一种利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管的方法与流程

[0001]
本发明涉及降解塑料领域，公开了一种利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管的方法。


背景技术：

[0002]
生物降解塑料是一种节能环保新材料，随着国家大力推进环保产品，鼓励再生生物质能的利用和降解塑料推广应用，生物降解塑料的发展和应用受到普遍关注。生物降解塑料中主要是含有易被微生物分解的活性基团羟基、酯基、羧基等，当被放在自然环境中在一定温度和湿度条件下，由于微生物等作用，极易被分解成为水和二氧化碳，从而回归大自然。因此生物降解塑料则是解决塑料废弃物对环境污染的有效途径之一，成为当今塑料工业发展的方向。
[0003]
随着我国大力推进塑料污染治理工作和对生态环保、健康的需求，餐饮行业中的生物降解塑料用于成为发展重点，各种冷饮料、热饮料、早餐的吸管逐步由普通塑料吸管更换为生物降解塑料吸管，利用生物降解塑料吸管取代普通塑料吸管成为主要的趋势。目前，塑料吸管常用的生物降解塑料主要有聚乳酸（pla）、聚丁二酸丁二醇酯（pbs）、聚己内酯（pcl）、聚己二酸丁二醇酯（pbat）等。然而，这些生物塑料不但成本高，而且加工过程需要加入较多的增塑助剂，存在析出等问题，在应用于直接与人体接触的吸管对材料要求苛刻；另外，这些生物塑料加工的吸管丢弃后降解周期相对较长，在有限的环境中堆肥，降解周期较长。因此，研究能够快速有效降解的生物降解塑料并用于塑料吸管等餐饮行业用品受到普遍重视。
[0004]
生物塑料中，淀粉基塑料作为生物基材料中的一个重要品类，已经成功实现产业化生产和应用。淀粉基塑料是以淀粉为主要原材料，经过改性塑化后再与其它聚合物共混加工而成的一种塑料产品，具有可生物降解性。同时，淀粉是可食性的原料，其可以作为制备吸管的原料。但是，淀粉的分子链上含有大量的羟基，分子链间有很强的氢键结合，因此不具有热塑性，成型加工困难，耐水性差，同时其较强的极性又使得淀粉与基础树脂的相容性较差，做好淀粉的热塑性处理并用于淀粉及塑料已成为一个重要的研究课题。
[0005]
中国发明专利申请号201910426369.1公开了一种可食用环保吸管，包括如下重量份的组分：大米淀粉25~35重量份；麦麸15~25重量份；木薯5~15重量份；琼脂10~30重量份；海藻糖10~20重量份。
[0006]
中国发明专利申请号201711322182.4公开了一种环保型吸管，包括以下重量份的成分：玉米淀粉15~30份，蔬菜纤维30~40重量份，秸秆纤维10~20重量份，柠檬汁6~10重量份，亚硫酸钠0.5~2重量份，硼砂1~5重量份，水20~50重量份，消泡剂0.5~2重量份。
[0007]
根据上述，现有方案中用于生物降解塑料吸管的材料中，普通生物塑料不但成本高，而且加工过程需要加入较多的助剂，存在析出等问题，而淀粉基生物塑料的增塑处理需要使用较多的甘油等增塑剂，不但耐水性差，而且助剂不可食用，很难按照塑料热塑性加工的方式制备淀粉吸管，本发明提出了一种利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管的
方法，可有效解决上述技术问题。


技术实现要素：

[0008]
目前应用较广的生物降解塑料吸管的生物塑料的成本高，加工过程需要加入较多的助剂，存在析出等问题，而淀粉基生物塑料的增塑处理需要使用较多增塑剂，耐水性差，助剂不可食用，很难按照塑料热塑性加工的方式制备淀粉吸管，制约了淀粉基塑料在塑料吸管等餐饮行业用品中的应用。
[0009]
本发明通过以下技术方案解决上述问题：一种利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管的方法，制备的具体过程为：（1）先将米粉与直链淀粉混合，然后利用细化机进行细化复合，再将得到的细化混合料加入水、醋酸，搅拌均匀，最后放置处理，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；（2）先将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将得到的捏炼物与步骤（1）得到的预处理的米粉-直链淀粉混合，再利用挤压机进行挤压成型，得到细管坯；（3）先将步骤（2）得到的细管坯连续依次浸入热水中，使得挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，然后经拉直、烘干、裁切、密封包装，即可得到降解吸管，实现了利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管。
