技术领域
[0001] 本
发明涉及吸管领域，具体涉及一种全生物基增韧吸管及其生产工艺。
背景技术
[0002] 随着人们生活
水平的日益提高与生活节奏的加快，
牛奶、饮料各种各样的流质食品的消费越来越多，而这类食品一般会用到吸管。因为用吸管不会
接触杯子比较卫生；另外用吸管喝饮料，有助于
牙齿的健康，对美白牙齿有作用；而且吸管价格便宜。吸管作为一次性用品因其方便、卫生、便宜而受到人们的青睐。
[0003] 目前的吸管有可降解、不可降解几种；不可降
解吸管主要为普通PP、PE等材质加工而成，存在着环境问题，目前国内外许多国家及地区都进行了限塑，限制一次性塑料餐饮具的使用。因此，可降解吸管因运而生。目前可降解吸管主要为PLA材质，以及纸吸管。PLA吸管价格高，且由于受本身材质的影响，吸管较脆，受外
力挤压极易脆性开裂，存放时间短(长时间存放容易降解，性能下降)，低温脆性大等问题；纸吸管也存在原材料加工环境污染大，
能源消耗大，无法长时间在液体中浸泡使用等问题。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明第一方面提供一种全生物基增韧吸管，所述吸管按照重量份，包括如下成分：
[0005] 30～50份生物聚乙烯、30～40份改性
淀粉、1～5份
偶联剂、3～10份生物
增塑剂、1～3份
润滑剂；
[0006] 所述改性淀粉由农副产品的提取物对淀粉进行改性得到；其中，所述农副产品由葡萄副产物和稻壳组成。
[0007] 优选地，所述葡萄副产物包括葡萄籽、葡萄皮和葡萄梗。
[0008] 优选地，所述淀粉是从芒果核中提取得到的芒果核淀粉。
[0009] 优选地，所述的偶联剂为
钛酸酯偶联剂和
铝酸酯偶联剂中的一种或两种。
[0010] 优选地，所述生物增塑剂为环
氧脂肪酸甲酯或
柠檬酸三丁酯中的一种或两种。
[0011] 优选地，所述的润滑剂为单甘脂、
硬脂酸类和聚乙烯蜡中的一种或多种。
[0012] 优选地，所述农副产品的提取物的制备步骤为：
[0013] (1)将葡萄籽、葡萄皮和葡萄梗洗净，于50℃下干燥12h，
研磨至粉，过30～50目筛，得到葡萄残渣；将稻壳洗净，于50℃下干燥12h，
粉碎，过30～50目筛，得到稻壳残渣；将所述葡萄残渣处理物与稻壳残渣处理物按照
质量比为1:2～5混合，得到混合残渣；
[0014] (2)将所述混合残渣与正己烷混合均匀，搅拌1h，浸泡1h，
真空过滤，得到固体A；将所述固体A与正己烷混合均匀，重复过程搅拌-浸泡-真空过滤一次，得到固体B；将固体B置于60℃条件下干燥，得到混合残渣处理物；
[0015] 其中，所述混合残渣与正己烷的固液比为1:3～5；所述固体A与正己烷的固液比为1:3～5；
[0016] (3)将所述混合残渣处理物与丙
酮混合液混合，搅拌1～2h，真空过滤，取上清液，逐滴加入1mol/L的氢氧化钠溶液至pH呈中性，旋蒸浓缩，得到农副产品的提取物；
[0017] 其中，所述丙酮混合液由丙酮、去离子水和质量浓度为2％的
盐酸溶液组成，盐
酸溶液、丙酮和去离子水的体积比为0.1:2:8；所述二级混合残渣液与丙酮混合液的体积比为1:3～5。
[0018] 优选地，所述芒果核淀粉的制备过程如下：
[0019] a.将芒果核洗净、晒干，进行粉碎并过100～200目筛，制得芒果核粉末；
[0020] b.将所述芒果核粉末与正己烷混合均匀，在60～75℃下索氏提取
脱脂12～16h，过滤取固体，室温下自然干燥，得到芒果核脱脂物；
[0021] 其中，所述芒果核粉末与正己烷的固液比为1:5～10；
[0022] c.将所述芒果核脱脂物与质量浓度0.5％～1％的NaHSO3溶液混合，在50～60℃下水浴搅拌12～16h，过滤取固体，再加入去离子水，混合搅拌10～20min，过滤取固体，烘干，粉碎，过100～200目筛，得到芒果核前处理物；
[0023] 其中，所述芒果核脱脂物与NaHSO3溶液的固液比为1:10～15；所述芒果核脱脂物与去离子水的固液比为1:5～10；
