一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管及其制备方法，该吸管以甲壳亚门动物外壳作原材料，其制备方法主要包括纯化、打浆、抽滤及成型等步骤。本发明专利技术吸管的原材料为废弃虾蟹壳，实现了废弃资源的再利用，能有效解决现有吸管生产加工过程中资源匮乏的问题，并可完全回收再生，易于生产加工，成本较低；吸管的物质组分仅包含甲壳素或甲壳素及部分蛋白质，无需添加任何湿强剂、化学填料、助剂等，卷曲成型后也无需使用任何胶黏剂粘合，自然干燥即可，产品更加安全；可埋入土壤自然降解，不会造成环境污染，随意丢弃也不会对自然生物造成危害。因此，本发明专利技术是一种能替代塑料吸管、比纸吸管更为环保安全的新型全生物质天然可降解吸管。

【技术实现步骤摘要】
一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管及其制备方法
本专利技术属于生物新材料及高分子化合物
，具体涉及本专利技术公开了一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管及其制备方法。
技术介绍
2020年1月，中央发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，规定到2020年底全国范围餐饮行业禁止使用不可降解的一次性塑料吸管。从2008年的“限塑令”以来，12年后的“禁塑令”才是真正意义上对所有不可降解塑料制品的限制。因此，禁限之下“不可降解”是其原因所在。塑料吸管的使用量大，数据显示，2019年全国塑料制品累计产量8184万吨，其中塑料吸管近3万吨，约合460亿根，人均使用量超过30根。作为“禁塑”行列的一次性塑料制品，一根塑料吸管平均使用时间为20min左右，随后就被丢弃；但每根塑料吸管的降解时间则长达500年，环境危害大。随着人们环境保护意识的提高，人们尝试研发了如纸质、不锈钢质、玻璃或铁质以及其他生物可降解材料的吸管替代塑料吸管。直到近两年，纸吸管业务开展起来，成为了塑料吸管最常见的替代品。纸吸管与塑料吸管相比最大的优点就是可以自然降解，但其中还是不免填充施胶粘合剂、防水蜡等填料，具有一定的安全隐患，同时纸张的原料也部分源于对树木的砍伐。此外，为了防止其在使用过程中破碎溃烂，纸吸管的用料比塑料吸管多30%，且纸吸管的木质原料来源匮乏，使得其成本较塑料吸管更高。近年来，生物质塑料淀粉吸管也引起了越来越多的关注，它们由植物来源的塑料PLA（聚乳酸）制成，其主要材料为玉米淀粉、土豆淀粉、甘蔗、甜菜根、木薯等等。但实际上这种吸管对环境的危害可能与普通塑料吸管并无区别。生物塑料吸管在特定的环境条件下才可分解，通常需要借助工业垃圾堆肥设施，而大多数地方目前并没有此种设施。如果没有被适当堆肥处理，混入填埋垃圾中的生物塑料吸管可能需要几年时间才能分解；一旦进入海洋环境，情况会更加糟糕，因为它们在海水中根本无法分解，对海洋动物危害巨大。甲壳素来源广泛，是自然界中储量第二的天然可再生生物资源，大量存在于废弃的虾蟹外壳中，具有良好的生物相容性和生物可降解性。新加坡国立大学Yan等在NatureComment发表了一篇文章（Yan,N.,X.Chen,Don’twasteseafoodwaste,NaturalComment,2015,524,155-157），呼吁广大科学家能够找到一种合理的可持续的方式来利用这些资源：“不要浪费这些海洋废弃物”。文中简述了全球关于海洋废弃虾蟹壳的状况：全球每年会产生600-800万吨的废弃虾、蟹、龙虾壳等，其中，仅东南亚地区每年就有150万吨。