可降解一次性餐具的研究毕业论文.doc

i 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 摘 要 本实验主要研究利用植物纤维（竹粉）制造可降解的一次性餐具，该餐具是由植 物纤维粉、黏结剂、添加剂和水按一定的比例混合，通过液压机压制而成。通过不断 的调整配方、配比来制得餐具，观察每一个变化的参数对制品外观颜色、质量和光洁 度的影响，另外，合理的温度、压力等成型参数也对结果有一定的影响。根据对比的 结果不断改进方案，将得到的制品做强度、防水防油性能测试等。结果表明，在施胶 量满足，其余参数相同的情况下，80 目的竹粉做出的制品，表面质量最好，强度达标， 且成形效果也比较好；施胶量为 17%时最佳，而且用滑石粉的润滑效果比用碳酸钙好， 用硬脂酸钙的增塑效果比硬脂酸好。 关键词：生物质,可降解,一次性,餐具 ii biomass fiber molding of biodegradable disposable tableware abstract herein, we studied the use of plant fibers (bamboo powder) manufacturing biodegradable disposable tableware, the tableware is made of vegetable fiber powder, binder, additives and water by mixing a certain proportion, through the hydraulic press repression. through continuous adjustment formula, the ratio to be obtained tableware, observe every change in the appearance of the color parameters of products, quality and finish of the other, a reasonable temperature, and pressure molding parameters have a certain impact on the results. according to the results of comparing the continuous improvement of programs, will be the product to do strength, performance testing, water and oil. the results show that the glue content met, other parameters being equal, the 80-purpose flour made of bamboo products, the best surface quality, strength compliance, and the results would be better shape; sizing capacity of 17% best, and the lubricating effect with talc better than calcium carbonate, calcium separate plasticized with results better than satiric acid. key words: biomass, biodegradable, one-time, tablewar iii 目 录 摘 要 .i abstract .ii 1.绪 论 .1 1.1 课题的背景和意义 .1 1.1.1 课题的背景 .1 1.1.2 课题的意义和目的 .1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .2 1.2.1 国外的研究现状 .2 1.2.2 国内的研究现状 .2 1.2.3 发展趋势 .3 1.3 研究内容和技术关键 .4 1.3.1 主要研究内容 .4 1.3.2 课题的关键技术 .4 1.3.3 本次试验研究的主要内容 .5 2.实验原料介绍 6 2.1 竹纤维 .6 2.2 骨胶 .7 2.3 黄原胶 .8 2.4 无机矿物填料 .9 2.5 其它添加剂 10 3.实验部分 .12 3.1 实验所需原料及设备 12 3.1.1 实验所用原料 12 3.1.2 实验所用设备 12 3.2 压制成型工艺 12 3.3 筛选实验 14 3.4 综合实验 20 3.5 验证实验 21 4.结果与讨论 .22 4.1 实验结果总结 22 4.2 结论与展望 26 4.2.1 结论 26 iv 4.2.2 展望 26 致 谢 28 参 考 文 献 29 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 1 1.绪 论 1.1 课题的背景和意义 1.1.1 课题的背景 目前流行的餐具以纸类和塑料为主。