阅读说明：本技术 一种耐高温环保型吸管材料的制备方法 (Preparation method of high-temperature-resistant environment-friendly straw material ) 是由 林义雄 于 2019-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及新材料加工技术领域,公开了一种耐高温环保型吸管材料的制备方法,通过对聚乳酸高分子材料的研究,以聚乳酸为基体,添加制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维共混,得到制备吸管的复合高性能材料,降低了聚乳酸的占比,降低了成本,保证了吸管材料的力学性能,解决了现有的聚乳酸材料吸管质地脆,加工困难的问题；本发明能够显著提高食品用吸管材料的耐热性,在高温条件下使用稳定,制备得到的吸管材料具有极好的可生物降解性,降解后的产物能够被自然界重复利用,符合绿色环保要求,解决现有吸管材料不环保,高温使用有安全风险的问题,经济效益和安全效益较显著提高。(The invention relates to the technical field of new material processing, and discloses a preparation method of a high-temperature-resistant environment-friendly straw material, which is characterized in that polylactic acid is used as a matrix through the research of a polylactic acid high polymer material, prepared synergistic particles are added and blended with treated modified plant fibers to obtain a composite high-performance material for preparing a straw, the proportion of the polylactic acid is reduced, the cost is reduced, the mechanical property of the straw material is ensured, and the problems of crisp texture and difficult processing of the traditional polylactic acid straw are solved; the invention can obviously improve the heat resistance of the straw material for food, is stable to use at high temperature, has excellent biodegradability, can repeatedly utilize degraded products in the nature, meets the requirement of environmental protection, solves the problems that the prior straw material is not environment-friendly and has safety risk in high-temperature use, and obviously improves the economic benefit and the safety benefit.)

一种耐高温环保型吸管材料的制备方法

技术领域

本发明属于新材料加工技术领域，具体涉及一种耐高温环保型吸管材料的制备方法。

背景技术

吸管的发明，方便了人们的日常生活。而小小的吸管却同时要求具有实用的同时，还要能够保证对健康无害。"三无"吸管有可能是用回收的废旧塑料加工而成，一旦接触高温，就会产生有毒物质，危害身体健康。"三无"塑料吸管质量肯定有问题，由于采用的是劣质或者再生塑料生产的，可能会使用颜料来遮盖杂质。一旦使用它喝果汁或热饮，有害物质会随之溶解，从而对人体造成危害。

现有的吸管材料多采用各类塑料以及添加剂制成，不易降解，同时耐高温性不佳，在接触高温液体时会产生不良的反应，有害物质会随着液体送入体内，对人体健康造成危害。因此，当前需要寻求一种新型的吸管材料，具有性能强度高，使用安全，无污染，耐高温等优点，这对于发挥利用吸管的优势性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐高温环保型吸管材料的制备方法，能够显著提高食品用吸管材料的耐热性，在高温条件下使用稳定，制备得到的吸管材料具有极好的可生物降解性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种耐高温环保型吸管材料的制备方法，其优选方案为，以聚乳酸为基体，添加制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维共混，得到制备吸管的复合高性能材料；

具体的，吸管材料的制备包括以下步骤：

制备增效微粒：称取55-60克硅灰石粉置于烧杯中，向烧杯中加入135-140毫升摩尔浓度为2.3-2.6摩尔/升的氢氧化钠溶液，在44-46℃下充分浸渍2-3小时，在搅拌下滴加16-18毫升质量浓度为10-14%的双氧水，搅拌混合30-40分钟后加入75-80毫升质量浓度为4.6-5.0%的聚乙二醇水溶液，置于高温高压反应釜中，升温至190-200℃，反应20-24小时，随炉自然冷却至室温，倒去上澄清液，剩余产物使用去离子水洗涤6-8次，然后再使用无水乙醇洗涤3-4次，在80-90℃真空干燥箱中干燥6-7小时，置于研钵中，加入27-30克粒径大小在50-60微米之间的氧化钙，混合研磨20-30分钟，放入烧结炉中，在氮气保护下，流速为32-36毫升/分钟，以7-8℃/分钟的速度升温至600-620℃，保温煅烧2-3小时，自然冷却至室温即得所述增效微粒；该增效微粒粒径大小在45-65纳米之间，能够显著提高聚乳酸基体材料的耐热性，提高其软化温度，可耐160℃以上高温，并且解决了现有的聚乳酸材料吸管质地脆，加工困难的问题。

植物纤维改性：取300-330克长度在40-60微米之间的植物纤维，加入1.5-1.6升去离子水，在45-50℃下浸泡洗涤20-30分钟，然后置于900-950毫升质量浓度为0.6-0.8%的六偏磷酸钠溶液中以400-500转/分钟的速度搅拌分散10-15分钟，再超声分散5-10分钟，进行过滤，所得过滤物在80-85℃干燥箱中干燥5-7小时，得到处理得到的改性植物纤维。

