CN115073930A - 应用于全降解生物质餐具的防水添加剂及其制备方法 - Google Patents

应用于全降解生物质餐具的防水添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒18～30份、绢云母粉3～20份、表面活性剂A 10～25份、表面活性剂B 1～3份、分散剂1~2份，同时还公开了其制备方法。本发明涉及防水添加剂技术领域，具体指一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂及其制备方法，该防水添加剂以可食性的天然物质为主料制备的一种无氟防水添加剂，该防水添加剂完全摒弃了有机氟防水剂的使用，大大提高了一次性餐具的使用安全性，及生命周期中的环境安全性，是一种适合于与食品接触的一种防水剂。经测定符合国家相关食品包装的标准，又能在自然环境中完全降解，是一款优良的环境友好型的防水添加剂。

Description

应用于全降解生物质餐具的防水添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及防水添加剂技术领域，具体为应用于全降解生物质餐具的防水添加剂及其制备方法。
背景技术
用塑料或泡沫塑料制造的一次性餐具由于其长达两百年以上的降解周期，成为一次性餐具行业极大痛点。随着人们对于生活便利性要求的不断提高，一次性餐具、预包装半成品食品包装、方便食品的包装需求量每年成指数级的提高，如果还是一味使用塑料制的一次性用品，那么由于塑料废弃物引起的全球性灾难会快速到来。因此人们自然而然想到了利用降解速度更快的材料来替代塑料生产一次性用品，在综合各种因素后纸张（纸浆）制品、全降解淀粉制品成为两种比较有应用前景的替代材料，且在一次性餐具中已经有一定的市场规模。
上述两种材料由于本身分子组成和结构的原因具有天然的亲水性，而作为餐具材料，最重要的性能要求就是必须防水。因此为了使纸浆模塑、全降解淀粉模塑制的一次性餐具能有较好的防水能力往往需要在纸浆料浆、淀粉基料中配入所谓的防水剂，现在所使用的防水剂绝大多数是含氟的化合物，主要是含有PFOA（全氟辛酸及盐）、PFOS（全氟辛烷磺酰基化合物）所谓C8类防水剂，这类产品的防水效果极佳，使用成本不高，早年已大量使用在各种防水场合，在纸张上的应用也是及其普遍。
但是目前的大量实验数据表明PFOA和PFOS很难在环境中被自然降解，有生物累积性和多种对人类和其他生物毒性，它们均具备持久性有机污染物的共同特点，被认为是21世纪重点研究的新型持久性环境污染物，而所有的证据均证明环境中的PFOA、PFOS其来源主要是氟系防水剂。随着全球环境保护越来越受重视，目前禁止使用含有PFOA、PFOS防水剂，提倡使用无氟防水剂成为了整体趋势。因此，有必要提供一种可以环境友好型、在自然环境中完全降解的防水添加剂。
发明内容
针对上述情况，为弥补上述现有缺陷，本发明提供了一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂及其制备方法，该防水添加剂以可食性的天然物质为主料制备的一种无氟防水添加剂，该防水添加剂完全摒弃了有机氟防水剂的使用，大大提高了一次性餐具的使用安全性，及生命周期中的环境安全性，是一种适合于与食品接触的一种防水剂。经测定符合国家相关食品包装的标准，又能在自然环境中完全降解，是一款优良的环境友好型的防水添加剂。
本发明提供如下的技术方案：本发明提供了一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒18～30份、绢云母粉3～20份、表面活性剂A 10～25份、表面活性剂B 1～3份、分散剂1~2份。
作为优选地，一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒22～26份、绢云母粉8～15份、表面活性剂A 15～20份、表面活性剂B1.5～2.5份、分散剂1.3~1.7份。
作为优选地，一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒24份、绢云母粉11.5份、表面活性剂A 17.5份、表面活性剂B 2份、分散剂1.5份。
进一步地，所述表面活性剂A选自甘油单油酸酯、甘油单硬脂酸酯、蔗糖双硬脂酸酯和硬脂酸钙中的一种或多种。
作为优选地，所述表面活性剂A的HLB值为3~4。
进一步地，所述表面活性剂B选自硬脂酸镁、硬脂酸锌和二硬脂酸锌中的一种或多种。
本发明提供了一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，具体包括下列步骤：
A：荷叶颗粒的制备：
（1）先将荷叶切割成1cm见方的小片；
（2）用自来水和去离子水分别冲洗多次直到没有杂质洗出；
（3）在25℃条件下干燥两周；
（4）通过多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物；
