可降解餐具及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可降解餐具及其制备方法，所述可降解餐具包括由可降解塑料制成的基体，所述基体的全部表面覆有由硅单质构成的镀膜层，所述镀膜层的厚度为20～140nm。根据预期呈现的颜色，通过磁控溅射法在所述基体表面形成相应厚度的镀膜层，该方法简单，使可降解餐具的颜色有多样化的改变，且镀膜层能够有效延长可降解餐具的使用寿命。长可降解餐具的使用寿命。长可降解餐具的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
可降解餐具及其制备方法


[0001]本专利技术涉及可降解餐具
，特别是涉及一种可降解餐具及其制备方法。

技术介绍

[0002]可降解餐具在日常生活中应用广泛，且使用后可被自然界微生物完全分解成二氧化碳、水以及其他对环境无害的低分子化合物，主要分为生物基可降解餐具和石油基可降解塑料，其中生物基降解塑料包括聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)等，虽然这两种材料均可完全生物降解，但制备的餐具颜色单一，且使用时降解速度快，保存时间短。
[0003]现有技术中，一般采用添加着色剂来改善可降解塑料的颜色，添加着色剂会影响降解材料的性能；针对降解过快问题，通常利用改性涂料处理餐具表面，但操作过程复杂，且降解后仍会生产有害物质，例如金属污染等。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决可降解塑料颜色单一以及保存时间较短问题，提供了一种餐具以及制备方法，采用硅单质对餐具进行表面镀膜，改变餐具的颜色，而且镀膜层还能起到阻隔氧气和水份的作用，有助于延长餐具的使用寿命。
[0005]本专利技术提供的可降解餐具，包括由可降解塑料制成的基体，所述基体的全部表面覆有由硅单质构成的镀膜层，所述镀膜层的厚度为20～140nm。
[0006]基于光学干涉原理，即光经薄膜反射和折射产生的两列或几列光波在空间相遇时会相互叠加，导致在某些区域始终加强，在另一区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。本专利技术中，基体表面硅单质形成的镀膜层会产生光学干涉，且不同厚度的镀膜层造成的光学干涉效果不同，即不同区域叠加加强，可见光条件下，人的视觉上能够观察到可降解餐具呈现不同的颜色。
[0007]可降解餐具的基体一般采用生物基降解塑料，通过注塑可形成各种形状的餐具，目前常用的主要为聚乳酸(PLA)或聚乙醇酸(PGA)材料，PLA和PGA均为可完全生物降解的高分子材料，因此具有良好的应用与产业化前景，但它们存在明显缺点：颜色单一、降解速度过快，例如聚乳酸(PLA)是一种天然有机酸，由可再生生物质资源中获得的糖通过发酵产生，利用其制备的可降解餐通常为白色，且在60℃、高湿土壤条件下，半年内会被微生物所降解，保存时间较短。聚乙醇酸(PGA)通常由煤炭产物中的一氧化碳等气体经过一系列加工形成，在温度60℃和80％湿度下会开始崩解，在微生物作用下完全降解时间为1～3个月；以聚乙醇酸为原料制备的可降解餐具，呈黄灰色，且存储时间短。
[0008]随着镀膜层厚度的增大，可降解餐具呈现的颜色渐变。由于受基体本底颜色的影响，不同基材镀膜后呈现的颜色会有一些区别，以聚乳酸和聚乙醇酸为例，镀膜厚度≥70nm，两种餐具呈现的颜色基本相同；若镀膜厚度小于70nm，两种餐具呈现的颜色不同，例如镀膜厚度为30nm时，聚乳酸制备的餐具呈黄色，聚乙醇酸制备的餐具呈黄银色。因此，实际应用时，需根据基体本底颜色和预期呈现的颜色，选择合适的镀膜厚度。
[0009]本专利技术中，使用聚乳酸(PLA)或聚乙醇酸(PGA)制造可降解餐具的基体，保证废弃后仍能被降解的性能，而为了延长可将解餐具的使用寿命，基体全部表面覆有硅单质镀膜层，一方面可以改善餐具的颜色，另一方面起到阻隔空气和水分的作用。
[0010]为了更好地满足使用时和废弃后两方面的要求，镀膜层的厚度为50～100mm。
[0011]可降解餐具的镀膜方法有很多，例如蒸发镀膜、真空镀膜等，本专利技术中，通过磁控溅射法对所述基体进行镀膜，包括以下步骤：
[0012]步骤S100：将所述基体置于镀膜腔中，充入惰性气体并施加电压使惰性气体发生电离，产生的离子轰击所述基体以清洗其表面；
[0013]步骤S200：清洗结束后，进行抽真空；
