一種生物降解秸稈餐具及其加工工藝

胡婉玉　蔣成義

摘要 農業秸稈的綜合利用能緩解資源使用壓力，減少“白色污染”以及秸稈焚燒帶來的環境危害。將秸稈和聚乳酸（PLA）進行有機結合，可生產出一種原料低廉、生物降解速度快、產品無毒環保、性能良好的秸稈餐具或器皿，并給出了該種餐具或器皿的加工工藝。

關鍵詞 秸稈餐具；聚乳酸（PLA）；生物降解；生產方法

中圖分類號 S216.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）05-01515-02

我國的一次性餐具需求量巨大，且大都是塑料制品或紙制品。工業化生產的塑料制品大部分難以降解，在消耗化石能源的同時還會造成嚴重的環境污染[1]；一次性紙制品的生產又會帶來森林資源被砍伐、涂膜難降解、水資源浪費等問題，而且成本較高[2]。

作為可再生資源的秸稈，在我國產量巨大，每年有大量的剩余秸稈因沒有得到合理利用而被焚燒處理，不但浪費資源，而且造成嚴重的空氣污染[3]。因此，在一次性餐具生產中使用秸稈材料已被重點關注[4-7]。

中國專利申請號98124818.7公開的一種秸稈餐具，由秸稈、電玉粉、填充劑或硬脂酸鈣（或面粉）經過攪拌、混勻、加壓成型而制得；該餐具重量輕、抗壓強、加工工藝簡單，但因缺少黏合劑導致韌性不足，易碎[8]。中國專利申請號99115359.6公開了一種以植物莖稈及果實外殼為原料生產可降解餐具的方法，該餐具是先將植物莖稈及果實外殼處理后加入黏合劑并混合，加入石膏模成型后烘干，再經表面涂膠烘干制成，成品的降解性能良好，無毒無害，但原料的成型方法決定了產品強度不好，且加工工藝復雜[9]。中國專利申請號01127386.0公開了一種一次性降解餐具及其制造方法，餐具由可降解主料、黏合劑、填充劑打漿混合后經真空煉泥機煉制，常溫液壓成型，烘干處理，表面噴涂隔離劑制成；該餐具剛性高且可通過配比調整進行調節，降解性能和韌性較好，但其使用玉米粉和白芨粉做黏合劑，烘干后產品韌性不好，產品所用水基聚氨酯等隔離劑在固化前有有毒氣體釋放[10]。中國專利申請號01108832.X公開了一種以淀粉為主要原料制成的一次性易降解餐具，餐具的70%～90%為淀粉，再輔以少量秸稈纖維、植物油和添加劑，經一次熱壓成型，成型后進行表面防水膠的涂覆；該餐具主要成分為淀粉因此降解性能好、成本低、無毒、無味，但其主要的缺點是固化后淀粉呈現的脆性導致產品抗拉伸強度差，易破碎[11]。

為積極響應國家可持續發展戰略及相關政策，解決新農村建設中秸稈綜合利用問題，緩解全球資源使用壓力，促進綠色塑料聚乳酸（PLA）在環保領域的應用，從源頭上有效地減少“白色污染”以及秸稈焚燒帶來的環境危害，筆者將秸稈和聚乳酸（PLA）進行有機結合，以期生產出一種原料低廉、生物降解速度快、產品無毒環保、性能良好的秸稈餐具或器皿。

1 材料與配方設計

1.1 材料

1.1.1 主要原料。

秸稈粉，自制，將秸稈原料在飼料粉碎機上粉碎制得；聚乳酸，深圳光華偉業實業有限公司；玉米淀粉，晉城市鴻生淀粉有限公司；滑石粉，湖北省興銀河化工有限公司；KH550w（硅烷偶聯劑），南京能德化工有限公司；乙基纖維素，杭州恒源化工有限公司。

1.1.2 主要加工設備。

餐具加工時，主要采用深圳市鑫臺銘機械設備有限公司生產的XTM105F30T型號熱壓成型機進行熱壓成型。

1.2 配方設計

餐具各原料的配比按重量份計包括：秸稈粉40～50份，黏合劑30～40份，填充劑8～10份，助劑0.10～0.15份，水11～18份。餐具所使用的填料為秸稈粉，如小麥秸稈粉、玉米秸稈粉或油菜秸稈粉等。為了在保持一定纖維長度的同時，使秸稈粉在終產物秸稈餐具中分散更均勻，秸稈餐具的外觀更光滑細膩，所選秸稈粉的粒度優選為60～80目。