[0024] d.将所述芒果核前处理物与去离子水混合均匀，室温搅拌1h，离心取固体物；
[0025] 其中，所述芒果核前处理物与去离子水的固液比为1:20～30；
[0026] f.重复步骤d 2～3次，收集固体物，干燥，即得到芒果核淀粉。
[0027] 优选地，所述改性淀粉的制备方法如下：
[0028] 步骤1，将所述芒果核淀粉与
乙醇水溶液混合均匀，滴加1mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，得到芒果核淀粉混合液；
[0029] 其中，所述芒果核淀粉与乙醇水溶液的固液比为1:2～3，芒果核淀粉与氢氧化钠溶液的固液比为1:0.1～1；
[0030] 步骤2，将所述农副产品的提取物加入至所述芒果核淀粉混合液中，开启搅拌，升温至50～80℃，反应5～10h，冷却至室温，滴加1mol/L的盐酸溶液至中性，过滤取固体物C，用75％的乙醇溶液洗涤3～5次，置于60℃下干燥10～15h，得到改性淀粉；
[0031] 其中，所述农副产品的提取物与芒果核淀粉混合液的固液比为1～10:100；搅拌速度为200～300rpm；所述固体物C与乙醇溶液的固液比为1:10～20。
[0032] 本发明的第二方面提供了一种全生物基增韧吸管的生产工艺，具体生产工艺过程如下：
[0033] S1.原料的准备：按照如下重量份称取各原料组分：30～50份生物聚乙烯、30～40份改性淀粉、1～5份偶联剂、3～10份生物增塑剂、1～3份润滑剂；
[0034] S2.原料的烘干：将生物聚乙烯在80～110℃下烘3～8小时，水分含量控制在0.1％以下；
[0035] S3.高速热混：将经步骤S2烘干后的生物聚乙烯置于
温度为100～120℃的高混热锅中，加入改性淀粉、偶联剂，在2000～3000rpm转速下启动搅拌，搅拌15～20min后，停止加热，加入生物增塑剂和润滑剂，调整搅拌速度为500～600rpm，直至冷却至室温；
[0036] S4.挤出
造粒：将步骤S3热混后的物料放入
挤出机内，将挤出机一区到六区的加热温度都控制在170～180℃，预热，之后进行挤出造粒；
[0037] S5.挤出拉管：将步骤S4造好的母粒加入至吸管机中，设置吸管机一区至五区的温度在180～190℃，拉管。
[0038] S6.消毒：将经步骤S5制备的吸管进行紫外线消毒，消毒时间为15～20min，
环境温度控制为20～40℃；
[0039] S7.装箱：用连排自动
包装机进行自动包装，然后进行装箱，装箱后的再用臭氧进行消毒即可。
[0040] 本发明的有益效果为：
[0041] 1、本发明的生产工艺过程简单可控，成本低，且无论从原材料、生产工艺或者最终得到的产品都不会对环境造成污染，真正做到了安全、绿色环保，非常符合可持续发展理念。
[0042] 2、本发明所制备吸管使用材料包含改性淀粉，其中淀粉是由废弃的芒果核提取得到的，热分析表明，所提取出的芒果核淀粉热性质不受酯化反应的影响，其降解和糊化温度与其他天然淀粉相似。经检测，芒果核所含淀粉最高为76.12％，而本发明所使用的提取方法，淀粉提取率能够达到57.23％，且后处理过程使淀粉的纯度能够达到99％以上，因此本发明所用方法对芒果核淀粉提取率较高，且所得到的芒果核淀粉纯度极高。
[0043] 3.本发明通过对葡萄副产物(葡萄籽、葡萄皮和葡萄梗)和稻壳进行提取，得到了含有酚类物质较多的农副产品的提取物；该农副产品提取物含有的原花青素含量能够达到300.6mg/g(以葡萄副产物和稻壳的干重为基准)，其中包含原花青素
单体(
儿茶素和表儿茶素)、原花青素二聚体、三聚体、四聚体、五聚体以及六聚体，最终的总酚类的含量能够达到
680～690mg/g。此外，农副产品的提取物中还含有
蛋白质、脂肪和可溶性固体物，其中酚类提取物具有较高的抗氧化性，能够同时充当抗氧剂的作用，可以省去吸管制备过程中抗氧剂的添加。
[0044] 4.本发明通过将农副产品提取物对芒果核淀粉进行改性，得到的改性淀粉具有较为光滑的表层以及较好的疏水性，且加强了淀粉的凝胶化状态。其中，芒果核淀粉在改性时进行