[0014]步骤S300：往镀膜腔中再次充入惰性气体，将硅靶材接地或接负极，基体接阳极，在两极施加电压使惰性气体发生电离，将硅原子溅射至基体的表面，沉积形成镀膜层。
[0015]整个镀膜过程在一个镀膜腔内完成，包括基体表面清洗和溅射镀膜，考虑到基体的温度特性，尤其是对由PLA和PGA材料制备的基体，磁控溅射过程的温度为30～60℃，温度太低会影响基体的镀膜效率，而温度太高会导致基体变软而变形。
[0016]步骤S100中，基体接地或接负极，利用气体离子对基体表面进行清洗，可有效去除表面颗粒和污渍，使表面附着力达到百格测试5B的要求，为后续溅射镀膜打好基础。
[0017]可选的，步骤S100中，惰性气体的流量为500～800sccm，调节镀膜腔内的真空度在4～6Pa，所述电压为600～1000V。
[0018]可选的，步骤S100中，单个基体的清洗时间为5～7s/min，清洗的总时间为1～5min，间歇式的清洗一方面避免基体温度大幅度上升导致形变，另一方面缓慢清洗基体表面，防止清洗过度损坏表面。
[0019]清洗时间的控制可通过三级工件旋转架来实现，例如，设定一级自转速度为3r/min，二级自转速度我30r/min，三级自转速度为60r/min。
[0020]可选的，步骤S200中，利用扩散泵对镀膜室进行抽气，去除使用过的惰性气体和杂质。
[0021]步骤S300中进行溅射镀膜，为了保证镀膜效果，需设定合理的工艺参数。
[0022]可选的，惰性气体的流量为200～500sccm，调节镀膜腔内的真空度在0.2～0.5Pa，；电压为530～590V。
[0023]可选的，步骤S300中，硅靶材的溅射功率为4～6W/cm2，单个基体的溅射时间为3～5s/min，总溅射时间为9～60min，有助于在基体表面形成均匀的镀膜层，单个基体每分钟内的溅射时间相对较短，可有效减缓基体温度的升高；随着总溅射时间的延长，镀膜层的厚度越大。
[0024]通过设定三级工件旋转架速度控制基体的溅射时间，例如：一级自转速度为3r/min，二级自转速度为30r/min，三级自转速度为60r/min。
[0025]为了实现高效的镀膜，本专利技术采用的磁控溅射装置包括放置在腔室中央的三级工件旋转架、设置在三级工件旋转架四周的硅靶材。
[0026]与现有技术相比，本专利技术提供一种环保安全的可降解餐具，利用硅材料形成不同厚度的镀膜层，使可降解餐具呈现不同的颜色，从而满足颜色多样化的需求；此外，镀膜能够有效阻隔氧气和水份，有助于延长餐具的使用寿命。根据想要呈现的颜色，采用磁控溅射
法在所述基体表面形成相应厚度的硅镀膜层，该方法操作简单，镀膜效率高。
附图说明
[0027]图1为不同厚度镀膜层的可降解餐具显示的颜色图，其中，叉子为聚乙醇酸材料，刀具为聚乳酸材料，编号1～14分别表示镀膜层厚度为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140nm。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但本专利技术不仅限于此。
[0029]实施例1
[0030]步骤一、将聚乙醇酸材料制备的基体放置在镀膜室的三级工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可降解餐具，包括由可降解塑料制成的基体，其特征在于，所述基体的全部表面覆有由硅单质构成的镀膜层，所述镀膜层的厚度为20～140nm。2.根据权利要求1所述的可降解餐具，其特征在于，所述镀膜层的厚度为50～100nm。3.根据权利要求1所述的可降解餐具，其特征在于，所述基体由聚乳酸或聚乙醇酸材料注塑制成。4.根据权利要求1～3任一项所述的可降解餐具的制备方法，其特征在于，通过磁控溅射法对所述基体进行镀膜，包括以下步骤：步骤S100：将所述基体置于镀膜腔中，充入惰性气体并施加电压使惰性气体发生电离，产生的离子轰击所述基体以清洗其表面；步骤S200：清洗结束后，进行抽真空；步骤S300：往镀膜腔中再次充入惰性气体，将硅靶材接地或接负极，基体接阳极，在两极施加电压使惰性气体发生电离，将硅原子溅射至基体的表面，沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞峰，俞嘉杰，张永夫，甄光明，
申请(专利权)人：浙江上方电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：