一种环保可降解吸管及其生产工艺的制作方法

1.本技术涉及吸管的领域，更具体的说，它涉及一种环保可降解吸管及其生产工艺。


背景技术：

2.吸管在日常生活中十分常见，主要用于饮取奶茶、果汁等饮料。由于吸管是一次性用品，消耗量大，且吸管多数为塑料材质，难以自然降解，因此传统的塑料吸管会造成严重的环境污染。随着环境保护意识的提高，全国范围内已经禁止使用不可降解的一次性塑料吸管。
3.作为塑料吸管的替代产品，可降解吸管的研究是当下的热点。目前，可降解吸管主要有纸吸管和pla吸管。其中，纸吸管由植物纤维制成，具有优异的可降解性，但是纸吸管的防水性差，使用一段时间后纸吸管会变软，导致无法继续使用。
4.pla吸管作为纸吸管的升级款，由聚乳酸材料制成。聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提取出的淀粉原料制成。因此，pla吸管具有优异的可降解性，且防水性好，不易变软，但是整体成本高，价格一般为普通塑料吸管的三四倍。


技术实现要素：

5.为了改善可降解吸管的防水性，本技术提供一种环保可降解吸管及其生产工艺。
6.第一方面，本技术提供一种环保可降解吸管，采用如下技术方案：一种环保可降解吸管，包括可降解基层，所述可降解基层表面设置有防水层，所述防水层由乙基纤维素制成。
7.通过采用上述技术方案，吸管包括可降解基层和防水层，可降解基层作为骨架，形成吸管的形状，防水层包覆于可降解基层外表面，主要起防水的作用，避免吸管浸泡于饮料中而变软的问题。
8.乙基纤维素是通过乙缩醛连接的以β
‑
脱水葡萄糖为单元的长链聚合物，因其具有水不溶性，以往主要用于片剂粘合剂和薄膜包衣材料等。本技术中，乙基纤维素转用至吸管的防水层材料，其一，能改善可降解吸管的防水性；其二，制造成本低于pla吸管，整体成本不高；其三，乙基纤维素安全环保，吸管具有可食用性，使用安全；其四，防水层同样具有可降解性，相比于塑料制成的防水层更符合当下的环保理念。
9.可选的，所述防水层由包含如下重量份的组分制成：15
‑
20份乙基纤维素、3
‑
6份增塑剂、0
‑
6份增稠剂、50
‑
100份水。
10.通过采用上述技术方案，一方面乙基纤维素用水作分散体，相比于用有机溶剂溶解的方式更为安全，无环境污染；另一方面乙基纤维素的水分散体更有利于生产工艺中乙基纤维素在可降解基层表面附着。
11.可选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、硬脂酸盐、癸二酸二丁酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、油酸、硬脂醇、蓖麻油、玉米油和樟脑中的任一种。
12.通过采用上述技术方案，乙基纤维素经过增塑剂处理，防水层的塑性和韧性提高，
并使乙基纤维素更易于分配到聚合物中。
13.可选的，按重量份计，所述防水层还包括2
‑
3份含氢硅油。
14.通过采用上述技术方案，含氢硅油具有疏水性，一方面可提高防水层的防水性能，另一方面其活性基团可作用于可降解基层，提高可降解基层和防水层的结合性能。
15.可选的，按重量份计，所述可降解基层包括10
‑
15份成型材料和50
‑
75份溶剂，所述成型材料为明胶、果胶和骨胶中的至少一种。
16.通过采用上述技术方案，相比于由植物纤维制成的方式，可降解基层具有良好的骨架强度，定型效果好且安全环保，具有可食用性。
17.可选的，按重量份计，所述可降解基层包括2
‑
4份竹粉。
18.通过采用上述技术方案，竹粉具有补强作用，可提高可降解基层的强度，而竹粉吸水性好，对可降解基层的影响能够被防水层所弥补。此外，竹粉的添加有利于提高可降解基层的预处理效果。
19.可选的，按重量份计，所述可降解基层还包括1
‑
2份植物多酚，所述植物多酚的制备过程如下：先将水果皮清洗干净，再切碎并过10目筛，得到果皮碎末，接着将果皮碎末浸入50
‑
70wt%乙醇水溶液中，通氮气保护并升温至30
‑
40℃，微波功率300
‑
500w，提取20
‑
