CN115093601A - 一种耐摔裂的pp奶茶杯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于餐饮具的技术领域，涉及一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)PP奶茶杯原料经注塑机注塑成型，制备得到PP奶茶杯样胚，所述PP奶茶杯原料为PPR(无规共聚PP)或PPR与改性剂的共混物；(2)所述PP奶茶杯样胚经过恒温恒压的二氧化碳浸泡处理，优化分子链堆积结构，形成PP片晶网络，制备得到耐摔裂的PP奶茶杯产品。本发明提供的耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，所制备的PP奶茶杯具有耐摔裂的优点，是新一代的奶茶杯产品。

Description

一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法
技术领域
本发明属于餐饮具的技术领域，涉及一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法。
背景技术
奶茶是近年来十分流行的一款餐饮食品，深受广大年轻人的青睐。奶茶种类繁多，从最初的泡沫茶饮(奶和茶的混合饮品)，到早期的珍珠奶茶或芋圆奶茶，后来的水果风味奶茶，红豆奶茶，再到现在的各式小料奶茶。当今奶茶已发展了多冰、正常冰、少冰、去冰、常温及热的六种温度的做法，让消费者尽情享受和品尝不同风味和口感。奶茶不仅可解渴，而且也可饱腹。无论出门逛街看电影，还是居家休闲，手捧一杯奶茶已经成为现代年轻人的一种时尚的生活方式。
为了满足奶茶品味的要求和奶茶业的发展需求，目前市场上一次性奶茶杯有以下几种：
PE淋模纸杯，手感似蜡，吸水性小，可防冷饮凝水和纸杯变软，但其耐温性不好，不适合热饮奶茶。这种杯子缺点是不透明，没有视觉冲击感；而且有些PE原料还有低分子量蜡状物析出的风险。
PET奶茶杯，表面平滑有光泽，有良好的耐磨擦、耐高/低温的性能，但PET材质的性能整体上要比PP材质差且更薄，尽管PET材质的性价比高，用作奶茶杯的成本更低，但是选用PET制作奶茶杯越来越少。PET不能满足从冷冻到热饮(80℃)的应用要求。
PP奶茶杯，具有透明且轻、耐热性好、稳定性好的特性。现有吸塑成型制备的薄壁奶茶杯，也有注塑成型的厚克重奶茶杯，外形上有高透杯或磨砂杯。PP注塑奶茶杯是目前市场上最为流行的一种产品。
然而，由于PP结晶度较高，其玻璃化转变在-10℃左右，所以普通PP耐低温抗冲击性能较差，尤其在冰冻下，PP容易出现环境开裂(因处在玻璃化转变区间)；目前的PP注塑奶茶杯是选用高熔指的无规共聚丙烯(PPR)作为原料制备生产的，尽管PPR比普通PP具有更好的抗冲击性能，但是这种PPR流动较好，其奶茶杯也不能够完全抗摔裂，尤其当冷饮奶茶中含有冰块时，奶茶杯底容易敲裂，偶尔不小心杯子落地，也容易摔裂，甚至杯底脱落。这是因为注塑杯底和杯身的分子链取向不同，杯底容易形成中心辐射状的PP球晶结构，而杯身则容易形成沿流线取向的PP串晶结构，它们的抗冲击性能有较大差异，最终导致PP奶茶杯在两种结晶结构交汇处最容易摔裂。
现在有些生产企业通过调整奶茶杯原料配方、注塑生产工艺参数以及奶茶杯底角的设计，可在一定程度上降低PP奶茶杯摔裂几率，但不能完全消除。这已成为PP奶茶杯的一个痛点，亟待解决。
为了改善PPR的抗冲击性能，通常的做法是向PPR原料中添加增韧剂，通过降低PPR的玻璃化转变温度，提高PPR在冰点附近的抗冲击性能。虽然这种方式对改变PPR水管的冬季爆管十分有效，但这对提高PP奶茶杯抗摔裂性能并不十分明显。另外一种做法是向PPR原料中加入抗冲剂，但因为注塑级PPR本身结晶度较高，添加5-10％抗冲剂都还不足以产生显著的耐摔裂效果，可见这并不是一种十分有效的办法。
实际上，为了制备注塑成型的PP奶茶杯，PP原料已从PP均聚物换成了PP无规共聚物(PPR)，这就已经把PP材料的抗冲击性能提高到了一个极限。此外，在上述的PPR原料中添加少量的增韧剂或抗冲剂，其产生的抗摔裂效果也并不十分显著。最近有人研发PPB(乙烯和丙烯的嵌段共聚物)奶茶杯，希望PPB奶茶杯在冰点附近使用时具有更好的抗摔裂性能。由此可见，要做成冰点附近完全抗摔裂的PP奶茶杯仍然是餐饮行业一大挑战。
发明内容
