阅读说明：本技术 一种自粘合和水稳定性的纸吸管的制备方法 (Preparation method of self-adhesive and water-stable paper straw ) 是由 李许生 董藤藤 覃程荣 陈卫 白飞天 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自粘合和水稳定性的纸吸管的制备方法,该方法是经过硝酸和过氧化氢混合水溶液中软化处理的生物质制成纸浆,然后将纸浆制成湿纸页,并裁剪成长方形或正方形,卷成湿纸管,风干；将风干后的纸管进行热处理,使残余木素玻璃化,制成纸吸管。本发明方法制备的纸吸管在水中浸泡2周以上其结构不发生崩溃,填埋在潮湿土壤中两个月内被完全降解。本发明方法工艺简便,采用的化学试剂易得价廉,制得的纸吸管具有高水稳定性和可自然降解性,且此纸吸管自粘合成型,无化学添加,绿色安全,在中高端饮品、餐饮等领域具有广泛的应用前景。(The invention discloses a preparation method of a self-adhesive and water-stable paper straw, which comprises the steps of preparing paper pulp from biomass softened in a mixed aqueous solution of nitric acid and hydrogen peroxide, preparing the paper pulp into wet paper sheets, cutting the wet paper sheets into rectangles or squares, rolling the wet paper sheets into wet paper tubes, and air-drying the wet paper tubes; and (4) carrying out heat treatment on the air-dried paper tube to vitrify the residual lignin, and manufacturing the paper suction tube. The paper straw prepared by the method disclosed by the invention is soaked in water for more than 2 weeks, the structure of the paper straw is not collapsed, and the paper straw is completely degraded in a landfill in moist soil within two months. The method has simple and convenient process, the adopted chemical reagents are easy to obtain and low in price, the prepared paper straw has high water stability and natural degradability, and the paper straw is self-bonded and molded, has no chemical additive, is green and safe, and has wide application prospect in the fields of middle-high-end drinks, catering and the like.)

一种自粘合和水稳定性的纸吸管的制备方法

技术领域

本发明属于绿色吸管技术领域，特别涉及一种自粘合和水稳定性的纸吸管的制备方法。

背景技术

吸管是一种被大量使用的一次性餐饮工具，广泛应用于饮料、奶茶、餐馆甚至家居生活中。一次性塑料吸管因其价格便宜、性能稳定等因素被大量使用，然而，由于重量轻、体积小等特点不容易被回收，且其放置在自然环境中可能需要经过数百年才可以被自然降解。研究表明，塑料制品不可以被完全降解，只能被分解成小分子，逐渐堆积到我们赖以生存的环境中，甚至从陆地流向海洋，威胁着人类和其他生物的健康。另一方面，随着经济的飞速发展以及人类生活观念的不断改变，奶茶等中高端饮品的消费以及一次性吸管的使用量将会迅猛增长。若不加以控制，若干年后地球上将堆积着大量的一次性塑料制品，危害日益严重。因此，发展一种全绿色吸管不仅必要而且紧迫。

生物质资源是已知的种类繁多、分布广泛、数量巨大且可再生的绿色资源。基于以上特点，可以从生物质中获得大量资源并加以利用。例如，目前应用最广泛的是从木材中提取纤维并将其制成如生活用纸、文化用纸、包装用纸、纸餐具、纸吸管等产品。从生物质中获取纤维素材料具有资源来源广泛、成本低廉、环境友好且可规模化生产等优点，可用于开发纸吸管成为了焦点。然而，目前市场上的纸吸管仍面临许多挑战：①水稳定性差，出现纤维脱落、结构崩解、纤维粘嘴，影响饮品品质等问题。②使用胶水粘合，存在异味或胶水溶出等安全隐患问题。

为了改善上述提及的纸吸管的问题，已经有学者进行了大量研究，比如聚乙烯塑料薄膜、添加防水剂和涂层等方式处理，不仅增加了成本，还可能存在潜在风险。

发明内容

本发明提供了一种自粘合和水稳定性的纸吸管的制备方法，该方法是经过硝酸和过氧化氢混合水溶液中软化处理的生物质制成纸浆，然后将纸浆制成湿纸页，并裁剪成长方形或正方形，卷成湿纸管，风干；将风干后的纸管进行热处理，使残余木素玻璃化，制成纸吸管。

本发明解决的技术问题及其技术方案如下：

(1)木素是一种天然的疏水剂和粘合剂，理论上可以提高生物质材料的水稳定性。然而，含有木素的产品比如未漂浆和碱性过氧化氢机械浆(APMP)却并没有体现出非常好的水稳定性，这可能是由于亲水的纤维素和疏水的木素之间没有形成很好的结合，导致材料内部之间的结合力弱。本发明使用硝酸和过氧化氢水溶液对生物质材料进行软化预处理，然后进一步进行机械处理制成纸浆。预处理过程中，木素被部分脱除，纤维素被更多的暴露出来；而残余在生物质中的木素被氧化，亲水性增强，使其与纤维素间的结合更紧密，这有利于其在水中的稳定性。过氧化氢的作用还包括即将硝酸的还原产物亚硝酸重新氧化为硝酸，维持体系中硝酸的浓度，同时减少二氧化氮气体释放。由于处理过程中保留了部分木素，木素在材料中起到了疏水剂和粘合剂的作用，促进纤维间更好的结合，更好的粘结固定纤维，使其不易脱落，可以改善目前市场上纸吸管纤维脱落、粘嘴等问题。

