一种甘蔗渣生物基可降解纸杯及其制备方法专利检索-制造连续纸幅的造纸机的压榨部专利检索查询-专利查询网

一种甘蔗渣生物基可降解纸杯及其制备方法
申请号	CN202210935020.2	申请日	2022-08-05	公开(公告)号	CN115257060A	公开(公告)日	2022-11-01
申请人	弗润德力新材料(宁夏)股份有限公司;			发明人	黄佳; 郭吉;
摘要	本发明公开了一种甘蔗渣生物基可降解纸杯及其制备方法，由如下重量分数的物料制备而成：聚乳酸、甘蔗渣、聚己内酯、柠檬酸酯、填料粉、防水剂和凝固剂。由甘蔗渣以及可降解材料聚乳酸与聚己内酯制备而成，甘蔗渣的加入可有效提高PLA/PCL 复合材料的抗冲击强度，并且以甘蔗渣代替传统化学纸浆可明显降低生产成本，增加对废弃农产品的利用率与产品附加值。同时甘蔗渣含量的变化不会影响PLA/PCL复合材料的硬度、断裂伸长率以及拉伸强度。并且当在PLA/PCL复合材料中加入甘蔗渣可提高材料与水之间的相互作用，使其与水的接触角明显增大。并且以废弃甘蔗渣代替传统的纸浆在降低纸杯生产成本的同时提高了甘蔗渣的附价值，对环境的可持续发展做出巨大贡献。
权利要求	1.一种甘蔗渣生物基可降解纸杯，其特征在于，由如下重量份数的物料制备而成：聚乳酸：40‑70份、甘蔗渣：10‑30份、聚己内酯：20‑30份、柠檬酸酯：5‑10份、填料粉：5‑10份、防水剂：0.2‑1.5份和凝固剂：0.5‑1份，其中：所述甘蔗渣为经蒸煮预处理后的甘蔗渣。 2.一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，用于权利要求1所述生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一：将甘蔗渣制备成纸杯所需纸浆，得到成品浆料，最后对成品浆料进行压制脱水复合处理，即得到初级原纸，并对初级原纸进行烘干、冷却可得到成品原纸；步骤二：纸纤维处理，将步骤一中得到的纸纤维投入到高速混合机中，并加入填料粉，进行加热处理，加热后进行高速旋转混合，混合后形成预处理物；步骤三：纸杯材料加工，将步骤二中的预处理物加入到双螺杆挤出机进行挤出，期间加入粘连剂，挤出设备对预处理物进行加热和抽真空，然后通过辊杆挤出和片模成型加工成片材卷料；步骤四：纸杯成型加工，对步骤三中形成的片材卷料使用模切机裁切成扇形片，再通过纸杯成型机加入粘连剂对扇形片的片材卷料粘连对接，形成纸杯的结构；步骤五：去水处理，将步骤四中成型的纸杯进行干燥，除去纸杯中的水分，使纸杯保持干；步骤六：原料融混，将聚乳酸、聚己内酯、柠檬酸酯和防水剂按照重量份数混合，并投入至高速混合机中熔融混合，混合后采用双螺杆挤出机进行挤出形成淋膜粒子；步骤七：淋膜工艺，将步骤六中的淋膜粒子熔融并向纸杯上进行淋膜，由模头加热后将加热后的材料淋膜在纸杯的外部；纸杯淋膜后进行冷却，温度降到25℃以下，即得到成品的甘蔗渣生物基可降解纸杯。 3.根据权利要求2所述一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于，用于步骤一中，成品浆料的制备，包括以下重量份数原料：甘蔗渣70‑90份、钛白粉10‑20份、滑石粉 5‑15份、硫酸铝5‑10份、去离子水20‑30份、没食子酸丙酯0.5‑1.5份、丁基羟基茴香醚0.5‑ 1.5份和柠檬酸0.3‑0.6份。 4.根据权利要求3所述一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于，用于步骤一中，成品浆料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：按重量份称取甘蔗渣、钛白粉、滑石粉、硫酸铝、去离子水、没食子酸丙酯、丁基羟基茴香醚和柠檬酸；步骤二：将甘蔗渣、钛白粉、滑石粉、硫酸铝加入高速搅拌机中，使甘蔗渣与各种助剂混合均匀，再加入去离子水不断搅拌，搅拌温度为40‑50℃，搅拌时间为20‑30min，制得初级浆料；步骤三：向初级浆料中加入没食子酸丙酯、丁基羟基茴香醚以及柠檬酸，继续搅拌15‑ 30min，搅拌温度为40‑45℃，即得到成品浆料。 