本发明针对现有技术的不同，提供了一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，所制备的PP奶茶杯具有耐摔裂的优点，是新一代的奶茶杯产品。
为解决上述技术问题，本发明的目的通过下述技术方案得以实现：
一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)PP奶茶杯原料经注塑机注塑成型，制备得到PP奶茶杯样胚，所述PP奶茶杯原料为PPR(无规共聚PP)或PPR与改性剂的共混物；
(2)所述PP奶茶杯样胚经过恒温恒压的二氧化碳浸泡处理，优化分子链堆积结构，形成PP片晶网络，制备得到耐摔裂的PP奶茶杯产品。
在上述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法中，优选的，步骤(1)中PPR的熔指为40-60g/10min，该熔指检测的温度为230℃、负荷为2.16kg。
在上述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法中，所述改性剂选自抗冲剂、增韧剂、橡胶粒、弹性体中任一种或多种组合，其中改性剂的用量和种类以不影响二氧化碳浸泡效果、PP奶茶杯性能和食品安全性为度。优选的，所述改性剂的含量为0-10％。
在上述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法中，步骤(2)中所述二氧化碳浸泡的方式是：PP奶茶杯样胚放置在耐高温高压的可调温密闭容器中，所述密闭容器中注入二氧化碳，恒温保压浸泡。浸泡完成后快速泄压，打开容器，取出样品，室温冷却，得到产品；所述耐高温高压的容器是可调控温度的、耐压的任何密闭容器。
在上述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法中，步骤(2)中保压温度为75-120℃，保压压力为3-13MPa，保压时间为10-40min，泄压速度为5-45MPa/s。
在上述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法中，所述二氧化碳为超临界二氧化碳流体或者亚临界二氧化碳流体。
在上述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法中，通过调整浸泡参数，可以获得不同的PP奶茶杯产品，这些PP奶茶杯产品都可以达到耐摔裂测试不破损：
1、当使用如下浸泡参数时，所制备得到的PP奶茶杯产品为透明产品：步骤(2)中保压温度为75-110℃，保压压力为3-7MPa，泄压速度为5-24MPa/s。在这种浸泡参数下，所述PP奶茶杯产品相对于PP奶茶杯样胚的密度变化≤0.5％。同时，奶茶杯产品的收缩恒定：当样品口径＜100mm时，相对标准偏差≤0.3％；当样品口径≥100mm时，相对标准偏差≤0.5％。
2、当使用如下浸泡参数时，所制备得到的PP奶茶杯产品为白色微发泡产品：步骤(2)中保压温度为110-120℃，保压压力为10-13MPa，泄压速度为34-45MPa/s。在这种浸泡参数下，所述PP奶茶杯产品相对于PP奶茶杯样胚的密度下降了5-15％。奶茶杯产品相对于样胚的尺寸几乎不变，当样品口径＜100mm时，相对标准偏差≤0.5％，当样品口径≥100mm时，相对标准偏差≤1.0％本发明提高PP奶茶杯耐摔裂性的原理是：在一定的温度和压力条件下，二氧化碳流体可快速溶解渗透到PP奶茶杯的无定形区域中，消除注塑分子取向所带来的内应力，协助PP大分子链运动，调整PP大分子链的空间结构排列，在不溶解PP结晶和不造成奶茶杯变形情况下，诱导晶片之间无定形大分子链结晶，将片晶都串联起来，形成PP片晶网络结构，提高了PP的抗冲击强度，降低奶茶杯跌落摔裂的破损率，从根本上解决PP奶茶杯不耐摔裂的难题。
本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种新的耐摔裂PP奶茶杯的制备方法，可以大幅提高PP奶茶杯的抗冲击强度，降低奶茶杯跌落摔裂的破损率，从根本上解决PP奶茶杯不耐摔裂的难题。当二氧化碳流体使用超临界流体二氧化碳时可以获得更好的效果。
