一种生物基可降解吸管专用料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种生物基可降解吸管专用料及其制备方法。

背景技术

在各种奶茶咖啡等饮料盛行的当下，吸管的作用不可或缺。据新闻报道仅2019年一年，中国消耗吸管达460亿根。随着“禁塑令”全国各省市都在大力推行，像传统聚烯烃类吸管这样不可降解的日用品都面临着被停用的局面。市场急需一种既符合“禁塑令”，又好用的吸管材料。

目前市面上出现几种传统吸管的替代品。一种是纸吸管，纸吸管在使用过程中存在一个问题就是吸水性太好，经过一定时间的浸泡或是温度较高的水中浸泡就会大量吸水，导致口感不佳。另一种是改性降解塑料制备吸管，例如PLA，PBAT，PBS等可降解塑料，这类型的塑料虽然可降解，但是单一使用存在先天的不足。PLA耐热性能不好，无法在较热液体中使用，另外且制成产品后降解容易变脆；而PBAT则力学强度不足；PBS则是刚度不够，且价格过高。因此急需一种生物基可降解吸管既好用，又便宜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物基可降解吸管专用料及其制备方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生物基可降解吸管专用料，包括以下按照重量份的原料：天然植物纤维20-80份、聚丁二酸丁二醇酯0-50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物0-50份、聚羟基脂肪酸0-50份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯0-4份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物0-4份、抗氧剂1份、云母粉10-20份、蜂蜡0.5-1.5份，至少包括聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚羟基脂肪酸中的两种。

在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

在一种可选方案中：所述天然纤维包括阔叶浆纤维、针叶浆纤维、玉米芯纤维、麦秆纤维、芦苇纤维、麻纤维、棕榈纤维、椰丝纤维、竹纤维的一种或两种混合物，其纤维长度平均值大于1厘米。

在一种可选方案中：所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168以1:1复配制备。

上述生物基可降解吸管专用料的制备方法，步骤如下：

1)按配比称取各原料；

2)将天然植物纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；

3)将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚羟基脂肪酸、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与天然植物纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

将天然植物浆纤维引入吸管材料中，其主要成分为纤维素木质素及半纤维素，无需任何化学试剂处理，而且在与塑料基体混合过程中经过超过100℃的高温，起到灭菌消毒的作用，因此在食用安全方面相对可靠。使用的三种树脂均为生物基可降解树脂，绿色环保。通过纸浆纤维与生物基树脂的均匀混合，纸浆纤维外层紧密包裹一层树脂，材料的吸水率大大下降，可以使吸管在使用中不会出现嘴里“糊纸”的现象。同时植物纤维在后续吸管挤出牵伸过程中，能够与生物基树脂形成“钢筋混凝土结构”，天然植物纤维作为“钢筋”加强结构强度，极大加强了材料的力学性能以及热变形温度，实现了耐水，耐热，力学强度好的吸管专用料的制备，并且，通过加入云母粉和蜂蜡，二者协同增效，与其他组分复配，相互间反应形成大分子网络状结构，能够进一步提高吸管材料的力学性能。

具体实施方式

以下实施例会对本发明进行详述，本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。

实施例1

按配比称取包括以下按照重量份的原料：阔叶浆纤维20份、聚丁二酸丁二醇酯50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物25份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯3份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物1份、抗氧剂1份、云母粉10份、蜂蜡0.5份，将阔叶浆纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与阔叶浆纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

实施例2

按配比称取包括以下按照重量份的原料：针叶浆纤维30份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物50份、聚羟基脂肪酸15份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物4份、抗氧剂1份、云母粉12份、蜂蜡0.6份，将针叶浆纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚羟基脂肪酸、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与针叶浆纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

实施例3

按配比称取包括以下按照重量份的原料：黄麻纤维50份、聚丁二酸丁二醇酯25份、聚羟基脂肪酸30份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯4份、抗氧剂1份、云母粉15份、蜂蜡1份，将黄麻纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与黄麻纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

实施例4

按配比称取包括以下按照重量份的原料：棕榈纤维40份、椰丝纤维40份、聚丁二酸丁二醇酯5份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物5份、聚羟基脂肪酸5份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯2份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物2份、抗氧剂1份、云母粉18份、蜂蜡1.2份，将棕榈纤维和椰丝纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚羟基脂肪酸、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与棕榈纤维和椰丝纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

实施例5

按配比称取包括以下按照重量份的原料：竹纤维50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物20份、聚羟基脂肪酸25份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物4份、抗氧剂1份、云母粉20份、蜂蜡1.5份，将竹纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚羟基脂肪酸、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与竹纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

实施例6

按配比称取包括以下按照重量份的原料：芦苇纤维40份、聚丁二酸丁二醇酯20份、聚羟基脂肪酸35份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯4份、抗氧剂1份、云母粉20份、蜂蜡1.5份，将芦苇纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与芦苇纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

对比例1(在实施例1的基础上，将阔叶纸浆纤维替换为过80目筛的阔叶纸浆粉末)

按配比称取包括以下按照重量份的原料：过80目筛的阔叶纸浆粉末20份、聚丁二酸丁二醇酯50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物25份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯3份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物1份、抗氧剂1份、云母粉10份、蜂蜡0.5份，将阔叶浆纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与阔叶浆纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

对比例2(在实施例1的基础上，将阔叶纸浆纤维替换为过80目筛的麦秆粉末)

按配比称取包括以下按照重量份的原料：过80目筛的麦秆粉末20份、聚丁二酸丁二醇酯50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物25份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯3份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物1份、抗氧剂1份、云母粉10份、蜂蜡0.5份，将阔叶浆纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉、蜂蜡充分混合后，与阔叶浆纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

对比例3(在实施例1的基础上，将不含蜂蜡)

按配比称取包括以下按照重量份的原料：阔叶浆纤维20份、聚丁二酸丁二醇酯50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物25份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯3份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物1份、抗氧剂1份、云母粉10份，将阔叶浆纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、云母粉充分混合后，与阔叶浆纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

对比例4(在实施例1的基础上，将不含云母粉)

按配比称取包括以下按照重量份的原料：阔叶浆纤维20份、聚丁二酸丁二醇酯50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物25份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯3份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物1份、抗氧剂1份、蜂蜡0.5份，将阔叶浆纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂、蜂蜡充分混合后，与阔叶浆纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

对比例5(在实施例1的基础上，将不含云母粉和蜂蜡)

按配比称取包括以下按照重量份的原料：阔叶浆纤维20份、聚丁二酸丁二醇酯50份、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物25份、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯3份、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物1份、抗氧剂1份，将阔叶浆纤维充分烘干并粉碎成厘米级小块；将聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、马来酸酐接枝聚丁二酸丁二醇酯、马来酸酐接枝聚己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、抗氧剂充分混合后，与阔叶浆纤维投入高分子共混设备，在130℃下均匀混合，挤出造粒，得到生物基可降解吸管专用料，取用部分专用料通过吸管专用设备制备成吸管。

对实施例1-6以及对比例1-5的吸管进行材料性能分析，分析结果如下表：

根据实验结果，从力学性能上看，采用了植物纤维填充的材料的力学性能明显好于采用生物质粉末填充的材料的性能，从热变形温度看，采用了植物纤维填充的材料由于形成了“钢筋水泥”状结构，因此热变形温度也高于采用生物质粉末填充的材料，通过加入云母粉和蜂蜡，二者协同增效，与其他组分复配，能够进一步提高吸管材料的力学性能。

吸管制品测试

从吸管水煮实验也能发现，长天然植物纤维相较于生物质粉末的填充，由于比表面积更小，因此吸水率更低，保持形貌的效果更好。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。