淀粉纤维餐盒制备及其可降解性能研究

塑料餐盒因具有价格低、防水防油等优势，在全球范围内得到广泛应用。然而，塑料餐盒难以分解，对臭氧层污染极大，会给人们的生活环境带来巨大的危害。在此背景下，人们越来越关注可降解材料的研发。当前，国内市场上塑料餐盒替代品主要有2类：①可降解塑料。其是在塑料中加入一定的光敏剂、聚丙烯PP等原料制成，该产品分解成低分子质量的化合物。这些化合物不能继续降解，流向自然环境中会长时间积累，对环境造成危害。②可降解生物塑料产品。生物可降解餐盒是由秸秆等可降解材料制成，使用后能在自然环境中降解，降低对环境的影响。截至目前，国家对一次性餐具颁布了相关法令，相应国家标准有GB18006.1—1999《一次性可降解餐饮具通用技术条件》，以及GB18006.2—1999《一次性可降解餐饮具降解性能试验方法》[1]。然而，这些法令仍无法解决一次性可降解餐盒的降解时间过长、无法完全降解等问题。因此，本文提出了淀粉纤维可降解餐盒的研究发展方向，以供参考。1淀粉纤维的概述淀粉纤维是一种可降解材料，可用于制造一次性餐盒，减少对环境的污染。本研究通过试验，分析了玉米淀粉纤维素可降解餐盒的制备过程及其性能。淀粉纤维由玉米秸秆粉制成，而玉米秸秆粉主要由纤维素、蛋白质等组成，有助于提高餐盒的性能，如增强强度、延长使用寿命等。其中，纤维素能显著增强餐盒的强度，蛋白质可以作为天然的增塑剂。通过适当调配这些成分的比例，能够优化餐盒的性能。2淀粉纤维餐盒的制备及性能研究2.1材料玉米秸秆粉、甘油、偶联剂；湖南双环纤维成型设备有限公司ZMCZ1150X1150全自动纸浆淀粉模塑制品机器；WDW电子万能试验机。2.2方法本实验使用150目筛选器，对玉米秸秆粉进行质量检查，以确保其符合特定的标准。①在干燥箱85℃下，干燥2h，以去除玉米秸秆粉中的水分和挥发物，提高纯度，同时取100g备用，为后续处理操作准备足够的原料。将偶联剂（马来酸酐接枝聚丙烯、DN-302、钛酸酯或硅烷完）10～15g加入已经烘干完成的玉米秸秆粉中。其中，偶联剂可改善玉米秸秆粉的某些性能，提高其与树脂的相容性、增强其耐热性等。②在80℃的环境下将混入偶联剂的玉米秸秆粉放入高速混合机中搅拌15min，让偶联剂均匀分布在玉米秸秆粉中，并提高其分散性。待温度降至60℃时，将8.75g羧甲基纤维素钠、7.0g黄原胶等试剂，加入搅拌机中充分搅拌均匀，再加入0.8∶1的水，并和原料搅拌成面团状，一次搅拌15min，二次搅拌约30min。将面团取出，放置20min，直到水分充分渗透到原料中。③使用湖南双环纤维成型设备有限公司的ZMCZ1150X1150全自动纸浆淀粉模塑制品机器，将面团压制成平板状，放入准备好的模具内，液压成型机模压成型，压力25MPa，之后送入电热鼓风干燥箱进行干燥，温度60℃，干燥好的产品冷却至室温，减少清漆吸附量。④为保护产品表面免受水的浸蚀，采用聚氨酯清漆单面喷涂0.1～0.3mm进行表面处理，再用电热鼓风干燥箱干燥110min，温度在40～50℃，同时，用紫外线杀菌消毒，人工检验外观是否有龟裂，检查其光滑度、色泽等，剔除不合格品。⑤将合格品进行包装，并再次灭菌消毒，之后装箱入库储存。在制备过程中，黄原胶和羧甲基纤维素钠起到关键作用。其中，黄原胶在低浓度的黄原胶水溶液中表现出较高的黏性并增强餐盒的结合性能。黄原胶五糖重复结构单元上的羟基与水分子及玉米淀粉和秸秆中纤维素、半纤维素、木素之间形成的大量氢键，是玉米秸秆餐盘独立成型的主要因素。而羧甲基纤维素钠（CMC）对大多数纤维有粘着性、能改善纤维间的结合。玉米淀粉和秸秆中粗纤维占30%～45%，木质素占21%～26%，因此，CMC能够与玉米淀粉秸秆中的纤维作用，确保餐盒成型。总体来说，淀粉纤维可降解一次性餐盒的制备，需要一系列的工艺步骤和材料。通过实验研究，可以进一步改进制备工艺，提高产品的性能和质量，满足市场需求，并减少对环境的负面影响。3可降解餐盒内种子的成活率分析及栽种方法①选择合适的植物种子，混合在纸浆中制成种子纸。