CN115785635B - 一种可降解环保抗菌餐具及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可降解环保抗菌餐具及其制备工艺，涉及环保餐具技术领域，由以下成分制成：改性聚乳酸、磷酸三钙、淀粉、增塑剂、填料、硬脂酸钙、抗菌复合物、增粘剂、甘油、玉米须粉；其中，采用的增粘剂为聚乙烯醇；本发明制备的可降解环保抗菌餐具，不仅具有优异的降解性能，同时，还具有优异的抗菌性能，本发明采用的均是可降解材料，降解程度较高，能够避免传统的降解餐具中由于引入较多的不可降解的化学聚合物，易于发生不完全降解的问题出现。
Description
技术领域
本发明属于环保餐具技术领域，特别是一种可降解环保抗菌餐具及其制备工艺。
背景技术
我国为了更有效地保护生态环境和节约有限的环境资源。现代人对于环境保护更加上心，并且在使用以及加工生产一次性快餐具时，不仅考虑其方便性以及经济性，同时也加大了对一次性快餐具对于人体健康以及周围生态环境危害的关注，可降解餐具在我国拥有广阔的使用前景。
现有技术，申请号为：201510825715.5，发明公开了一种可降解餐具，由下列成分制成，竹粉、玉米淀粉、黄原胶、热塑性树脂、环氧树脂、硬脂酸钙、硅灰石、高岭土、水。本发明通过以竹粉为主料，玉米淀粉为辅料制作的可降解餐具不仅可降解还具有抗菌防紫外线、耐水、耐油、防渗透的功能，通过热塑性树脂连续贯穿于环氧树脂网络中，形成半互穿网络型聚合物，并与竹纤维相结合，致使所制造的餐具韧性提高”。虽然其具有一定的可降解性能，但是，其引入了热塑性树脂、环氧树脂等材料，依旧较难降解，导致制备的餐具只能部分降解。
因此，需要对现有技术进行进一步的改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降解环保抗菌餐具及其制备工艺，以解决现有技术中的不足。
本发明采用的技术方案如下：
一种可降解环保抗菌餐具，按重量份计由以下成分制成：改性聚乳酸56-60份、磷酸三钙2-5份、淀粉18-25份、增塑剂6-10份、填料12-13份、硬脂酸钙1-3份、抗菌复合物1-2份、增粘剂1-3份、甘油1.5-2份、玉米须粉3-6份；
其中，采用的增粘剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇分子量为12.6万。
作为进一步的技术方案：所述改性聚乳酸制备工艺为：
(1)首先，将膨润土添加到去离子水中，搅拌均匀后，得到膨润土分散液，调节温度至50℃，保温；
(2)将膨润土分散液添加到反应釜中，然后再向反应釜内添加聚乙二醇，调节反应釜内压力，然后调节温度至80-85℃，以1000r/min转速就搅拌2小时，然后再降低温度至50-54℃，保温30min；
(3)对膨润土分散液进行抽滤，经过抽滤后，再进行水洗，干燥处理，得到预改性膨润土；
(4)将上述得到的预改性膨润土均匀分散到有机溶剂中，然后再添加异佛尔酮二异氰酸酯，调节温度至78-85℃，以500r/min转速，保温搅拌2小时，然后再进行旋蒸去除有机溶剂，采用乙醇进行清洗，干燥，得到接枝膨润土；
(5)将上述得到的接枝膨润土与聚乳酸依次添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到改性聚乳酸。
作为进一步的技术方案：步骤(1)中所述膨润土与去离子水混合比例为10-15g：100mL。
作为进一步的技术方案：步骤(2)中所述膨润土分散液与聚乙二醇混合质量比为20：3-4；
所述调节反应釜内的压力为调节压力至4-5MPa。
作为进一步的技术方案：步骤(4)中预改性膨润土、有机溶剂混合比例为10-15g：250mL；
所述有机溶剂为甲苯；
所述异佛尔酮二异氰酸酯与预改性膨润土质量比为1:20-25。
作为进一步的技术方案：步骤(5)中所述接枝膨润土与聚乳酸混合质量比为1-2:30。
作为进一步的技术方案：所述淀粉采用的是玉米淀粉、红薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉中的一种或多种混合。
作为进一步的技术方案：所述增塑剂为环氧大豆油；
所述填料为碳酸钙。
作为进一步的技术方案：所述抗菌复合物为纳米二氧化钛与壳聚糖混合；
所述纳米二氧化钛与壳聚糖混合质量比为3：1。
一种可降解环保抗菌餐具的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按各重量份称取:改性聚乳酸、磷酸三钙、淀粉、增塑剂、纳米填料、硬脂酸钙、抗菌复合物、聚乙烯醇、甘油、玉米须粉；
(2)将上述原料分别添加到搅拌机中进行搅拌混合均匀，搅拌转速为150r/min，搅拌混合时间为30min，得到混合原料；