碱处理使部分淀粉颗粒
水解、解聚，而乙醇的水溶液作为
溶剂，能够溶解直链淀粉，增加淀粉颗粒中的分子空间，有助于在添加农副产品提取物改性前，增加淀粉的
粘度；之后添加农副产品提取物后，农副产品提取物中的疏水性的酚类物质能够通过氢键和共价键包裹在淀粉表面中空的部分，增大了淀粉表面的空间位阻，使淀粉颗粒的
稳定性增高的同时也增大了淀粉颗粒的疏水性，减少了淀粉容易膨胀的
缺陷，使最终得到的改性淀粉具有较好的韧性和疏水性。
[0045] 5.本发明的全生物基增韧吸管以生物聚乙烯作为基料，使用改性淀粉和生物增塑剂进行增韧，最终得到的吸管具有强度高，物理性能优，使用寿命长等优点，且其热
变形温度高，受热不易变形；又因吸管使用的是全生物基材料，使用安全，且对环境友好，具有良好的
生物可降解性。
具体实施方式
[0046] 结合以下
实施例对本发明作进一步描述。
[0047] 实施例1
[0048] 一种全生物基增韧吸管，所述吸管按照重量份，包括如下成分：
[0049] 40份生物聚乙烯、35份改性淀粉、3份钛酸酯偶联剂、5份环氧脂肪酸甲酯、2份单甘脂；
[0050] 其中，改性淀粉由农副产品的提取物对淀粉进行改性得到；其中，农副产品由葡萄副产物和稻壳组成；葡萄副产物包括葡萄籽、葡萄皮和葡萄梗；淀粉是从芒果核中提取得到的芒果核淀粉。
[0051] 上述农副产品的提取物的制备步骤为：
[0052] (1)将葡萄籽、葡萄皮和葡萄梗洗净，于50℃下干燥12h，研磨至粉，过30～50目筛，得到葡萄残渣；将稻壳洗净，于50℃下干燥12h，粉碎，过30～50目筛，得到稻壳残渣；将所述葡萄残渣处理物与稻壳残渣处理物按照质量比为1:3混合，得到混合残渣；
[0053] (2)将所述混合残渣与正己烷混合均匀，搅拌1h，浸泡1h，真空过滤，得到固体A；将所述固体A与正己烷混合均匀，重复过程搅拌-浸泡-真空过滤一次，得到固体B；将固体B置于60℃条件下干燥，得到混合残渣处理物；
[0054] 其中，所述混合残渣与正己烷的固液比为1:4；所述固体A与正己烷的固液比为1:4；
[0055] (3)将所述混合残渣处理物与丙酮混合液混合，搅拌1～2h，真空过滤，取上清液，逐滴加入1mol/L的氢氧化钠溶液至pH呈中性，旋蒸浓缩，得到农副产品的提取物；
[0056] 其中，所述丙酮混合液由丙酮、去离子水和质量浓度为2％的盐酸溶液组成，盐酸溶液、丙酮和去离子水的体积比为0.1:2:8；所述二级混合残渣液与丙酮混合液的体积比为1:4。
[0057] 上述芒果核淀粉的制备过程如下：
[0058] a.将芒果核洗净、晒干，进行粉碎并过100～200目筛，制得芒果核粉末；
[0059] b.将所述芒果核粉末与正己烷混合均匀，在60～75℃下索氏提取脱脂12～16h，过滤取固体，室温下自然干燥，得到芒果核脱脂物；
[0060] 其中，所述芒果核粉末与正己烷的固液比为1:5～10；
[0061] c.将所述芒果核脱脂物与质量浓度0.5％～1％的NaHSO3溶液混合，在50～60℃下水浴搅拌12～16h，过滤取固体，再加入去离子水，混合搅拌10～20min，过滤取固体，烘干，粉碎，过100～200目筛，得到芒果核前处理物；
[0062] 其中，所述芒果核脱脂物与NaHSO3溶液的固液比为1:10～15；所述芒果核脱脂物与去离子水的固液比为1:5～10；
[0063] d.将所述芒果核前处理物与去离子水混合均匀，室温搅拌1h，离心取固体物；
[0064] 其中，所述芒果核前处理物与去离子水的固液比为1:20～30；
[0065] f.重复步骤d 2～3次，收集固体物，干燥，即得到芒果核淀粉。
[0066] 上述改性淀粉的制备方法如下：
[0067] 步骤1，将所述芒果核淀粉与乙醇水溶液混合均匀，滴加1mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，得到芒果核淀粉混合液；
[0068] 其中，所述芒果核淀粉与乙醇水溶液的固液比为1:2～3，芒果核淀粉与氢氧化钠溶液的固液比为1:0.1～1；