[0010]
淀粉是地球上产量仅次于纤维素的天然高分子，来源丰富、可再生、价格低廉，通过改性塑化可用于生产淀粉基塑料。而淀粉基降解塑料作为改性淀粉与树脂基体等的共混物，能够完全生物降解，具有极佳的环保性和经济性。本发明在制备淀粉基塑料吸管时，优选直链淀粉作为原料，这是因为直链淀粉是d-葡萄糖基以a-(1,4)糖苷键连接的多糖链，具有有极性即方向性，一端是1
′
端（还原端），另一端是4
′
端（非还原端），具有抗润胀性，成膜性和强度很好，具有近似纤维的性能，其塑料制品具有好的透明度、柔韧性、抗张强度和水不溶性，成为淀粉基塑料吸管的极佳原料。作为本发明的优选，步骤（1）所述直链淀粉为豌豆淀粉。作为本发明的进一步优选，直链淀粉选择产地为甘肃的豌豆淀粉（由甘肃恒星淀粉食品有限公司提供）或产地为山东烟台的豌豆淀粉（由烟台双塔食品股份有限公司提供）。
[0011]
本发明将米粉和直链淀粉混合后，利用细化机进行细化复合，得到细化混合料，便于后续制备过程中对淀粉和米粉的处理。作为本发明的优选，步骤（1）所述细化机采用涡旋气流细化机，风量为1000~2000m
3
/h，分级叶轮转速为500~1200r/min，细化后米粉与直链淀粉的粒径小于10μm。
[0012]
作为本发明的优选，步骤（1）所述细化混合料的各原料配比为，按重量份计，米粉1~2重量份、直链淀粉3~6重量份。
[0013]
将米粉和直链淀粉的细化混合料加入水和醋酸，控制水和醋酸加入的比例，通过放置处理，使得细化混合料充分吸附水和醋酸，而醋酸的处理使米粉与直链淀粉具有较好的柔性和弹性，可以确保后续加工淀粉塑料制品保持良好的力学性能。作为本发明的优选，步骤（1）所述预处理的米粉直链淀粉的各原料配比为，按重量份计，细化混合料100重份；所述放置的时间为1~2h。
[0014]
本发明将谷朊粉、玉米油捏炼，进一步与预处理的直链淀粉混合挤出成型。谷朊粉又称活性面筋粉、小麦面筋蛋白，是从小麦面粉中提取出来的天然蛋白质，主要由分子量较
小、呈球状、具有较好延伸性的麦胶蛋白与分子量较大、呈纤维状、具有较强弹性的麦谷蛋白组成，具有粘性、弹性、延伸性、成膜性，通过与玉米油捏炼，可以有效提高耐水性，而利用其良好的弹性和柔韧性，可使米粉-直链淀粉在热水中凝固熟化为具有可弯曲和弹性的吸管，同时具有良好的耐水性，不会在短时间吸水软化，可以提升淀粉基塑料吸管的使用耐久性。
[0015]
作为本发明的优选，步骤（2）所述挤压采用的挤压机模头向下，模头分布一排直径为3~5mm的孔，孔内设置有内芯，挤压成型过程在常温下进行。
[0016]
作为本发明的优选，步骤（2）所述捏炼物的各原料配比为，按重量份计，谷朊粉100重量份、玉米油10~20重量份。
[0017]
作为本发明的优选，步骤（2）所述细管坯的各原料配比为，按重量份计，捏炼物1~2重量份、预处理的米粉-直链淀粉3~6重量份。
[0018]
本发明将挤出成型的塑料吸管的细管坯连续依次浸入梯度温度布置的热水中，由于细管坯浸入的热水温度依次升高，可使细管坯逐步凝固、熟化，有效防止急速升温导致细管坯内壁发生形变而影响产品质量。作为本发明的优选，步骤（3）所述热水的温度设置为阶梯式，细管坯依次浸入的热水温度为60~65℃、70~75℃、80~85℃、95~100℃。
[0019]
由上述方法制备得到的降解吸管，其不但具有良好的耐水性、弯折性和弹性，而且原料均为食用材料，健康环保，可食用、可快速降解。通过测试，制备的降解吸管进行90
°
弯折试验时无断裂，同时在60℃热水中浸泡15min后表面擦拭光滑、无粘性。
[0020]
本发明提供的一种利用米粉-豌豆淀粉-谷朊粉制备降解吸管的方法，将米粉与直链淀粉混合，经细化机细化复合，加入水、醋酸搅拌均匀，放置，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将预处理的米粉-直链淀粉与谷朊粉利用挤压机常温挤压成型，挤出成细管坯；将细管坯连续依次浸入梯度温度的热水，挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，进一步拉直、烘干、裁切、密封包装，即可。
