一种防水型淀粉基吸管及其制备方法

1.本发明属于淀粉基吸管开发技术领域，具体涉及一种防水型淀粉基吸管及其制备方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，塑料吸管得到了广泛应用。目前，市面上所售的塑料吸管中，大多数以石油基原料pe或pp作为基材，但是pe/pp基吸管在自然条件下难以分解，且其用于食品行业时的安全性也一直备受质疑。因此，开发来源于可再生资源的环境友好型吸管成为吸管制品行业研究热点之一。淀粉因其可再生、丰富、全降解被人们看作是最具发展潜力的天然生物可降解材料之一。但现有的淀粉基吸管普遍存在着防水性能和耐泡性差等问题，尤其是当其应用于热饮时，易吸水软化，从而失去使用性能。
3.中国专利cn 115746406 a提供了一种淀粉吸管及其制备方法，以普通淀粉为原料，甘油为增塑剂，通过对半成品淀粉吸管进行老化，使得淀粉链上的羟基以氢键相互作用相互缔合，重新排列形成很多低能态的有序化结晶结构，进而提高淀粉吸管的耐水性和力学性能，得到具有高耐水性和力学性能优异的淀粉吸管。但是其重点考虑的是力学性能，测定的是吸水后的吸管的力学性能；中国专利cn 112220319 a提供了对于常规一种枸杞可食性吸管及其加工方法，其通过在表面的吸附防水胶制备而成，其强调的是原料的可食用性；上述方案中针对的是吸水后的强度以及可食性，并没有从本技术的疏水性进行研究。考虑到淀粉因自身的多羟基属性呈现出较强的吸水性，在淀粉分子上引入疏水性基团阻断淀粉分子与水的接触来制备防水型淀粉基吸管将是一个现实可行的方法。