30min后过滤得到滤液，最后浓缩干燥，得到植物多酚；所述水果皮为苹果皮、山楂皮、龙眼皮中的至少一种。
20.通过采用上述技术方案，植物多酚的添加，引入大量的活性基团，可进一步提高可降解基层和防水层之间的结合性能，使得防水层的附着性能更好，不易因外界因素而出现剥落现象。
21.第二方面，本技术提供一种环保可降解吸管的生产工艺，采用如下技术方案：一种环保可降解吸管的生产工艺，包括如下步骤：将乙基纤维素的水分散体或有机溶液雾化，使乙基纤维素附着于可降解基层表面，接着进行干燥，形成防水层。
22.通过采用上述技术方案，采用流化喷雾的方式，可有效减轻可降解基层在防水处理过程中打湿变软的问题，并高效地往可降解基层表面包覆上一层防水层。
23.可选的，所述可降解基层的制备过程如下：按重量份计，先将10
‑
15份成型材料、4
‑
8份增塑剂和10
‑
15份溶剂混合制得原料，再通过蘸浸成型法使原料制成半成品，最后切割成型，得到可降解基层；所述成型材料为明胶、果胶和骨胶中的至少一种。
24.通过采用上述技术方案，采用蘸浸成型的方式，吸管生产效率高且成型质量稳定，适用于明胶、果胶和骨胶这一类的成型材料。
25.可选的，所述可降解基层经过预处理，其处理过程如下：将可降解基层浸入酸液中，持续10
‑
15s，取出后烘干；所述酸液包括2
‑
3mol/l盐酸、1
‑
1.3mol/l柠檬酸。
26.通过采用上述技术方案，可降解基层经过预处理，成型材料适当水解，一方面可改善耐水性，并提高可降解基层的韧性，另一方面有利于提高乙基纤维素在其上的附着量，增厚防水层，进而提高防水效果。
27.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术的吸管分为可降解基层和防水层，可降解基层作为骨架，形成吸管的形状，防水层包覆于可降解基层外表面，主要起防水的作用，避免吸管浸泡于饮料中而变软的问题，实用性强；
2、本技术的可降解基层和防水层均由可降解的安全环保材料制成，使得吸管具有可食用性，且符合当下的环保需要，制造成本低，适于推广应用；3、本技术的可降解基层优选采用骨胶和果胶复合作为成型材料，使得吸管具有良好的强度，定型效果好，且有利于提高乙基纤维素在可降解基层表面的成膜性，结合性强。
附图说明
28.图1是本技术实施例的吸管的结构示意图。
29.附图标记说明：1、可降解基层；2、防水层。
具体实施方式
30.以下结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
31.本技术的实施例采用如下原料：纸吸管购买自无锡市苏嘉达岭装饰包装有限公司的可降解环保纸吸管；麦秆吸管购买自无锡市苏嘉达岭装饰包装有限公司的小麦吸管；明胶型号为药用级，购买自西安锦源生物科技有限公司；果胶为食品级，购买自济南荣祥生物科技有限公司；骨胶为胶囊用骨胶，购买自济南金华峰辉生物科技有限公司；含氢硅油的牌号为cj
‑
1000，购买自浙江创基有机硅材料有限公司；竹粉为毛竹竿经切割粉碎，过100目筛得到。
32.实施例1：一种环保可降解吸管，如图1所示，吸管包括可降解基层1以及包覆于可降解基层1表面的防水层2，可降解基层1为中空圆管状。在其余实施例中,根据应用需要，可降解基层1截面形状还可以为方形、椭圆、正六边形或其余不规则形状等。
33.可降解基层1为纸吸管；防水剂的制备过程如下：先将2kg乙基纤维素溶于10kg40wt%乙醇溶液中，再加入0.4kg邻苯二甲酸二乙酯和0.4kg滑石粉，搅拌均匀，得到防水剂。
34.一种环保可降解吸管的生产工艺，包括如下步骤：将纸吸管放入底喷型喷雾流化床中，防水剂雾化形成喷雾而附着在纸吸管表面，喷雾压力0.3mpa，进风温度50℃，持续1h，停止喷雾后进行干燥20min，干燥温度60℃，使乙基纤维素形成防水层2而紧密包覆在纸吸管表面，得到可降解吸管。
35.实施例2：与实施例1的区别仅在于，可降解基层1为麦秆吸管。
36.实施例3：与实施例1的区别仅在于，可降解基层1的制备过程如下：先将10kg明胶和50kg水混合并加热至65℃，搅拌均匀制得原料，保温待用，再通过蘸浸成型法，将阳模浸入上述原料中，持续10s后取出，使表面蘸上原料，最后于35℃下干燥成型，经脱模、切割，得到吸管所需尺寸规格的可降解基层1。