[0021]
本发明提供了一种利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了采用米粉、直链淀粉、谷朊粉为原料制备淀粉基降解塑料吸管的方法。
[0022]
2、通过将米粉和直链淀粉预处理，然后与耐水性的谷朊粉混合挤出成型，得到的塑料吸管成本低，使用的原料均为食用材料，健康环保，同时，由于加入玉米油处理的谷朊粉，不但短期耐水性能优异，而且具有良好的弯折性和弹性。
[0023]
3、本发明制得的降解塑料吸管可以直接食用，丢弃后可以快速降解，也可以当肥料、饲料回收，具有极好的应用前景，为解决塑料吸管的不可降解提供了有效技术支撑。
附图说明
[0024]
图1为本发明实施例1制备得到的降解吸管。
具体实施方式
[0025]
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
[0026]
实施例1（1）先将米粉与直链淀粉混合，然后利用细化机进行细化复合，再将得到的细化混合料加入水、醋酸，搅拌均匀，最后放置处理，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；直链淀粉为甘肃恒星淀粉食品有限公司提供的豌豆淀粉；细化机采用涡旋气流细化机，风量为1600m
3
/h，分级叶轮转速为900r/min，细化后米粉与直链淀粉的平均粒径为7μm；细化混合料的各原料配比为，按重量份计，米粉1.6重量份、直链淀粉4.6重量份；预处理的米粉直链淀粉的各原料配比为，按重量份计，细化混合料100重量份、水136重量份、醋酸4.2重量份；放置的时间为1.5h；（2）先将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将得到的捏炼物与步骤（1）得到的预处理的米粉-直链淀粉混合，再利用挤压机进行挤压成型，得到细管坯；挤压采用的挤压机模头向下，模头分布一排直径为4mm的孔，孔内设置有内芯，挤压成型过程在常温下进行；捏炼物的各原料配比为，按重量份计，谷朊粉100重量份、玉米油16重量份；细管坯的各原料配比为，按重量份计，捏炼物1.6重量份、预处理的米粉-直链淀粉4.4重量份；（3）先将步骤（2）得到的细管坯连续依次浸入热水中，使得挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，然后经拉直、烘干、裁切、密封包装，即可得到降解吸管，实现了利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管；热水的温度设置为阶梯式，细管坯依次浸入的热水温度为60℃、70℃、80℃、95℃。
[0027]
实施例1的方法制得的降解塑料吸管，其柔韧性和耐水性如表1所示，实施例1制备得到的降解吸管为图1，半透明，具有良好的弯折性。
[0028]
实施例2（1）先将米粉与直链淀粉混合，然后利用细化机进行细化复合，再将得到的细化混合料加入水、醋酸，搅拌均匀，最后放置处理，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；直链淀粉为甘肃恒星淀粉食品有限公司提供的豌豆淀粉；细化机采用涡旋气流细化机，风量为1200m
3
/h，分级叶轮转速为700r/min，细化后米粉与直链淀粉的平均粒径为5μm；细化混合料的各原料配比为，按重量份计，米粉1.2重量份、直链淀粉5.5重量份；预处理的米粉直链淀粉的各原料配比为，按重量份计，细化混合料100重量份、水130重量份、醋酸3.5重量份；放置的时间为1h；（2）先将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将得到的捏炼物与步骤（1）得到的预处理的米粉-直链淀粉混合，再利用挤压机进行挤压成型，得到细管坯；挤压采用的挤压机模头向下，模头分布一排直径为35mm的孔，孔内设置有内芯，挤压成型过程在常温下进行；捏炼物的各原料配比为，按重量份计，谷朊粉100重量份、玉米油12重量份；细管坯的各原料配比为，按重量份计，捏炼物1.2重量份、预处理的米粉-直链淀粉5重量份；（3）先将步骤（2）得到的细管坯连续依次浸入热水中，使得挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，然后经拉直、烘干、裁切、密封包装，即可得到降解吸管，实现了利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管；热水的温度设置为阶梯式，细管坯依次浸入的热水温度为65℃、75℃、85℃、100℃。