（5）采用多混合器研磨机将步骤（4）处理之后的荷叶研磨成粉；
（6）用孔径<45微米的不锈钢筛网筛选；
（7）在室温下真空干燥24h，即可制得所需荷叶颗粒；
B：防水添加剂的配置：
（1）首先将步骤A制得的荷叶颗粒与分散剂在高速分散机中以中速充分分散20分钟；
（2）将对应重量份数的绢云母粉、表面活性剂A和表面活性剂B按比例加入高速分散机中，在室温下以高速进行分散2分钟即制得所需的防水添加剂。
进一步地，所述多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物的方法具体为：干燥之后的荷叶经质量为10~15倍量的以混合萃取液回流萃取两次，每次2h，过滤，合并滤液，减压回收溶剂，最后在常温下进行真空干燥。
通过萃取处理，去除了由于荷叶粉带入的乙醇溶出物的影响。
进一步地，所述混合萃取液包括下列质量百分比的组分：
（1）乙醇 40～70%；
（2）石油醚 10～20%；
（3）二氯甲烷 5～15%；
（4）乙酸乙酯 5～10%；
（5）正丁醇 5～10%。
作为优选地，所述石油醚的沸程为69～90℃。
本发明提供的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂在应用于全降解生物质餐具中的添加量为主料质量百分比的3～7%，在制备全降解生物质餐具时按照标准程序加入到淀粉成型主料中即可。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明提出的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂及其制备方法，是以可食性的天然物质为主料制备的一种无氟防水添加剂，该防水添加剂完全摒弃了有机氟防水剂的使用，大大提高了一次性餐具的使用安全性，及生命周期中的环境安全性，是一种适合于与食品接触的一种防水剂。经测定符合国家相关食品包装的标准，又能在自然环境中完全降解，是一款优良的环境友好型的防水添加剂。本防水添加剂制备及应用技术主要应用于全降解淀粉制餐具材料中，也可进一步推广至全降解淀粉制发泡（缓冲）材料的制备中。
本发明的原理是利用荷叶的防水、泼水功能应用在一次性餐具材料中。为了使荷叶天然的防水、泼水性能在材料加工成型后的产品表面体现，荷叶首先进行特殊粉碎处理，为了能充分发挥荷叶颗粒的防水能力，同时加入其他一些助剂协同工作。由于淀粉分子上带有较多的羟基，其在干燥的状态下非常容易吸附和吸收环境中的水分，淀粉制品本体中纤维堆积密度较低，空隙率较高，存在大量的可吸水、吸潮的毛细管，加入本防水添加剂，可以改变这些毛细管管口的亲水特性，使其变得具有一定的疏水性，这样一定程度上能改毛细管的吸水作用变为斥水作用。
且本发明通过对多重萃取法对荷叶进行萃取处理，在不影响荷叶面上微小斥水结构的同时，还可以有效防止淀粉制品因加入了荷叶粉而变得更易霉变的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例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
一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒24份、绢云母粉11.5份、表面活性剂A 17.5份、表面活性剂B 2份、分散剂1.5份。
所述表面活性剂A为甘油单油酸酯、甘油单硬脂酸酯、蔗糖双硬脂酸酯和硬脂酸钙的混合物。所述表面活性剂A的HLB值为3~4。所述表面活性剂B为硬脂酸镁、硬脂酸锌和二硬脂酸锌的混合物。
本发明提供了一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，具体包括下列步骤：
A：荷叶颗粒的制备：
（1）先将荷叶切割成1cm见方的小片；
（2）用自来水和去离子水分别冲洗多次直到没有杂质洗出；
（3）在25℃条件下干燥两周；
（4）通过多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物；
（5）采用多混合器研磨机将步骤（4）处理之后的荷叶研磨成粉；
（6）用孔径<45微米的不锈钢筛网筛选；
（7）在室温下真空干燥24h，即可制得所需荷叶颗粒；
B：防水添加剂的配置：
（1）首先将步骤A制得的荷叶颗粒与分散剂在高速分散机中以中速充分分散20分钟；
（2）将对应重量份数的绢云母粉、表面活性剂A和表面活性剂B按比例加入高速分散机中，在室温下以高速进行分散2分钟即制得所需的防水添加剂。
其中，所述多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物的方法具体为：干燥之后的荷叶经质量为10~15倍量的以混合萃取液回流萃取两次，每次2h，过滤，合并滤液，减压回收溶剂，最后在常温下进行真空干燥。所述混合萃取液包括下列质量百分比的组分：
