CN113861712A - 一种以植物纤维为原料的防水型餐具及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种以植物纤维为原料的防水型餐具及其制备方法和应用，属于环保餐具领域。本发明提供的防水型餐具，通过植物纤维、淀粉类粘合剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性，甘油使得防水型餐具不易失去水分，发生干裂而造成无法使用，防腐剂提高耐腐蚀性能，利用硼砂水解转化为四羟基合硼酸根离子，然后与植物纤维上羟基结合发生交联反应，提高力学性能，轻质碳酸钙提高植物纤维的流动性，改善成型效果。本发明制备的防水型餐具，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛且对人身体无害，餐具表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及环保餐具领域，尤其涉及一种以植物纤维为原料的防水型餐具及其制备方法和应用。
背景技术
近年来随着经济的飞速发展，人们的生活节奏也日益加快，快餐行业得以迅速发展，这也造成市场对快餐餐具的需求量不断增大。目前市场上所使用的一次性快餐用具仍大多采用PP塑胶及PVC塑胶生产而成，这些原料难以在自然环境中降解，容易对环境造成污染，从而对人类的生存环境带来了危害。
虽然现有技术也开发出了一些可替代的易降解的一次性餐具产品，但是由于产品售价过高，推广应用性较低，其售价过高主要原因是其原料成本高，并且在制备过程中需要进行表面防水处理即在餐具表面涂覆一层防水涂层例如PE塑料膜等，以避免运输和使用过程中，水会渗入餐具内部，造成餐具软化而无法使用，而表面防水处理工艺也增加了成本。因此，现在亟需一种低成本的防水型餐具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以植物纤维为原料的防水型餐具及其制备方法和应用，本发明提供的以植物纤维为原料的防水型餐具，原料来源广泛且对人身体无害，餐具表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种以植物纤维为原料的防水型餐具，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：防腐剂0.1～5份，甘油0.5～3份，硼砂0.5～5份，淀粉类粘合剂80～4000份，植物纤维100～4000份，轻质碳酸钙150～18000份，以及质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙的总质量的0.5～1.5倍的发泡剂。
优选地，所述淀粉类粘合剂为a-淀粉、羧甲基淀粉和醋酸酯淀粉中的一种或多种。
优选地，所述植物纤维为玉米秸秆纤维粉、小麦秸秆纤维粉和薯渣中的一种或多种。
优选地，所述植物纤维的长度不超过两毫米。
优选地，所述发泡剂为水和/或尿素。
本发明还提供了上述技术方案所述以植物纤维为原料的防水型餐具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将防腐剂、甘油、硼砂、淀粉类粘合剂、植物纤维、轻质碳酸钙和发泡剂拌合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到混合物料进行热压成型，得到以植物纤维为原料的防水型餐具。
优选地，所述步骤(2)中热压成型的温度为150～180℃，热压成型的压力为0.6～2.0Mpa。
优选地，所述步骤(2)中的热压成型包括：加热加压使混合物料充满模具的模腔，然后将所述混合物料加热定型。
优选地，所述加热定型的时间为12～24秒/mm。
本发明还提供了上述技术方案所述的防水型餐具或所述制备方法制备得到的防水型餐具在餐饮包装中的应用。