(3)将混合原料添加到干燥机中进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为2小时；
(4)将经过干燥处理后的混合原料添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒，得到原料母粒；
其中，挤出温度为185℃；
(5)将原料母粒添加到注塑机中进行注塑成型，得到所需餐具；
其中，成型温度为200℃，加工时间30min，螺杆转速为100r/min，熔体压力为8MPa。
有益效果：
本发明制备的可降解环保抗菌餐具，不仅具有优异的降解性能，同时，还具有优异的抗菌性能，本发明采用的均是可降解材料，降解程度较高，能够避免传统的降解餐具中由于引入较多的不可降解的化学聚合物，易于发生不完全降解的问题出现。
本发明采用的都是可降解的成分进行制备餐具，因此，会出现制成的餐具力学性能不足的问题，因此，本发明通过对聚乳酸进行特定的改性处理，能够显著的改善了其结构性能，从而使得制成的餐具的力学性能得到极大的提高，通过对餐具力学性能的提高，能够扩大其应用范围和使用寿命。
由于未处理膨润土具有表面亲水性，比聚乳酸基体有更高的表面能，它与聚乳酸直接共混时容易发生团聚，形成第一种微相分离结构，降低复合材料的性能，因此，本发明通过在对聚乳酸进行改性过程中，对膨润土分别进行了预改性处理和接枝改性处理，然后再与聚乳酸进行结合，能够进一步的改善了二者之间的相容性，对于聚乳酸的力学性能具有大幅度的增强。
本发明通过引入抗菌复合物，能够使得制成的餐具具有优异的抗菌性能，提高了制成的餐具的应用范围。
附图说明
图1是实施例与对比例试样拉伸强度柱状图。
具体实施方式
实施例1
一种可降解环保抗菌餐具，按重量份计由以下成分制成：改性聚乳酸56份、磷酸三钙2份、淀粉18份、增塑剂6份、填料12份、硬脂酸钙1份、抗菌复合物1份、增粘剂1份、甘油1.5份、玉米须粉3份；其中，采用的增粘剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇分子量为12.6万。淀粉采用的是玉米淀粉。所述增塑剂为环氧大豆油；所述填料为碳酸钙。抗菌复合物为纳米二氧化钛与壳聚糖混合；
所述纳米二氧化钛与壳聚糖混合质量比为3：1。
所述改性聚乳酸制备工艺为：
(1)首先，将膨润土添加到去离子水中，搅拌均匀后，得到膨润土分散液，调节温度至50℃，保温；所述膨润土与去离子水混合比例为10g：100mL；
(2)将膨润土分散液添加到反应釜中，然后再向反应釜内添加聚乙二醇，调节反应釜内压力，然后调节温度至80℃，以1000r/min转速就搅拌2小时，然后再降低温度至50℃，保温30min；所述膨润土分散液与聚乙二醇混合质量比为20：3；
所述调节反应釜内的压力为调节压力至4MPa；
(3)对膨润土分散液进行抽滤，经过抽滤后，再进行水洗，干燥处理，得到预改性膨润土；
(4)将上述得到的预改性膨润土均匀分散到有机溶剂中，然后再添加异佛尔酮二异氰酸酯，调节温度至78℃，以500r/min转速，保温搅拌2小时，然后再进行旋蒸去除有机溶剂，采用乙醇进行清洗，干燥，得到接枝膨润土；预改性膨润土、有机溶剂混合比例为10g：250mL；所述接枝膨润土与聚乳酸混合质量比为1:30；
所述有机溶剂为甲苯；
所述异佛尔酮二异氰酸酯与预改性膨润土质量比为1:20；
(5)将上述得到的接枝膨润土与聚乳酸依次添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到改性聚乳酸。
一种可降解环保抗菌餐具的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按各重量份称取:改性聚乳酸、磷酸三钙、淀粉、增塑剂、纳米填料、硬脂酸钙、抗菌复合物、聚乙烯醇、甘油、玉米须粉；
(2)将上述原料分别添加到搅拌机中进行搅拌混合均匀，搅拌转速为150r/min，搅拌混合时间为30min，得到混合原料；
(3)将混合原料添加到干燥机中进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为2小时；
(4)将经过干燥处理后的混合原料添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒，得到原料母粒；
其中，挤出温度为185℃；
(5)将原料母粒添加到注塑机中进行注塑成型，得到所需餐具；
其中，成型温度为200℃，加工时间30min，螺杆转速为100r/min，熔体压力为8MPa。
实施例2
一种可降解环保抗菌餐具，按重量份计由以下成分制成：改性聚乳酸58份、磷酸三钙3份、淀粉20份、增塑剂7份、填料12.5份、硬脂酸钙2份、抗菌复合物1.5份、增粘剂2份、甘油1.8份、玉米须粉4份；其中，采用的增粘剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇分子量为12.6万。淀粉采用的是玉米淀粉。所述增塑剂为环氧大豆油；所述填料为碳酸钙。抗菌复合物为纳米二氧化钛与壳聚糖混合；
