多用途吸管及其制造的制作方法

多用途吸管及其制造
1.本技术涉及由玻璃制成的多用途吸管及其制造。本发明的多用吸管可多次使用，其可清洁性得到了改善，且甚至可在洗碗机中使用。它们的制造方法能够以低成本和高耐用性来制造所述吸管。
2.传统的吸管由硬塑料制成，可以制成非常薄的壁和非常光滑的表面。通常，吸管具有弯曲点，其中吸管的一部分可在某个方向弯曲。
3.然而，最近的欧盟法规禁止在未来由一次性材料如塑料制造吸管，以避免塑料浪费。因此，必须找到其他材料来制造吸管并满足欧盟的生态要求。
4.专利文献de 10 2007 045935 a1公开了一种利用载体的生育力测试，该载体任选地具有减小孔径的过滤层，并且任选地由至少两个条带构成，其中一个是试剂层。
5.专利文件us 2018/112083 a1公开了一种管和用于管内壁的涂层。
6.专利文件us 2006/029808 a1公开了一种水接触角大于150
°
的超疏水性涂层。该涂层在浸入水中一周后可保持超疏水性。
7.专利文献us 5 112 658 a1公开了具有表面固化组合物的涂覆玻璃容器，该组合物是至少一种烯键式不饱和单烯、多烯和固化引发剂的反应产物。涂层粘合到玻璃容器的外表面或内表面以增加硬度和强度。
8.专利文件us 2004/082699 a1公开了由包含氟化组分和增粘剂化合物的组合物提供的耐用、耐候和防刮涂层。增粘剂化合物可包括烷氧基、含糠基的环结构和反应性基团。
9.专利文件twm 572182公开了由植物，例如芦苇、小麦或竹子的中空秆制成的吸管。所述吸管的内表面可覆盖有油脂如亚麻籽油或糯米水，以使吸管的内表面更加光滑和耐用。
10.此外，专利文件au 2018102071 a4公开了一种由小麦秆制成的生态友好型吸管。
11.然而，多次使用的吸管在每次使用后必须定期清洁，但是由于吸管的长的圆柱形几何形状，这很困难。特别是在美食领域，必须确保有效且快速地清洁吸管。
12.除了用水和清洁液清洁吸管外，还可能需要使用小刷子(例如管清洁器)来除去紧密粘附的食品或饮料的残留物，例如，水果奶昔或冰沙中可能含有的水果颗粒。然而，所述管清洁器容易弯曲并且本身必须再次清洁，这通常不能满足卫生要求。
13.因此，现有技术的生态吸管的一个典型问题是非常难以清洁，这可导致使用者的厌恶因素。此外，无法确保快速和有效的清洁，例如用于美食目的。
14.因此，提供具有易清洁性的多用途生态友好型吸管是本技术的一个目标技术问题。此外，提供一种制造这种吸管的方法是本技术的一个目标技术问题。
15.该目标技术问题通过根据权利要求1的管、根据权利要求8的制造这种管的方法以及根据权利要求13的用于吸管的具有疏水性涂层的玻璃管的用途得到了解决。进一步的进展和优选实施方案在从属权利要求中限定。
16.本发明提供了以下方面、主题和优选实施方案，其分别单独或组合地起作用，进一步有助于解决本发明的目标技术问题：
17.1.具有由玻璃制成或由玻璃构成的管主体的管，其中至少管主体的内侧至少部分
地覆盖有疏水性涂层。
18.2.根据第1项所述的管，其中所述管体由钠钙玻璃、硼硅玻璃或石英玻璃制成。
19.3.根据前述项之一所述的管，其中所述涂层包含疏水性聚合物材料。
20.4.根据第3项所述的管，其中所述聚合物材料选自硅烷、硅油、卤代烃和无机
‑
有机杂化聚合物。
21.5.根据第3项或第4项之一所述的管，所述涂层另外含有抗菌剂。
22.6.根据第5项所述的管，所述抗菌剂选自银和铜及其化合物。
23.7.根据第6项所述的管，其中所述抗菌剂是银并且是单质的或胶体形式的。
24.8.根据第6项所述的管，所述抗菌剂是硝酸银。
25.9.根据前述项之一所述的管，所述管具有3与10mm之间，优选5与8mm之间的内径。
26.10.根据前述项之一所述的管，所述管具有0.8与3mm之间，优选1与2mm之间的壁厚。
27.11.根据前述项之一所述的管，所述涂层具有0.1μm与1000μm之间，优选1μm与500μm之间，更优选10μm与100μm之间的厚度。