[0029]
实施例2的方法制得的降解塑料吸管，其柔韧性和耐水性如表1所示。
[0030]
实施例3（1）先将米粉与直链淀粉混合，然后利用细化机进行细化复合，再将得到的细化混合料
加入水、醋酸，搅拌均匀，最后放置处理，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；直链淀粉为甘肃恒星淀粉食品有限公司提供的豌豆淀粉；；细化机采用涡旋气流细化机，风量为1800m
3
/h，分级叶轮转速为1000r/min，细化后米粉与直链淀粉的平均粒径为8μm；细化混合料的各原料配比为，按重量份计，米粉1.8重量份、直链淀粉4重量份；预处理的米粉直链淀粉的各原料配比为，按重量份计，细化混合料100重量份、水140重量份、醋酸4.5重量份；放置的时间为2h；（2）先将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将得到的捏炼物与步骤（1）得到的预处理的米粉-直链淀粉混合，再利用挤压机进行挤压成型，得到细管坯；挤压采用的挤压机模头向下，模头分布一排直径为5mm的孔，孔内设置有内芯，挤压成型过程在常温下进行；捏炼物的各原料配比为，按重量份计，谷朊粉100重量份、玉米油18重量份；细管坯的各原料配比为，按重量份计，捏炼物1.8重量份、预处理的米粉-直链淀粉4重量份；（3）先将步骤（2）得到的细管坯连续依次浸入热水中，使得挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，然后经拉直、烘干、裁切、密封包装，即可得到降解吸管，实现了利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管；热水的温度设置为阶梯式，细管坯依次浸入的热水温度为60℃、70℃、80℃、100℃。
[0031]
实施例3的方法制得的降解塑料吸管，其柔韧性和耐水性如表1所示。
[0032]
实施例4（1）先将米粉与直链淀粉混合，然后利用细化机进行细化复合，再将得到的细化混合料加入水、醋酸，搅拌均匀，最后放置处理，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；直链淀粉为甘肃恒星淀粉食品有限公司提供的豌豆淀粉；细化机采用涡旋气流细化机，风量为1000m
3
/h，分级叶轮转速为500r/min，细化后米粉与直链淀粉的平均粒径为4μm；细化混合料的各原料配比为，按重量份计，米粉1重量份、直链淀粉6重量份；预处理的米粉直链淀粉的各原料配比为，按重量份计，细化混合料100重量份、水120重量份、醋酸3重量份；放置的时间为1h；（2）先将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将得到的捏炼物与步骤（1）得到的预处理的米粉-直链淀粉混合，再利用挤压机进行挤压成型，得到细管坯；挤压采用的挤压机模头向下，模头分布一排直径为3mm的孔，孔内设置有内芯，挤压成型过程在常温下进行；捏炼物的各原料配比为，按重量份计，谷朊粉100重量份、玉米油10重量份；细管坯的各原料配比为，按重量份计，捏炼物1重量份、预处理的米粉-直链淀粉6重量份；（3）先将步骤（2）得到的细管坯连续依次浸入热水中，使得挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，然后经拉直、烘干、裁切、密封包装，即可得到降解吸管，实现了利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管；热水的温度设置为阶梯式，细管坯依次浸入的热水温度为60℃、70℃、80℃、95℃。
