一种咖啡渣可降解冷饮吸管及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，更具体的涉及一种咖啡渣可降解冷饮吸管及其制备方法。

背景技术

咖啡是全球三大饮料之一，在高速发展的中国，对咖啡的消费量逐年大幅度的增长。目前对于咖啡渣的处理一般是掩埋、发酵(肥料or饲料)或其它方式。面对国家的环保要求，现阶段对咖啡渣的应用通过各种技术手段作为聚合物填充料，在聚合物成型过程中填充刀聚合物制品中，进行了最高45％的聚合物替代，从而有效减少了聚合物的应用，在节省原料和资源的前提下，也最大限度地实施了废物地回收利用。

为了进一步推进咖啡渣的应用，响应国家近年来关于材料环保性地要求，尤其是针对回收再利用材料的处理和应用，以及符合GB19277 orEN13432的可降解材料。在最近1年左右的时间，国家及各地方政府逐渐推行一次性包装及吸管等材料的可降解方向推进，设计并生产一种咖啡渣可降解吸管成为一项重要的任务。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料至少包括：聚合物基材、咖啡渣；

所述的咖啡渣的重量百分比为5-15％。

作为一种优选的技术方案，所述的聚合物基材选自聚ε-己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁酸脂、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚甲基乙撑酞酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述的聚合物基材选自聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸。

作为一种优选的技术方案，所述的聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸的重量比为(1-5)：1。

作为一种优选的技术方案，所述的聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸的重量比为(1-3)：1。

作为一种优选的技术方案，制备原料还包括淀粉、相容剂、抗菌剂中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述的淀粉选自玉米淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述的相容剂选自环状酸酐型相容剂、羧酸型相容剂、环氧型相容剂、恶唑啉型相容剂、酰亚胺型相容剂中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材20-70％、咖啡渣5-15％、相容剂1-5％、抗菌剂4-5％、淀粉补充余量。

本发明的第二方面提供了一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法，包括以下步骤：

将制备原料混合，搅拌，然后加入双螺杆挤出机挤出造粒，加工成型，即得。

有益效果：经本发明制备的降解冷饮吸管具有以下优点：

1.经本发明提供的吸管在确保低能耗，低克重的前提下，采用聚合物改性技术，保证了吸管制品的相关物性，使用过程与常规石油基塑料吸管并无二致；

2.经本发明制备的吸管，通过可降解材料与咖啡渣共混与结合，保证在制品性能的前提下，尽量提升咖啡渣的添加比，从而更多的减少聚合物的应用，同时还能保证在制品生产过程中的低能耗高效率；

3.经本发明制备的吸管，聚合物与咖啡渣的包覆性好，产品稳定性好，在低温使用条件下，不同常规饮料对吸管制品的物性，化学性能都稳定的状态，不会产生析出等问题。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料至少包括：聚合物基材、咖啡渣；

所述的咖啡渣的重量百分比为5-15％。

在一些优选的实施方式中，所述的聚合物基材选自聚ε-己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚羟基脂肪酸酯、聚羟基丁酸脂、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物、聚甲基乙撑酞酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丁二酸-己二酸丁二醇酯中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述的聚合物基材选自聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸。

在一些优选的实施方式中，所述的聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸的重量比为(1-5)：1。

在一些优选的实施方式中，所述的聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸的重量比为(1-3)：1。

在一些优选的实施方式中，所述的聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸的重量比为2.5：1。

在一些优选的实施方式中，所述的聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为80000-150000。