所述纳米二氧化钛与壳聚糖混合质量比为3：1。
所述改性聚乳酸制备工艺为：
(1)首先，将膨润土添加到去离子水中，搅拌均匀后，得到膨润土分散液，调节温度至50℃，保温；所述膨润土与去离子水混合比例为12g：100mL；
(2)将膨润土分散液添加到反应釜中，然后再向反应釜内添加聚乙二醇，调节反应釜内压力，然后调节温度至83℃，以1000r/min转速就搅拌2小时，然后再降低温度至51℃，保温30min；所述膨润土分散液与聚乙二醇混合质量比为20：3.5；
所述调节反应釜内的压力为调节压力至4.5MPa；
(3)对膨润土分散液进行抽滤，经过抽滤后，再进行水洗，干燥处理，得到预改性膨润土；
(4)将上述得到的预改性膨润土均匀分散到有机溶剂中，然后再添加异佛尔酮二异氰酸酯，调节温度至80℃，以500r/min转速，保温搅拌2小时，然后再进行旋蒸去除有机溶剂，采用乙醇进行清洗，干燥，得到接枝膨润土；预改性膨润土、有机溶剂混合比例为13g：250mL；所述接枝膨润土与聚乳酸混合质量比为1.6:30；
所述有机溶剂为甲苯；
所述异佛尔酮二异氰酸酯与预改性膨润土质量比为1:22；
(5)将上述得到的接枝膨润土与聚乳酸依次添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到改性聚乳酸。
一种可降解环保抗菌餐具的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按各重量份称取:改性聚乳酸、磷酸三钙、淀粉、增塑剂、纳米填料、硬脂酸钙、抗菌复合物、聚乙烯醇、甘油、玉米须粉；
(2)将上述原料分别添加到搅拌机中进行搅拌混合均匀，搅拌转速为150r/min，搅拌混合时间为30min，得到混合原料；
(3)将混合原料添加到干燥机中进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为2小时；
(4)将经过干燥处理后的混合原料添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒，得到原料母粒；
其中，挤出温度为185℃；
(5)将原料母粒添加到注塑机中进行注塑成型，得到所需餐具；
其中，成型温度为200℃，加工时间30min，螺杆转速为100r/min，熔体压力为8MPa。
实施例3
一种可降解环保抗菌餐具，按重量份计由以下成分制成：改性聚乳酸58份、磷酸三钙4份、淀粉21份、增塑剂8份、填料12.6份、硬脂酸钙2份、抗菌复合物1.8份、增粘剂2份、甘油1.7份、玉米须粉5份；其中，采用的增粘剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇分子量为12.6万。淀粉采用的是玉米淀粉。所述增塑剂为环氧大豆油；所述填料为碳酸钙。抗菌复合物为纳米二氧化钛与壳聚糖混合；
所述纳米二氧化钛与壳聚糖混合质量比为3：1。
所述改性聚乳酸制备工艺为：
(1)首先，将膨润土添加到去离子水中，搅拌均匀后，得到膨润土分散液，调节温度至50℃，保温；所述膨润土与去离子水混合比例为13g：100mL；
(2)将膨润土分散液添加到反应釜中，然后再向反应釜内添加聚乙二醇，调节反应釜内压力，然后调节温度至83℃，以1000r/min转速就搅拌2小时，然后再降低温度至52℃，保温30min；所述膨润土分散液与聚乙二醇混合质量比为20：3.5；
所述调节反应釜内的压力为调节压力至4.5MPa；
(3)对膨润土分散液进行抽滤，经过抽滤后，再进行水洗，干燥处理，得到预改性膨润土；
(4)将上述得到的预改性膨润土均匀分散到有机溶剂中，然后再添加异佛尔酮二异氰酸酯，调节温度至80℃，以500r/min转速，保温搅拌2小时，然后再进行旋蒸去除有机溶剂，采用乙醇进行清洗，干燥，得到接枝膨润土；预改性膨润土、有机溶剂混合比例为12g：250mL；所述接枝膨润土与聚乳酸混合质量比为1.5:30；
所述有机溶剂为甲苯；
所述异佛尔酮二异氰酸酯与预改性膨润土质量比为1:23；
(5)将上述得到的接枝膨润土与聚乳酸依次添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到改性聚乳酸。
一种可降解环保抗菌餐具的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按各重量份称取:改性聚乳酸、磷酸三钙、淀粉、增塑剂、纳米填料、硬脂酸钙、抗菌复合物、聚乙烯醇、甘油、玉米须粉；
(2)将上述原料分别添加到搅拌机中进行搅拌混合均匀，搅拌转速为150r/min，搅拌混合时间为30min，得到混合原料；
