一种可降解环保型吸管及其制备方法与流程

本发明属于可降解复合材料，具体地，涉及一种可降解环保型吸管及其制备方法。

背景技术：

1、吸管是饮用各类饮料的用品，它极大的方便了人们的日常的饮食生活，已成为日常生活中必不可少的用品。传统的吸管以金属、塑料、橡胶等为原料，其中，以聚烯烃为代表的吸管成本低廉、携带方便被广泛使用，但是，这些聚烯烃材料难以降解，成为白色污染中重要源头，目前，部分行业已禁止使用不可降解的吸管。

2、可降解材料指的是指通过物理、化学和微生物作用，在自然环境或特定条件下，能够被完全降解变成二氧化碳、水以及其他对环境友好无毒害的物质的材料；目前，应用在吸管材料中的可降解材料以聚乳酸为主，其来源广泛，且可被完全降解；然而，纯聚乳酸材料的脆性较大，且相较于聚烯烃材料的制备成本偏高，现有技术中通过淀粉掺杂，可起到一定的增韧效果，保持良好的生物降解性，且生物安全性高，但是，淀粉与聚乳酸的相容性不足，掺杂量达到一定比例会造成材料的力学性能急剧恶化，另外，淀粉的吸水溶胀性高，在使用过程中易吸水导致吸管稳定性不足。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种可降解环保型吸管及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种可降解环保型吸管，按照重量百分比计包括：改性热塑淀粉26-35wt％、相容剂2.8-3.3wt％和碳酸钙微粉12-17wt％，余量为聚乳酸。

4、改性热塑淀粉由以下方法制备：

5、步骤a1：将丙烯酸酐和环己烷在干燥氮气保护下预混，再加入木薯淀粉混合，升温至50-60℃，施加40-60rpm搅拌反应2.5-3h，反应结束加入氨水混洗，静置沉淀去除液相，之后真空干燥，得到烯基化淀粉；

6、进一步地，木薯淀粉、丙烯酸酐和环己烷的用量比为50g：60-80mmol：55-70ml，丙烯酸酐与木薯淀粉分子中的羟基反应，引入烯基改性，提高淀粉分子的反应活性。

7、步骤a2：将环氧大豆油、壳聚糖季铵盐和乙酸乙酯混合，水浴控制温度为30-40℃，施加90-120rpm搅拌，缓慢加入巯基乙胺，控制巯基乙胺的加入反应总时间为4-5h，反应结束真空干燥脱除乙酸乙酯，得到改性剂；

8、进一步地，环氧大豆油的环氧量、巯基乙胺、壳聚糖季铵盐和乙酸乙酯的用量比为0.1mol：70-80mmol：20-25mg：120-150ml，巯基乙胺的活性氨基与环氧大豆油链上的环氧基开环。

9、步骤a3：将烯基化淀粉、改性剂和乙醇混匀，对混合物γ辐照处理，控制辐照剂量为80-100kgy，辐照结束真空干燥脱除乙醇，得到改性热塑淀粉；

10、进一步地，烯基化淀粉、改性剂和乙醇的用量比为50g：4.2-5.5g：65-75ml，在高能辐照下，淀粉分子产生自由基，促进改性剂中的活性巯基与淀粉分子上引入的烯基加成，将改性剂接枝到淀粉分子上；

11、进一步地，γ辐照为co-60辐照源，辐照剂量率为150-200gy/min。

12、进一步地，相容剂选自聚甘油硬脂酸酯，优选为十聚甘油十硬脂酸酯。

13、一种可降解环保型吸管的制备方法，包括如下步骤：

14、步骤s1：将各原料按照比例配料，采用高混机混匀，再投加到转矩流变仪中密炼共混，出料冷却、粉碎，得到复合母粒；

15、步骤s2：将复合母粒采用挤塑机熔融挤出，冷却后裁切，得到可降解环保型吸管。

16、进一步地，密炼共混的温度为170±5℃，密炼共混时间为12-16min。

17、进一步地，熔融挤出过程中温区设置为：一区155-170℃，二区165-180℃，三区180-195℃，四区185-195℃，五区190-200℃，六区180-190℃，口模温度为190-200℃。