（1）乙醇 40～70%；
（2）石油醚（69～90℃） 10～20%；
（3）二氯甲烷 5～15%；
（4）乙酸乙酯 5～10%；
（5）正丁醇 5～10%。
实施例2
一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒18份、绢云母粉3份、表面活性剂A 10份、表面活性剂B 1份、分散剂1份。
所述表面活性剂A为甘油单油酸酯、甘油单硬脂酸酯、蔗糖双硬脂酸酯和硬脂酸钙的混合物。所述表面活性剂A的HLB值为3~4。所述表面活性剂B为硬脂酸镁、硬脂酸锌和二硬脂酸锌的混合物。
本发明提供了一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，具体包括下列步骤：
A：荷叶颗粒的制备：
（1）先将荷叶切割成1cm见方的小片；
（2）用自来水和去离子水分别冲洗多次直到没有杂质洗出；
（3）在25℃条件下干燥两周；
（4）通过多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物；
（5）采用多混合器研磨机将步骤（4）处理之后的荷叶研磨成粉；
（6）用孔径<45微米的不锈钢筛网筛选；
（7）在室温下真空干燥24h，即可制得所需荷叶颗粒；
B：防水添加剂的配置：
（1）首先将步骤A制得的荷叶颗粒与分散剂在高速分散机中以中速充分分散20分钟；
（2）将对应重量份数的绢云母粉、表面活性剂A和表面活性剂B按比例加入高速分散机中，在室温下以高速进行分散2分钟即制得所需的防水添加剂。
其中，所述多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物的方法具体为：干燥之后的荷叶经质量为10~15倍量的以混合萃取液回流萃取两次，每次2h，过滤，合并滤液，减压回收溶剂，最后在常温下进行真空干燥。所述混合萃取液包括下列质量百分比的组分：
（1）乙醇 40～70%；
（2）石油醚（69～90℃） 10～20%；
（3）二氯甲烷 5～15%；
（4）乙酸乙酯 5～10%；
（5）正丁醇 5～10%。
实施例3
一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒30份、绢云母粉20份、表面活性剂A 25份、表面活性剂B 3份、分散剂2份。
所述表面活性剂A为甘油单油酸酯、甘油单硬脂酸酯、蔗糖双硬脂酸酯和硬脂酸钙的混合物。所述表面活性剂A的HLB值为3~4。所述表面活性剂B为硬脂酸镁、硬脂酸锌和二硬脂酸锌的混合物。
本发明提供了一种应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，具体包括下列步骤：
A：荷叶颗粒的制备：
（1）先将荷叶切割成1cm见方的小片；
（2）用自来水和去离子水分别冲洗多次直到没有杂质洗出；
（3）在25℃条件下干燥两周；
（4）通过多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物；
（5）采用多混合器研磨机将步骤（4）处理之后的荷叶研磨成粉；
（6）用孔径<45微米的不锈钢筛网筛选；
（7）在室温下真空干燥24h，即可制得所需荷叶颗粒；
B：防水添加剂的配置：
（1）首先将步骤A制得的荷叶颗粒与分散剂在高速分散机中以中速充分分散20分钟；
（2）将对应重量份数的绢云母粉、表面活性剂A和表面活性剂B按比例加入高速分散机中，在室温下以高速进行分散2分钟即制得所需的防水添加剂。
其中，所述多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物的方法具体为：干燥之后的荷叶经质量为10~15倍量的以混合萃取液回流萃取两次，每次2h，过滤，合并滤液，减压回收溶剂，最后在常温下进行真空干燥。所述混合萃取液包括下列质量百分比的组分：
（1）乙醇 40～70%；
（2）石油醚（69～90℃） 10～20%；
（3）二氯甲烷 5～15%；
（4）乙酸乙酯 5～10%；
（5）正丁醇 5～10%。
一、对于荷叶粉防霉效果的实验室鉴定（根据GB4789.15-2010标准对经萃取和未经萃取的荷叶进行粉碎后的样品进行测定）
对比结果如下：
表一 荷叶粉霉菌含量的对比
样品名称 1 2 3 霉菌均值（CFU/g）
未萃取样 215 221 217 217.7
萃取后样 127 132 130 129.7
二、对荷叶粉加入后淀粉制品表面乙醇中溶出物的测定（根据GB4806.8-2016标准对经萃取和未经萃取的荷叶进行粉碎后的样品进行测定）
总荷叶粉的加入量占制品原料干粉总质量的3%。
对比结果如下：
表二 添加荷叶粉的淀粉制品表面溶出总量（50%v/v）
样品名称 1 2 3 均值（mg/dm<sup>2</sup>）
未萃取样 8.8 8.5 9.3 8.87
萃取后样 7.3 7.6 6.9 7.27
