CN109851897A - 一种环保吸管 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种容易降解并且制备工艺简单的环保吸管，其特征在于：环保吸管由至少一层管壁构成，其中，管壁包含如下成分：50～85质量份的无机矿粉；15～23质量份的聚乙烯；15～22质量份的聚丙烯；以及3～5质量份的助剂。该环保吸管表观性能良好、几乎不脱粉、降解性好，在适合日常使用的同时还不会产生白色污染，符合环保需求。

Description

一种环保吸管

技术领域

本发明属于日用品领域，涉及一种环保吸管。

背景技术

吸管是一种常用一次性用品，在日常生活、食品行业和餐饮行业中有广泛的应用。

普通的吸管采用塑料制成，难以降解；同时，吸管体积小且使用分散，难以回收再利用，因此，吸管通常与各种塑料垃圾制品一同被废弃或焚烧，不仅会造成资源浪费，对环境也会产生严重污染。

为了减少资源浪费、减小环境污染，现有技术中出现了多种环保吸管。这些环保吸管主要由玉米淀粉或蔬菜纤维等材料制成，虽然易降解而不会对环境产生严重的直接污染，但其制造过程中产生大量废水，对环境仍有危害。另外，这类环保吸管的强度较差，若管壁制备得较薄则容易破损或漏水，若管壁厚则使用不便，导致其使用体验较差，难以推广。

发明内容

为解决上述问题，提供一种容易降解并且制备工艺简单的环保吸管，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种环保吸管，其特征在于：环保吸管由至少一层管壁构成，其中，管壁包含如下成分：50～85质量份的无机矿粉；15～23质量份的聚乙烯；15～22质量份的聚丙烯；以及3～5质量份的助剂。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，其中，助剂包括热稳定剂、聚烯烃弹性体、润滑剂、表面改性剂，热稳定剂为BASF225，润滑剂为硬脂酸锌L-806、PP蜡中的一种或二者的混合物，表面改性剂为PN-827、硬脂酸1801中的一种或二者的混合物。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，其中，助剂还包括生物降解剂，该生物降解剂的加入量为全部原料总质量的0.5％～1％。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，其中，无机矿粉为碳酸钙、硫酸钙、硫酸铜、二氧化硅、膨润土、白银石粉、白土、滑石粉、白垩粉、氧化锌、空心玻璃微珠、砂砾粉、废煤渣粉、废煤矸石粉、废建材石粉、空气PM2.5粉尘收集物的一种或几种的混合物。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，其中，碳酸钙为平均粒径1μm～5μm的煅烧碳酸钙或未煅烧碳酸钙。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，环保吸管的制备方法包括如下步骤：步骤S1，称取70～85质量份的无机矿粉、15～23质量份的聚乙烯、15～22质量份的聚丙烯以及3～5质量份的助剂加入混合机中以100r/min～130r/min的转速混合20分钟～25分钟，得到原料混合物；步骤S2，对原料混合物在180℃～250℃条件下连续密炼，并将密炼后得到的熔融物进行高速切粒及真空脱水，得到母粒；步骤S3，将母粒置入挤出成型设备的料仓，加热搅拌并通过具有螺杆的挤料通道以及设置在挤料通道端部的圆形模头进行挤出成型，形成连续管状材料；步骤S4，将被挤出的连续管状材料经牵引设备牵引入含有冰水混合物的冷却槽进行连续冷却；步骤S5，继续采用牵引设备将冷却后的连续管状材料牵引至切割机，利用该切割机切割为预定长度，得到环保吸管。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，其中，挤出成型设备中，挤料通道的温度被控制为从入口处至圆形模头处逐渐升高，入口处的温度为180℃，圆形模头处的温度为280℃。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，其中，冷却槽中的冰水混合物的温度被控制为0℃。

本发明提供的环保吸管，还可以具有这样的技术特征，其中，圆形模头与冷却槽的起始处的距离在10cm以下。

发明作用与效果

根据本发明提供的环保吸管，其管壁采用50～85质量份的碳酸钙、15～23质量份的聚乙烯、15～22质量份的聚丙烯以及3～5质量份的助剂制成，并且助剂中含有作为改性剂的PN-827和硬酯酸1801，因此表观性能良好、几乎不脱粉、降解性好，在适合日常使用的同时还不会产生白色污染，符合环保需求。