纸类餐具包括纸板(热压成型)和纸浆(模塑成 型)两个基本品种；塑料餐具包括 eps(可发性聚苯乙烯泡沫 )和 pp(聚丙烯片材)两个 基本品种以及由 eps 和 pp 经充填、改性而派生的降解系列产品。纸类餐具的开发晚 于塑类餐具，是针对塑制餐具废弃以后不易降解、对环境造成污染而提出的。 “以纸代 塑”曾经是一个响亮的口号。但冷静下来作一些科学的分析，特别是应用 lca(生命循 环分析)理论作定量的系统评价即发现“以纸代塑”未必就是一种进步甚至是一种倒退。 于是，在餐具市场便引发了一场所谓的“纸塑之争”应该说，争论在这里是有必要的 它有助于技术的发展和进步，也有助于推动餐具市场的健康发展。在这场纸与塑的争 论中，一种用草本植物纤维如北方的麦秆、高粱秆、包谷芯，南方的稻草、米糠、甘 蔗皮渣、椰壳等，为原料制作的餐具悄然登场，由于它兼备了纸、塑两类餐具的优点， 一面市，就展示极好的发展机遇。植纤餐具的优势在于：相对于纸类(尤其是纸板) 餐具，不消耗木材，也没有造纸制浆过程的黑液污染，却有比纸类餐具更快的降解速 度，更容易被自然环境消纳；相对塑料餐具，包括降解塑料，有更彻底的降解性能； eps、pp 都是石油产品，已是一种有限资源。而一年生的麦秆稻草之类的植物纤维， 在广大农村取之不尽，用之不绝；原本是农业的下脚料，用于制作餐具，一下子成 为工业原料，有利于开发农业资源的综合利用，提高农产品的附加值。 1.1.2 课题的意义和目的 塑料餐具以其质轻、价廉和力学性能好等优点称霸一次性餐具市场，但由于其污 染严重，近年来取代塑料餐具的呼声日益高涨，已有多种产品问世。生物质纤维是来 源最丰富的天然高分子原料，对于人类而言是一种取之不尽、用之不竭的资源，它本 身无毒，可以被微生物完全降解。其品种多，如谷壳、秸秆、米糠、草纤维、木屑和 木材加工废弃物等。我国是生产稻谷的大国，每年废弃的谷壳秸秆超过 6 亿吨，而木 材加工废弃物也在 3000 万吨以上，用这些天然产物作主要原料制造的一次性餐具其生 物降解性是毋庸置疑的，加上这些原料价廉，所以发展潜力巨大。 本课题主要研究利用植物纤维制造可降解一次性餐具。一次性餐具具有成本低廉、 工艺简单、防渗水性能好、利润高等特点，但一般的一次性发泡餐具在使用后不可降 解，对环境造成污染，入土掩埋也难降解，会造成对土壤和地下水的污染，且回收和 处理的难度大。成功研制生物质纤维餐具不仅使一次性餐具具有降解快、弃后成为肥 陕西科技大学毕业论文 2 料、生产无污染、对使用者无害等特点，而且还大大提高农产品的附加值。通过本课 题的研究获得较优配方的植物纤维复合材料，并采用模压工艺制备出性能良好的一次 性碗具。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 国外的研究现状 处于可降解塑料餐具研究前沿的美国、英国、意大利、日本等国均采用微生物降 解方法和掺加光敏剂以加快老化和裂解过程。目前,国际上已开发出的有生物降解塑料、 光降解塑料、光和生物降解塑料餐具。英国的 ici 公司从 70 年代中期开始研究开发了 生物降解塑料。到 70 年代末,开发出了微生物合成的商品。意大利某公司开发了以混 合淀粉为原料的生物降解塑料,并生产了圆珠笔类的产品和垃圾肥料化处理用的包装袋。 英国科学家最近采用高科技的方法来改变一种油菜的基因,使其叶和籽长出含有塑料成 分的聚合物。该聚合物经提炼后,能加工制成各种塑料制品,如快餐盒、塑料瓶、农用 地膜等,其能迅速降解,避免环境污染。美国 warner lambert 公司于 1993 年推出了一种 真正的完全生物可降解材料名为 noven,它是以玉米或马铃薯淀粉为主要成分,加入少 量的其它生物可降解材料组分,经螺杆挤出机加工而成。美国嘉吉公司和一家聚合物公 司将成立世界上首家利用玉米生产新型塑料的商品工厂,将生产餐具、瓶子、杯子、泡 沫塑料等。日本静冈县富士工业技术中心确定了可降解塑料与纸混合的技术,从而确立 了可降解塑料成本高而难以普及的问题,并确立了混合造纸法、层压法和成型加工法三 种技术。日本和台湾地区研究成功以玉米为原料经加工塑化而成的玉米淀粉树脂。用 其制成的包装材料可通过燃烧、生化分解或昆虫吃食等方式处理掉,将有望制成为一次 性餐具及其它用品的原材料。法国、德国、瑞士等国也在进行该方面的研究。 1.2.2 国内的研究现状 我国自 80 年代后期致力于该方面的研究。山东求是科技研究所成功研制出一种阳 光、生物可控双向降解高低压聚乙烯吹塑薄膜机组。该机可完成从颗粒到薄膜的成型, 适用于高低压聚乙烯及不同等级的再生塑料颗粒,加入可控双降解母料可生产可降解的 卫生袋、实用袋、农用薄膜等。天津大学化学系高建平等人多年来致力于完全生物可 降解热塑性淀粉复合材料的研制,并取得了一定的成果。武汉市联盈贸易有限公司研制 成功全降解塑料植物复合材料。该产品以植物粉和天然矿物质、粘结剂、少量无毒塑 料树脂、促氧剂等原料混合,经过热压加工制成全降解塑料植物复合材料。该材料能广 泛制作餐具和其它食品包装盒。北京塑料研究所制成生物降解塑料盒，经卫生和降解 性的评比检测,被铁道部选中。目前,已有少量降解塑料餐盒在铁道部沿线使用。且已 制成塑料饮料杯、冰淇淋杯、果酱盒等一次性产品。广州市金东方环保生产用品厂在 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 3 塑料原料中加入淀粉及光降解添加剂,生产出可降解快餐盒。 