种子纸要尽量薄，使植物种子均匀分布在纸张上，接着，把使用完的餐盒放入土壤，将种子纸放在餐盒的底部，确保种子纸与餐盒底部充分接触。在种子纸上浇水，让其湿润，以促使种子发芽。②将餐盒放置在适合种子生长的环境中，根据种子纸上植物的需要，定期浇水并提供适当的光照和温度，直到种子纸上的植物发芽和生长，等待植物成熟，并根据需要收获。通过这种方法，将种子纸与淀粉纤维餐盒一起使用，既能降解餐盒，又能种植植物。此外，种子纸遇水易变软、破裂和降解，因此，所使用的粘结剂必须无毒，且对环境无害。采用本方法种植的种子情况如表1所示。4一次性餐盒现状及政府政策4.1一次性塑料餐盒的现状及其危害随着社会的发展，聚乙烯、聚丙烯等塑料与人们的生活紧密相连，而塑料餐盒被随意丢弃或处理不当，则会导致大量的塑料垃圾进入海洋、河流和土壤中，对环境造成严重污染。在快节奏的社会环境下，快餐食品行业迅速发展，人们打包食品作为日常三餐已经成为一种趋势，一次性塑料餐具大量涌入人们的生活中。据《新闻晚报》报道，“北京每天要使用掉200万只一次性餐具，其中，发泡塑料餐具40万只，占20%，符合国家环保要求的占30%，不合格的占比高达50%”。从事一次性餐具研究和开发工作10余年的包装与环保专家董金狮说：不合格一次性塑料餐盒、餐碗和托盘添加了大量废塑料和填充物，遇热或油脂会释放出致癌和致病化学物质，严重危害了人体健康（资料来源：北京新闻晚报）。4.2一次性可降解餐盒的类别4.2.1淀粉类可降解餐具以聚乳酸为主，加入淀粉等高分子化合物制成的PLA可降解餐具，在一定的自然条件下，可以降解为各类元素和无机盐。在制造时，以聚羟基丁酸酯为主，再加入PHB和植物纤维按一定比例混合，然后通过切割和液压法制成各种小团形状的餐具模型，经紫外线消毒包装后，产品即可售出。这类塑料高分子聚合物结构非常稳定，需长时间才能降解成水和二氧化碳[2]。4.2.2纸浆模塑类餐具纸板液压成型餐盒制造过程：把木浆、棉麻等混合制成纸板，在其表面涂抹聚乙烯塑料，使其具有防水防油功能，之后，高压压制成型。此餐盒表面涂有聚乙烯，难降解，且生产成本相对较高[3]。制造过程中，需注意原料比例以及浆料湿度和稠度把控，否则会造成模具开裂等问题[4]。5淀粉纤维可降解餐盒的行业发展方向5.1产品主要面向各大旅游景区目前，国内各大景区对环保的要求较为严苛。游客在景区内随意丢弃塑料制品，不仅增加了工作人员的工作量，还要耗费更多的资源去处理这些塑料制品。以张家界为例，政府已经制定了相关政策，鼓励环保产品的发展和推广。顾客购买淀粉纤维可降解餐盒后，将餐盒放入土壤中，餐盒会逐渐降解成生物有机肥料，促进种子生长发育，长出绿色植物。在景区中使用淀粉纤维可降解餐盒，既能保护环境，又能丰富当地的植被。5.2淀粉纤维可降解餐盒的优势（1）政策优势。从限塑令到禁塑令，我国对环保非常重视。“十四五”规划《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》提出，国家将积极加大对绿色产业的扶持力度，提供相应的福利补贴，提升我国绿色产业比重，有利于可降解餐盒产业的生存和发展。（2）市场优势。据资料统计，2020年，中国餐饮外卖市场在公共卫生事件冲击下仍实现7.5%增长，总订单达171.2亿笔。美团外卖与31家降解类包装产品企业达成战略合作，为餐饮商户提供可降解材料选择。随着国家政策的推进和可降解材料行业的发展，餐饮外卖包装袋和包装盒使用可降解材料成为趋势。预计到2025年，外卖包装袋的市场规模将达到29.8亿元，可降解外卖餐盒市场规模也将达到465亿元，市场需求巨大。5.3淀粉纤维可降解餐盒的研究方向现阶段，淀粉纤维可降解餐盒主要由液压机和模塑机制作而成，但是模塑机难以应对下阶段淀粉纤维餐盒的批量生产[5]。液压机通常由液压泵站等部分组成，其生产一个餐盒需要7～8min，生产效率较低。因此，未来研究方向可集中于提高淀粉纤维可降解餐盒自动化生产水