2、本发明通过快速卸压，让二氧化碳急剧气化膨胀，可在PP奶茶杯内部产生微纳米泡孔结构，进一步提高了奶茶杯的抗冲击强度。通过这种方式，在不造成产品变形情况下，可以赋予PP奶茶杯更好的耐摔裂性能，同时带来一种全新的、靓丽白色的奶茶杯品种。
3、本发明的工艺参数可以精准调控，产品质量稳定性高；由于餐饮具样胚是浸泡在二氧化碳中处理，又加上可以精确调控工艺参数，所以产品彼此之间和产品内部都可以做到均匀一致，产品设计形状不变。通过本发明制备的PP奶茶杯产品，在具有更好的耐摔裂性的基础上，还可以具有更加精准的杯口径。
4、本发明生产效率高，采用二氧化碳处理技术后，由于不再受注塑样胚取向或结晶均匀与否所限，PP注塑成型生产周期可缩短，样胚的结晶网络或者泡孔结构是在二氧化碳浸泡容器中批量生产完成的，最终PP奶茶杯产品的生产效率可提升10％以上。
5、本发明可降低成本，由于二氧化碳浸泡处理PP奶茶杯，可优化分子链堆积结构，提高奶茶杯的抗冲击强度，所以可在PPR原料中少用甚至不用改性剂(抗冲剂)。仅此一项就可降低原材料成本10％以上。
6、本发明为消费者提供了多样化的产品选择：传统透明的和靓丽白色的PP奶茶杯。其共同特点都是能够耐摔裂，使用更加安全和可靠。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或者改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
本实施例中各试验数据的测定方法如下：
1、实施例中PP奶茶杯密度测定方法是：
根据阿基米德浮力原理，采用排水法，分别称取PP奶茶杯样品在空气中重量(W1)和在水中重量(W2)，两者的重量差即为样品所受的浮力(F)，它等于样品体积(Vs)乘上水的密度(dw)。从而可计算出样品的密度(ds)。
F＝W1-W2＝dw*Vs
ds＝W1/Vs＝dw*W1/(W1-W2)
2、实施例中PP奶茶杯密度下降百分数的计算方法是：
奶茶杯样胚密度d0,奶茶杯产品密度df，经过二氧化碳处理后，PP奶茶杯内部产生微纳米泡孔结构，其密度下降百分数X为：
X(％)＝(d0–df)/d0*100
3、实施例中PP奶茶杯口径(杯上口最外沿直径)的测定方法是：
仪器：400mm数字式卧式测量投影仪，型号CPJ-4025W，广东万濠精密仪器股份有限公司生产。测试过程：杯子正放于仪器测量台上，转动转盘，调节测量工作台上下左右的位置，使奶茶杯在投影仪的屏幕上成像，调节调焦手柄，调整投影透镜的焦距，使屏幕上的图像清晰，调整奶茶杯的位置，使奶茶杯口径最左侧或最右侧与投影测量盘的中心重合，按仪器操作屏X、Y、Z归零键，转动小转盘，调节测量工作台左右位置，最左侧至最右侧，最右侧至最左侧，使奶茶杯口径另一边沿与投影测量盘的中心重合，从仪器操作屏上读数，保留小数点后两位，此数值即为口径的测定数值。转动奶茶杯，重复上述操作，记录测定数值。一般奶茶杯产品要求：样品口径≥100mm，极差≤0.5mm，RSD≤0.5％；样品口径＜100mm，极差≤0.3mm，RSD≤0.3％。本发明选用1L奶茶杯(设计口径为118mm)作为实验样品。在一批样品(奶茶杯样胚或奶茶杯产品，见后述定义)中，随机抽取3个样品检测，每个样品检测3次，最终结果取平均值，计算相对标准偏差(RSD)。
4、实施例中PP奶茶杯耐摔裂性的低温跌落检测方法是：
往试样杯中放入约半杯高度的冰块，再往杯里加入常温水至杯上沿1cm处，盖上杯盖，等待20min。将试样杯距平整水泥地面0.8m高处底部朝下自由跌落一次，观察试样杯是否破损。试验时，随机取三个样品进行检验，计算样品的破损率。若跌落后，试样杯摔裂，即算破损；若试样杯未摔裂，则不算破损。本发明选用注塑PP奶茶杯的PPR专用料作为原料，制作PP奶茶杯试样，按照上述低温跌落检测方法，测试得到奶茶杯的破损率，并以此作为基准，判断是否可以通过原料改性或本发明的样胚处理技术，而改善PP奶茶杯的耐摔裂性能。
本发明实施例中的原料来源如表1-1所示：
表1-1原料及来源
化合物 牌号或规格 来源
PPR MT500B 陕西延长石油
PP抗冲剂 EP548R 中海壳牌
PP增韧剂 A-8523 深圳金大全
表1-2 PP奶茶杯原料配方、密度、杯口径和耐摔裂性
Figure BDA0003782073620000071
Figure BDA0003782073620000081
实施例中按照以下方法制备PP奶茶杯样品。
(1)PP奶茶杯样胚的制备：