18、本发明的有益效果：

19、本发明公开的可降解环保型吸管以聚乳酸为基材，由自制的改性热塑淀粉掺杂，制成的吸管材料具有优异的力学性能和耐水稳定性；该改性热塑淀粉以木薯淀粉为原材料，由高反应活性的丙烯酸酐与木薯淀粉分子中的羟基反应，引入烯基改性，提高淀粉分子的反应活性，即制成烯基化淀粉，由巯基乙胺的活性氨基与环氧大豆油链上的环氧基开环，引入巯基改性，即制成改性剂，之后通过γ辐照使得淀粉分子产生自由基，促进改性剂中的活性巯基与淀粉分子上引入的烯基加成，将改性剂接枝到淀粉分子上，即制成改性热塑淀粉；改性热塑淀粉以淀粉分子链为芯材，表面由改性剂引入多酯结构，降低淀粉分子间的氢键含量，同时多酯结构作为热熔型的粘合材料，使得淀粉具有一定的热塑性，且多酯结构与聚乳酸基体具有良好的相容性，在熔融共混过程中可与聚乳酸基体充分共熔混合，降低淀粉对聚乳酸基体力学性能的影响，另外，由巯基乙胺改性引入的硫氮有机结构形成螯合作用，与添加的碳酸钙填料相互作用，对复合材料进行强化，使得吸管材料具有优异的力学性能，在使用过程中有利于保持吸管结构的稳定，此外，多酯结构自身具有一定的疏水性，同时降低淀粉分子中的羟基含量，减轻淀粉分子的吸水溶胀损失，保持吸管结构和使用的稳定。

技术特征：

1.一种可降解环保型吸管，其特征在于，按照重量百分比计包括：改性热塑淀粉26-35wt％、相容剂2.8-3.3wt％和碳酸钙微粉12-17wt％，余量为聚乳酸；

2.根据权利要求1所述的一种可降解环保型吸管，其特征在于，木薯淀粉、丙烯酸酐和环己烷的用量比为50g：60-80mmol：55-70ml。

3.根据权利要求2所述的一种可降解环保型吸管，其特征在于，环氧大豆油的环氧量、巯基乙胺、壳聚糖季铵盐和乙酸乙酯的用量比为0.1mol：70-80mmol：20-25mg：120-150ml。

4.根据权利要求3所述的一种可降解环保型吸管，其特征在于，烯基化淀粉、改性剂和乙醇的用量比为50g：4.2-5.5g：65-75ml。

5.根据权利要求4所述的一种可降解环保型吸管，其特征在于，γ辐照为co-60辐照源，辐照剂量率为150-200gy/min。

6.根据权利要求1所述的一种可降解环保型吸管，其特征在于，相容剂为聚甘油硬脂酸酯。

7.根据权利要求1所述的一种可降解环保型吸管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种可降解环保型吸管的制备方法，其特征在于，密炼共混的温度为170±5℃；熔融挤出过程中温区设置为：一区155-170℃，二区165-180℃，三区180-195℃，四区185-195℃，五区190-200℃，六区180-190℃，口模温度为190-200℃。

技术总结
本发明涉及一种可降解环保型吸管及其制备方法，属于可降解复合材料技术领域。该吸管按照重量百分比计包括：改性热塑淀粉26‑35wt％、相容剂2.8‑3.3wt％和碳酸钙微粉12‑17wt％，余量为聚乳酸；改性热塑淀粉以淀粉为芯材，表面由改性剂引入多酯结构，降低淀粉分子间的氢键含量，且作为热熔型的粘合材料，赋予淀粉热塑性，与聚乳酸基体的相容性好，对基体的力学性能影响小，另外，引入的硫氮有机结构形成螯合作用，与添加的碳酸钙填料相互作用，对复合材料进行强化，此外，多酯结构自身具有一定的疏水性，同时降低淀粉分子中的羟基含量，减轻淀粉分子的吸水溶胀损失，保持吸管结构和使用的稳定。

技术研发人员：江恭汉,曾尚杰
受保护的技术使用者：东莞市康源新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23