[0069] 步骤2，将所述农副产品的提取物加入至所述芒果核淀粉混合液中，开启搅拌，升温至50～80℃，反应5～10h，冷却至室温，滴加1mol/L的盐酸溶液至中性，过滤取固体物C，用75％的乙醇溶液洗涤3～5次，置于60℃下干燥10～15h，得到改性淀粉；
[0070] 其中，所述农副产品的提取物与芒果核淀粉混合液的固液比为1～10:100；搅拌速度为200～300rpm；所述固体物C与乙醇溶液的固液比为1:10～20。
[0071] 上述一种全生物基增韧吸管的生产工艺，具体生产工艺过程如下：
[0072] S1.原料的准备：按照如下重量份称取各原料组分：40份生物聚乙烯、35份改性淀粉、3份钛酸酯偶联剂、5份环氧脂肪酸甲酯、2份单甘脂；
[0073] S2.原料的烘干：将生物聚乙烯在80～110℃下烘3～8小时，水分含量控制在0.1％以下；
[0074] S3.高速热混：将经步骤S2烘干后的生物聚乙烯置于温度为100～120℃的高混热锅中，加入改性淀粉、钛酸酯偶联剂，在2000～3000rpm转速下启动搅拌，搅拌15～20min后，停止加热，加入环氧脂肪酸甲酯和单甘脂，调整搅拌速度为500～600rpm，直至冷却至室温；
[0075] S4.挤出造粒：将步骤S3热混后的物料放入挤出机内，将挤出机一区到六区的加热温度都控制在170～180℃，预热，之后进行挤出造粒；
[0076] S5.挤出拉管：将S4造好的母粒加入至吸管机中，设置吸管机一区至五区的温度在180～190℃，拉管。
[0077] S6.消毒：将经步骤S5制备的吸管进行紫外线消毒，消毒时间为15～20min，环境
温度控制为20～40℃；
[0078] S7.装箱：用连排自动
包装机进行自动包装，然后进行装箱，装箱后的再用臭氧进行消毒即可。
[0079] 实施例2
[0080] 一种全生物基增韧吸管，所述吸管按照重量份，包括如下成分：
[0081] 30份生物聚乙烯、30份改性淀粉、1份铝酸酯偶联剂、3份柠檬酸三丁酯、1份硬脂酸类；
[0082] 其中，改性淀粉由农副产品的提取物对淀粉进行改性得到；其中，农副产品由葡萄副产物和稻壳组成；葡萄副产物包括葡萄籽、葡萄皮和葡萄梗；淀粉是从芒果核中提取得到的芒果核淀粉。
[0083] 上述农副产品的提取物的制备、芒果核淀粉的制备以及改性淀粉的制备同实施例1。
[0084] 上述一种全生物基增韧吸管的生产工艺，具体生产工艺过程如下：
[0085] S1.原料的准备：按照如下重量份称取各原料组分：30份生物聚乙烯、30份改性淀粉、1份铝酸酯偶联剂、3份柠檬酸三丁酯、1份硬脂酸类；
[0086] S2.原料的烘干：将生物聚乙烯在80～110℃下烘3～8小时，水分含量控制在0.1％以下；
[0087] S3.高速热混：将经步骤S2烘干后的生物聚乙烯置于温度为100～120℃的高混热锅中，加入改性淀粉、铝酸酯偶联剂，在2000～3000rpm转速下启动搅拌，搅拌15～20min后，停止加热，加入柠檬酸三丁酯和硬脂酸类，调整搅拌速度为500～600rpm，直至冷却至室温；
[0088] S4.挤出造粒：将步骤S3热混后的物料放入挤出机内，将挤出机一区到六区的加热温度都控制在170～180℃，预热，之后进行挤出造粒；
[0089] S5.挤出拉管：将S4造好的母粒加入至吸管机中，设置吸管机一区至五区的温度在180～190℃，拉管。
[0090] S6.消毒：将经步骤S5制备的吸管进行紫外线消毒，消毒时间为15～20min，环境温度控制为20～40℃；
[0091] S7.装箱：用连排自动包装机进行自动包装，然后进行装箱，装箱后的再用臭氧进行消毒即可。
[0092] 实施例3
[0093] 一种全生物基增韧吸管，所述吸管按照重量份，包括如下成分：
[0094] 50份生物聚乙烯、40份改性淀粉、5份钛酸酯偶联剂、10份环氧脂肪酸甲酯、3份聚乙烯蜡；
[0095] 其中，改性淀粉由农副产品的提取物对淀粉进行改性得到；其中，农副产品由葡萄副产物和稻壳组成；葡萄副产物包括葡萄籽、葡萄皮和葡萄梗；淀粉是从芒果核中提取得到的芒果核淀粉。
