷却至室温；所述预处理竹纤维中半纤维素的质量分数为15％，所述预处理竹纤维中木质素的质量分数为25％；
S2、竹纤维增强可降解改性塑料颗粒的制备：将可降解塑料(质量比为10:3的聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯的混合物)在温度为160℃的条件下预热2h，然后自然冷却至60℃时，依次加入S1中得到的预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料(碳酸钙)、纳米银和碳酸氢钠，搅拌均匀后，得到混合料，放入密炼机中，在温度为170℃、螺杆转速为100r/min的条件下混炼20min后，经造粒，得到粒径为≤5mm的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒；所述混合料中降解塑料、预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠的质量比为30：100：6：14：20：5：8；
S3、可降解竹纤维吸管的制备：采用微孔发泡挤出成型的方式，将S2中得到的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒按照加料速率为10g/s连续注入环形模具中进行定向加热，得到可降解竹纤维吸管；所述定向加热的条件为：从加料至出口，环形模具的芯模依次设定160℃、100℃和40℃3个温度段，与所述芯模对应位置的环形模具的外模依次为是90℃、50℃和20℃。
本实施例制备的可降解竹纤维吸管的性能为：规格尺寸长为160mm、外径为8mm，内径为7mm，吸管质量为0.65g；壁材密度为0.36g/cm3、弯曲强度为45MPa、拉伸强度为6MPa，压缩强度为39MPa、环刚度为3.1KN/m2；抗菌性能：微生物:大肠菌群、沙门氏菌等未检出，霉菌(CFU/g)＜3。
实施例3
本实施例的可降解竹纤维吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹碎料纤维预处理：将竹碎料经过初筛，选择长度小于10mm的竹纤维，与水按照质量比为1:1.5混合后，经过蒸汽爆破处理、清水冲洗、在温度为60℃的条件下烘干8h后，得到含水量≤10％的预处理竹纤维；所述蒸汽爆破处理的方法为：在温度为210℃、蒸汽压力为2MPa的条件下保压35s后，瞬间释放压力至常压后，自然冷却至室温；所述预处理竹纤维中半纤维素的质量分数为18％，所述预处理竹纤维中木质素的质量分数为26％；
S2、竹纤维增强可降解改性塑料颗粒的制备：将可降解塑料(质量逼问3:1的聚乳酸和聚乙醇酸的混合物)在温度为140℃的条件下预热1.5h，然后自然冷却至60℃时，依次加入S1中得到的预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料(滑石粉)、纳米银和碳酸氢钠，搅拌均匀后，得到混合料，放入密炼机中，在温度为180℃、螺杆转速为60r/min的条件下混炼30min后，经造粒，得到粒径为≤3mm的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒；所述混合料中降解塑料、预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠的质量比为20：100：5：10：15：3：6；
S3、可降解竹纤维吸管的制备：采用微孔发泡挤出成型的方式，将S2中得到的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒按照加料速率为10g/s连续注入环形模具中进行定向加热，得到可降解竹纤维吸管；所述定向加热的条件为：从加料至出口，环形模具的芯模依次设定160℃、100℃和40℃3个温度段，与所述芯模对应位置的环形模具的外模依次为是90℃、50℃和20℃。
本实施例制备的可降解竹纤维吸管的性能为：规格尺寸长为180mm、外径为10mm，内径为7mm，吸管质量为0.85g；壁材密度为0.45g/cm3、弯曲强度为60MPa、拉伸强度为8MPa，压缩强度为40MPa、环刚度为5KN/m2；抗菌性能：微生物:大肠菌群、沙门氏菌等未检出，霉菌(CFU/g)＜5。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，该方法为：
S1、竹碎料纤维预处理：将竹碎料经过初筛，选择长度小于10mm的竹纤维，与水混合后，经过蒸汽爆破处理、清水冲洗、烘干后，得到预处理竹纤维；所述蒸汽爆破处理的方法为：在温度为180℃～210℃、蒸汽压力为1.5MPa～2MPa的条件下保压35s～60s后，瞬间释放压力至常压后，自然冷却至室温；
S2、竹纤维增强可降解改性塑料颗粒的制备：将可降解塑料在温度为140℃～160℃的条件下预热1h～2h，然后自然冷却至50℃～60℃时，依次加入S1中得到的预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠，搅拌均匀后，得到混合料，放入密炼机中，在温度为160℃～180℃、螺杆转速为60r/min～100r/min的条件下混炼10min～30min后，经造粒，得到竹纤维增强可降解改性塑料颗粒；所述可降解塑料为聚乳酸、聚乳酸和聚羟基脂肪酸酯的混合物或者聚乳酸和聚乙醇酸的混合物；所述填料为滑石粉或者碳酸钙；
S3、可降解竹纤维吸管的制备：采用微孔发泡挤出成型的方式，将S2中得到的竹纤维增强可降解改性塑料颗粒按照加料速率为10g/s连续注入环形模具中进行定向加热，得到可降解竹纤维吸管；所述定向加热的条件为：从加料至出口，环形模具的芯模依次设定160℃、100℃和40℃3个温度段，与所述芯模对应位置的环形模具的外模依次为是90℃、50℃和20℃。
2.根据权利要求1中所述一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，S1中所述竹纤维和水的质量比为1:(1～2)。
3.根据权利要求1中所述一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，S1中烘干的条件为在温度为50℃～65℃的条件下烘干7h～10h。
4.根据权利要求1所述一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，S1中所述预处理竹纤维的含水量≤10％。
5.根据权利要求1所述一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，S1中所述预处理竹纤维中半纤维素的质量分数为15％～20％，所述预处理竹纤维中木质素的质量分数为23％～26％。
6.根据权利要求1所述一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，S2中所述混合料中降解塑料、预处理竹纤维、聚乙烯醇、偶氮二甲酰胺、填料、纳米银和碳酸氢钠的质量比为(20～30)：100：(5～8)：(10～14)：(15～20)：(3～5)：(6～8)。
7.根据权利要求1所述一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，S2中所述竹纤维增强可降解改性塑料颗粒的粒径≤5mm。
8.根据权利要求1所述一种可降解竹纤维吸管的制备方法，其特征在于，S3中所述可降解竹纤维吸管的壁材密度为0.36g/cm3～0.45g/cm3，弯曲强度为45MPa～60MPa：拉伸强度为6MPa～8MPa，压缩强度为36MPa～40MPa、环刚度为3.1KN/m2～5KN/m2。
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