28.12.根据前述项之一所述的管，所述管具有100与350mm之间，优选120与300mm之间的长度。
29.13.根据前述项之一所述的管，所述管体具有直的圆柱形状或成角度的圆柱形状或弯曲的圆柱形状。
30.14.根据前述项之一所述的管，其中至少所述管主体的内侧完全涂覆有疏水性涂层。
31.15.根据前述项之一所述的管，其中所述管主体完全覆盖有疏水性涂层。
32.16.根据前述项之一所述的管，其中将所述玻璃管体至少在被所述疏水性涂层覆盖的部分处疏水化，优选硅烷化。
33.因此，在施加涂层之前对玻璃本身进行疏水化处理，以进一步改善亲水性聚合物涂层对玻璃的粘附。
34.17.涂覆玻璃管的制造方法，包含以下步骤：
35.a)提供玻璃管主体；
36.b)提供含有疏水性聚合物材料的溶液或悬浮液；
37.c)使管状体以管状体的至少内表面与步骤b)中提供的溶液或悬浮液接触；
38.d)任选地对在步骤c)中获得的管状体进行干燥；
39.e)对在步骤c)中获得的管进行热处理。
40.18.根据第18项所述的方法，其中在步骤b)中提供的溶液是含有0.5至10重量％、优选1.0至2.0重量％的疏水性聚合物材料的溶液，其中溶剂优选是水。
41.19.根据第17或18项所述的方法，其中所述疏水性聚合物材料选自硅烷、硅油、卤代烃和无机
‑
有机杂化聚合物。
42.20.根据第17至19项中任一项所述的方法，所述步骤b)中的溶液进一步含有抗菌剂。
43.21.根据第20项所述的方法，其中所述抗菌剂选自银和铜及其化合物。
44.22.根据第21项所述的方法，其中所述抗菌剂是银并且是单质的或胶体形式的。
45.23.根据第21项所述的方法，其中所述抗菌剂是硝酸银。
46.24.根据前述项之一所述的方法，其中在步骤d)中使用至少100℃，优选至少200℃，更优选至少250℃的温度。
47.25.根据前述项之一所述的方法，所述步骤d)中的热处理进行至少5分钟，优选至少15分钟，更优选至少30分钟，甚至更优选至少60分钟。
48.26.根据前述项之一所述的方法，其中所述步骤c)包含将管浸入在步骤b)中提供的溶液中。因此这是浸涂。
49.27.根据前述项之一所述的方法，其中所述步骤c)包含用步骤b)中提供的溶液蒸发涂覆所述管。
50.28.根据前述项之一所述的方法，其中所述步骤c)包含表面扩散。
51.29.根据前述项之一所述的方法，其中将整个管涂覆。
52.这意味着将管的内表面和外表面都涂覆。
53.30.疏水性涂层用于玻璃制吸管的用途。
54.31.根据第30项所述的用途，其中所述疏水性涂层选自硅烷、硅油和卤代烃。
55.本发明的主要方面在于具有由玻璃构成的管主体的管，其中至少管主体的内侧具有疏水性涂层。
56.疏水性涂层为玻璃主体提供憎水性能。此外，它能够有效地在相关部分(即至少在主体的内侧)形成液滴，使得液体不会在涂层的表面扩散，而是以液滴的形式存在，优选以微小液滴的形式存在。
57.涂层的合适疏水性可通过选择合适的有机或杂化有机涂层材料来实现，并且可任选地通过合适的测量或参数来检查或限定，诸如通过显示可用水滴形状分析仪如测角仪测量的涂层与例如水滴的至少90
°
，优选至少120
°
，更优选至少160
°
的接触角。
58.疏水性涂层优选由疏水性聚合物制成。
59.所述疏水性聚合物涂层确保进入管内部的清洁液可容易地从管中喷出，在管内没有任何残留的清洁液，从而导致管可更容易地清洁，因为可避免毛细管力和所谓的瓶颈效应。此外，污垢不太可能积聚并附着在主体的内表面上。疏水性聚合物涂层，尤其是当其在制备过程中与玻璃管体接触进行热处理时，且尤其是当从合适的聚合物材料中选择时，可确保涂层与主玻璃管体充分结合和附着，从而防止泄漏且因此防止了重大的健康问题。
60.由于涂层的疏水性能，因此避免了瓶颈效应，也可避免用作吸管的管从一杯液体中取出时滴落或释放液滴，从而避免了给使用者衣服留下潜在污渍。管主体与疏水性聚合物涂层之间的结合强度可优选通过管主体表面的预先疏水化或憎水处理而进一步增强，优选通过至少在将被疏水性涂层覆盖的部分处进行硅烷化。因此，在施加涂层之前对玻璃本身进行疏水化处理，以进一步改善亲水性聚合物涂层对玻璃的粘附。