技术实现要素：

4.针对现阶段淀粉基吸管疏水性或者防水性研究中存在的问题，本发明提供一种防水型淀粉基吸管，本技术一方面通过环氧大豆油分子结构上的环氧基团与淀粉分子羟基发生反应，破坏淀粉的结晶结构，利于烯基琥珀酸酐进入淀粉颗粒内部与淀粉分子羟基进行反应，通过酯化反应，在淀粉分子上引入疏水基团烯基链，增强吸管的防水能力；另一方面，环氧大豆油中环氧亚油酸酯、环氧油酸酯、环氧棕榈酸酯等分子结构上疏水性碳链的引入，可降低吸管对水分的敏感性，进一步提高淀粉基吸管的防水性能。
5.本技术的技术方案如下：一种防水型淀粉基吸管，包括以下原料，以100g淀粉为基准，烯基琥珀酸酐2.5-8.5%、强碱0.4-0.6%、环氧大豆油2-5%、水25-35%。
6.优选地，所述的淀粉为玉米淀粉。
7.优选地，所述的烯基琥珀酸酐中烯基链c数量大于等于12。
8.优选地，所述的烯基琥珀酸酐为十二烯基琥珀酸酐。
9.优选地，所述的强碱为氢氧化钠或/和氢氧化钾。
10.上述防水型淀粉基吸管的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料的混合：将淀粉、烯基琥珀酸酐和溶于水的强碱，低速搅拌混合均匀后，加入水和环氧大豆油，快速搅拌；混合均匀后装袋，静置；（2）挤出构建淀粉基吸管：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，设定好挤压机挤出参数，并通过吸管成型模头挤出，形成管胚；（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过带风机的输送装置进行冷却，冷却后分切处理；（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在干燥箱中，烘干后得到防水型淀粉基吸管。
11.优选地，步骤（1）中低速搅拌条件为：转速150-300rpm，搅拌时间5-10min；快速搅拌条件为：转速360-600rpm，搅拌时间5-10min。
12.优选地，步骤（2）中所述的挤压机挤出参数为：喂料螺杆转速24-60rpm；挤出机组螺杆转速60-240rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度：40-55℃，55-65℃，85-115℃，80-105℃。
13.本技术所采用的环氧大豆油，分子结构上有环氧基团可与淀粉分子羟基发生反应，破坏淀粉的结晶结构，利于烯基琥珀酸酐进入淀粉颗粒内部与淀粉分子羟基进行反应，通过酯化反应，在淀粉分子上引入疏水基团烯基长链，增强吸管的防水能力；另一方面，环氧大豆油中环氧亚油酸酯、环氧油酸酯、环氧棕榈酸酯等分子结构上疏水性碳链的引入，可降低吸管对水分的敏感性，进一步提高淀粉基吸管的防水性能。
14.本发明的有益效果：（1）通过环氧大豆油的辅助下，促进淀粉与酸酐之间的酯化反应，如式1，同时在淀粉分子上引入疏水基团烯基长链，增强吸管的防水性。
15.式1（2）通过疏水型增塑剂环氧大豆油对淀粉进行增塑，如式2，降低吸管对水分的敏感性。
16.式2（3）通过环氧大豆油中环氧亚油酸酯、环氧油酸酯、环氧棕榈酸酯等分子结构上疏水性碳链的引入，可降低吸管对水分的敏感性，进一步提高十二烯基琥珀酸淀粉基吸管的防水性能。
17.（4）制备的吸管防水性好、绿色环保、全降解，可缓解石油基塑料吸管带来的白色污染问题。
具体实施方式
18.为更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
19.实施例1一种防水型十二烯基琥珀酸淀粉基吸管的制备方法，包括以下步骤：（1）原辅料的混合：将玉米淀粉1000g、十二烯基琥珀酸酐40g和溶于50g水的氢氧化钠4.5g加入到高速搅拌机内，在180rpm转速下搅拌6min；混合均匀后从助剂阀门加入水230g和环氧大豆油30g，在420rpm转速下搅拌8min；混合均匀后装袋，静置；（2）淀粉基吸管挤出构建：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，喂料螺杆转速为42rpm，挤出机组螺杆转速150rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度为45℃，55℃，110℃，95℃。物料通过吸管成型模头挤出，形成管胚；
（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过输送装置（自带风机）进行冷却，冷却后经切割机进行分切处理；（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在40℃的干燥箱中干燥3h，烘干后得到防水型十二烯基琥珀酸淀粉基吸管。
20.实施例2一种防水型十六烯基琥珀酸淀粉基吸管的制备方法，包括以下步骤：（1）原辅料的混合：将玉米淀粉1000g、十六烯基琥珀酸酐25g和溶于40g水的氢氧化钾6g加入到高速搅拌机内，在300rpm转速下搅拌5min；混合均匀后从助剂阀门加入水210g和环氧大豆油20g，在360rpm转速下搅拌10min；混合均匀后装袋，静置；（2）淀粉基吸管挤出构建：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，喂料螺杆转速为24rpm，挤出机组螺杆转速60rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度为40℃，55℃，85℃，80℃。物料通过吸管成型模头挤出，形成管胚；（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过输送装置（自带风机）进行冷却，冷却后经切割机进行分切处理；（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在30℃的干燥箱中干燥6h，烘干后得到防水型十六烯基琥珀酸淀粉基吸管。
21.实施例3一种防水型淀粉基吸管的制备方法，包括以下步骤：（1）原辅料的混合：将木薯淀粉1000g、十二烯基琥珀酸酐85g和溶于20g水的氢氧化钠4g加入到高速搅拌机内，在150rpm转速下搅拌10min；混合均匀后从助剂阀门加入水330g和环氧大豆油35g，在600rpm转速下搅拌5min；混合均匀后装袋，静置；（2）淀粉基吸管挤出构建：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，喂料螺杆转速为60rpm，挤出机组螺杆转速240rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度为55℃，65℃，115℃，105℃。物料通过吸管成型模头挤出，形成管胚；（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过输送装置（自带风机）进行冷却，冷却后经切割机进行分切处理；（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在50℃的干燥箱中干燥2h，烘干后得到防水型十二烯基琥珀酸淀粉基吸管。
22.对比例1与实施例1相比，除未添加十二烯基琥珀酸酐外，其余操作步骤均与实施例1相同。
23.一种淀粉基吸管的制备方法，包括以下步骤：（1）原辅料的混合：将玉米淀粉1000g和溶于50g水的氢氧化钠4.5g加入到高速搅拌机内，在180rpm转速下搅拌6min；混合均匀后从助剂阀门加入水260g和环氧大豆油30g，在420rpm转速下搅拌8min；混合均匀后装袋，静置；（2）淀粉基吸管挤出构建：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，喂料螺杆转速为42rpm，挤出机组螺杆转速150rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度为45℃，55℃，110℃，95℃。物料通过吸管成型模头挤出，形成管胚；（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过输送装置（自带风机）进行冷却，冷却后经切割机进行分切处理；
（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在40℃的干燥箱中干燥3h，烘干后得到淀粉基吸管。
24.对比例2与实施例1相比，除未添加环氧大豆油外，其余操作步骤均与实施例1相同。
25.一种淀粉基吸管的制备方法，包括以下步骤：（1）原辅料的混合：原辅料的混合：将玉米淀粉1000g、十二烯基琥珀酸酐40g和溶于50g水的氢氧化钠4.5g加入到高速搅拌机内，在180rpm转速下搅拌6min；混合均匀后从助剂阀门加入水230g，在420rpm转速下搅拌8min；混合均匀后装袋，静置；（2）十二烯基琥珀酸淀粉基吸管挤出构建：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，喂料螺杆转速为42rpm，挤出机组螺杆转速150rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度为45℃，55℃，110℃，95℃。物料通过吸管成型模头挤出，形成管胚；（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过输送装置（自带风机）进行冷却，冷却后经切割机进行分切处理；（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在40℃的干燥箱中干燥3h，烘干后得到淀粉基吸管。
26.对比例3与实施例1相比，除未添加十二烯基琥珀酸酐和环氧大豆油外，其余操作步骤均与实施例1相同。
27.一种淀粉基吸管的制备方法，包括以下步骤：（1）原辅料的混合：原辅料的混合：将玉米淀粉1000g和溶于50g水的氢氧化钠4.5g加入到高速搅拌机内，在180rpm转速下搅拌6min；混合均匀后从助剂阀门加入水230g，在420rpm转速下搅拌8min；混合均匀后装袋，静置；（2）淀粉基吸管挤出构建：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，喂料螺杆转速为42rpm，挤出机组螺杆转速150rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度为45℃，55℃，110℃，95℃。物料通过吸管成型模头挤出，形成管胚；（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过输送装置（自带风机）进行冷却，冷却后经切割机进行分切处理；（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在40℃的干燥箱中干燥3h，烘干后得到淀粉基吸管。
28.实施效果例将实施例1-3及对比例1-3中得到的吸管样品进行吸水率的测定：吸水率测定方法：淀粉基吸管称重（m1）后放置于45℃水中浸泡15min，取出淀粉基吸管并用吸水纸擦净表面，记录浸泡后吸管的重量m2。
29.表1 实施例1及对比例1-3制备吸管的吸水率
由表1可知，本发明采用环氧大豆油增塑和十二烯基琥珀酸酐酯化改性处理后制备得到的吸管，其吸水率仅为16.7%（实施例1），明显低于对比例1-3，这表明采用本方法制备的吸管具有较好的防水性。当不添加十二烯基琥珀酸酐时，与实施例1相比，吸管的吸水率显著增大（对比例1），这表明通过酯化改性引入的疏水基团十二烯基长链可提高吸管的防水能力。当未添加环氧大豆油时，与实施例1相比，吸管的吸水率同样增大（对比例2），这表明疏水型增塑剂环氧大豆油引入的疏水性碳链可提高吸管的防水能力。当不添加十二烯基琥珀酸酐和环氧大豆油时，吸管的吸水率最大（对比例3），这表明酯化改性和疏水性增塑剂增塑处理可有效改善吸管的防水性能。采用本方法制备得到的吸管具有防水性能好的特点。