本发明提供了一种以植物纤维为原料的防水型餐具，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：防腐剂0.1～5份，甘油0.5～3份，硼砂1～5份，淀粉类粘合剂100～4000份，植物纤维100～4000份，轻质碳酸钙150～18000份，以及质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙粉的总质量的0.5～1.5倍的发泡剂。本发明提供的防水型餐具，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛，植物纤维和淀粉类粘合剂中均含有大量的羟基，通过植物纤维、淀粉类粘合剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性，并且甘油的亲水性使得防水型餐具不易失去水分，发生干裂而造成无法使用，利用防腐剂提高餐具耐腐蚀性能，利用硼砂作为无机交联剂，在水中水解转化为四羟基合硼酸根离子，然后与植物纤维上羟基结合发生交联反应，从而提高防水型餐具的力学性能，轻质碳酸钙起到填充、增加防水型餐具产品重量，使防水型餐具手感更佳，同时提高植物纤维的流动性，使各组分混合均匀，改善成型效果。实施例的结果显示，本发明提供的防水型餐具，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛且对人身体无害，餐具表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。
具体实施方式
本发明提供了一种以植物纤维为原料的防水型餐具，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：防腐剂0.1～5份，甘油0.5～3份，硼砂0.5～5份，淀粉类粘合剂80～4000份，植物纤维100～4000份，轻质碳酸钙150～18000份，以及质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙的总质量的0.5～1.5倍的发泡剂。
在本发明中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。
按重量份数计，制备本发明所述防水型餐具的原料包括防腐剂0.1～5份，更优选为1～4份。在本发明中，所述防腐剂优选为三偏磷酸钠和/或六偏磷酸钠。在本发明中，所述防腐剂能够提高持水性、增高结合性，保持餐盒的色泽，避免其变色，并提高餐盒的耐防腐性能。在本发明的实施例中，所述防腐剂可具体为三偏磷酸钠和六偏磷酸钠、三偏磷酸钠或六偏磷酸钠。
按重量份数计，制备本发明所述防水型餐具的原料包括甘油0.5～3份，更优选为0.6～2份。在本发明中，所述甘油在后续制备过程中的高温条件下与淀粉类粘合剂、植物纤维分子中的羟基脱水交联，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性，并且甘油的亲水性使得防水型餐具不易失去水分，发生干裂而造成无法使用。
按重量份数计，制备本发明所述防水型餐具的原料包括硼砂0.5～5份，更优选为1～3份。在本发明中，所述硼砂作为无机交联剂，在水中水解转化为四羟基合硼酸根离子，然后与植物纤维上羟基结合发生交联反应，从而提高防水型餐具的力学性能。
按重量份数计，制备本发明所述防水型餐具的原料包括淀粉类粘合剂80～4000份，更优选为100～3000份。在本发明中，所述淀粉类粘合剂优选为a-淀粉、羧甲基淀粉和醋酸酯淀粉中的一种或多种。在本发明，所述淀粉类粘合剂中均含有大量的羟基，通过植物纤维、淀粉类粘合剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性。在本发明的实施例中，所述淀粉类粘合剂可具体为a-淀粉、羧甲基淀粉或醋酸酯淀粉。
按重量份数计，制备本发明所述以植物纤维为原料的防水型餐具的原料包括植物纤维100～4000份，更优选为300～3000份。在本发明，所述植物纤维中含有大量的羟基，通过植物纤维、淀粉类粘合剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性。
在本发明中，所述植物纤维优选为玉米秸秆纤维粉、小麦秸秆纤维粉和薯渣中的一种或多种。在本发明中，所述植物纤维的长度不超过两毫米。本发明将植物纤维的长度控制在上述范围内，避免植物纤维太长而造成定型时物料流动差，引起最终制备的以植物纤维为原料的防水型餐具产品成品饱满率低，同时避免植物纤维长度太短起不到拉伸作用而引起最终制备的以植物纤维为原料的防水型餐具产品的强度降低。
按重量份数计，制备本发明所述以植物纤维为原料的防水型餐具的原料包括轻质碳酸钙150～18000份，更优选为300～2600份。在本发明中，所述轻质碳酸钙起到填充、增加防水型餐具产品重量，使防水型餐具手感更佳，同时提高植物纤维的流动性，使各组分混合均匀，改善成型效果。