61.此外，由于疏水性涂层可以提供额外的耐用性，因此即使在普通洗碗机中对管进行清洁也是可行的。
62.此外，疏水性涂层为玻璃提供光泽效果，提高了使用者中对作为吸管的此类玻璃管的接受度。
63.优选管主体内侧完全覆盖有疏水性涂层，以充分发挥上述有利的效果。
64.更优选管主体的内侧和外侧完全覆盖有疏水性涂层。这额外地改善了玻璃的触
感，继而进一步提高了使用涂覆玻璃管体的吸管的接受度。
65.管主体由玻璃制成或由玻璃构成，优选钠钙玻璃、硼硅玻璃或甚至石英玻璃。这类材料是生态友好的，适合多次使用。
66.根据另一优选实施方案，用于管主体的涂层包含聚合物材料，该聚合物材料选自硅烷、硅油、卤代烃如和无机
‑
有机杂化聚合物。无机
‑
有机杂化聚合物的优选实例是已知商品名为(https://www.ormocere.de)的材料；此类材料通常表现出优异的耐热性和热形状稳定性、对多种材料的优异的粘附性以及许多其他有益性能(参见例如美国专利us 7687654 b2)。
67.上述材料易于处理，此外它们适合应用于玻璃。如果在高温下对玻璃上的例如硅烷或硅油的涂层进行回火，则所述涂层与玻璃之间形成结合，因此这种涂层非常耐用，且适合多次清洁。无机
‑
有机杂化聚合物如当涂覆在玻璃上时也具有优异的耐久性。此类无机
‑
有机杂化聚合物如当涂覆在玻璃上时还具有优异的耐磨性和耐洗碗机性。
68.用于疏水性聚合物涂层的更多的合适材料是氧化锰聚苯乙烯复合材料(例如以纳米复合材料形式)、氧化锌聚苯乙烯复合材料(再次例如以纳米复合材料形式)、与脂肪酸和/或甘油三酯结合的沉淀的碳酸钙、碳纳米管结构、二氧化硅纳米涂层和氟化硅烷。
69.此外，所述涂层另外含有至少一种抗菌剂，更优选地选自银和铜及其化合物。例如，银可以其单质或胶体形式存在，或甚至可为硝酸银。二氧化钛也是一种合适的杀菌剂，因为它在紫外线的影响下分解有机化合物。用于清洁目的的紫外线应用也可容易地实现。尽管有多种用途，但这种附加的抗菌性能进一步改善了美食的卫生要求。
70.玻璃管优选具有0.8mm与3mm之间的厚度、100mm与350mm之间、更优选120与300mm之间的长度，并且管体优选具有直的圆柱形状或成角度的圆柱形状。优选地，管具有3与10mm之间，更优选5与8mm之间的内径。优选地，管具有0.8与3mm之间，优选1与2mm之间的壁厚。优选地，涂层具有0.1μm与1000μm之间，更优选1μm与500μm之间，最优选10μm与100μm之间的厚度。
71.因此，这种管的制造容易，此外，由于管的简单几何形状，可均匀且连续地施加疏水性涂层，而没有任何涂覆液体积聚和/或变稠或凸起的危险。
72.本发明进一步提供了一种制造涂覆玻璃管的方法，包含以下步骤：提供玻璃管体，提供含有疏水性聚合物材料的溶液或悬浮液，使管状体以管状体的至少内表面与前一步骤中提供的溶液或悬浮液接触，任选地对管状体进行干燥，并对管进行加热。
73.这种热处理是所谓的回火，其中涂覆物质诸如上述聚合物材料可与玻璃，特别是玻璃表面形成结合，这使得所获得的涂覆玻璃非常耐用，而没有涂层可能会被去除、分解或者甚至从玻璃刮掉的危险。
74.用于涂层的水溶液或悬浮液含有0.5至10重量％，优选1.0至2.0重量％的疏水性聚合物材料。溶剂优选是水。
75.特别选择的疏水性聚合物浓度是特别优选的，因为可以有利于涂覆步骤的方式调节合适的粘度范围，使得管主体均匀接触和润湿，并且含有疏水性聚合物的溶液或悬浮液从管主体滴落而不会形成凸起或残留物。
76.优选疏水性聚合物材料选自硅烷、硅油、卤代烃和无机
‑
有机杂化聚合物。
77.优选含有疏水性聚合物材料的溶液还含有抗菌剂。
78.优选抗菌剂选自银和铜及其化合物。更优选抗菌剂是银并且是单质的或胶体形式的。最优选抗菌剂是硝酸银。
79.优选在加热步骤中使用至少100℃、更优选至少200℃、最优选至少250℃的温度。