餐具所使用的黏合劑為聚乳酸（PLA）和淀粉混合物，兩者的共混效果好，且使用該混合型黏合劑得到的秸稈餐具可實現生物全降解。為降低生產成本，提高產品的穩定性和韌性，所選黏合劑中聚乳酸和淀粉的質量比優選為（10～15）∶（20～25）。

餐具所使用的聚乳酸（PLA）為綠色塑料，其制品具有可完全生物降解的特性，已被世界各國作為可再生資源進行重點研究[12]。加工過程可使用任意分子量的聚乳酸，為了提高聚乳酸與其他原料的混合效果，所述黏合劑中聚乳酸的粒度優選為80～100目，進一步地，為了降低生產成本，可使用分子量在8萬以下的聚乳酸；所選淀粉可為玉米淀粉或糯米粉等，優先選用糊化后黏性更強的玉米淀粉，使用玉米淀粉也可使秸稈餐具的成品更具光澤，觀感和使用感更佳。

填充劑的加入可有效提高秸稈餐具的剛性強度，該餐具所使用的填充劑為色白、安全環保且成本較低的滑石粉，其粒徑為200～500目。

助劑的作用是偶聯有機黏合劑與無機填充劑，以增強黏合劑和填充劑之間的黏結性，所述助劑優選為通用性強的硅烷偶聯劑，更具體地，可選用KH550w型硅烷偶聯劑。在實際應用中，常將KH550w型硅烷偶聯劑配制成2%～5%的水溶液以方便使用。

2 秸稈餐具加工工藝步驟

該秸稈餐具的加工主要采用一次熱壓成型的方法，包括如下步驟：

①將按重量份計40～50份秸稈粉、30～40份黏合劑、8～10份填充劑、0.10～0.15份助劑和11～18份水混合并攪拌混勻，得到混合料，其中所述黏合劑為聚乳酸和淀粉的混合物。②將“步驟①”中得到的混合料放入模具中一次熱壓成型，即得到秸稈餐具。

在生產秸稈餐具時，在所述“步驟①”中可將秸稈粉、黏合劑、填充劑、助劑和水一次性混合；也可先將固態原料攪拌，再加入液態原料。優選地，先將秸稈粉、黏合劑和填充劑攪拌，再以噴霧形式加入助劑和水繼續攪拌，這樣更有利于秸稈粉、黏合劑和填充劑混合均勻，且以噴霧形式加入助劑和水有利于增加液態原料和固態原料的接觸面積，提高秸稈餐具的穩定性和韌性。在實際生產中，攪拌的時間和速度視原料的重量而定，以40 W攪拌電機攪拌1 kg物料為例，在攪拌20～30 min后，再以噴霧形式加入助劑和水攪拌15～20 min。

在該餐具的加工中，“步驟②”中熱壓成型的具體條件為：180～200 ℃恒溫中在30～40 t的壓力下保壓30～50 s。

為了提高該方法所制得的秸稈餐具的防水防油效果，還可對秸稈餐具進行防水處理。優選地，進行乙基纖維素防水涂層處理以使秸稈餐具更易降解，為了降低成本，可僅對秸稈餐具內表面進行防水處理。

3 結論與討論

使用秸稈粉40～50份，黏合劑30～40份，填充劑8～10份，助劑0.10～0.15份，水11～18份，經一次熱壓成型得到的餐具產品原料低廉，餐具整體可自行降解為有機肥料，且降解速度快，無毒無害，安全環保。一次熱壓成型比常壓成型得到的產品強度更高，工藝簡單，可操作性高，易于推廣；并且可方便得到不同尺寸、形狀和厚度的餐具。根據模具的不同，采用該研究所述方法可制備各種尺寸和形狀的餐具或器皿，比如盤子、碗、筷、勺子、餐盒、育苗盒等。秸稈-聚乳酸復合材料是一種新型降解材料，建議加大對此材料的研究和開發應用力度，為環保做更大的貢獻。

參考文獻

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[10] 張巍，姚發剛，邢建輝.一次性可降解餐具及其制造方法：CN，01127386.0[P].2001-09-05.

[11] 楊培漳.一次性易降解餐具、食品和物品包裝制品：CN，01108832.X[P].2001-02-16.

[12] 袁角亮，楊斌.聚乳酸共聚改性及應用研究進展[J].中國塑料，2011，25（7）：1-5.