在本发明中，所述发泡剂的质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙的总质量的0.5～1.5倍，更优选为0.6～1.2倍。在本发明中，所述发泡剂优选为水和/或尿素，更优选为水。在本发明中，当所述发泡剂为水和尿素时，尿素和水的质量比优选为1：4000～6000。在本发明中，所述发泡剂能在加热条件下瞬间汽化膨胀，起到发泡效果，无毒，绿色环保，有利于使用后的以植物纤维为原料的防水型餐具快速降解，避免了使用有机发泡剂造成的负面影响。在本发明的实施例中，所述发泡剂可具体为水和尿素、水或尿素。
本发明提供的以植物纤维为原料的防水型环保餐具，原料来源广泛且对人身体无害，餐具表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。
本发明还提供了上述技术方案所述防水型餐具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将防腐剂、甘油、硼砂、淀粉类粘合剂、植物纤维、轻质碳酸钙和发泡剂拌合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到混合物料进行热压成型，得到以植物纤维为原料的防水型餐具。
本发明将防腐剂、甘油、硼砂、淀粉类粘合剂、植物纤维、轻质碳酸钙和发泡剂拌合，得到混合物料。
在本发明中，所述防腐剂、甘油、硼砂、淀粉类粘合剂、植物纤维、轻质碳酸钙和发泡剂的拌合优选包括：将发泡剂、防腐剂、甘油和硼砂混合，得到混合液；将所述混合液与淀粉粘合剂混合，加热得到粘合剂溶液；将所述粘合剂溶液、植物纤维和轻质碳酸钙混合，得到混合物料。
在本发明中，所述发泡剂、防腐剂、甘油和硼砂的混合优选在搅拌条件下进行。在本发明中，所述混合液与淀粉粘合剂的混合优选在搅拌条件下进行。在本发明中，所述加热的温度优选为45～65℃，更优选为50～60℃。在本发明中，所述加热的时间优选为40～65min，更优选为50～60min。本发明将加热的温度和时间控制在上述范围内，有利于保证各组分充分溶解和混合均匀。在本发明中，所述粘合剂溶液、植物纤维和轻质碳酸钙的混合优选在搅拌条件下进行。
得到混合物料后，本发明将所述混合物料进行热压成型，得到以植物纤维为原料的防水型餐具。
本发明优选将所述混合物料转移至模具中进行热压成型。在本发明中，所述转移的方式优选为将混合物料通过保温螺杆挤出，然后通过定量分料器将混合物料定量加入到模具中。在本发明中，所述混合物料在转移过程中优选保持在50～60℃。本发明对所述保温螺杆和定量分料器没有特殊的限制，采用本领域熟知的设备即可。
在本发明中，所述模具优选含有连通模腔的排气微孔。在本发明中，所述模具在使用前优选进行预热；所述预热的温度优选为155～175℃，更优选为160～170℃。本发明将所述模具的预热温度控制在上述范围内，避免预热温度低，造成成型困难、粘膜、成型产品出现裂纹等缺陷，同时避免预热温度过大太大，热压成型过程中模具变化温度太大，冷热应力很大而造成模具损坏。
在本发明中，所述热压成型的温度优选为150～180℃，更优选为160～178℃。在本发明中，所述热压成型的压力优选为0.6～2.0Mpa，更优选为0.7～1.9Mpa。本发明将所述热压成型的温度控制在上述范围内，有利于混合物料中淀粉粘合剂在发泡剂作用下充分发泡糊化，从而使得混合物料中各组分充满模腔，水瞬间汽化膨胀，起到发泡效果，随后通过模具上的排气微孔排出，避免温度过低，而延长热压成型的加热定型时间，导致热压成型的效率降低，同时避免温度过高而造成以植物纤维为原料的防水型餐具产品的表面产生高温色变。本发明将所述热压成型的压力控制在上述范围内，一方面有利于模具充分闭合，以得到特定形状的以植物纤维为原料的防水型餐具产品，另一方面，有利于控制模具的模腔内的压力，避免模具的模腔内压力过底，淀粉粘合剂不能充分发泡糊化，而引起混合物料无法热压成型，同时使得淀粉粘合剂的发泡倍率合适，获得的以植物纤维为原料的防水型餐具产品表面密度较大，提高防水性，也避免模具的模腔内压力过高，淀粉粘合剂糊化的温度过低，淀粉粘合剂的发泡倍率过大，获得的以植物纤维为原料的防水型餐具产品表面密度过小，造成防水性降低。
在本发明中，所述热压成型优选包括：加热加压使混合物料充满模具的模腔，然后将所述混合物料加热定型。