例如，中国专利cn 1335114a，该专利提出利用植物纤维芦苇、甘蔗制成芦苇浆、 甘蔗浆混以其它的配料压制成型，但制浆步骤比较麻烦而且需要专门的设备。cn 1107116a，该专利采用糯米、大米、玉米和植物纤维为原料加工各种形状的餐具 ，虽 然消除了白色污染，但是应用粮食作原料成本很高，无法被市场接受。cn 118643a公 开了采用毛竹笋衣、竹叶、芦苇叶植物纤维做主体材料。cn 1137439a公开了淀粉为 原料添加生物胶经搅拌混合，热压成型制成餐具。但由于各种原因该产品仍有质量问 题，例如产品质量单薄，静压力不足，表面粘附力大，盛热饭或冷藏物易发生食物与 包装物粘连，在5c温度下保存易变软、变形等特点。至今,国内已发展有降解塑料生 产线30多条,用于生产降解塑料快餐盒加工生产线120多条,年生产能力在20亿只以上。 1.2.3 发展趋势 降解餐具要获得市场，必须在使用性能、价格、合适的降解性方面均衡。我国是 一个石油、森林资源很有限的国家，但是作为一个农业大国，它有丰富的农作物废弃 物秸秆、稻壳、米糠、木屑等，而且这些皆是可再生资源。用于制作餐具，则可 成为工业原料，有利于农业资源的合理利用，提高农产品的附加值，因此，很有必要 大力发展一次性植物纤维餐具，而其可食性或作为高档饲料的特点将使其发展趋势势 不可挡。 对比纤维质餐具与塑料餐具和纸餐具各有优缺点，如下表： 品种 项目 纤维质餐具 塑料餐具 纸餐具 抗压（静压 kg） 40-60 9.5 7.8 耐渗漏（100热水） 4 小时 无渗漏 渗漏 耐油（150热油） 良好 破坏 渗漏 毒性（室温下） 无 无 无 生物降解性 可短期降解 降解需几百年 可短期降解 资源状况 快速再生 不可再生 缓慢再生 生产成本（元） 0.15-0.30 0.08-0.12 0.25-0.4 由上表可见，在当前应用的一次性餐具中，纤维质餐具的原料最具有优势，可再 生且价廉，发展纤维质餐具不仅可以解决现行塑料的严重污染问题，而且还可以发展 农村经济；用后的餐具收集可作为饲料和肥料，其生物降解性有保证不会造成新的污 染。只要改进制备工艺，将其成本降下来，则其发展潜力是非常巨大的。 陕西科技大学毕业论文 4 虽然植物纤维餐具本身还存在一些缺点，但是通过我国科技工作者的努力，将会 取得更大的成绩，使之成为真正意义上的绿色餐具。 1.3 研究内容和技术关键 1.3.1 主要研究内容 作为一种新产品，植物纤维餐具问鼎市场，自然有一个时间过程；一方面，要被 消费者认同，被市场按纳；另一方面，当前的竞争反映出餐具本身还有一系列问题需 要解决。 颜色：由于是草本纤维，又不允许漂白，餐具多带有原料本色；成型过程的高温， 使纤维成分中的蛋白或淀粉焦化，餐具呈焦黄色、深灰色，与传统的白色比较，不易 被消费者接受。 结构：目前上市的几种植纤餐具都不能联盖(质脆、不能折叠)，而多数消费场合 餐具是要在盛放食品后堆叠、运输的。 卫生标准：植物纤维餐具卫生达标要比 eps、 pp 餐具困难得多。一是原料采自农 田，周转环节的保洁条件差；原料存贮时极易发生潮解和霉变；二是原料配方多为有 机添加物，对温度、湿度和霉菌特别敏感价格：目前面市的植纤餐具单价偏高，比 eps 餐具贵 30%，有些厂家为了宣传产品、占领市场，不惜以低于成本的价格销售， 但很难维持长久。 1.3.2 课题的关键技术 课题的研究中，最重要的是生产成本。解决成本过高，是一个系统问题，涉及多 个要素。就目前植纤餐具企业的实际情况看，植纤餐具要在纸、塑类诸多餐具品种中 插足市场，求得生存、发展必须抓好以下几个要点： (1)完善技术，争取形成经济批量。一次性餐具是典型的低值易耗品，这一特点， 决定了它必须有高速、连续、自动的生产方式。目前有些企业靠单机操作，手工上料 人工清边，原料和成品靠人工传输，数以万计的坯件要人工一只只往挂具上安装，这 种作坊式劳动与批量生产是格格不入的。必须通过技改，完善工艺，提高设备的自动 化、半自动化水平，形成经济批量 (2)降低能耗。目前的单机操作，大都要采用液压机，负载能力通常在 10012qt 之间；对于草纤维的成型来说，显然是一种能量浪费。一是因为机体笨重，空载拖动 要消耗巨大的机械能；二是粉料(尤其是干式粉粒)的流动性差，合模后在模腔内流动 时需要巨大的外力。改变的办法是采用湿式混料，予压成块或片，改善粉料的流动性。 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 5 (3)改进原料组分降低原料成本稻草、麦秆虽然便宜，但目前用的助剂、可食性胶 料、可食性防水剂价格昂贵。且配甩量大，导致直接成本升高。对此，可考虑对纤维 改性采用发泡工艺，减少原料消耗；改浸胶为喷胶。 (4)产品质量的标准化。质量是决定产品市场命运的关键。目前，一次性餐具不管 是纸类还是塑类，产品的质量尚无完善的标准规定因而也无与此相应的标准检测手 段。植物纤维餐具作为后来者，也同样缺少规范化的质量标准体系。这对于开拓市场 极为不利。植纤餐具的质量标准应涵盖三个方面的要求：使用质量主要指标是耐 压强度、耐折强度、隔热(导热)系数、气味及手感；卫生质量，主要指标是重金属 含量、菌落总数、大肠杆菌及其他致病菌控制数；环境质量，主要指标是降解性能、 如降解速度、残留物对土壤的影响等。 (5)工艺技术的规范化。植纤餐具是一种新产品，市场看好，引起诸多企业和投资 者一哄而上。结果是技术粗糙，低水平竞争、产品质量低、成本高改变这种状况，需 要的是技术和工艺的规范化要从诸多的技术类型中筛选、优化，去粗存精然后推广这 就需要行政主管部门加大宏观调控的力度，使企业之间扩大交流，优势互补，才能在 总体上避免重复投资避免低水平竞争避免粗制滥造推动植纤餐具企业的健康发 展。 1.3.3 本次试验研究的主要内容 1.课题的主要任务: （1）从植物秸秆中提取纤维； （2）选择适合的粘结剂与植物纤维混合； （3）设置合理的工艺参数，压制成型一次性餐具； （4）试样分析。试样没有表面缺陷，尺寸稳定性好和热稳定性好，吸湿不变形，并 具有一定的强度和防水防油性能。 2.研究和设计中可能遇到的问题及解决办法： （1）由于本课题与我所学专业的主要研究方向不太相关，因此要从头阅读学习的资料 还很多，只有掌握大量资料才能使实验的成功率最高。 （2）一次性植物秸秆餐具原料生产的关键工序是，将粉状的主体材料按比例配以胶体 材料和水之后进行混压，物料在挤压中进行各种化学物理反应是原料实现其粘接和具 有良好性能的内在因素，因此选择合适的胶黏剂是关键，我应该多看一些实例，能买 到成品最好。 （3）由于餐具要压制成型，需设置合理的工艺参数，选择适当的脱模剂，我会根据资 料经验取值并选择脱模剂，直至实验成功。 陕西科技大学毕业论文 6 2.实验原料介绍 2.1 竹纤维 1.根据竹纤维加工方法的不同，竹纤维可分为竹浆纤维和竹原纤维。 竹原纤维是用机械、物理的方法从竹子中直接提取的纤维，它保持了竹子的原有 特性，并具有一定的线密度、长度和强力，达到纺纱设备规模生产的技术要求。 竹浆纤维生产采用改进的粘胶纤维生产工艺，即先将竹纤维制成浆粕，然后溶解、 纺丝，加工成纤维。近几年，竹浆纤维在国内外推广较快，而竹浆纤维生产已具备现 成设备。由于其生产所用的原料范围广，竹子利用率高，纤维线密度较低，可纺性好， 制成品手感细腻、柔滑，穿着舒适，竹浆纤维有着较好的市场前景，并可形成规模化 生产。 竹纤维具有独特的结构：单根竹纤维细长，呈纺锤状、两端尖；竹纤维纵向表面具有 光滑、均一的特征，但有多条较浅的沟槽；横截面接近椭圆形，边沿不规则。这种表 面结构使得竹纤维具有一定的抱合力，有利于纤维的成纱。 由图 2-1（竹纤维的微观结构）可以看出，竹纤维具有层状结构，可分为初生胞壁 和次生胞壁。这些细胞层大多由纤维素、半纤维素、木质素等构成，其比例约为 2:1:1，约占总重量的 95%。各层的纤维素中都有纤维束微原纤（mfc）构成的结晶部 分，其中这些 mfc 具有很高的强度，据说其强度和刚性可与芳纶相匹敌。结晶纤维素 在初生胞壁上呈无序排列，在次生胞壁上沿纤维纵向平行排列，这是竹纤维强度高的 重要原因。半纤维素、木质素和纤维素相互间存在粘合剂，起到母材的作用。 图 2-1 竹纤维的微观结构模型 2.竹纤维的性能与用途 （1）抗菌性能 竹子自身的抗菌性（独有的竹醌） ，使其在生长过程中无虫蛀、无腐烂、无需使用 任何农药，在生产过程中，采用高科技工艺处理使抗菌物质始终不被破坏，让抗菌物 质始终结合在纤维素大分子上，因此，竹纤维织物经反复洗涤，日晒也不会失去抗菌 作用，因为竹子的天然抗菌性，使纤维在服用上不会对皮肤造成任何过敏反映，与其 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 7 他纤维在后整理过程中加入抗菌剂的纤维织物有很大的区别。 （2）防紫外线性能 经中国科学院上海物理研究所检测证明，竹纤织物对 200-400nm 的紫外线透过率 几科为零，可以看出天然竹纤维织物有很好的对紫外线屏蔽作用，从而保证需要了人 体不受紫外线的伤害，尤其是大气层的臭氧层空洞越来越大，通过的紫外线会越来越 多，对人体造成伤害更加严重，竹纤维的特殊性保证了人体的健康，更显得意义重大。 （3）可生物降解性 在正常温度条件下，天竹纤维及其纺织品是很稳定，但在一定环境和条件下，天 竹纤维可分解成二氧化碳和水，降解方法有： （a）垃圾处理：纤维素燃烧生成二氧化碳和水，对环境无污染。 （b）土地埋入降角：土中的微生物营养使泥土活化，增强土力，经过 8-10 个月降 解。 （c）活性污泥中降解：主要通过大量存在的细菌，使纤维素分解。 (4)竹纤维的不足处就是不耐酸碱 在纤维素大分子中，联结基本链节的葡萄糖甙键，对酸稳性很小，加之天竹纤维 结构特点，对无机梭的稳定性比粘胶纤维要小，温度升高时，酸的破坏作用特别强烈， 天竹纤维在碱中的膨润和溶解作用较强，在相同条件碱对天竹纤维渗透性要比普通粘 胶纤维要大，因此虽然天竹纤维结晶度较普通粘胶纤维高，但结构多孔腺，导致耐碱 性较差。 (5)竹纤维服用性能 竹纤维纱线原料选用天竹纤维，利用竹浆纤维生产的棉纱是该绿色原料的延伸， 同属绿色产品，用该原料制成的棉纱生产的针织面料和服装，具有明显不同于棉、木 型纤维素纤维的独特风格。耐磨性、高吸湿性快干性、高透气性、悬垂性俱佳，手感 滑腻丰满，如丝柔软，防霉防蛀抗菌，穿着凉爽舒适有美容护肤之效。染色性能优良， 光泽亮丽，且有较好的天然抗菌效果及环保性，顺应现代人追求健康舒适的潮流。 