按照表1-2原料配方，以PPR为PP奶茶杯的原料，以PP抗冲剂或PP增韧剂为改性剂，经过注塑机注塑成型工艺流程，制备得到配方编号1-3的PP奶茶杯样胚。其中配方编号1不加任何改性剂；配方编号2和3分别加入了PP抗冲剂和PP增韧剂。本发明实施例全部选用预定容量为1L、杯底带有侧边角的奶茶杯。杯底带有侧边角的杯子比不带侧边的平底杯具有更好的耐摔裂性能，因为这样可避免杯底直接触地，可降低奶茶杯跌落时的破损率。配方编号1-3奶茶杯样胚的密度、杯口径和耐摔裂性能如表1-2所示。
(2)PP奶茶杯样品的制备：
将PP奶茶杯样胚放置在恒温恒压的二氧化碳密闭容器(模具)中浸泡预定时间，然后快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，即得PP奶茶杯产品。PP奶茶杯的二氧化碳处理加工条件如表2所示。
表2 PP奶茶杯的二氧化碳处理加工工艺条件、产品密度、杯口径和耐摔裂性
Figure BDA0003782073620000082
Figure BDA0003782073620000091
实施例1
取配方组成为编号1和2的PP奶茶杯样胚，放置在75℃模具容器中，注入6MPa的二氧化碳，恒温恒压浸泡40min，以21MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品密度增加0.1-0.3％，样品外观形貌没明显变化，杯口径较奶茶杯样胚收缩变化了0.45-0.48％，相对标准偏差0.16％，但奶茶杯样品耐摔裂测试的破损率都比奶茶杯样胚的更好，配方编号2的可达到不破损(0/3)。
实施例2
取配方组成为编号1的PP奶茶杯样胚，放置在85℃模具容器中，注入6MPa的二氧化碳，分别恒温恒压浸泡15，25，40min，以21MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品密度增加0.1-0.2％，样品外观形貌没明显变化，杯口径较奶茶杯样胚收缩变化了0.47-0.56％，相对标准偏差0.19-0.36％，但所有奶茶杯样品耐摔裂测试的破损率都比奶茶杯样胚的更好，有的甚至可达到不破损(0/3)。
实施例3
取配方组成为编号1的PP奶茶杯样胚，放置在110℃模具容器中，分别注入3,4,5和7MPa的二氧化碳，恒温恒压浸泡25min，分别以11,14，17和24MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品密度增加0.1–0.3％，样品外观形貌也没明显变化，杯口径较奶茶杯样胚收缩变化了0.71-0.89％，相对标准偏差0.14-0.34％，但所有奶茶杯样品耐摔裂测试的破损率都比奶茶杯样胚的更好，有的甚至可达到不破损(0/3)。
实施例4
取配方组成为编号1和2的PP奶茶杯样胚，放置在90℃模具容器中，注入4MPa的二氧化碳，恒温恒压浸泡20min，以14MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品密度增加0.2-0.3％，样品外观形貌没明显变化，杯口径较奶茶杯样胚收缩变化了0.44-0.52％，相对标准偏差0.21-0.22％，但奶茶杯样品耐摔裂测试的破损率都比奶茶杯样胚的更好，配方编号2的可达到不破损(0/3)。
实施例5
取配方组成为编号1和2的PP奶茶杯样胚，放置在110℃模具容器中，注入5MPa的二氧化碳，恒温恒压浸泡10min，以17MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品密度增加0.1-0.2％，样品外观形貌没明显变化，杯口径较奶茶杯样胚收缩变化了0.71-0.78％，相对标准偏差0.16-0.21％，但奶茶杯样品耐摔裂测试的破损率都比奶茶杯样胚的更好，配方编号2的可达到不破损(0/3)。
对比例1
配方组成为编号1-3的PP奶茶杯样胚，可看成是未经二氧化碳处理的对比试验样品。其耐摔裂性能如表1-2所示，其破损率都是2/3。无论是向PPR原料中加入抗冲剂还是增韧剂，都没有给PPR原料的奶茶杯耐摔裂性能带来的实质性改变。
由实施例1-5的结果可知，经过恒温恒压的二氧化碳浸泡处理后，PP奶茶杯样品(配方编号1和2)的耐摔裂性能都得到显著改善，有些样品甚至可达到完全耐摔裂(不破损)的结果。而且还发现加入抗冲剂的奶茶杯更容易达到完全耐摔裂的结果。
