一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法，所述吸管材料按质量百分数计，包括如下组分：35～89％的聚乳酸、10～60％的酯基椰壳粉和1～5％的酯型交联剂。与现有技术相比，本发明专利技术具有如下的有益效果：选材主要来源于天然物质，对生命健康友好安全；材料设计基于反应性增容原理，组分相容性好，不易被溶剂侵入分相，提高了耐溶胀性能；制备工艺简单，无资源浪费与废料排放，实施环境安全可控。实施环境安全可控。实施环境安全可控。

【技术实现步骤摘要】
一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物可降解复合材料领域,具体涉及一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]吸管是现代社会饮用各类流体食物的常用工具。传统吸管材料通常为石化产品聚丙烯等，大量使用这些无法快速降解的塑料吸管，给环境造成严重的白色污染。有鉴于此，人们开始重视研究生物可降解材料来替代传统的聚丙烯吸管。
[0003]目前市面上的主要的可降解吸管多为纸吸管，这些产品多通过多层原纸缠绕式胶水粘合的方式实现，后续经过烘干定型，生产工艺复杂，胶水用量高，产品应用性能及食品安全性受胶水影响较大。中国专利CN112982010A采用用膜转移施胶的方式,将具有热封合性的表面施胶剂(含聚乙烯蜡和乙烯丙烯酸嵌段共聚物等)涂覆到纸张表面生产吸管纸，提高了吸管的耐溶胀性能，缺点是又引入了难降解的聚合物成分。
[0004]中国专利CN109315679A采用淀粉制成淀粉型可降解吸管，但由于淀粉富含羟基，易吸水溶胀，导致淀粉吸管在水中很快就会变软，湿强度较差，即耐水性和力学性能有待提高。
[0005]中国专利CN109627713A采用聚乳酸(PLA)制备了生物降解环保吸管产品，然而，聚乳酸材料因其质地硬而脆、韧性差等问题无法满足消费者对吸管的使用体验。而利用天然植物纤维增强PLA来制备生物质复合材料，不仅可改善PLA的性能，而且所得复合材料可完全降解，具有十分优异的环境友好性，因此这类绿色复合材料的研究，近年来引起了人们极大的兴趣【塑料科技,2019,47(11):155】。
[0006]椰壳，呈棕褐色，椰壳中纤维素含量较高，力学性能优良，具有耐湿、耐热、可降解和价格低廉等优点。将椰壳粉掺入混凝土中，即可力学增强、又可以减轻混凝土的重量并降低建筑物的成本。椰壳粉还可用作暗色塑料和硬质橡胶制品的填料。中国专利CN104194287A采用可生物降解塑料聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯和废弃的椰壳为原料制备复合材料，不仅可以减轻废弃椰壳给环境带来的污染，而且可以起到增强聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯材料的作用。Sun等【International Journal ofPolymer Science,2017:2178329】采用挤出注射工艺制备了椰壳纤维增强PLA复合材料，但需用用双氧水和NaOH混合溶液对椰壳纤维进行预处理，涉及管制化学品的使用，工艺较为复杂且有大量废水产生。另外，椰壳复合材料的溶胀问题和吸管应用亦尚未见报道。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0009]一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法，所述吸管材料按质量百分数计，包括如下组分：：
[0010]聚乳酸，35～89％
[0011]酯基椰壳粉，10～60％
[0012]酯型交联剂，1～5％
[0013]优选的，所述聚乳酸的重均分子量为10～25万。
[0014]优选的，所述酯型交联剂，可以是柠檬酸三乙酯、酒石酸二乙酯和苹果酸二乙酯中的一种或几种。均为生物质酯类物质。
[0015]优选的，所述吸管材料的溶胀率低于50％。
[0016]优选的，制备方法包括如下步骤：
[0017]将聚乳酸、酯基椰壳粉和酯型交联剂所组成的混合料加入双螺杆挤出设备中，通过熔融、混炼、挤出吸管管胚，管胚在牵引设备牵引下依次通过水冷装置、风冷装置、除水装置和切割装置，得到生物质吸管。
[0018]优选的，所述吸管管胚的挤出温度为160～220℃，牵引管胚的速度为0.5～1.5米/秒，水冷装置的水冷温度为30～50℃。
[0019]对于生物可降解吸管，其性能中与消费者喝奶茶的体验最相关的，应该是耐溶胀性能。中国轻工业协会发布的标准T/CNFIA201
‑
2020《食品接触用一次性纸吸管》中规定，“将吸管浸在100mL45℃的蒸馏水中，并在45℃烘箱内静置3h后，吸管纸张不能出现分离起翘等不能正常使用吸入饮料的现象。
[0020]依照如上标准试验后，吸管溶胀率(Q)可按公式【齐鲁工业大学学报,2019,33(2):1】计算为:
[0021]Q＝[(W
t
‑
W0)/W0]×
100％
[0022]其中，W0为吸管干燥重量，W
t
为吸管在蒸馏水中溶胀后的重量。
[0023]专利技术原理：
[0024]本专利技术耐溶胀生物质吸管材料的制备，其材料设计系基于反应性增容(Reactivecompatibilization)，即聚乳酸和酯基椰壳粉在酯型交联剂的作用下，在高温挤出加工中发生酯交换反应而得到分子级复合材料(反应方程式见附图1)。基于这种反应性增容原理，吸管材料各组分相容性好(附图3)，不易被溶剂侵入分相而崩解，使其吸水溶胀率大幅下降，提高了生物质吸管的耐溶胀性能，避免生物质吸管在使用中出现嘴里“糊纸”现象。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0026]1)选材主要来源于天然物质，对生命健康友好安全；
[0027]2)材料设计基于反应性增容原理，组分相容性好，不易被溶剂侵入分相，提高了耐溶胀性能；
[0028]3)制备工艺简单，无资源浪费与废料排放，实施环境安全可控。
附图说明
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0030]图1聚乳酸和酯基椰壳粉在酯型交联剂的作用下的反应性增容示意方程式。
[0031]图2酯基椰壳粉的扫描电镜图。
[0032]图3实施例1的扫描电镜图。
[0033]图4对比例1的扫描电镜图。
[0034]图5实施例1
‑
3与对比例1
‑
2的吸管材料溶胀率对比。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进,包括各实例间的任意组合。
[0036]下列实施例中所使用的酯基椰壳粉为上海交通大学提供，酯基含量为5％，70目(附图2)；其它材料均为化学纯市售品。
[0037]实施例1
[0038]一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法，所述吸管材料按质量百分数计，包括如下组分：
[0039]聚乳酸(分子量15万)，50％
[0040]酯基椰壳粉，47％
[0041]柠檬酸三乙酯，3％
[0042]制备步骤为：
[0043]将聚乳酸、酯基椰壳粉和柠檬酸三乙酯所组成的混合料加入双螺杆挤出设备中，通过熔融、混炼、挤出吸管管胚，管胚在牵引设备牵引下依次通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法，其特征在于，所述吸管材料按质量百分数计，包括如下组分：：聚乳酸，35～89％酯基椰壳粉，10～60％酯型交联剂，1～5％。2.根据权利要求1所述的耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为10～25万。3.根据权利要求1所述的耐溶胀生物质吸管材料及其制备方法，其特征在于，所述酯型交联剂，可以是柠檬酸三乙酯、酒石酸二乙酯和苹果酸二乙酯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的耐溶胀生物质吸管材料及其制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王银木，戢运云，
申请(专利权)人：苏州优矿塑新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：