2.2 骨胶 骨 胶 是 一 种 使 用 最 为 广 泛 的 动 物 类 黏 结 材 料 。 其 特 点 是 ： 黏 结 性 能 好 ， 强 度 高 ， 水 分 少 ， 干 燥 快 ， 黏 结 定 型 好 ， 且 价 格 低 廉 、 使 用 方 便 ， 特 别 适 合 黏 结 和 糊 制 精 装 书 封 壳 ， 可 得 到 良 好 的 效 果 。 1.骨 胶 的 性 能 动 物 胶 的 主 要 成 分 是 明 胶 肤 蛋 白 质 。 其 纯 度 低 的 一 种 称 骨 胶 。 骨 胶 是 脆 性 硬 块 凝 固 体 。 胶 原 是 不 溶 于 水 的 蛋 白 质 ， 经 加 热 等 处 理 后 ， 变 成 蛋 白 质 的 另 一 和 形 式 叫 胶 元 ， 能 溶 于 热 水 并 具 有 黏 结 性 能 。 陕西科技大学毕业论文 8 骨 胶 的 胶 膜 形 成 后 很 坚 固 ， 富 有 弹 性 ： 但 骨 胶 不 耐 水 ， 遇 水 会 使 胶 层 膨 胀 而 失 去 黏 结 强 度 ： 其 耐 腐 蚀 性 也 较 差 ， 温 度 过 高 、 湿 度 过 大 都 会 引 起 变 化 。 2.骨 胶 的 使 用 使 用 骨 胶 时 ， 先 用 体 积 相 等 或 略 多 的 水 （ 最 好 用 热 水 ） 将 骨 胶 浸 泡 10 小 时 左 右 ， 使 胶 块 变 软 ， 然 后 加 热 至 75左 右 ， 使 其 成 为 胶 液 即 可 使 用 。 胶 与 水 的 比 例 应 根 据 所 需 黏 度 而 定 ， 如 水 多 黏 度 低 而 稀 ： 加 水 少 黏 度 就 高 而 稠 。 热 胶 时 胶 温 不 宜 过 高 ， 温 度 超 过 100则 会 因 分 子 降 解 而 使 黏 度 下 降 ， 胶 老 化 变 质 。 骨 胶 在 使 用 中 有 微 量 沉 淀 ， 所 以 要 边 用 边 加 水 井 进 行 必 要 的 搅 拌 ， 以 调 节 黏 度 和 流 动 性 。 热 胶 时 必 须 采 用 浴 热 方 法 ， 决 不 可 用 储 存 胶 的 容 器 直 接 加 热 。 骨 胶 要 保 持 在 一 定 温 度 条 件 下 才 可 使 用 ， 因 此 ， 当 使 用 中 需 加 水 时 ， 加 入 的 水 与 胶 体 温 度 应 基 本 相 同 ， 不 可 加 入 冷 水 。 因 为 骨 胶 要 保 持 一 定 温 度 （ 7510） ， 加 入 冷 水 后 胶 水 的 温 度 骤 降 会 出 现 凝 条 块 状 ， 而 影 响 黏 结 效 果 。 使 用 骨 胶 时 涂 胶 速 度 要 快 、 均 匀 ， 不 要 一 次 蘸 胶 过 多 造 成 胶 层 不 平 、 渗 透 联 粘 漏 胶 等 问 题 。 2.3 黄原胶 黄 原 胶 又 称 黄 胶 、 汉 生 胶 ， 是 一 种 自 然 多 糖 和 重 要 的 生 物 高 聚 物 ， 由 甘 蓝 黑 腐 病 野 油 菜 黄 单 胞 菌 以 碳 水 化 合 物 为 主 要 原 料 ， 经 好 氧 发 酵 生 物 工 程 技 术 产 生 的 。 1952 年 由 美 国 农 业 部 伊 利 诺 斯 州 皮 奥 里 尔 北 部 研 究 所 分 离 得 到 的 甘 蓝 黑 腐 病 黄 单 胞 菌 ， 并 使 甘 蓝 提 取 物 转 化 为 水 溶 性 的 酸 性 胞 外 杂 多 糖 而 得 到 。 黄 原 胶 可 以 溶 于 冷 水 和 热 水 中 ， 具 有 高 粘 度 ， 高 耐 酸 、 碱 、 盐 特 性 、 高 耐 热 稳 定 性 、 悬 浮 性 、 触 变 性 等 ， 常 被 用 作 增 稠 剂 、 乳 化 剂 、 悬 浮 剂 、 稳 定 剂 ， 具 有 广 阔 的 市 场 前 景 ， 广 泛 应 用 于 日 用 化 工 、 食 品 、 医 药 、 采 油 、 纺 织 、 陶 瓷 、 印 染 等 领 域 。 外 观 为 淡 白 色 或 浅 米 黄 色 粉 末 。 黄 原 胶 被 誉 为 “工 业 味 精 ”， 是 目 前 世 界 上 生 产 规 模 最 大 且 用 途 极 为 广 泛 的 微 生 物 多 糖 。 1.黄 原 胶 无 味 、 无 臭 、 适 用 安 全 性 强 。 美 国 食 品 与 药 物 管 理 局 于 1969 年 批 准 黄 原 胶 用 于 食 品 中 ， 1983 年 联 合 国 粮 农 组 织 批 准 黄 原 胶 作 为 世 界 内 使 用 的 食 品 添 加 剂 ， 且 对 其 添 加 量 不 做 限 制 。 我 国 技 术 监 督 局 1992 年 批 准 颁 布 了 食 品 添 加 剂 黄 原 胶 国 家 标 准 ， 于 1993 年 8 月 1 日 开 始 实 施 。 2.粘 度 高 ： 与 其 他 多 糖 类 溶 液 相 比 ， 即 使 是 低 浓 度 也 会 产 生 很 高 的 粘 度 ， 1%水 溶 液 粘 度 相 当 于 明 胶 的 100 倍 ， 从 而 可 作 为 良 好 的 增 稠 剂 和 稳 定 剂 。 3.