附图说明

图1是本发明实施例一的环保吸管的结构示意图；

图2是本发明实施例一的环保吸管的管壁剖视示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

<实施例一>

图1是本发明实施例一的环保吸管的结构示意图。

如图1所示，环保吸管100是由一层形成管状的管壁10构成的直型圆吸管，长度为25cm，内径为7mm，外径为8mm，管壁10的厚度为0.5mm。

图2是本发明实施例一的环保吸管的管壁剖视示意图。

如图2所示，管壁10内含有无机矿粉颗粒，这些无机矿粉颗粒的平均粒径为1μm～5μm，以嵌入的形式形成在管壁10内。

本实施例的环保吸管100采用先制备母粒、然后采用母粒挤出成型形成吸管的方法制成，其制备过程包括如下步骤：

步骤S1，称取70～85质量份的无机矿粉、15～23质量份的聚乙烯、15～22质量份的聚丙烯以及3～5质量份的助剂加入混合机中以100r/min～130r/min的转速混合20分钟～25分钟，得到原料混合物；

步骤S2，对原料混合物在180℃～250℃条件下连续密炼，并将密炼后得到的熔融物进行高速切粒及真空脱水，得到母粒；

步骤S3，将母粒置入挤出成型设备的料仓，加热搅拌并通过具有螺杆的挤料通道以及设置在挤料通道端部的圆形模头进行挤出成型，形成连续管状材料；

步骤S4，将被挤出的连续管状材料经牵引设备牵引入含有冰水混合物的冷却槽进行连续冷却；

步骤S5，继续采用牵引设备将冷却后的连续管状材料牵引至切割机，利用该切割机切割为预定长度，得到环保吸管。

本实施例中，各个步骤的具体条件如下：

步骤S1中所采用的各成分的具体加入量为：70质量份的无机矿粉、19质量份的聚乙烯、18质量份的聚丙烯和助剂。助剂包括聚烯烃弹性体、作为热稳定剂的BASF225、作为润滑剂的硬酯酸锌L-806和PP蜡、作为表面改性剂的PN-827和硬酯酸1801，各助剂的具体加入量为：

聚烯烃弹性体：1.5质量份；

BASF225：1质量份；

硬酯酸锌L-806：0.05质量份；

PP蜡：0.05质量份；

PN-827：0.2质量份；

硬酯酸1801：0.2质量份。

另外，步骤S1中的混合转速为120r/min，混合时间22分钟，无机矿粉采用平均粒径为3μm的碳酸钙。

步骤S2的连续密炼温度条件为220℃。

步骤S3中，挤出成型设备的挤料通道温度被控制为从入口处至圆形模头处逐渐升高，入口处的温度为180℃，圆形模头处的温度为280℃。

步骤S4中，冷却槽中的冰水混合物的温度被控制为0℃，并且圆形模头与冷却槽的起始处的距离控制在8cm以下。

本实施例的上述制备过程中，牵引设备设置在冷却槽的结束处，其对冷却后的连续管状材料进行牵引，从而提供了被挤出后的连续管状材料从圆形模头经过冷却槽的动力。实施例采用的牵引设备、挤出成型设备和冷却槽等均为现有技术中的设备，具体结构和工作原理在此不再赘述。另外，冷却槽中冰水混合物的温度需通过不断投入冰块并放出多余水的方式来维持，冰块可通过人工方式或现有技术的机械自动化方式实现，其具体实现方式在此也不再赘述。

<实施例二>

在本实施例二中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

实施例二中，环保吸管100的结构与实施例一相同，制备方法也与实施例一相同，但原料加量以及制备条件有所不同，具体不同之处为：

步骤S1中所采用的各成分的具体加入量为：75质量份的无机矿粉、23质量份的聚乙烯、12质量份的聚丙烯和助剂。助剂包括聚烯烃弹性体、BASF225、硬酯酸锌L-806、PN-827和硬酯酸1801，各助剂的具体加入量为：