技术特征：
1.一种防水型淀粉基吸管，其特征在于，包括以下原料，以100g淀粉为基准，烯基琥珀酸酐2.5-8.5%、强碱0.4-0.6%、环氧大豆油2-5%、水25-35%。2.根据权利要求1所述的防水型淀粉基吸管，其特征在于，所述的淀粉为玉米淀粉。3.根据权利要求1所述的防水型淀粉基吸管，其特征在于，所述的烯基琥珀酸酐中烯基链c数量大于等于12。4.根据权利要求1所述的防水型淀粉基吸管，其特征在于，所述的烯基琥珀酸酐为十二烯基琥珀酸酐。5.根据权利要求1所述的防水型淀粉基吸管，其特征在于，所述的强碱为氢氧化钠或/和氢氧化钾。6.一种权利要求1-5任一所述的防水型淀粉基吸管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）原料的混合：将淀粉、烯基琥珀酸酐和溶于水的强碱，低速搅拌混合均匀后，加入水和环氧大豆油，快速搅拌；混合均匀后装袋，静置；（2）挤出构建淀粉基吸管：将步骤（1）得到的物料通过单螺杆喂料系统均匀喂入双螺杆挤出机组，设定好挤压机挤出参数，并通过吸管成型模头挤出，形成管胚；（3）分切处理：将步骤（2）得到的管胚通过带风机的输送装置进行冷却，冷却后分切处理；（4）干燥：将步骤（3）分切后的吸管放置在干燥箱中，烘干后得到防水型淀粉基吸管。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中低速搅拌条件为：转速150-300rpm，搅拌时间5-10min；快速搅拌条件为：转速360-600rpm，搅拌时间5-10min。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的挤压机挤出参数为：喂料螺杆转速24-60rpm；挤出机组螺杆转速60-240rpm，挤出机组加热单元一区至四区的温度：40-55℃，55-65℃，85-115℃，80-105℃。

技术总结
本发明属于淀粉基吸管开发技术领域，具体涉及一种防水型淀粉基吸管及其制备方法。一方面通过环氧大豆油分子结构上的环氧基团与淀粉分子羟基发生反应，破坏淀粉的结晶结构，利于烯基琥珀酸酐进入淀粉颗粒内部与淀粉分子羟基进行反应，通过酯化反应，在淀粉分子上引入疏水基团烯基长链，增强吸管的防水能力；另一方面，环氧大豆油中环氧亚油酸酯、环氧油酸酯、环氧棕榈酸酯等分子结构上疏水性碳链的引入，可降低吸管对水分的敏感性，进一步提高淀粉基吸管的防水性能。粉基吸管的防水性能。


技术研发人员：刘鹏飞 段文敏 徐诺 崔波 高伟 郭丽 袁超 吴正宗 于滨
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/13