独 特 的 流 变 性 ， 在 剪 切 作 用 下 ， 溶 液 的 粘 度 会 迅 速 下 降 ， 一 旦 剪 切 作 用 解 除 ， 溶 液 的 粘 度 会 立 即 恢 复 ， 这 种 特 性 赋 予 食 品 如 冰 淇 淋 、 火 腿 肠 、 果 汁 和 植 物 蛋 白 型 饮 料 、 焙 烤 食 品 以 良 好 的 口 感 。 这 种 特 性 也 使 得 黄 原 胶 在 石 油 钻 井 和 开 采 中 得 到 广 泛 的 应 用 。 4.良 好 的 热 稳 定 性 ,在 较 大 的 温 度 范 围 内 （ -18-130） 保 持 特 有 的 功 能 ， 是 生 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 9 产 冷 冻 食 品 和 焙 烤 食 品 的 良 好 辅 料 。 5.酸 碱 稳 定 性 ， 其 粘 度 基 本 上 不 受 酸 碱 的 影 响 ， 在 ph 值 112 范 围 内 能 保 持 原 有 特 性 ， 从 而 使 其 有 广 泛 的 应 用 范 围 。 6.具 有 极 强 的 抗 氧 化 和 抗 酶 解 作 用 ， 即 使 在 次 氯 酸 纳 、 双 氧 水 、 生 物 活 性 酶 存 在 的 条 件 下 仍 能 发 挥 作 用 。 7.具 有 广 泛 的 相 溶 性 。 与 瓜 尔 豆 胶 、 槐 豆 胶 混 合 物 可 产 生 有 益 的 协 同 作 用 。 这 种 结 构 胶 在 一 定 条 件 下 可 产 生 凝 胶 作 用 。 8.与 高 浓 度 盐 类 、 糖 类 共 存 时 ， 仍 保 持 稳 定 的 增 稠 体 系 。 9.对 不 溶 性 固 体 颗 粒 和 油 滴 具 有 良 好 的 悬 浮 性 10.微 波 稳 定 性 。 已 经 形 成 的 稳 定 体 系 ， 即 使 在 微 波 炉 中 冻 结 一 解 冻 都 对 其 性 能 不 会 产 生 影 响 。 到 目 前 为 止 ， 黄 原 胶 被 认 为 是 国 际 上 性 能 最 优 越 的 生 物 胶 ， 被 大 量 应 用 在 食 品 、 果 汁 、 饮 料 、 饲 料 、 化 妆 、 医 药 、 陶 瓷 、 消 防 、 石 油 等 行 业 ， 其 市 场 增 长 潜 力 超 过 所 有 的 亲 水 性 胶 。 黄 原 胶 在 大 多 数 以 水 为 基 相 体 系 内 完 全 溶 解 ， 但 由 于 它 有 极 强 的 亲 水 性 ， 如 果 直 接 加 入 水 中 而 搅 拌 不 充 分 ， 外 层 吸 水 膨 胀 成 胶 团 ， 从 而 阻 止 水 分 进 入 里 层 ， 进 而 影 响 作 用 的 发 挥 ， 因 此 必 须 注 意 正 确 使 用 ： 取 一 份 黄 原 胶 用 十 份 或 以 上 其 它 干 燥 的 原 料 ， 如 食 品 制 作 中 的 糖 、 味 精 、 盐 等 物 调 匀 ， 然 后 慢 慢 倾 倒 在 搅 拌 中 的 水 里 ， 浸 泡 约 两 小 时 ， 继 续 搅 拌 至 完 全 溶 解 。 2.4 无机矿物填料 1.碳酸钙（分子式 caco3）遍布于自然界，以石灰石、方解石、大理石、白垩和 珊瑚等形式出现，约占地球外层地壳的 25%。碳酸钙的化学、物理性质主要是：无毒、 无刺激性、无气味；白色、折光率低，易于着色；干燥，不含结晶水；较柔软，标准 硬度为莫氏 3；产品粒度分布广；当碳酸钙受到侵蚀后则与酸反应放出 co2 并形成可 溶性盐类；碳酸钙能溶于酸性水溶液之中；当加热到约 800900时将放出 co2 并形 成 cao，碳酸钙的热稳定性在 550左右。 碳酸钙工业产品是以机械方法或化学方法加工碳酸盐矿物制造的碳酸钙粉体物料。 其中以天然石灰石、方解石、白垩等为原料，用机械的方法将其磨碎达到一定的细度 标准，这种碳酸钙称为“ 重质碳酸钙” ；而沉淀碳酸钙是一种化学合成方法生产的碳酸 钙产品。它是由石灰乳和二氧化碳化合经沉淀过滤以及干燥而得到的粉状产品。由于 它堆积比重小，所以也称为轻质碳酸钙。 轻质碳酸钙作为一种重要的无机粉体产品， 由于原料广、加工成本低、无毒性、白度高被广泛用于以下行业作填充料： 橡胶：碳酸钙大量填充在橡胶制品中可以增加制品容积，从而节约昂贵的天然橡 胶或合成橡胶，达到降低成本的目的；改进加工性能，而且添加比例的变化不会影响 橡胶的硫化体系；改进硫化胶性能，起补强或半补强作用；可以通过改变碳酸钙填充 陕西科技大学毕业论文 10 量来调节硬度；在乳胶胶浆中和橡胶的胶水中调整粘度等。 塑料：在塑料中添加碳酸钙能起到一种骨架作用，提高塑料制品尺寸的稳定性； 提高塑料制品的硬度和刚性；碳酸钙的添加可以改变塑料的流变性能；提高制品的表 面光泽和表面平整形；减少塑料制品的收缩率、线膨胀系数、蠕变性能，有助于塑料 的加工成形；提高塑料制品的耐热性，改进塑料的散光性；降低塑料制品的成本。 造纸：在纸张中添加大量碳酸钙可以保证纸张的强度、白度、同时降低成本。碳 酸钙在白度、不透明度、细度上都优于滑石粉；碳酸钙在铜版纸中做涂料的白色颜料， 优点是白度高，能调节油墨吸收性，有较好的遮盖力和光学性质。 涂料：在涂料中碳酸钙是大量使用的填料，起一种骨架作用。在油性涂料中填充 碳酸钙可以使涂料增稠、加厚，起一种填充和补平作用。在面漆中碳酸钙是理想的消 光填料；在水性涂料中由于碳酸钙是白色又亲水，价格又便宜，所以获得大量应用。 碳酸钙还在医药、食品、饲料、油墨、牙膏、化妆品等有着大量的应用。