5.根据权利要求4所述一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸其熔体流动速率为：32g/10min，密度为：1.24g/cm3。 6.根据权利要求5所述一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于，所述聚己内酯其熔体流动速率为：28g/10min。 7.根据权利要求2所述一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于，所述高速混合机的转速为300‑400r/min，混合温度为40‑50℃，混合时间为20‑30min。 8.根据权利要求2所述一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，双螺杆挤出机的挤出温度为180‑190℃，抽真空后的绝对压力小于0.05MPa，片材卷料的厚度为0.8‑0.9mm。 9.根据权利要求2所述一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，纸杯的干燥温度要控制在60‑80℃，干燥时间为：20‑30min。
说明书全文	一种甘蔗渣生物基可降解纸杯及其制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及生物可降解材料领域，具体涉及种甘蔗渣生物基可降解纸杯及其制备方法。背景技术 [0002] 近些年来对工业化产品的消费导致许多国家面临严重的环境问题；在这种情况下，聚合物复合材料受到人们的广泛关注，其中低成本、可循环、可降解的新型聚合物材料更是未来研究的重点。甘蔗渣作为天然的高分子材料，与传统的石油基材料相比，其具有明显的优势，例如：甘蔗渣来源广、产量大、易收集并且甘蔗渣其成分相对稳定、性质均一，直接利用成本较低无需复杂的前处理工艺，可用于生产高附加值产品，满足产业化所需的原料集中性，连续性和均一性的要求。利用甘蔗渣作为原料生产纸杯不仅实现了农业废物的循环利用，减少了环境污染，同时降低了一次性纸杯生产成本，提高了甘蔗渣产品附加值。 [0003] 传统纸杯的制作方法是将化学纸浆制成的白纸进行机械加工，在纸板表面覆盖一层聚乙烯塑料淋膜。其中传统化学纸浆不仅成本较高且其降解周期长，并且使用的聚乙烯塑料淋膜结构十分稳定，很难通过光与热降解的方式将其分解。而一次性纸杯又是生活中不可获取的日用品，大量的废弃纸杯可造成严重的环境污染，影响生态环境的可持续发展。聚乳酸(PLA)具有良好的机械物理性能、加工性能和热稳定性是主要的生物降解聚合物之一。而聚己内酯(PCL)是一种完全可生物降解的热塑性塑料，具有良好的韧性和高的柔韧性，常用作PLA的添加剂来维持PLA材料冲击强度与弹性模量之间的平衡。本着“从环境中来，到环境中去的”理念，用甘蔗渣代替传统的化学纸浆，并用PLA/PCL复合膜材料对甘蔗渣制备的制备进行淋膜，是实现生态环境可持续发展的关键途径。 [0004] 因此，提供低成本生物基可降解纸杯及其制备方法是该领域研究人员亟待解决的问题。发明内容 [0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种甘蔗渣生物基可降解纸杯及其制备方法。 [0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种甘蔗渣生物基可降解纸杯。 [0007] 一种甘蔗渣生物基可降解纸杯，由如下重量份数的物料制备而成：聚乳酸：40‑70份、甘蔗渣：10‑30份、聚己内酯：20‑30份、柠檬酸酯：5‑10份、填料粉：5‑10份、防水剂：0.2‑1.5份和凝固剂：0.5‑1份，其中： [0008] 所述甘蔗渣为经蒸煮预处理后的甘蔗渣。 [0009] 根据本发明的另一个方面，提供了用于甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法。 [0010] 一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，具体步骤如下： [0011] 步骤一：将甘蔗渣制备成纸杯所需纸浆，得到成品浆料，最后对成品浆料进行压制脱水复合处理，即得到初级原纸，并对初级原纸进行烘干、冷却可得到成品原纸； [0012] 步骤二：纸纤维处理，将步骤一中得到的纸纤维投入到高速混合机中，并加入填料粉，进行加热处理，加热后进行高速旋转混合，混合后形成预处理物； [0013] 步骤三：纸杯材料加工，将步骤二中的预处理物加入到双螺杆挤出机进行挤出，期间加入粘连剂，挤出设备对预处理物进行加热和抽真空，然后通过辊杆挤出和片模成型加工成片材卷料； [0014] 步骤四：纸杯成型加工，对步骤三中形成的片材卷料使用模切机裁切成扇形片，再通过纸杯成型机加入粘连剂对扇形片的片材卷料粘连对接，形成纸杯的结构； [0015] 步骤五：去水处理，将步骤四中成型的纸杯进行干燥，除去纸杯中的水分，使纸杯保持干； [0016] 步骤六：原料融混，将聚乳酸、聚己内酯、柠檬酸酯和防水剂按照重量份数混合，并投入至高速混合机中熔融混合，混合后采用双螺杆挤出机进行挤出形成淋膜粒子； [0017] 步骤七：淋膜工艺，将步骤六中的淋膜粒子熔融并向纸杯上进行淋膜，由模头加热后将加热后的材料淋膜在纸杯的外部； [0018] 纸杯淋膜后进行冷却，温度降到25℃以下，即得到成品的甘蔗渣生物基可降解纸杯。 [0019] 进一步地，用于步骤一中，成品浆料的制备，包括以下重量份数原料：甘蔗渣70‑90份、钛白粉10‑20份、滑石粉5‑15份、硫酸铝5‑10份、去离子水20‑30份、没食子酸丙酯0.5‑1.5份、丁基羟基茴香醚0.5‑1.5份和柠檬酸0.3‑0.6份。 [0020] 进一步地，用于步骤一中，成品浆料的制备方法，包括以下步骤： [0021] 步骤一：按重量份称取甘蔗渣、钛白粉、滑石粉、硫酸铝、去离子水、没食子酸丙酯、丁基羟基茴香醚和柠檬酸； [0022] 步骤二：将甘蔗渣、钛白粉、滑石粉、硫酸铝加入高速搅拌机中，使甘蔗渣与各种助剂混合均匀，再加入去离子水不断搅拌，搅拌温度为40‑50℃，搅拌时间为20‑30min，制得初级浆料； [0023] 步骤三：向初级浆料中加入没食子酸丙酯、丁基羟基茴香醚以及柠檬酸，继续搅拌15‑30min，搅拌温度为40‑45℃，即得到成品浆料。 [0024] 进一步地，所述聚乳酸(PLA)其熔体流动速率为： 32g/10min，密度为：1.24g/cm3。 [0025] 进一步地，所述聚己内酯(PCL)其熔体流动速率为： 28g/10min。 [0026] 进一步地，所述高速混合机的转速为300‑400r/min，混合温度为40‑50℃，混合时间为20‑30min。 [0027] 进一步地，所述步骤三中，双螺杆挤出机的挤出温度为180‑ [0028] 190℃，抽真空后的绝对压力小于0.05MPa，片材卷料的厚度为0.8‑ 0.9mm。 [0029] 进一步地，所述步骤五中，纸杯的干燥温度要控制在60‑ 80℃，干燥时间为：20‑30min。 [0030] 相比于现有技术，本发明的有益效果在于：以甘蔗渣作为纸杯主要原料，以PLA与PCL作为淋膜，极大地提高了纸杯的可降解能力并且显著地降低了生产成本，增加对废弃农产品的利用率与产品附加值； [0031] 甘蔗渣含量的变化不会影响PLA/PCL复合材料的硬度、断裂伸长率以及拉伸强度。并且当在PLA/PCL复合材料中加入甘蔗渣可提高材料与水之间的相互作用，使其与水的接触角明显增大； [0032] 此外，所述生物基可降解纸杯由PLA与PCL制备而成，不仅拓宽了PLA材料的应用范围，同时具有绿色、环保等重要意义，并且以废弃甘蔗渣代替传统的纸浆在降低纸杯生产成本的同时提高了甘蔗渣的附价值，对环境的可持续发展做出巨大贡献。