37.实施例4：与实施例1的区别仅在于，可降解基层1的制备过程如下：先将15kg明胶、0.1kg十
二烷基磺酸钠和75kg水混合并加热至65℃，搅拌均匀制得原料，保温待用，再通过蘸浸成型法，将阳模浸入上述原料中，持续10s后取出，使表面蘸上原料，最后于35℃下干燥成型，经脱模、切割，得到吸管所需尺寸规格的可降解基层1。
38.实施例5：与实施例1的区别仅在于，可降解基层1的制备过程如下：先将12kg明胶、0.1kg十二烷基磺酸钠、0.05kg甘油和60kg水混合并加热至65℃，搅拌均匀制得原料，保温待用，再通过蘸浸成型法，将阳模浸入上述原料中，持续10s后取出，使表面蘸上原料，最后于35℃下干燥成型，经脱模、切割，得到吸管所需尺寸规格的可降解基层1。
39.实施例6：与实施例1的区别仅在于，可降解基层1的制备过程如下：先将2kg果胶、10kg骨胶、0.1kg十二烷基磺酸钠、0.05kg甘油和60kg水混合并加热至80℃，搅拌均匀制得原料，保温待用，再通过蘸浸成型法，将阳模浸入上述原料中，持续10s后取出，使表面蘸上原料，最后于35℃下干燥成型，经脱模、切割，得到吸管所需尺寸规格的可降解基层1。
40.实施例7：与实施例6的区别仅在于，防水剂的制备过程如下：先将1.5kg乙基纤维素分散于5kg水中，再加入0.3kg柠檬酸三乙酯，搅拌均匀，得到防水剂。
41.实施例8：与实施例6的区别仅在于，防水剂的制备过程如下：先将2kg乙基纤维素分散于10kg水中，再加入0.6kg癸二酸二丁酯和0.6kg滑石粉，搅拌均匀，得到防水剂。
42.实施例9：与实施例6的区别仅在于，防水剂的制备过程如下：先将1.8kg乙基纤维素分散于8kg水中，再加入0.4kg硬脂酸镁和0.3kg滑石粉，搅拌均匀，得到防水剂。
43.实施例10：与实施例9的区别仅在于，防水剂还包括0.2kg含氢硅油。
44.实施例11：与实施例9的区别仅在于，防水剂还包括0.3kg含氢硅油。
45.实施例12：与实施例9的区别仅在于，防水剂还包括0.25kg含氢硅油。
46.实施例13：与实施例12的区别仅在于，可降解基层1还包括2kg竹粉。
47.实施例14：与实施例12的区别仅在于，可降解基层1还包括4kg竹粉。
48.实施例15：与实施例12的区别仅在于，可降解基层1还包括3kg竹粉。
49.实施例16：与实施例15的区别仅在于，可降解基层1还包括1kg植物多酚，植物多酚的制备过程如下：先将苹果皮清洗干净，再切碎并过10目筛，得到果皮碎末，接着将果皮碎末浸入50wt%乙醇水溶液中，通氮气保护并升温至30℃，微波功率300w，提取20min后过滤得到滤液，最后浓缩干燥，得到植物多酚。
50.实施例17：与实施例15的区别仅在于，可降解基层1还包括2kg植物多酚，植物多酚的制备过程如下：先将山楂皮清洗干净，再切碎并过10目筛，得到果皮碎末，接着将果皮碎末浸入70wt%乙醇水溶液中，通氮气保护并升温至40℃，微波功率500w，提取30min后过滤得到滤液，最后浓缩干燥，得到植物多酚。
51.实施例18：与实施例15的区别仅在于，可降解基层1还包括1.5kg植物多酚，植物多酚的制备过程如下：先将龙眼皮清洗干净，再切碎并过10目筛，得到果皮碎末，接着将果皮碎末浸入60wt%乙醇水溶液中，通氮气保护并升温至35℃，微波功率400w，提取25min后过滤得到滤液，最后浓缩干燥，得到植物多酚。
52.实施例19：与实施例18的区别仅在于，可降解基层1经过预处理，其处理过程如下：将可降解基层1浸入酸液中，持续10s，取出后烘干；酸液包括3mol/l盐酸、1.3mol/l柠檬酸。
53.实施例20：与实施例18的区别仅在于，可降解基层1经过预处理，其处理过程如下：将可降解基层1浸入酸液中，持续15s，取出后烘干；酸液包括2mol/l盐酸、1mol/l柠檬酸。