而且随 着科学技术的进步和发展以及国家相关政策的影响，碳酸钙的用途必将越来越广，需 求量也会越来越大。 2.滑石粉是一种重要的含水的镁硅酸盐矿物，分子式：3mgo.4sio 2.h2o。滑石属 单斜晶系晶体，呈鳞片状，叶片状，纤维状。是自然界中硬度最小的矿物之一。超细 滑石粉是选用优质滑石矿为原料，经过采选、水洗、风干、破碎、研磨等工序加工而 成。每道工序都按照严格的操作规格和检测标准进行生产，最终产品经检测合格后， 才准予包装出厂。产品具有白度高、颗料分布均匀，粒径分布窄及比表面积大等特点。 滑石通常用作填料，广泛应用于造纸、涂料、油墨、电缆、陶瓷、橡胶、医药、 纺织、饲料等行业，作填充剂起到增加产品的体积，降低生产成本。 (1)在涂料中，滑石粉作为填料，可起到骨架作用，降低制造成本同时提高涂料的 漆膜硬度。分为透明型及遮盖型超细滑石粉。透明型超细滑石粉主要用于油性涂料。 遮盖型滑石粉主要用于水性涂料。 (2)滑石在造纸工业主要用于造纸填料、涂料和树脂控制及脱墨剂。滑石用作造纸 的填料主要用于新闻纸、铜纸版、胶印纸、书写纸等，滑石可使纸张坚固洁白，增加 不透明度和亮度，增强对油墨的吸附能力。滑石对颜料有较强的固着力，使彩色印刷 品获得良好的色彩效果。 (3)用于橡胶中，可增加橡胶的体积，改善橡胶的加工性，起半补强或补强作用， 并可调节橡胶的硬度。 (4)在塑料中，可增加塑料的体积，降低产品成本，提高塑料的尺寸稳定性及塑料 的硬度和刚性，改善塑料的耐热性，改进塑料的散光性。 滑石粉和碳酸钙都是用来做填充的，其目的主要有：（a）增加尺寸稳定性（也就 是收缩降低） ， （b）增加材料的刚度， （c）增加材料的耐热性能， （d）降低材料成本等 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 11 几个方面，但是也有其缺陷：a）密度增加，b）使用不好，冲击韧性下降，c）材料光 泽有所下降。 2.5 其它添加剂 1.硬脂酸，别名：十八酸、十八烷酸、脂蜡酸。分子式：c 18h36o2 结构式： ch3(ch2)16cooh 性质：一种高级饱和脂肪酸，纯品为带有光泽的白色柔软小片。相对密度 0.9408（20） ，熔点6970，沸点383，折射率1.4299(80)，工业品为白色或微黄 色颗粒状，为硬脂酸与棕榈酸的混合物，并含有少量油酸，微有牛油样气味。极微溶 于冷水，易溶于苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、乙酸戊酯等，也溶于乙醇、 丙酮。 用途：用途很广。在化妆品工业中，是制造一般乳化制品不可缺少的原料，用于 配制雪花膏、冷霜、粉底霜、剃须膏、发乳及护肤乳液等。橡胶工业中，是天然前、 合成胶及胶乳的硫化活性剂，还用作软化剂。塑料工业中用作增塑剂、稳定剂及润滑 剂。纺织工业中用作纱线润滑剂及制造丝光膏柔软剂。还用于制造脱模剂、抛光膏、 消泡剂、金属浮选剂，油漆平光剂、蜡纸打光剂、纺织品防水剂等产品，是油溶性颜 料的溶剂，也是制造硬脂酸甲楷、硬脂酸钙、硬脂酸钾铅等硬脂酸酯及硬脂酸盐的原 料。安全与防护。 本品无毒，用内衬塑料袋的编织袋或纸箱包装，每袋（或每箱）净重 25kg、50kg。按一般化学品规定贮运，存放于阴凉干燥处。 2.硬脂酸钙，性 质 ： 硬 脂 酸 钙 为 均 匀 细 微 的 白 色 粉 末 。 熔 点 175， 密 度 1.035g/cm3。 溶 于 甲 苯 、 乙 醇 、 苯 和 其 他 有 机 溶 剂 ， 不 溶 于 水 。 加 热 至 400时 缓 缓 分 解 ， 可 燃 ， 遇 强 酸 分 解 为 硬 脂 酸 和 相 应 的 钙 盐 。 有 吸 水 性 ， 无 毒 。 用 途 ： 作 聚 氯 乙 烯 的 热 稳 定 剂 和 多 种 塑 料 加 工 的 润 滑 剂 ， 脱 模 剂 等 。 在 硬 质 制 品 中 ， 与 盐 基 性 铅 盐 、 铅 皂 配 合 可 提 高 凝 胶 化 速 度 。 也 用 于 食 品 包 装 、 医 疗 器 具 等 要 求 无 毒 的 软 质 薄 膜 与 器 具 。 还 可 作 聚 乙 烯 ， 聚 丙 烯 的 卤 素 吸 收 剂 ， 以 消 除 残 留 催 化 剂 对 颜 色 和 稳 定 性 的 不 良 影 响 。 在 橡 胶 加 工 中 作 增 塑 剂 ， 能 使 天 然 橡 胶 和 全 成 橡 胶 软 化 ， 而 对 硫 化 几 乎 无 影 响 。 亦 用 作 聚 烯 烃 纤 维 和 模 塑 料 的 润 滑 剂 ， 润 滑 脂 的 增 厚 剂 ， 纺 织 品 的 防 水 剂 ， 油 漆 的 平 光 剂 ， 制 造 塑 料 唱 片 时 的 增 塑 剂 等 。 还 用 在 铅 笔 芯 生 产 及 医 药 、 香 料 工 业 中 。 作 用 ： 聚 烯 烃 中 的 酸 中 和 剂 对 聚 烯 烃 颜 色 的 稳 定 及 防 腐 蚀 有 直 接 的 贡 献 ； 润 滑 作 用 /加 工 助 剂 提 高 了 聚 烯 烃 、 聚 酰 胺 、 苯 乙 烯 类 及 橡 胶 在 挤 出 成 型 （ 薄 膜 、 纤 维 、 仿 形 等 ） 和 压 制 成 型 时 的 可 加 工 性 。 