在本发明中，所述混合物料充满模具的模腔的同时，模腔中的水蒸气通过所述模具上的排气微孔排出。
在本发明中，所述加热定型的时间优选为12～24秒/mm，更优选为14～23秒/mm。本发明将所述加热定型的时间控制在上述范围内有利于混合物料较好的热压成型，获得表面密度较大的防水性好的以植物纤维为原料的防水型餐具，并节约工艺时间，提高效率。
本发明提供的以植物纤维为原料的防水型餐具的制备方法，工艺操作简单，效率高，餐具表面无需表面防水处理，降低了生产成本，制备的以植物纤维为原料的防水型餐具的防水性良好，能降解，绿色环保。
本发明还提供了上述技术方案所述的防水型餐具或所述制备方法制备得到的防水型餐具在餐饮包装中的应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
以植物纤维为原料的防水型餐具，按重量份数计，每份500克，防腐剂三偏磷酸钠1份，甘油2份，硼砂0.5～5份，淀粉类粘合剂a-淀粉100份，植物纤维600份，轻质碳酸钙300份，以及质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙的总质量的1倍的发泡剂水(即1000份)。
实施例2
实施例1所述以植物纤维为原料的防水型餐具的制备方法:
(1)在反应釜中加入水，搅拌条件下加入三偏磷酸钠和甘油，搅拌10分钟，再加入a-淀粉，搅拌条件下加热使反应釜内的物料温度达到50℃，维持在该温度下搅拌60分钟，使a-淀粉粉充分溶解，得到粘合剂溶液，然后在搅拌条件下将制备得到的粘合剂溶液与植物纤维和轻质碳酸钙粉混合搅拌20分钟，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到混合物料通过保温螺杆挤出，使挤出后的物料保持在50℃，利用通过定量分料器将物料定量加入到预热温度为170℃的模具中，闭合模具、开启压机，170℃保温条件下使闭合后的模腔内的压力升至0.7Mpa，在高温高压下使物料充满模腔，水蒸汽通过模具上排气微孔逐渐的排出模腔外，加热定型的时间为14秒/mm，在高温的烘烤下使模腔内的混合物料定型，打开模具，取出得到以植物纤维为原料的防水型餐具产品。
实施例3
以植物纤维为原料的防水型餐具，按重量份数计，每份500克，防腐剂0.6份，硼砂0.6份，淀粉类粘合剂羧甲基淀粉108份，植物纤维600份，轻质碳酸钙400份，以及质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙的总质量的0.65倍的发泡剂(即720.2份)；
其中，所述防腐剂包含0.4份三偏磷酸钠和0.2份六偏磷酸钠；
所述发泡剂包含720.05份水，0.15份尿素，尿素和水的质量比为1：4800。
实施例4
实施例3所述以植物纤维为原料的防水型餐具的制备方法:
(1)在反应釜中加入水，搅拌条件下羧甲基淀粉、三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、硼砂和尿素，搅拌条件下加热使反应釜内的物料温度达到50℃，维持在该温度下搅拌40分钟，得到粘合剂溶液，然后在搅拌条件下将制备得到的粘合剂溶液与植物纤维和轻质碳酸钙粉混合搅拌30分钟，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到混合物料通过保温螺杆挤出，使挤出后的物料保持在50℃，利用通过定量分料器将物料定量加入到预热温度为167℃的模具中，闭合模具、开启压机，167℃保温条件下使闭合后的模腔内的压力升至1.75Mpa，在高温高压下使物料充满模腔，水蒸汽通过模具上排气微孔逐渐的排出模腔外，加热定型的时间为23秒/mm，在高温的烘烤下使模腔内的混合物料定型，打开模具，取出得到以植物纤维为原料的防水型餐具产品。
实施例5
以植物纤维为原料的防水型餐具，按重量份数计，每份500克，防腐剂0.8份，甘油3份，硼砂0.6份，淀粉类粘合剂醋酸酯淀粉400份，植物纤维560份，轻质碳酸钙520份，以及质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙的总质量的0.676倍的发泡剂(即1000.2份)；
其中，所述防腐剂包含0.6份三偏磷酸钠和0.2份六偏磷酸钠；
所述发泡剂包含1000份水，0.2份尿素，尿素和水的质量比为1：5000。