经过改性处理后的植物纤维，强度和柔韧性得到提高，在聚乳酸中分散均匀，形成良好的网络结构，与聚乳酸结合更加紧密，降低了聚乳酸的用量，降低了成本，保证了吸管材料的力学性能，尤其是提高了断裂强度。

所述植物纤维为苎麻纤维、椰壳纤维、竹纤维中的一种或几种。

配料：将聚乳酸颗粒置于干燥箱中干燥4-5小时，干燥温度为70-80℃，干燥后加入到开炼机中，将制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维添加至开炼机中，添加量分别占聚乳酸质量的0.14-0.16%、31-32%。

熔融共混：设定开炼机预热温度为185-190℃，预热时间为40-50分钟，升温至210-220℃，进行加热共混，时间为10-12分钟，得到共混物料经过挤出机挤出，经过水冷后即得所述吸管材料，即可进一步加工为吸管。

该吸管材料可回收重复使用，耐贮存、质量轻、耐热性能好，环保且安全方便。

本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有吸管材料耐热性能不足的问题，本发明提供了一种耐高温环保型吸管材料的制备方法，通过对聚乳酸高分子材料的研究，以聚乳酸为基体，添加制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维共混，得到制备吸管的复合高性能材料，降低了聚乳酸的占比，降低了成本，保证了吸管材料的力学性能，解决了现有的聚乳酸材料吸管质地脆，加工困难的问题；本发明能够显著提高食品用吸管材料的耐热性，在高温条件下使用稳定，制备得到的吸管材料具有极好的可生物降解性，降解后的产物能够被自然界重复利用，符合绿色环保要求，解决现有吸管材料不环保，高温使用有安全风险的问题，与现有可降解材料相比，具有更高的韧性和强度，安全性能高，便于携带，使用安全方便，不受常规高温食品限制，拓展了其应用场合，经济效益和安全效益较显著提高。本发明有效解决了现有吸管使用过程中存在的问题，具有低成本、低能耗、高性能的特点，大大提高了食品用吸管材料的耐高温性能，有助于吸管各方面性能的均衡改善，能够实现促进循环经济发展以及提高市场竞争力的现实意义，对于绿色环保型材料性能研究应用具有较高价值，显著促进食品包装加工领域快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。

实施例1

一种耐高温环保型吸管材料的制备方法，其优选方案为，以聚乳酸为基体，添加制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维共混，得到制备吸管的复合高性能材料；

具体的，吸管材料的制备包括以下步骤：

S1：制备增效微粒：称取55克硅灰石粉置于烧杯中，向烧杯中加入135毫升摩尔浓度为2.3摩尔/升的氢氧化钠溶液，在44℃下充分浸渍2小时，在搅拌下滴加16毫升质量浓度为10%的双氧水，搅拌混合30分钟后加入75毫升质量浓度为4.6%的聚乙二醇水溶液，置于高温高压反应釜中，升温至190℃，反应20小时，随炉自然冷却至室温，倒去上澄清液，剩余产物使用去离子水洗涤6次，然后再使用无水乙醇洗涤3次，在80℃真空干燥箱中干燥6小时，置于研钵中，加入27克粒径大小在50-60微米之间的氧化钙，混合研磨20分钟，放入烧结炉中，在氮气保护下，流速为32毫升/分钟，以7℃/分钟的速度升温至600℃，保温煅烧2小时，自然冷却至室温即得所述增效微粒；该增效微粒粒径大小在45-65纳米之间。

S2：植物纤维改性：取300克长度在40-60微米之间的植物纤维，加入1.5升去离子水，在4℃下浸泡洗涤20分钟，然后置于900毫升质量浓度为0.6%的六偏磷酸钠溶液中以400转/分钟的速度搅拌分散10分钟，再超声分散5分钟，进行过滤，所得过滤物在80℃干燥箱中干燥5小时，得到处理得到的改性植物纤维。所述植物纤维为苎麻纤维、椰壳纤维、竹纤维中的一种或几种。

S3：配料：将聚乳酸颗粒置于干燥箱中干燥4小时，干燥温度为70℃，干燥后加入到开炼机中，将制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维添加至开炼机中，添加量分别占聚乳酸质量的0.14%、31%。

S4：熔融共混：设定开炼机预热温度为185℃，预热时间为40分钟，升温至210℃，进行加热共混，时间为10分钟，得到共混物料经过挤出机挤出，经过水冷后即得所述吸管材料，即可进一步加工为吸管。

实施例2

一种耐高温环保型吸管材料的制备方法，其优选方案为，以聚乳酸为基体，添加制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维共混，得到制备吸管的复合高性能材料；