(3)将混合原料添加到干燥机中进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为2小时；
(4)将经过干燥处理后的混合原料添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒，得到原料母粒；
其中，挤出温度为185℃；
(5)将原料母粒添加到注塑机中进行注塑成型，得到所需餐具；
其中，成型温度为200℃，加工时间30min，螺杆转速为100r/min，熔体压力为8MPa。
实施例4
一种可降解环保抗菌餐具，按重量份计由以下成分制成：改性聚乳酸60份、磷酸三钙5份、淀粉25份、增塑剂10份、填料13份、硬脂酸钙3份、抗菌复合物2份、增粘剂3份、甘油2份、玉米须粉6份；其中，采用的增粘剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇分子量为12.6万。淀粉采用的是玉米淀粉。所述增塑剂为环氧大豆油；所述填料为碳酸钙。抗菌复合物为纳米二氧化钛与壳聚糖混合；
所述纳米二氧化钛与壳聚糖混合质量比为3：1。
所述改性聚乳酸制备工艺为：
(1)首先，将膨润土添加到去离子水中，搅拌均匀后，得到膨润土分散液，调节温度至50℃，保温；所述膨润土与去离子水混合比例为15g：100mL；
(2)将膨润土分散液添加到反应釜中，然后再向反应釜内添加聚乙二醇，调节反应釜内压力，然后调节温度至85℃，以1000r/min转速就搅拌2小时，然后再降低温度至54℃，保温30min；所述膨润土分散液与聚乙二醇混合质量比为20：4；
所述调节反应釜内的压力为调节压力至5MPa；
(3)对膨润土分散液进行抽滤，经过抽滤后，再进行水洗，干燥处理，得到预改性膨润土；
(4)将上述得到的预改性膨润土均匀分散到有机溶剂中，然后再添加异佛尔酮二异氰酸酯，调节温度至85℃，以500r/min转速，保温搅拌2小时，然后再进行旋蒸去除有机溶剂，采用乙醇进行清洗，干燥，得到接枝膨润土；预改性膨润土、有机溶剂混合比例为15g：250mL；所述接枝膨润土与聚乳酸混合质量比为2:30；
所述有机溶剂为甲苯；
所述异佛尔酮二异氰酸酯与预改性膨润土质量比为1:25；
(5)将上述得到的接枝膨润土与聚乳酸依次添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到改性聚乳酸。
一种可降解环保抗菌餐具的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按各重量份称取:改性聚乳酸、磷酸三钙、淀粉、增塑剂、纳米填料、硬脂酸钙、抗菌复合物、聚乙烯醇、甘油、玉米须粉；
(2)将上述原料分别添加到搅拌机中进行搅拌混合均匀，搅拌转速为150r/min，搅拌混合时间为30min，得到混合原料；
(3)将混合原料添加到干燥机中进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为2小时；
(4)将经过干燥处理后的混合原料添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒，得到原料母粒；
其中，挤出温度为185℃；
(5)将原料母粒添加到注塑机中进行注塑成型，得到所需餐具；
其中，成型温度为200℃，加工时间30min，螺杆转速为100r/min，熔体压力为8MPa。
对比例1：与实施例1区别为将改性聚乳酸替换为未改性的聚乳酸；
对比例2：与实施例1区别为改性聚乳酸制备过程中，不对膨润土进行处理；
使用材料试验机对实施例与对比例试样的力学性能进行测试。用平板硫化仪在温度为185℃，压力为15MPa，热压时间为5min的条件下对样品压片，然后冷却、脱模，得到厚度为1mm哑铃型薄片。测试参考国家标准GB/T1040.1－2018《塑料拉伸性能的测定》，温度为25℃，相对湿度为50％，有效夹持长度为5cm，厚度为1mm，宽度为5mm，拉伸速度为100mm/min，每个样品分别测试5次，取平均值：
表1
| 拉伸强度/MPa | |
| 实施例1 | 23.1 |
| 实施例2 | 24.2 |
| 实施例3 | 23.8 |
| 实施例4 | 23.3 |
| 对比例1 | 15.24 |
| 对比例2 | 16.33 |
由表1可以看出，本发明制备的环保餐具具有优异的力学性能。
采用土埋法检测降解性能，将实施例与对比例分别在实验土地中进行掩埋，掩埋深度为15cm，土壤湿度为40％，土壤pH为6.8，掩埋时间为60天，降解率＝(m0-m1)/m0×100％：
表2
| 降解率/％ | |
| 实施例1 | 63.56 |
| 实施例2 | 64.71 |
| 实施例3 | 64.06 |
| 实施例4 | 63.27 |