附图说明 [0033] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。 [0034] 图1为本发明提出的甘蔗渣生物基可降解纸杯的步骤流程图。具体实施方式 [0035] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 [0036] 一种甘蔗渣生物基可降解纸杯，由如下重量份数的物料制备而成：聚乳酸：40‑70份、甘蔗渣：10‑30份、聚己内酯：20‑30份、柠檬酸酯：5‑10份、填料粉：5‑10份、防水剂：0.2‑1.5份和凝固剂：0.5‑1份，其中： [0037] 所述甘蔗渣为经蒸煮预处理后的甘蔗渣。 [0038] 在本实施例中，所述填料粉、所述防水剂和所述凝固剂均为适用于制备生产且符合执行标准(GB 9685)规定的任一原料。 [0039] 具体的，所述PLA包括但不限于中国广州碧嘉材料有限公司的牌号为301P的产品；中国安徽丰原福泰来聚乳酸有限公司的牌号为FY204；美国Natureworks公司牌号为2003D的产品； [0040] 其中，优选为美国Natureworks公司的PLA产品，牌号为 2003D。 [0041] 更具体的，所述PCL包括但不限于中国深圳光华伟业股份有限公司的牌号为Esun500cc的产品；中国上海和铄化工有限公司的牌号为 PLACCEL 205U；中国南通润丰石油化工有限公司牌号为24980的产品； [0042] 其中，优选为中国上海和铄化工有限公司的PCL产品，牌号为 PLACCEL 205U。 [0043] 其中，所述聚己内酯(PCL)，作为PLA的改性剂，PCL的加入提高了聚乳酸的冲击强度与弹性模量。 [0044] 根据本发明的实施例，提供了一种甘蔗渣生物基可降解纸杯。 [0045] 实施例一 [0046] 一种甘蔗渣生物基可降解纸杯，由如下重量份数的物料制备而成：聚乳酸：40份、甘蔗渣：10份、聚己内酯：20份、柠檬酸酯：5份、填料粉：5份、防水剂：0.2份和凝固剂：0.5，其中： [0047] 所述甘蔗渣为经蒸煮预处理后的甘蔗渣。 [0048] 实施例二 [0049] 一种甘蔗渣生物基可降解纸杯，由如下重量份数的物料制备而成：聚乳酸：55份、甘蔗渣：20份、聚己内酯：25份、柠檬酸酯：7.5份、填料粉：7.5份、防水剂：0.8份和凝固剂：0.75份，其中： [0050] 所述甘蔗渣为经蒸煮预处理后的甘蔗渣。 [0051] 实施例三 [0052] 一种甘蔗渣生物基可降解纸杯，由如下重量份数的物料制备而成：聚乳酸：70份、甘蔗渣：30份、聚己内酯：30份、柠檬酸酯：10份、填料粉：10份、防水剂：1.5份和凝固剂：1份，其中： [0053] 所述甘蔗渣为经蒸煮预处理后的甘蔗渣。 [0054] 根据本发明的实施例，还提供了一种用于所述生物基可降解纸杯的制备方法。 [0055] 如图1所示，一种甘蔗渣生物基可降解纸杯的制备方法，具体步骤如下： [0056] 步骤S1：将甘蔗渣制备成纸杯所需纸浆，得到成品浆料，最后对成品浆料进行压制脱水复合处理，即得到初级原纸，并对初级原纸进行烘干、冷却可得到成品原纸； [0057] 步骤S2：纸纤维处理，将步骤一中得到的纸纤维投入到高速混合机中，并加入填料粉，进行加热处理，加热后进行高速旋转混合，混合后形成预处理物； [0058] 步骤S3：纸杯材料加工，将步骤二中的预处理物加入到双螺杆挤出机进行挤出，期间加入粘连剂，挤出设备对预处理物进行加热和抽真空，然后通过辊杆挤出和片模成型加工成片材卷料； [0059] 步骤S4：纸杯成型加工，对步骤三中形成的片材卷料使用模切机裁切成扇形片，再通过纸杯成型机加入粘连剂对扇形片的片材卷料粘连对接，形成纸杯的结构； [0060] 步骤S5：去水处理，将步骤四中成型的纸杯进行干燥，除去纸杯中的水分，使纸杯保持干； [0061] 步骤S6：原料融混，将聚乳酸、聚己内酯、柠檬酸酯和防水剂按照重量份数混合，并投入至高速混合机中熔融混合，混合后采用双螺杆挤出机进行挤出形成淋膜粒子； [0062] 步骤S7：淋膜工艺，将步骤六中的淋膜粒子熔融并向纸杯上进行淋膜，由模头加热后将加热后的材料淋膜在纸杯的外部； [0063] 纸杯淋膜后进行冷却，温度降到25℃以下，即得到成品的甘蔗渣生物基可降解纸杯。 [0064] 在本申请的具体实施例中，用于步骤一中，成品浆料的制备，包括以下重量份数原料：甘蔗渣70‑90份、钛白粉10‑20份、滑石粉5‑15份、硫酸铝5‑10份、去离子水20‑30份、没食子酸丙酯 0.5‑1.5份、丁基羟基茴香醚0.5‑1.5份和柠檬酸0.3‑0.6份。 [0065] 同一发明的优选实施例，用于步骤一中，成品浆料的制备，包括以下重量份数原料：甘蔗渣70份、钛白粉10份、滑石粉5份、硫酸铝5份、去离子水20份、没食子酸丙酯0.5份、丁基羟基茴香醚0.5份和柠檬酸0.3份。 [0066] 同一发明的优选实施例，用于步骤一中，成品浆料的制备，包括以下重量份数原料：甘蔗渣80份、钛白粉15份、滑石粉10份、硫酸铝7.5份、去离子水25份、没食子酸丙酯1份、丁基羟基茴香醚1份和柠檬酸0.4份。 [0067] 同一发明的优选实施例，用于步骤一中，成品浆料的制备，包括以下重量份数原料：甘蔗渣90份、钛白粉20份、滑石粉15份、硫酸铝10份、去离子水30份、没食子酸丙酯1.5份、丁基羟基茴香醚1.5份和柠檬酸0.6份。 [0068] 在上述实施例的基础上，用于步骤一中，成品浆料的制备方法，包括以下步骤： [0069] 步骤一：按重量份称取甘蔗渣、钛白粉、滑石粉、硫酸铝、去离子水、没食子酸丙酯、丁基羟基茴香醚和柠檬酸； [0070] 步骤二：将甘蔗渣、钛白粉、滑石粉、硫酸铝加入高速搅拌机中，使甘蔗渣与各种助剂混合均匀，再加入去离子水不断搅拌，搅拌温度为40‑50℃，搅拌时间为20‑30min，制得初级浆料； [0071] 步骤三：向初级浆料中加入没食子酸丙酯、丁基羟基茴香醚以及柠檬酸，继续搅拌15‑30min，搅拌温度为40‑45℃，即得到成品浆料。 [0072] 在本申请的具体实施例中，所述聚乳酸(PLA)其熔体流动速率为：32g/10min，密度为：1.24g/cm3。 [0073] 在本申请的具体实施例中，所述聚己内酯(PCL)其熔体流动速率为：28g/10min。 [0074] 在本申请的具体实施例中，所述高速混合机的转速为300‑ 400r/min，混合温度为40‑50℃，混合时间为20‑30min。 [0075] 在本申请的具体实施例中，所述步骤三中，双螺杆挤出机的挤出温度为180‑190℃，抽真空后的绝对压力小于0.05MPa，片材卷料的厚度为0.8‑0.9mm。 [0076] 在本申请的具体实施例中，所述步骤五中，纸杯的干燥温度要控制在60‑80℃，干燥时间为：20‑30min。 [0077] 为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合对比实验数据进一步说明。 [0078] 对比实验 [0079] 将市售的普通一次性可降解纸杯作为对比例1； [0080] 对比1与上述实施例1‑3所制得的甘蔗渣生物可降解纸杯进行对比实验，按照GB/T 20197‑2006的标准进行可降解实验，对比例 1与实施例1‑3的可降解实验情况，具体结果如表1所示。 [0081] [0082] [0083] 表1 [0084] 由上述可知，按照本发明实施例1‑3纸杯的生物可降解纸杯，掩埋30天后失重达到16.3％‑18.7％，高于市售的普通淀粉基可降解纸杯，掩埋60天后失重量可到36.5％‑ 37.9％，也高于市售的普通淀粉基可降解纸杯，相比于市售的普通淀粉基可降解纸杯最大失重量仅有66.7％，根据本发明提供的方法制备出的生物基可降解纸杯的最大失重率可达 83.1％。 [0085] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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