实施例6
实施例5所述以植物纤维为原料的防水型餐具的制备方法:
(1)在反应釜中加入水，搅拌条件下加入三偏磷酸钠、六偏磷酸钠、尿素、硼砂和甘油，搅拌10分钟，再加入醋酸酯淀粉，搅拌条件下加热使反应釜内的物料温度达到60℃，维持在该温度下搅拌60分钟，使醋酸酯淀粉充分溶解，得到粘合剂溶液，然后在搅拌条件下将上述制备好的粘合剂溶液与植物纤维和轻质碳酸钙粉混合搅拌30分钟，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到混合物料通过保温螺杆挤出，使挤出后的物料保持在60℃，利用通过定量分料器将物料定量加入到预热温度为177℃的模具中，闭合模具、开启压机，177℃保温条件下使闭合后的模腔内的压力升至1.83Mpa，在高温高压下使物料充满模腔，水蒸汽通过模具上排气微孔逐渐的排出模腔外，加热定型的时间为17秒/mm，在高温的烘烤下使模腔内的混合物料定型，打开模具，取出得到以植物纤维为原料的防水型餐具产品。
实施例的结果显示，本发明提供的防水型餐具，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛且对人身体无害，餐具表面无需表面防水处理，降低了生产成本，防水性良好，能降解，绿色环保。本发明提供的防水型餐具，以植物纤维作为主要原料，原料来源广泛，植物纤维和淀粉类粘合剂中均含有大量的羟基，通过植物纤维、淀粉类粘合剂和甘油三者之间的羟基交联脱水，提高了主原料植物纤维的致密性和加工性能，无需表面防水处理即可显著提高防水性，并且甘油的亲水性使得防水型餐具不易失去水分，发生干裂而造成无法使用，利用防腐剂提高餐具耐腐蚀性能，利用硼砂作为无机交联剂，在水中水解转化为四羟基合硼酸根离子，然后与植物纤维上羟基结合发生交联反应，从而提高防水型餐具的力学性能，轻质碳酸钙起到填充、增加防水型餐具产品重量，使防水型餐具手感更佳，同时提高纤维的流动性，使各组分混合均匀，改善成型效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种以植物纤维为原料的防水型餐具，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：防腐剂0.1～5份，甘油0.5～3份，硼砂0.5～5份，淀粉类粘合剂80～4000份，植物纤维100～4000份，轻质碳酸钙150～18000份，以及质量为淀粉类粘合剂、植物纤维和轻质碳酸钙的总质量的0.5～1.5倍的发泡剂。
2.根据权利要求1所述的防水型餐具，其特征在于，所述淀粉类粘合剂为a-淀粉、羧甲基淀粉和醋酸酯淀粉中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的防水型餐具，其特征在于，所述植物纤维为玉米秸秆纤维粉、小麦秸秆纤维粉和薯渣中的一种或多种。
4.根据权利要求1或3所述的防水型餐具，其特征在于，所述植物纤维的长度不超过两毫米。
5.根据权利要求1所述的防水型餐具，其特征在于，所述发泡剂为水和/或尿素。
6.一种权利要求1～5任意一项所述以植物纤维为原料的防水型餐具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将防腐剂、甘油、硼砂、淀粉类粘合剂、植物纤维、轻质碳酸钙和发泡剂拌合，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到混合物料进行热压成型，得到以植物纤维为原料的防水型餐具。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热压成型的温度为150～180℃，热压成型的压力为0.6～2.0Mpa。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的热压成型包括：加热加压使混合物料充满模具的模腔，然后将所述混合物料加热定型。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述加热定型的时间为12～24秒/mm。
10.权利要求1～5任意一项所述的防水型餐具或权利要求6～9任一项所述制备方法制备得到的防水型餐具在餐饮包装中的应用。
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