80.优选加热步骤进行至少5分钟，更优选至少15分钟，甚至更优选至少30分钟，最优选至少60分钟。
81.本发明还涉及疏水性涂层用于玻璃制吸管的用途。优选疏水性涂层选自硅烷、硅油和卤代烃。
82.在本发明的以下优选但非限制性实施方案的公开内容中，还通过参考附图进行详细描述。
83.图1是根据本发明的玻璃管的第一实施方案的横截面图。
84.图2是根据本发明的玻璃管的第二实施方案的横截面图。
85.图3是根据本发明的玻璃管的第三实施方案的横截面图。
86.图1示出了根据本发明的第一实施方案的管1的横截面图，包含管主体2和疏水性涂层3。在此，示出了将疏水性涂层3施加到管主体2的内表面。这里，疏水性涂层可由本文所公开的硅烷、硅油、卤代烃或无机
‑
有机杂化聚合物构成。
87.例如，可使用wacker公司的硅油。所述硅油具有非常有效的成本效益比且易于处理，可实现表面的良好疏水化。
88.此外，可使用evonik industries制造的不同类型的它们提供了优异的疏水性能。
89.此外，可使用不同类型的m100。
90.此外，含氯烃或氯化烃可以用作涂层，例如
91.为疏水性涂层举例说明的另一个特定的实施方案是不同类型的无机
‑
有机杂化聚合物，如此类杂化聚合物材料可通过溶胶
‑
凝胶工艺合成，根据该工艺，对单体或预缩合组分(通常，任选有机改性的硅烷，部分与另外的金属
‑
烷氧基化合物和/或其他化合物组合)进行适当基团的水解和缩合(参见美国专利us 7687654 b2)。
92.例如，通过有针对性的有机改性硅醇盐的水解和缩合，主要构建了一个无机网络。此外，与其他金属醇盐，例如ti、zr或al
‑
醇盐的共缩合也是可能的。在随后的步骤中，固定于无机网络的可聚合基团彼此交联。此外，可使用有机改性的硅醇盐，其不参与任何有机聚合反应并因此有助于无机网络的有机官能化。此类聚合物可在很大程度上用于表面的官能化。
93.图2示出了本发明的第二实施方案。在此，抗菌剂4结合在涂层3中。所述抗菌剂可作为选自银、铜及其各自的化合物以及二氧化钛的材料的颗粒来提供。例如，可将单质银或胶体银结合到涂层3中。而且，抗菌剂可以是硝酸银，硝酸银仍可溶解并均匀分布在涂层3中。
94.图3示出了本技术的进一步的实施方案，其示出了管主体内侧和外侧的涂覆层3。在这种情况下，将用疏水性涂层3保护整个吸管。
95.在下文中，还应呈现根据三个上述实施方案之一的涂覆玻璃管的制造方法。
96.所述方法提供了提供玻璃管体2和含有疏水性聚合物材料的溶液或悬浮液的步骤，所述疏水性聚合物材料如上所定义。然后，使管状体以至少管状体的内表面与溶液或悬浮液接触。关于第三实施方案，整个玻璃管体与包含疏水性聚合物材料的溶液或悬浮液接触。
97.然后，任选地对管状体进行干燥。
98.最后，通常在涂覆材料仍可接受的相对高的温度，例如至少200℃，更优选至少250℃，甚至更优选至少300℃的温度下对管状体进行热处理，以将涂层固定到玻璃表面。热处理时间通常为至少5分钟，优选至少15分钟，更优选至少30分钟，甚至更优选至少60分钟。为了获得有益于涂覆过程的粘度，水溶液含有0.5至10重量％，优选1.0至2.0重量％的疏水性聚合物材料。溶剂优选是水。然而，其他溶剂，特别是有机溶剂也是可能的。
99.优选玻璃管体与溶液或悬浮液的接触包含将管2浸入溶液中。这种浸涂非常容易且便宜，此外，吸管的整个表面都可与疏水性聚合物溶液或悬浮液接触。
100.在另一个实施方案中，使包含疏水性聚合物的溶液或悬浮液蒸发并喷涂到玻璃管上。如果只接触内侧，则可以将喷嘴插入玻璃管体并沿玻璃管体移动，以保证均匀涂覆。
101.在另一替代实施方案中，通过表面扩散过程使玻璃管主体与疏水性聚合物接触。
102.本发明不限于上述实施方案。由相应成形的管主体，管还可具有三角形、正方形或矩形横截面，甚至多边形或椭圆形横截面。
103.另外，也可以只对管内部的一部分施加疏水性涂层，因此例如某些范围可不涂覆，例如上下端处的0.5cm部分。
104.根据本发明的管可非常有益地用作吸管。