(2)纸吸管在水中的稳定性的因素除了单位面积结合强度外，还包括有效结合面积。由单纯的粗纤维组成的纤维网络存在结构缺陷，纤维间有效结合面积小，空隙大，结合不牢。而本发明使用磨浆机磨浆和打浆使纤维分丝帚化，增加制浆中细小纤维含量。分丝帚化的细小纤维，可以充分填充了纤维网络空隙，再加之木素的填充作用，纤维间的有效结合面积进一步增加，使其致密化，减少了水分子通道，有效提高了纤维材料的水稳定性。

(3)木素在高温下可以玻璃化转变而固化，从而使纸吸管稳定性加固。本发明进一步对纸吸管采用热处理，使木素软化并完成玻璃化转变，紧密填充在纤维素之间，增强木素在纤维间的粘合力，提高纸吸管的疏水性和牢固性，赋予纸吸管水稳定性，解决纸吸管结构崩解的问题。

本发明的内容是一种自粘合成型的在水环境中或水中具有稳定性的纸吸管，它的具体制备过程如下：(1)将生物质浸泡在质量浓度为10％的硝酸水溶液中，按过氧化氢与生物质的质量比值为9％-15％添加过氧化氢，软化处理1-3天；(2)将软化处理后的生物质滤出，洗净，加水调节生物质的质量浓度为10％，使用盘磨浆机磨浆，制成纸浆；(3)取适量纸浆，加水调制成质量浓度为0.6％的悬浮液，使用纸页成型器制成湿纸张；(4)裁剪一定尺寸的方形湿纸张，并卷成湿纸管，风干；(5)将风干后的纸管在150℃下处理6小时，制成自粘合和水稳定性的纸吸管。

其中，步骤(2)制备纸浆的工艺为：使用盘磨浆机在盘间距分别为0.5mm、0.2mm、0.05mm下各处理一遍。

本发明所述生物质包括但不限于松木条、竹条、桉木条。

相对于现有的研究，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明所用生物质原料来源广泛，储量丰富，甚至可以充分利用农林废弃物。

(2)本发明所制得的纸吸管在潮湿土壤中两个月内可以被完全降解。

(3)本发明所制得的纸吸管为自粘合成型，无化学粘合剂添加，绿色安全。

(4)本发明纸吸管的制备工艺简单，条件温和，所用试剂易得价廉，适合规模化生产。

(5)本发明所制得的纸吸管具有优异的水稳定性，其在中高端饮品、餐饮领域具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。须了解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应了解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将600g松木条、8000mL质量浓度为10％的硝酸水溶液、240g质量浓度为30％的过氧化氢水溶液一同置于棕色玻璃容器内，间歇机械搅拌，持续48小时，得到软化处理后的生物质；取出后过滤，洗净，加水调节生物质的质量浓度为10％，使用盘磨浆机在盘间距分别为0.5mm、0.2mm、0.05mm下各处理一遍，制成纸浆；取2.5g纸浆，加水调节其质量浓度为0.6％，使用纸页成型器过滤成型为直径为22cm湿纸张；裁剪湿纸张为正方形，使用PET棒卷成湿纸管，风干；将风干后的纸管置于150℃烘箱中烘烤6小时，制成自粘合和水稳定性的纸吸管。

实施例2

将1000g竹条、8000mL质量浓度为10％的硝酸水溶液、300g质量浓度为30％的过氧化氢水溶液一同置于玻璃容器内，间歇机械搅拌，持续72小时，得到软化处理后的生物质；取出后过滤，洗净，加水调节生物质的质量浓度为10％，使用盘磨浆机在盘间距分别为0.5mm、0.2mm、0.05mm下各处理一遍，制成纸浆；取2.5g纸浆，加水调节其质量浓度为0.6％，使用纸页成型器过滤成型为直径为22cm湿纸张；裁剪湿纸张为正方形，使用PET棒卷成湿纸管，风干；将风干后的纸管置于150℃烘箱中烘烤6小时，制成自粘合和水稳定性的纸吸管。

实施例3

将200g桉木条、5000mL质量浓度为10％的硝酸水溶液、100g质量浓度为30％的过氧化氢水溶液一同置于棕色玻璃容器内，间歇机械搅拌，持续24小时，得到软化处理后的生物质；取出后过滤，洗净，加水调节生物质的质量浓度为10％，使用盘磨浆机在盘间距分别为0.5mm、0.2mm、0.05mm下各处理一遍，制成纸浆；取2.5g纸浆，加水调节其质量浓度为0.6％，使用纸页成型器过滤成型为直径为22cm湿纸张；裁剪湿纸张为正方形，使用PET棒卷成湿纸管，风干；将风干后的纸管置于150℃烘箱中烘烤6小时，制成自粘合和水稳定性的纸吸管。

实施例4

将实施例1-3得到的纸吸管分别在水中浸泡2周后，取出自然干燥，与未浸泡过的纸吸管相比，其结构完整性被保留。将实施例1-3得到的纸吸管分别填埋在有白蚁存在的潮湿的土壤中一周后被白蚁完全消化。将实施例1-3得到的纸吸管分别填埋在潮湿的土壤中两个月后被完全降解。