在一些优选的实施方式中，所述的聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000。

聚丁二酸丁二醇酯，购于安徽雪郎生物科技有限公司。

在一些优选的实施方式中，所述的聚乳酸的重均分子量为60000-110000。

在一些优选的实施方式中，所述的聚乳酸的重均分子量为80000。

聚乳酸，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

在实验过程中申请人发现，在本体系中加入聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，并且保证其重量比为(1-3)：1，尤其是2.5：1，可以保证制备得到的吸管具有较好的力学性能，出现这种现象的原因可能是：聚丁二酸丁二醇酯具有良好的生物可降解性和热稳定性，由于聚丁二酸丁二醇酯分子链中存在大量的亚甲基结构，在与聚乳酸混合时，可以保证与聚乳酸形成互熔交联的状态，又因为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸体系中存在的活性基团，可以进一步提升体系中分子间的相互作用的强度，增强体系间的交联强度，在聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸的重量比为2.5：1时，可以在本体系形成聚乳酸分散于聚丁二酸丁二醇酯形成的连续相结构中，由于聚乳酸的加入填补了本身分子链段间存在的空穴等缺陷，可以在聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸两相间形成机械互锁，进一步提升制备得到的吸管的拉伸强度。

在一些优选的实施方式中，制备原料还包括淀粉、相容剂、抗菌剂中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述的淀粉选自玉米淀粉、土豆淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述的淀粉为木薯淀粉。

在一些优选的实施方式中，所述的木薯淀粉和咖啡渣的重量比为(0.5-1.5)：1。

为了进一步提升吸管在低温条件下使用的可能性，降低生产成本和降解效果，申请人经过大量创造性实验探究发现，在本体系中加入木薯粉和咖啡渣可以进一步提升吸管在低温下的使用效果和韧性，尤其在木薯淀粉和咖啡渣的重量比为(0.5-1.5)：1，保证了吸管具有极佳的抗冲击性能，用于饮料各种覆膜材质时均能轻易打开，出现这种现象的原因申请人推测可能的原因：随着木薯淀粉和咖啡渣的加入，咖啡渣可以在混合过程中填充于与聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸形成的高分子网络结构中，木薯淀粉的加入，可以在咖啡渣和聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸表面形成一层包覆层，从而进一步提升了咖啡渣和聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸之间的连接，避免了形成网络结构之间可能出现的“沟壑”、“断层”等现象的存在，又因为木薯淀粉的存在，可以大大增强体系的韧性，用于打开饮料覆膜时，具有极佳的耐冲击性能，避免了对吸管的损伤。

同时申请人发现，在木薯淀粉和咖啡渣的重量比为(0.5-1.5)：1并且保证在聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸体系时，可以保证制备得到的吸管具有较好的降解效果，在130天降解效率达到90％以上，出现这种现象的原因申请人推测可能是：在降解过程中，木薯淀粉会在土壤中迅速吸收水分，被水解为小分子链段，同时，存在的聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸的分子链段会被土壤中存在的短链小分子结构破坏，为微生物分泌的酶与聚合物分子链作用提供了基础，促进微生物分泌的酶对聚酯中的酯键的水解，而生成的产物又会循环对聚合物结构进行分解，逐渐分解为小分子结构，土壤中存在的分解后的小分子结构会改善土壤中微生态结构，好整了微生物的良好活性，增强了微生物与淀粉、聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸的作用，保证了降解效果达到最佳的状态，在130天降解效率达到90％以上。

但是，在实验过程中申请人发现，木薯淀粉和咖啡渣的加入量对体系的稳定性存在较大影响。

在一些优选的实施方式中，所述的相容剂选自环状酸酐型相容剂、羧酸型相容剂、环氧型相容剂、恶唑啉型相容剂、酰亚胺型相容剂中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述的相容剂为羧酸型相容剂。

在一些优选的实施方式中，所述的羧酸型相容剂为改性羧酸型相容剂。

改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

在一些优选的实施方式中，所述的相容剂的重量为聚合物基材重量的1-10wt％。

在实验过程中申请人发现，随着木薯淀粉和咖啡渣的加入，可能会造成体系的稳定性存在影响，造成体系中出现团聚现象，影响制备得到的吸管的拉伸强度，为了进一步解决体系的稳定性问题，申请人经过大量创造性实验探究发现，加入改性羧酸型相容剂，相容剂的重量为聚合物基材重量的1-10wt％时，大大提升了体系的稳定性，出现这种现象的原因申请人推测可能是：随着改性羧酸型相容剂的而加入，可以迅速分散于体系中，并且诱使聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸和淀粉之间发生进一步交联或者支化作用，改善了体系中聚合物和咖啡渣、淀粉之间的界面相容性，进而提升了体系的稳定性。