[0033]
实施例4的方法制得的降解塑料吸管，其柔韧性和耐水性如表1所示。
[0034]
实施例5（1）先将米粉与直链淀粉混合，然后利用细化机进行细化复合，再将得到的细化混合料加入水、醋酸，搅拌均匀，最后放置处理，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；直链淀粉为甘肃恒星淀粉食品有限公司提供的豌豆淀粉；细化机采用涡旋气流细化机，风量为2000m
3
/h，分级叶轮转速为1200r/min，细化后米粉与直链淀粉的平均粒径为9μm；细
化混合料的各原料配比为，按重量份计，米粉2重量份、直链淀粉3重量份；预处理的米粉直链淀粉的各原料配比为，按重量份计，细化混合料100重量份、水150重量份、醋酸5重量份；放置的时间为2h；（2）先将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将得到的捏炼物与步骤（1）得到的预处理的米粉-直链淀粉混合，再利用挤压机进行挤压成型，得到细管坯；挤压采用的挤压机模头向下，模头分布一排直径为5mm的孔，孔内设置有内芯，挤压成型过程在常温下进行；捏炼物的各原料配比为，按重量份计，谷朊粉100重量份、玉米油20重量份；细管坯的各原料配比为，按重量份计，捏炼物2重量份、预处理的米粉-直链淀粉3重量份；（3）先将步骤（2）得到的细管坯连续依次浸入热水中，使得挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，然后经拉直、烘干、裁切、密封包装，即可得到降解吸管，实现了利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管；热水的温度设置为阶梯式，细管坯依次浸入的热水温度为65℃、75℃、85℃、95℃。
[0035]
实施例5的方法制得的降解塑料吸管，其柔韧性和耐水性如表1所示。
[0036]
实施例6（1）先将米粉与直链淀粉混合，然后利用细化机进行细化复合，再将得到的细化混合料加入水、醋酸，搅拌均匀，最后放置处理，使水、醋酸被充分吸附，得到预处理的米粉直链淀粉；直链淀粉为甘肃恒星淀粉食品有限公司提供的豌豆淀粉；细化机采用涡旋气流细化机，风量为1500m
3
/h，分级叶轮转速为850r/min，细化后米粉与直链淀粉的平均粒径为8μm；细化混合料的各原料配比为，按重量份计，米粉1.5重量份、直链淀粉4.5重量份；预处理的米粉直链淀粉的各原料配比为，按重量份计，细化混合料100重量份、水135重量份、醋酸4重量份；放置的时间为1.5h；（2）先将谷朊粉与玉米油充分捏炼，然后将得到的捏炼物与步骤（1）得到的预处理的米粉-直链淀粉混合，再利用挤压机进行挤压成型，得到细管坯；挤压采用的挤压机模头向下，模头分布一排直径为4mm的孔，孔内设置有内芯，挤压成型过程在常温下进行；捏炼物的各原料配比为，按重量份计，谷朊粉100重量份、玉米油15重量份；细管坯的各原料配比为，按重量份计，捏炼物1.5重量份、预处理的米粉-直链淀粉4.5重量份；（3）先将步骤（2）得到的细管坯连续依次浸入热水中，使得挤出的空心条细管坯经热水逐步凝固、熟化，然后经拉直、烘干、裁切、密封包装，即可得到降解吸管，实现了利用米粉-直链淀粉-谷朊粉制备降解塑料吸管；热水的温度设置为阶梯式，细管坯依次浸入的热水温度为60℃、70℃、80℃、100℃。
[0037]
实施例6的方法制得的降解塑料吸管，其柔韧性和耐水性如表1所示。
[0038]
对比例1对比例1没有加入玉米油处理的谷朊粉，其他制备条件与实施例6相同，制得的降解塑料吸管，其柔韧性和耐水性如表1所示。
[0039]
上述性能指标的测试方法为：柔韧性：将本发明实施例和对比例1制得的降解吸管弯折90
°
进行测试，，以是否折断衡量吸管的柔韧性。
[0040]
耐水性：将本发明实施例和对比例1得到的降解饮料吸管浸泡在60℃的水中，浸泡时间控制在15min，然后擦拭吸管表面，以吸管表面有无粘性物衡量吸管的耐水性。
[0041]
由表1可见：本发明实施例制得的降解吸管具有良好的柔性，耐弯折，在热水中浸泡15min无溶出物，满足吸管的使用要求。对比例1由于没有加入玉米油处理的谷朊粉，得到的降解饮料吸管弯曲性差，易折断，而且耐水性较差，吸管浸入水后易发粘。
[0042]
表1：