54.实施例21：与实施例18的区别仅在于，可降解基层1经过预处理，其处理过程如下：将可降解基层1浸入酸液中，持续12s，取出后烘干；酸液包括2.5mol/l盐酸、1.2mol/l柠檬酸。
55.实施例22：与实施例21的区别仅在于，可降解基层1不包括竹粉。
56.对比例1：与实施例1的区别仅在于，吸管不包括防水层2。
57.成本核算：实施例9的吸管成本每根约6分，市面上的聚乳酸吸管成本每根1毛多。
58.强度测试：参照gb/t 12914
‑
2018《纸和纸板抗张强度的测定恒速拉伸法》中记载的方法，对实施例1
‑
22及对比例1进行抗张强度测试，所得结果记录在表1和表2。
59.防水测试：将实施例1
‑
22及对比例1的试样完全浸入60℃的水中，持续1h，取出后再进行上述强度测试，并计算强度损失率，即(浸水前强度
‑
浸水后强度)/浸水前强度，所得结果记录在表1和表2。
60.结合测试：参照gb/t 34444
‑
2017《纸和纸板 层间剥离强度的测定》中记载的方法，对实施例1
‑
22的可降解基层和防水层的结合强度进行测试，得到剥离强度，所得结果记录在表1和表2。
61.表1 抗张强度/mpa强度损失率/%剥离强度(n/m)实施例12.313.326.3
实施例22.115.829.1实施例33.510.532.5实施例43.810.233.9实施例53.99.834.4实施例65.19.438.6实施例75.28.544.2实施例85.18.644.6实施例95.38.345.1对比例12.2241.7/从表1可以看出：1、实施例1
‑
5和对比例1的测试数据对比看出，可降解基层经过防水处理，表面附着有乙基纤维素形成的防水层，使吸管防水性显著提高，吸管经过泡水处理后的强度损失率低，实用性更强；相比于采用纸吸管、麦秆吸管作为可降解基层，采用明胶为原料制成的方式，吸管基体强度高，且可降解基层与防水层的结合性能更好；2、实施例3
‑
5和实施例6的测试数据对比看出，采用果胶和骨胶混合作为可降解基层的成型原料，可进一步提高吸管基体强度，且可降解基层与防水层的结合性能更好；3、实施例6和实施例7
‑
9的测试数据对比看出，防水剂采用乙基纤维素的水分散体，有利于喷雾流化时乙基纤维素附着在可降解基层表面，进而提高防水层和可降解基层的结合性能。
62.表2 抗张强度/mpa强度损失率/%剥离强度(n/m)实施例105.26.155.2实施例115.26.055.7实施例125.36.055.8实施例135.96.356.1实施例145.76.455.9实施例156.06.356.2实施例165.86.273.1实施例175.86.272.6实施例186.06.173.5实施例196.54.571.2实施例206.34.671.3实施例216.54.371.5实施例225.85.171.4从表2可以看出：1、实施例9和实施例10
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12的测试数据对比看出，含氢硅油的添加有利于提高防水层的防水性能，并提高防水层和可降解基层的结合性能；2、实施例12和实施例13
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15的测试数据对比看出，竹粉的添加起到补强作用，有利于提高吸管的强度；
3、实施例15和实施例16
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18的测试数据对比看出，植物多酚的添加有利于提高防水层和可降解基层的结合性能；4、实施例18和实施例19
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21的测试数据对比看出，可降解基层经过酸处理可改善可降解基层耐水性并提高乙基纤维素在其上的附着量，进而显著提高防水效果；5、实施例21和实施例22的测试数据对比看出，竹粉有利于提高酸处理效果，进而提高吸管的防水性能。
63.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。