聚烯烃弹性体：1.5质量份；

BASF225：1质量份；

硬酯酸锌L-806：0.1质量份；

PN-827：0.2质量份；

硬酯酸1801：0.2质量份。

因此，与实施例一相比，本实施例中润滑剂仅使用硬脂酸锌L-806，但该硬脂酸锌L-806的总质量份与实施例一的硬酯酸锌L-806和PP蜡的总质量份相同。

步骤S4中，圆形模头与冷却槽的起始处的距离控制在10cm以下。

<实施例三>

在本实施例三中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

实施例三中，环保吸管100的结构与实施例一相同，制备方法也与实施例一相同，但步骤S1中所采用的助剂有所不同，具体为：

聚烯烃弹性体：1.5质量份；

BASF225：1质量份；

硬酯酸锌L-806：0.05质量份；

PP蜡：0.05质量份；

PN-827：0.2质量份；

硬酯酸1801：0.2质量份；

生物降解剂：1质量份。

<比较例一>

在本比较例一中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

比较例一中，环保吸管100的结构与实施例一相同，制备方法也与实施例一相同，但原料加量以及制备条件有所不同，具体为：

步骤S1中所采用的各成分的具体加入量为：75质量份的无机矿粉、19质量份的聚乙烯和助剂。助剂的具体成分及添加量与实施例一相同。

也就是说，本比较例相对于实施例一的区别在于不加入聚丙烯。<比较例二>

在本比较例中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

比较例二中，环保吸管100的结构与实施例一相同，制备方法也与实施例一相同，但助剂有所不同，具体为：

步骤S1中所加入的助剂包括1.5质量份聚烯烃弹性体、1质量份BASF225、0.05质量份硬酯酸锌L-806和0.05质量份PP蜡。

也就是说，本比较例相对于实施例一的区别在于不加入表面改性剂(即PN-827和硬脂酸1801均未加入)。

<比较例三>

在本比较例中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

比较例三中，环保吸管100的结构与实施例一相同，制备方法也与实施例一相同，但助剂有所不同，具体为：

步骤S1中所加入的助剂包括1.5质量份聚烯烃弹性体、1质量份BASF225、0.05质量份硬酯酸锌L-806、0.05质量份PP蜡和0.4质量份硬脂酸1801。

也就是说，本比较例相对于实施例一的区别在于仅加入一种表面改性剂(即硬脂酸1801)，并且该一种表面改性剂的加入量与实施例一的两种表面改性剂的加入总量相当。

<比较例四>

在本比较例中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

比较例四中，环保吸管100的结构与实施例一相同，制备方法也与实施例一相同，但助剂有所不同，具体为：

步骤S1中所加入的助剂包括1.5质量份聚烯烃弹性体、1质量份BASF225、0.05质量份硬酯酸锌L-806、0.05质量份PP蜡和0.4质量份PN-827。

也就是说，本比较例相对于实施例一的区别在于仅加入一种表面改性剂(即PN-827)，并且该一种表面改性剂的加入量与实施例一的两种表面改性剂的加入总量相当。

<比较例五>

在本比较例五中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

比较例五中，环保吸管100的结构与实施例一相同，原料加量也与实施例一相同，但制备方法与实施例一略有不同，具体为：

步骤S4中，冷却槽中不放入冰水混合物，而是放入温度为室温的流动水。

实施例作用与效果

上述各实施例均制成与实施例一尺寸相同的环保吸管进行性能测试。另外，为了表明本发明的环保吸管与普通吸管的区别，测试过程中还采用了相同尺寸的普通市售塑料吸管作为对照样品。

性能测试包括：

(1)表观性能测试，包括长度偏差、壁厚均匀度以及弯曲度。测试过程参考GB/T24693-2009的方法，采用游标卡尺测量10根吸管样品的外径后计算出外径偏差，测量10根吸管样品的壁厚后计算出壁厚均匀度，并分别将10根吸管样品自然平放在平板载台上，测量其弦高和长度后计算弯曲度。

结果表明，各实施例、对比例及市售吸管的表观性能均符合标准，即长度偏差≤±2％，外径偏差≤±4％，壁厚均匀度≤1.2，弯曲度≤1.5％。

(2)其他性能测试，包括拉力测试、脱粉测试以及降解测试。

其中，拉力测试采用拉力设备对吸管样品进行拉扯，记录损坏时的拉力，结果取多次测试的平均值。

脱粉测试采用观察法，即取吸管样品剪开后摩擦不同部位，观察其内外表面的不同部位是否有脱粉现象。

降解测试的过程为：将多根吸管样品各剪下面积相同的小片，记录各片在自然紫外线(即相当于自然阳光所含紫外线强度的紫外线)条件下降解为失去完整片状形态(即形成细小碎片或粉末的形态)所需的时间，取平均值作为降解时间。