由表2可以看出，本发明制备的环保餐具的具有优异的降解性能。
抑菌率测试:抑菌性能测试按QB/T 2591—2003试验方法进行，实验菌种为金黄色葡萄球；
表3
| 抑菌率％ | |
| 实施例1 | 95.6 |
| 实施例2 | 96.3 |
| 实施例3 | 96.1 |
| 实施例4 | 95.8 |
由表3可以看出，本发明制备的餐具具有优异的抑菌性能。
图1为实施例与对比例试样拉伸强度柱状图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：按重量份计由以下成分制成：改性聚乳酸56-60份、磷酸三钙2-5份、淀粉18-25份、增塑剂6-10份、填料12-13份、硬脂酸钙1-3份、抗菌复合物1-2份、增粘剂1-3份、甘油1.5-2份、玉米须粉3-6份；
其中，采用的增粘剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇分子量为12.6万；
所述改性聚乳酸制备工艺为：
(1)首先，将膨润土添加到去离子水中，搅拌均匀后，得到膨润土分散液，调节温度至50℃，保温；
(2)将膨润土分散液添加到反应釜中，然后再向反应釜内添加聚乙二醇，调节反应釜内压力，然后调节温度至80-85℃，以1000r/min转速就搅拌2小时，然后再降低温度至50-54℃，保温30min；
(3)对膨润土分散液进行抽滤，经过抽滤后，再进行水洗，干燥处理，得到预改性膨润土；
(4)将上述得到的预改性膨润土均匀分散到有机溶剂中，然后再添加异佛尔酮二异氰酸酯，调节温度至78-85℃，以500r/min转速，保温搅拌2小时，然后再进行旋蒸去除有机溶剂，采用乙醇进行清洗，干燥，得到接枝膨润土；
(5)将上述得到的接枝膨润土与聚乳酸依次添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，得到改性聚乳酸。
2.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：步骤(1)中所述膨润土与去离子水混合比例为10-15g：100mL。
3.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：步骤(2)中所述膨润土分散液与聚乙二醇混合质量比为20：3-4；
所述调节反应釜内的压力为调节压力至4-5MPa。
4.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：步骤(4)中预改性膨润土、有机溶剂混合比例为10-15g：250mL；
所述有机溶剂为甲苯；
所述异佛尔酮二异氰酸酯与预改性膨润土质量比为1:20-25。
5.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：步骤(5)中所述接枝膨润土与聚乳酸混合质量比为1-2:30。
6.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：所述淀粉采用的是玉米淀粉、红薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉中的一种或多种混合。
7.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：所述增塑剂为环氧大豆油；
所述填料为碳酸钙。
8.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具，其特征在于：所述抗菌复合物为纳米二氧化钛与壳聚糖混合；
所述纳米二氧化钛与壳聚糖混合质量比为3：1。
9.根据权利要求1所述的一种可降解环保抗菌餐具的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按各重量份称取:改性聚乳酸、磷酸三钙、淀粉、增塑剂、纳米填料、硬脂酸钙、抗菌复合物、聚乙烯醇、甘油、玉米须粉；
(2)将上述原料分别添加到搅拌机中进行搅拌混合均匀，搅拌转速为150r/min，搅拌混合时间为30min，得到混合原料；
(3)将混合原料添加到干燥机中进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为2小时；
(4)将经过干燥处理后的混合原料添加到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，造粒，得到原料母粒；
其中，挤出温度为185℃；
(5)将原料母粒添加到注塑机中进行注塑成型，得到所需餐具；
其中，成型温度为200℃，加工时间30min，螺杆转速为100r/min，熔体压力为8MPa。
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