脱 模 性 对 于 热 塑 性 塑 料 , 橡 胶 以 及 热 固 性 制 品 ， 如 聚 氨 酯 泡 沫 及 不 饱 和 聚 酯 。 陕西科技大学毕业论文 12 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 13 3.实验部分 3.1 实验所需原料及设备 3.1.1 实验所用原料 实验所用主要原料见表 3-1： 表 3-1 主要原料 名称 牌号/形态 生产厂家 竹纤维 /浅黄色粉末状 实验室所有 骨胶 /黄褐色颗粒状 黄原胶 gb/3886-2007/白色粉末状 山东中轩生物有限公司 轻质碳酸钙 hg/t2226-2000/白色粉末状 焦作市巡返无机化工厂 滑石粉 wt-600/白色粉末状 大石桥市万通粉体有限公司 硬脂酸 津 q/hg3-301-88/白色颗粒状 天津市凯通化学试剂有限公司 硬脂酸钙 津 q/hg3-601-99/白色粉末状 天津市化学试剂六厂 3.1.2 实验所用设备 实验主要设备仪器，见表 3-2： 表 3-2 实验主要设备仪器 仪器 型号 生产厂家 干燥箱 202-2 上海市实验仪器总厂 电子分析天平（0.0001g） al104 瑞士梅特勒公司 标准检验筛 60、80、100 目 浙江上虞市道墟张兴纱筛厂 液压机 ytd 71-45a 天津锻压机床厂 磨粉机 6sm14- 温岭市牧屿腾飞食品机械厂 3.2 压制成型工艺 压缩模塑又称模压成型或压制成型。这种成型方法是先将粉状、粒状或纤维状等 塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压而使其成型并固化的作业。压缩模 塑可兼用于热固性塑料和热塑性塑料。 完备的压缩模塑工艺是由物料的准备和模压两个过程组成的，其中物料的准备又 分为预压和预热两部分。预压一般只用于热固性塑料，而预热则可用于热固性和热塑 性塑料。本实验所用主要原料为竹粉，所以采用预压的形式。 陕西科技大学毕业论文 14 热压成型工艺适合于高比例生物质材料含量的复合材料制造，一般生物质材料在 50%以上甚至可达70% 。该工艺的加工过程是将生物质纤维材料经简单的常温复合方式 混合（组坯）后再热压成复合材料。其特点是可加工各种不同的纤维素纤维材料形态 的生物质复合材料板材及型材，如木质单板与塑料薄膜层压复合材料、木材纤维-聚合 物复合板材及模压制品、木塑复合刨花板材等。 生物质纤维复合材料热压成型工艺流程如图所示： 原料清理仓储粉碎筛分加入胶黏剂及助剂搅拌热压成型清毒处理 包装入库 按上述流程制成一次性环保餐具的制作工艺是： 1.先取植物纤维（竹竿）进行清理除泥沙，除腐物； 2.将清理后的植物纤维为主料进行粉碎，成为80100目的细粉； 3.取适量的竹粉放入干燥箱中干燥，再分别用80目和100目细筛筛分； 4.按重量比例加入骨胶、滑石粉、硬脂酸（盐） 、水、黄原胶进行搅拌（一般需20分钟） 调制成植物纤维混合粉，搅拌完的形态如图3-1所示； 图3-1 物料混合后的形态 5.将调制好的植物纤维混合粉，按餐具容量确定入模定量，在热压成型机中热模压， 先预热710分钟，其间隔23min 迅速放气，然后加压 1520mpa，保压15min，模具温 度控制在95c110c(一般上模控制在 95c，下模控制在105c） ，留模510分钟也可 不留； 6.对制成品进行修整去毛边，对定型产品稍事修整即可； 7.对制成品进行消毒 8.对制成品进行包装 模压的过程是： 预热模具加料闭模排气加压固化脱模模具清理 餐盘模具图： 生物质纤维成型可降解一次性餐具的研究 15 图 3-2 餐盘模具装配图 3.3 筛选实验 1.原材料的处理： （1）将一定量的竹粉放入烘箱中干燥 58 个小时，干燥后分别用细筛子筛出 80 目和 100 目,如图 3-3，3-4 所示； 图 3-3 80 目的竹粉 图 3-4 100 目的竹粉 （2）将颗粒状的骨胶粉碎，用 100 目的筛子筛，粉末状的胶留做实验用。 陕西科技大学毕业论文 16 图 3-5 颗粒状骨胶 图 3-6 实验用粉末状骨胶 2.原料的配方： （1）竹粉，骨胶，黄原胶，轻质碳酸钙，硬脂酸，水 （2）竹粉，骨胶，红薯淀粉，滑石粉，硬脂酸，水 （3）竹粉，骨胶，黄原胶，滑石粉，红薯淀粉，硬脂酸钙，水 （4）竹粉，骨胶，黄原胶，滑石粉，硬脂酸钙，水 （5）竹粉，骨胶，滑石粉，硬脂酸钙，水 （6）竹粉，黄原胶，滑石粉，硬脂酸钙，水 3.原料的配比：（按一个餐盘的需要量） 竹粉 2025g 骨胶 25g 黄原胶 510g 轻质碳酸钙/滑石粉 510g 硬脂酸/硬脂酸钙 11.5g 红薯淀粉 57g 水 2027g 下面是一些实验所得餐盘，筛选了几个典型的来分析一下： 图 3-7 图 3-8 正反面 图 3-7 配方： 竹粉 80 目 骨胶 黄原胶 轻质碳酸钙 硬脂酸 水 20g 2.5g 7.5g 5g 1g 20g 上模：75c 下模： 90c（均为实测温度） 压力：10mpa 结果分析：该温度下成型的餐盘，从热的模具取出来时，形状比较好，边缘稍有 粘模现象易取下来，但从表面看反应的不是很均匀；放置两天后就吸湿变形了，边缘 也渐渐出现了开裂现象。可能是刚办下热的模具就取出制件所致，于是接下来做了一 次等模具凉了再拿下来的，结果发现餐盘还是会收缩变形，还是没有很好