下表1为上述各个实施例及比较例中制备得到的环保吸管的性能测试结果，表中的“对照”指普通市售吸管。

表1实施例及比较例的环保吸管性能参数

组别	脱粉率	降解时间(天)	拉力(横向，N)	拉力(纵向，N)
					实施例一	<0.5％	180	36	19
实施例二	<0.5％	190	34	18
					比较例一	5％	270	27	12
比较例二	3％	240	26	12
					比较例三	1％	250	23	11
比较例四	1％	210	24	13
					比较例五	1％	220	28	14
对照	无脱粉现象	不降解	33	20

如表1所示，实施例一～实施例二的环保吸管的表观性能良好，具有一定的耐拉伸性，几乎不脱粉，因此能够满足使用需求。同时，实施例的环保吸管在六个月左右就降解完毕，因此即使不回收也不会产生白色污染，更为环保。

与实施例一相比，比较例一的脱粉率较高，说明聚丙烯对于抑制脱粉有作用。

从比较例二～比较例四可以看出，当不加入表面改性剂时，环保吸管也有较明显的脱粉，当仅加入一种表面改性剂时，环保吸管也发生了一定程度的脱粉，说明表面改性剂能够与聚乙烯配合从而抑制脱粉。发明人推测，这种现象可能是由于聚丙烯能够更好地与碳酸钙颗粒相容，形成了包裹碳酸钙颗粒的薄膜，从而使得颗粒粘连、不容易掉落，而表面改性剂能够增强这种包裹作用。

另外，从比较例五可以看出，当不采用冰水浴进行冷却时，脱粉现象也有发生，说明迅速的低温冷却过程还能够保证上述包裹粘连的作用。

另外，发明人还针对其他助剂进行了对比试验，发现当不加入热稳定剂和抗氧化剂时，树脂会在加热过程中急速氧化老化，无法成型；当不加入润滑剂时，原料难以混合且流动性差，无法成功挤出。因此，不加入热稳定剂、抗氧化剂和润滑剂均影响吸管成型，即使勉强成型，吸管成品的拉力也较差，无法满足正常使用需求。

可见，根据上述实施例提供的环保吸管，由于其管壁采用50～85质量份的碳酸钙、15～23质量份的聚乙烯、15～22质量份的聚丙烯以及3～5质量份的助剂制成，并且助剂中含有作为改性剂的PN-827和硬酯酸1801，因此表观性能良好、几乎不脱粉、降解性好，在适合日常使用的同时还不会产生白色污染，符合环保需求。

进一步，由于上述实施例的环保吸管管壁的助剂中还含有热稳定剂、抗氧化剂，因此能够让原料能够顺利加热、挤出、成型，从而制成吸管形状。

综上所述，由于本发明采用了50～85质量份的碳酸钙、15～23质量份的聚乙烯、15～22质量份的聚丙烯以及3～5质量份的助剂这样的配方，并且助剂中包含聚烯烃弹性体、作为热稳定剂的BASF225、作为润滑剂的硬酯酸锌L-806和PP蜡、作为表面改性剂的PN-827和硬酯酸1801，因此不仅能够让加工过程顺利进行从而形成吸管成品，还能够让制得的吸管成品具有良好的降解特性(即，在自然紫外线照射条件下，半年到一年内降解)，在适合日常使用的同时还能够符合环保需求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

例如，上述各实施例中，无机矿粉为碳酸钙，但本发明中还可以采用其他种类的无机矿粉，例如硫酸钙、硫酸铜、二氧化硅、膨润土、白银石粉、白土、滑石粉、白垩粉、氧化锌、空心玻璃微珠、砂砾粉、废煤渣粉、废煤矸石粉、废建材石粉、空气PM2.5粉尘收集物的一种或几种的混合物。