[0096] 上述农副产品的提取物的制备、芒果核淀粉的制备以及改性淀粉的制备同实施例1。
[0097] 上述一种全生物基增韧吸管的生产工艺，具体生产工艺过程如下：
[0098] S1.原料的准备：按照如下重量份称取各原料组分：50份生物聚乙烯、40份改性淀粉、5份钛酸酯偶联剂、10份环氧脂肪酸甲酯、3份聚乙烯蜡；
[0099] S2.原料的烘干：将生物聚乙烯在80～110℃下烘3～8小时，水分含量控制在0.1％以下；
[0100] S3.高速热混：将经步骤S2烘干后的生物聚乙烯置于温度为100～120℃的高混热锅中，加入改性淀粉、钛酸酯偶联剂，在2000～3000rpm转速下启动搅拌，搅拌15～20min后，停止加热，加入环氧脂肪酸甲酯和聚乙烯蜡，调整搅拌速度为500～600rpm，直至冷却至室温；
[0101] S4.挤出造粒：将步骤S3热混后的物料放入挤出机内，将挤出机一区到六区的加热温度都控制在170～180℃，预热，之后进行挤出造粒；
[0102] S5.挤出拉管：将S4造好的母粒加入至吸管机中，设置吸管机一区至五区的温度在180～190℃，拉管。
[0103] S6.消毒：将经步骤S5制备的吸管进行紫外线消毒，消毒时间为15～20min，环境温度控制为20～40℃；
[0104] S7.装箱：用连排自动包装机进行自动包装，然后进行装箱，装箱后的再用臭氧进行消毒即可。
[0105] 对比例
[0106] 一种全生物基增韧吸管，所述吸管按照重量份，包括如下成分：
[0107] 40份生物聚乙烯、35份玉米淀粉、3份钛酸酯偶联剂、5份环氧脂肪酸甲酯、2份单甘脂；
[0108] 上述一种全生物基增韧吸管的生产工艺，具体生产工艺过程如下：
[0109] S1.原料的准备：按照如下重量份称取各原料组分：40份生物聚乙烯、35份玉米淀粉、3份钛酸酯偶联剂、5份环氧脂肪酸甲酯、2份单甘脂；
[0110] S2.原料的烘干：将生物聚乙烯在80～110℃下烘3～8小时，水分含量控制在0.1％以下；
[0111] S3.高速热混：将经步骤S2烘干后的生物聚乙烯置于温度为100～120℃的高混热锅中，加入改性淀粉、钛酸酯偶联剂，在2000～3000rpm转速下启动搅拌，搅拌15～20min后，停止加热，加入环氧脂肪酸甲酯和单甘脂，调整搅拌速度为500～600rpm，直至冷却至室温；
[0112] S4.挤出造粒：将步骤S3热混后的物料放入挤出机内，将挤出机一区到六区的加热温度都控制在170～180℃，预热，之后进行挤出造粒；
[0113] S5.挤出拉管：将S4造好的母粒加入至吸管机中，设置吸管机一区至五区的温度在180～190℃，拉管。
[0114] S6.消毒：将经步骤S5制备的吸管进行紫外线消毒，消毒时间为15～20min，环境温度控制为20～40℃；
[0115] S7.装箱：用连排自动包装机进行自动包装，然后进行装箱，装箱后的再用臭氧进行消毒即可。
[0116] 为了对本发明进行更加清楚的说明，对本发明实施例1～实施例3以及对比例所制备的吸管进行性能检测。
[0117] 将本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例均制成壁厚为0.1mm，内径为5mm吸管，检测其抗压强度、断裂伸长率以及在低温条件下(-40℃)的柔韧性，结果如表1所示：
[0118] 表1吸管性能的检测
[0119] 实施例1 实施例2 实施例3 对比例拉伸强度/MPa 28 23 25 12
断裂伸长率/％ 314 273 286 68
低温柔韧性 不开裂 不开裂 不开裂 开裂
[0120] 由上述表1可知，本发明实施例1、实施例2和实施例3所制备的吸管的拉伸强度能够达到28MPa，断裂伸长率能够达到314％，在-40℃温度下仍然不会出现开裂现象。
[0121] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