加入增韧剂的奶茶杯(配方编号3)却不适合采用二氧化碳浸泡处理技术，因为它是低熔点的烯烃弹性体，发现样品充气泄压后，样品要鼓泡。
实施例6
取配方组成为编号1和2的PP奶茶杯样胚，放置在110℃模具容器中，注入13MPa的二氧化碳，恒温恒压浸泡40min，以44MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品外观呈白色(已微孔发泡)，样品密度分别下降了11.2％和10.6％，杯口径较奶茶杯样胚分别变化了-0.36％和-0.19％，相对标准偏差分别为0.62％和0.21％，但两种奶茶杯的耐摔裂测试都可达到不破损(0/3)。
实施例7
取配方组成为编号1和2的PP奶茶杯样胚，放置在115℃模具容器中，注入11MPa的二氧化碳，恒温恒压浸泡40min，以38MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品外观呈白色(已微孔发泡)，样品密度分别下降了10.9％和10.8％，杯口径较奶茶杯样胚分别变化了-0.18％和-0.01％，相对标准偏差分别为0.71％和0.67％，但两种奶茶杯的耐摔裂测试都可达到不破损(0/3)。
实施例8
取配方组成为编号1和2的PP奶茶杯样胚，放置在120℃模具容器中，注入10MPa的二氧化碳，恒温恒压浸泡20min，以34MPa/s速度快速卸压，开模取出样品，在室温下冷却，得到PP奶茶杯产品。测试样品密度、杯口径和耐摔裂性，结果如表2所示。经二氧化碳处理后，样品外观呈白色(已微孔发泡)，样品密度分别下降了11.3％和11.9％，杯口径较奶茶杯样胚分别变化了0.06％和0.07％，相对标准偏差分别为1.13％和0.87％，但两种奶茶杯的耐摔裂测试都可达到不破损(0/3)。

Claims (8)

1.一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)PP奶茶杯原料经注塑机注塑成型，制备得到PP奶茶杯样胚，所述PP奶茶杯原料为PPR或PPR与改性剂的共混物；
(2)所述PP奶茶杯样胚经过恒温恒压的二氧化碳浸泡处理，优化分子链堆积结构，形成PP片晶网络，制备得到耐摔裂的PP奶茶杯产品。
2.根据权利要求1所述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述二氧化碳浸泡的方式是：PP奶茶杯样胚放置在耐高温高压的可调温密闭容器中，所述密闭容器中注入二氧化碳，恒温保压浸泡。
3.根据权利要求2所述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中保压温度为75-120℃，保压压力为3-13MPa，保压时间为10-40min，泄压速度为5-45MPa/s。
4.根据权利要求2所述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳为超临界二氧化碳流体或者亚临界二氧化碳流体。
5.根据权利要求3所述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中保压温度为75-110℃，保压压力为3-7MPa，泄压速度为5-24MPa/s，所制备得到的PP奶茶杯产品为透明产品，所述PP奶茶杯产品相对于PP奶茶杯样胚的密度变化≤0.5％。
6.根据权利要求3所述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中保压温度为110-120℃，保压压力为10-13MPa，泄压速度为34-45MPa/s，所制备得到的PP奶茶杯产品为白色微发泡产品，所述PP奶茶杯产品相对于PP奶茶杯样胚的密度下降了5-15％。
7.根据权利要求1所述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，所述PPR的熔指为40-60g/10min，该熔指检测的温度为230℃、负荷为2.16kg。
8.根据权利要求1所述的一种耐摔裂的PP奶茶杯的制备方法，其特征在于，所述改性剂选自抗冲剂、增韧剂、橡胶粒、弹性体中任一种或多种组合，所述改性剂的含量为0-10％。
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