具体的，吸管材料的制备包括以下步骤：

S1：制备增效微粒：称取57克硅灰石粉置于烧杯中，向烧杯中加入138毫升摩尔浓度为2.4摩尔/升的氢氧化钠溶液，在45℃下充分浸渍2.5小时，在搅拌下滴加17毫升质量浓度为12%的双氧水，搅拌混合35分钟后加入78毫升质量浓度为4.8%的聚乙二醇水溶液，置于高温高压反应釜中，升温至195℃，反应22小时，随炉自然冷却至室温，倒去上澄清液，剩余产物使用去离子水洗涤7次，然后再使用无水乙醇洗涤3次，在85℃真空干燥箱中干燥6.5小时，置于研钵中，加入28克粒径大小在50-60微米之间的氧化钙，混合研磨25分钟，放入烧结炉中，在氮气保护下，流速为34毫升/分钟，以7.5℃/分钟的速度升温至610℃，保温煅烧2.5小时，自然冷却至室温即得所述增效微粒；该增效微粒粒径大小在45-65纳米之间。

S2：植物纤维改性：取310克长度在40-60微米之间的植物纤维，加入1.55升去离子水，在47℃下浸泡洗涤25分钟，然后置于920毫升质量浓度为0.7%的六偏磷酸钠溶液中以450转/分钟的速度搅拌分散12分钟，再超声分散8分钟，进行过滤，所得过滤物在82℃干燥箱中干燥6小时，得到处理得到的改性植物纤维。所述植物纤维为苎麻纤维、椰壳纤维、竹纤维中的一种或几种。

S3：配料：将聚乳酸颗粒置于干燥箱中干燥4.5小时，干燥温度为75℃，干燥后加入到开炼机中，将制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维添加至开炼机中，添加量分别占聚乳酸质量的0.15%、31.5%。

S4：熔融共混：设定开炼机预热温度为188℃，预热时间为45分钟，升温至215℃，进行加热共混，时间为11分钟，得到共混物料经过挤出机挤出，经过水冷后即得所述吸管材料，即可进一步加工为吸管。

实施例3

一种耐高温环保型吸管材料的制备方法，其优选方案为，以聚乳酸为基体，添加制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维共混，得到制备吸管的复合高性能材料；

具体的，吸管材料的制备包括以下步骤：

S1：制备增效微粒：称取60克硅灰石粉置于烧杯中，向烧杯中加入140毫升摩尔浓度为2.6摩尔/升的氢氧化钠溶液，在46℃下充分浸渍3小时，在搅拌下滴加18毫升质量浓度为14%的双氧水，搅拌混合40分钟后加入80毫升质量浓度为5.0%的聚乙二醇水溶液，置于高温高压反应釜中，升温至200℃，反应24小时，随炉自然冷却至室温，倒去上澄清液，剩余产物使用去离子水洗涤8次，然后再使用无水乙醇洗涤4次，在90℃真空干燥箱中干燥7小时，置于研钵中，加入30克粒径大小在50-60微米之间的氧化钙，混合研磨30分钟，放入烧结炉中，在氮气保护下，流速为36毫升/分钟，以8℃/分钟的速度升温至620℃，保温煅烧3小时，自然冷却至室温即得所述增效微粒；该增效微粒粒径大小在45-65纳米之间。

S2：植物纤维改性：取330克长度在40-60微米之间的植物纤维，加入1.6升去离子水，在50℃下浸泡洗涤30分钟，然后置于950毫升质量浓度为0.8%的六偏磷酸钠溶液中以500转/分钟的速度搅拌分散15分钟，再超声分散10分钟，进行过滤，所得过滤物在85℃干燥箱中干燥7小时，得到处理得到的改性植物纤维。所述植物纤维为苎麻纤维、椰壳纤维、竹纤维中的一种或几种。

S3：配料：将聚乳酸颗粒置于干燥箱中干燥5小时，干燥温度为80℃，干燥后加入到开炼机中，将制备得到的增效微粒与处理得到的改性植物纤维添加至开炼机中，添加量分别占聚乳酸质量的0.16%、32%。

S4：熔融共混：设定开炼机预热温度为190℃，预热时间为50分钟，升温至220℃，进行加热共混，时间为12分钟，得到共混物料经过挤出机挤出，经过水冷后即得所述吸管材料，即可进一步加工为吸管。

本发明制备得到的吸管材料，分解温度较纯的聚乳酸材料高出8%以上。采用本发明制备得到的材料进行吸管加工，以直接将聚乳酸与植物纤维共混（植物纤维质量占比30%）的方式加工得到吸管作为对照，分别加工得到厚度为0.4毫米的吸管试样，本发明的试样分解温度对照组材料高出4.5%；按照GB/T1449-2005的标准测定吸管的弯曲性能，本发明吸管试样弯曲强度达到85MPa，对照组弯曲强度仅为45MPa；进一步的，按照GB15979-2002、QB/T 2591-2003的标准测定吸管的抗菌性，结果表明，本发明试样对于金黄色葡萄球菌的杀菌率达到99.96%、对大肠杆菌的杀菌率达到99.99%，抗菌防霉性达到0级，耐热粘着性达到5级。

本发明有效解决了现有吸管使用过程中存在的问题，具有低成本、低能耗、高性能的特点，大大提高了食品用吸管材料的耐高温性能，有助于吸管各方面性能的均衡改善，能够实现促进循环经济发展以及提高市场竞争力的现实意义，对于绿色环保型材料性能研究应用具有较高价值，显著促进食品包装加工领域快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。