上述实施例中，助剂主要包括聚烯烃弹性体、热稳定剂、润滑剂、表面改性剂等，并且这些助剂与主要原料配合，能够在不加入光降解剂(例如应用于可降解塑料的光降解剂)的情况下就实现环保吸管的光降解。在本发明中，为了进一步提高降解性能，发明人还试验了多种现有技术中的降解剂(包括应用于可降解塑料的生物类降解剂、光降解剂)，发现当加入生物类降解剂且加入的质量百分比为0.5％-1％(按照全部原料的总质量计)时，环保吸管具有与实施例一的环保吸管基本相同的物理性质，并且能够在降解为小片状或小颗粒状后进一步在两年左右彻底降解为粉末状。与实施例相比，这样的环保吸管降解更为彻底，更加环保。

上述各实施例中，环保吸管均为长度25cm、内径7mm、外径8mm、管壁厚度0.5mm的直型圆吸管，但在本发明中，通过采用其他尺寸的圆形模头，环保吸管还可以制成其他常见尺寸的吸管，例如长度可以是5cm～30cm，内管直径可以在2mm～14mm，外管直径可以在3mm～15mm之间，壁厚可以在0.2mm-2mm之间。另外，若采用其他吸管制备工艺中的现有切割设备，发明的环保吸管也可以制成其他常见形式的吸管，例如尖头吸管、附勺型端部吸管等。

Claims (9)

1.一种环保吸管，其特征在于：

所述环保吸管由至少一层管壁构成，

其中，所述管壁包含如下成分：

50～85质量份的无机矿粉；

15～23质量份的聚乙烯；

15～22质量份的聚丙烯；以及

3～5质量份的助剂。

2.根据权利要求1所述的环保吸管，其特征在于：

其中，所述助剂包括热稳定剂、聚烯烃弹性体、润滑剂、表面改性剂，

所述热稳定剂为BASF225，

所述润滑剂为硬脂酸锌L-806、PP蜡中的一种或二者的混合物，

所述表面改性剂为PN-827、硬脂酸1801中的一种或二者的混合物。

3.根据权利要求2所述的环保吸管，其特征在于：

其中，所述助剂还包括生物降解剂，该生物降解剂的加入量为全部原料总质量的0.5％～1％。

4.根据权利要求1所述的环保吸管，其特征在于：

其中，所述无机矿粉为碳酸钙、硫酸钙、硫酸铜、二氧化硅、膨润土、白银石粉、白土、滑石粉、白垩粉、氧化锌、空心玻璃微珠、砂砾粉、废煤渣粉、废煤矸石粉、废建材石粉、空气PM2.5粉尘收集物的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求4所述的环保吸管，其特征在于：

其中，所述碳酸钙为平均粒径1μm～5μm的煅烧碳酸钙或未煅烧碳酸钙。

6.根据权利要求1所述的环保吸管，其特征在于：

所述环保吸管的制备方法包括如下步骤：

步骤S1，称取70～85质量份的无机矿粉、15～23质量份的聚乙烯、15～22质量份的聚丙烯以及3～5质量份的助剂加入混合机中以100r/min～130r/min的转速混合20分钟～25分钟，得到原料混合物；

步骤S2，对所述原料混合物在180℃～250℃条件下连续密炼，并将密炼后得到的熔融物进行高速切粒及真空脱水，得到母粒；

步骤S3，将所述母粒置入挤出成型设备的料仓，加热搅拌并通过具有螺杆的挤料通道以及设置在所述挤料通道端部的圆形模头进行挤出成型，形成连续管状材料；

步骤S4，将被挤出的所述连续管状材料经牵引设备牵引入含有冰水混合物的冷却槽进行连续冷却；

步骤S5，继续采用所述牵引设备将冷却后的所述连续管状材料牵引至切割机，利用该切割机切割为预定长度，得到所述环保吸管。

7.根据权利要求6所述的环保吸管，其特征在于：

其中，所述挤出成型设备中，所述挤料通道的温度被控制为从入口处至所述圆形模头处逐渐升高，

所述入口处的温度为180℃，所述圆形模头处的温度为280℃。

8.根据权利要求7所述的环保吸管，其特征在于：

其中，所述冷却槽中的所述冰水混合物的温度被控制为0℃。

9.根据权利要求6所述的环保吸管，其特征在于：

其中，所述圆形模头与所述冷却槽的起始处的距离在10cm以下。