同时，申请人进一步发现，在本体系中加入的改性羧酸型相容剂可以保证改性羧酸型相容剂在咖啡渣、淀粉表面吸附，降低体系中粉体的表面能，在反应物之间形成更好的粘结，保证了应力在连续相和分散相之间的有效传递，进一步提升了制备得到的吸管的力学强度。

在一些优选的实施方式中，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材20-70％、咖啡渣5-15％、相容剂1-5％、抗菌剂4-5％、淀粉补充余量。

在一些优选的实施方式中，所述的咖啡渣的处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

本申请中涉及的咖啡渣可以通过上述方法得到，分装后用于具体的实验中。

本发明的第二方面提供了一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法，包括以下步骤：

将制备原料混合，搅拌，然后加入双螺杆挤出机挤出造粒，加工成型，即得。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明的作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。

实施例

实施例1

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材20％、咖啡渣15％、相容剂1％、抗菌剂4％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为1：1；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为80000，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为木薯淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法，包括以下步骤：

将制备原料混合，搅拌，然后加入双螺杆挤出机挤出造粒，加工成型，即得。

实施例2

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材70％、咖啡渣5％、相容剂5％、抗菌剂5％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为3：1；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为80000，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为木薯淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法参照实施例1。

实施例3

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材70％、咖啡渣10％、相容剂3％、抗菌剂4％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为2.5：1；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为80000，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为木薯淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法参照实施例1。

实施例4

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材70％、咖啡渣10％、相容剂3％、抗菌剂4％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为0.1：1；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为80000，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为木薯淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法参照实施例1。

实施例5

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材70％、咖啡渣10％、相容剂3％、抗菌剂4％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为1：2.5；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为80000，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为木薯淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法参照实施例1。

实施例6

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材70％、咖啡渣10％、相容剂3％、抗菌剂4％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为2.5：1；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为80000，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为玉米淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法参照实施例1。

实施例7

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材70％、咖啡渣20％、相容剂3％、抗菌剂4％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为2.5：1；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为80000，型号P875107，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为木薯淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法参照实施例1。

实施例8

一种咖啡渣可降解冷饮吸管，制备原料按重量百分比计，包括：聚合物基材70％、咖啡渣10％、相容剂3％、抗菌剂4％、淀粉补充余量。

所述的聚合物基材为聚丁二酸丁二醇酯和聚乳酸，其重量比为2.5：1；

聚丁二酸丁二醇酯的平均分子量为100000，购于安徽雪郎生物科技有限公司；聚乳酸的重均分子量为110000，型号P890263，购于麦克林试剂官网。

所述的咖啡渣处理工艺包括以下步骤：

1)筛选；

2)烘干；

3)除菌除霉；

4)研磨；

5)预处理；

6)筛选；

7)分装。

所述的相容剂为改性羧酸型相容剂，型号A8809，购于东莞澳达环保新材料有限公司。

所述的抗菌剂型号为长江一号K001，购于中国台湾太保市志上兴业有限公司。

所述的淀粉为木薯淀粉。

一种咖啡渣可降解冷饮吸管的制备方法参照实施例1。

性能测试：

1.拉伸性能测试：将制备得到的吸管用于拉伸性能，测试方法参照CB/T1040.2-2006，拉伸速度为2mm/min；将测试结果记录于下表1；

2.抗冲击性能测试：将制备得到的吸管用于抗冲击性能测试，测试方法参照GB/T1842-2008，冲击速度为3.5m/s；将测试结果记录于下表1；

3.降解性能测试：将实施例3制备得到的吸管用于降解性能测试，测试方法参照GB19277，测试时间为130天，并将测试结果记录于下表2。

4.食品接触材料检测：将实施例3制备得到的吸管用于食品接触材料检测，测试方法参照GB4806，并将测试结果记录于下表2。

表1：

表2：

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。