三、对于萃取或不萃取的荷叶粉加入后淀粉制品表面斥水性能的变化
总荷叶粉的加入量占制品原料干粉总质量的3%。
表三 添加不同荷叶粉的淀粉制品表面斥水情况（接触角法）
样品名称 1 2 3 均值（度）
未萃取样（1.5%） 6.7 7.4 6.8 6.97
萃取后样（1.5%） 8.1 7.6 7.9 7.87
结论：
经过萃取后的荷叶粉明显可以降低淀粉混合制品的滋生霉菌的速度和总量。
萃取的荷叶粉乙醇溶出物的引入量会有一定程度的下降。
从对制品的防水性，萃取对荷叶粉的原始防水能力影响相当有限。说明萃取过程并不会严重破坏荷叶面上的微小斥水结构。
因此通过萃取的方法可以有效防止淀粉制品因加入了荷叶粉而变得更易霉变的问题。
另外，防水添加剂中的主要成分荷叶颗粒也可以用麦青、稻叶青经相近所的处理流程制成的干燥颗粒，但是配入比的量有所不同。
要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物料或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物料或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，其特征在于，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒18～30份、绢云母粉3～20份、表面活性剂A 10～25份、表面活性剂B 1～3份、分散剂1~2份。
2.根据权利要求1所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，其特征在于，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒22～26份、绢云母粉8～15份、表面活性剂A 15～20份、表面活性剂B 1.5～2.5份、分散剂1.3~1.7份。
3.根据权利要求1所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，其特征在于，具体包括下列重量份数的各组分：荷叶颗粒24份、绢云母粉11.5份、表面活性剂A 17.5份、表面活性剂B 2份、分散剂1.5份。
4.根据权利要求1所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，其特征在于，所述表面活性剂A选自甘油单油酸酯、甘油单硬脂酸酯、蔗糖双硬脂酸酯和硬脂酸钙中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，其特征在于，所述表面活性剂A的HLB值为3~4。
6.根据权利要求1所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂，其特征在于，所述表面活性剂B选自硬脂酸镁、硬脂酸锌和二硬脂酸锌中的一种或多种。
7.根据权利要求1~6任一项所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
A：荷叶颗粒的制备：
（1）先将荷叶切割成1cm见方的小片；
（2）用自来水和去离子水分别冲洗多次直到没有杂质洗出；
（3）在25℃条件下干燥两周；
（4）通过多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物；
（5）采用多混合器研磨机将步骤（4）处理之后的荷叶研磨成粉；
（6）用孔径<45微米的不锈钢筛网筛选；
（7）在室温下真空干燥24h，即可制得所需荷叶颗粒；
B：防水添加剂的配置：
（1）首先将步骤A制得的荷叶颗粒与分散剂在高速分散机中以中速充分分散20分钟；
（2）将对应重量份数的绢云母粉、表面活性剂A和表面活性剂B按比例加入高速分散机中，在室温下以高速进行分散2分钟即制得所需的防水添加剂。
8.根据权利要求7所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，其特征在于，所述多重萃取法萃取去除荷叶中的易溶出物的方法具体为：干燥之后的荷叶经质量为10~15倍量的以混合萃取液回流萃取两次，每次2h，过滤，合并滤液，减压回收溶剂，最后在常温下进行真空干燥。
9.根据权利要求8所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，其特征在于，所述混合萃取液包括下列质量百分比的组分：
（1）乙醇 40～70%；
（2）石油醚 10～20%；
（3）二氯甲烷 5～15%；
（4）乙酸乙酯 5～10%；
（5）正丁醇 5～10%。
10.根据权利要求9所述的应用于全降解生物质餐具的防水添加剂的制备方法，其特征在于，所述石油醚的沸程为69～90℃。
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