虾壳和蟹壳是水产工业产生的固体废弃物，随着我国淡水及海水养殖虾蟹业的发展，这些固体废弃物的数量越来越多，其中仅有一小部分用于饲料添加剂等低附加值产品中，绝大部分的虾蟹壳被当做垃圾随意填埋或是倒入海洋甚至是不做处理，严重影响了人类的生存环境。虾蟹壳废弃物含有大量的甲壳素，具有较高的利用价值，但回收利用率低，既造成资源的严重浪费又污染环境。以自然界蟹壳为例，其主要成分包括骨架物质甲壳素、蛋白质、碳酸钙等无机盐以及色素等。其中，甲壳素分子通过范德华力和分子内及分子间氢键的相互作用堆叠形成基本纤丝，基本纤丝通过组装形成微米纤维尺寸并分层排列，通过脱矿物质、脱蛋白等去除基质成分后，即可得到保留甲壳亚门动物外壳中天然的甲壳素微纳米结构，此特点使得甲壳素可生产完全绿色环保可降解的甲壳素吸管，有望取代塑料吸管成为比纸吸管更绿色环保的新型天然全生物质吸管。
技术实现思路
本专利技术的目的在在于提供一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管及其制备方法，以避免了吸管制备中的施胶、填料等添加剂处理工序，以提高吸管的安全性，实现吸管材料的全生物质组分。实现本专利技术目的的技术解决方案为，一种可降解微纳米纤维无胶自粘合吸管的制备方法，其特征在于具有如下步骤：步骤a．纯化：以虾蟹壳作为原料，去除虾蟹壳中的基质成分，提取纯化虾蟹壳；步骤b．打浆：通过物理搅拌对纯化虾蟹壳进行表面微/纳米处理，制备虾蟹壳浆料；步骤c．抽滤：将虾蟹壳浆料抽滤，制备湿膜底材料；步骤d．成型：利用模具对湿膜底材料成型，干燥后接头处自粘合，制备得吸管。优选的，所述步骤a中，去除的基质成分为碳酸钙、蛋白质及色素，具体步骤如下：步骤a.1．脱碳酸钙：将虾蟹壳洗净烘干，常温下用7wt%的盐酸浸泡处理48~72小时，完全去除碳酸钙后，用去离子水清洗至中性，即得到去除碳酸钙的软化虾蟹壳；步骤a.2．脱蛋白质：常温下将软化虾蟹壳用4~20wt%的碱溶液浸泡处理1~2周，去除蛋白质，得到去除碳酸钙和蛋白质的软化虾蟹壳；步骤a.3．脱色：将去除碳酸钙和蛋白质的软化虾蟹壳冲洗至中性后，在常温下用脱色处理试剂浸泡处理12~48小时，去除色素成分，最后漂洗，即得到仅含甲壳素、柔软且白净的纯化虾蟹壳。优选的，所述步骤a中，去除的基质成分为碳酸钙及色素，具体步骤如下：步骤a.1．脱碳酸钙：将虾蟹壳洗净烘干，常温下用7wt%的盐酸浸泡处理48~72小时，完全去除碳酸钙后，用去离子水清洗至中性，即得到去除碳酸钙的软化虾蟹壳；步骤a.3．脱色：将去除碳酸钙的软化虾蟹壳冲洗至中性后，在常温下用脱色处理试剂浸泡处理12~48小时，去除色素成分，最后漂洗，即得到含甲壳素及部分蛋白质的纯化虾蟹壳。优选的，所述步骤b中，打浆过程中不加酸，具体步骤如下：以步骤a所得纯化虾蟹壳为原料，加去离子水配制成1~2wt%的混合物，利用食品搅拌机将混合物搅拌2~20分钟，即为打浆制备得到的中性甲壳素悬浮浆料。优选的，所述步骤b中，打浆过程中加酸，具体步骤如下：以步骤a所得纯化虾蟹壳为原料，加去离子水配制成1~2wt%的混合物，先滴加1~2wt%的醋酸溶液，调整PH值为3-4，然后利用食品搅拌机将混合物搅拌2~20分钟，即为打浆制备得到酸性甲壳素悬浮浆料。优选的，所述步骤c中，以步骤b所得虾蟹壳浆料制备吸管，经真空抽滤、脱水成型湿膜，具体步骤如下：用蒸馏水洗净砂芯漏斗后，放上一张微孔滤膜，开启真空泵，取适当固体含量的悬浮浆料导入漏斗中，抽滤形成甲壳素微/纳米纤维湿膜。优选的，所述步骤d中，对步骤c所得甲壳素微/纳米纤维湿膜进行卷压成型，经自然干燥后制备获得一种无胶自粘合吸管，具体步骤如下：步骤d.1．将甲壳素微/纳米纤维湿膜揭下，按尺寸剪裁，然后沿滚轴模具一端卷曲，卷曲过程保证湿膜紧贴于滚轴模具上，得到单层或多层的管状湿膜；步骤d.2．将滚轴模具上的管状湿膜，进行1~8小时的自然风干，实现管状湿膜重叠处的自粘合；步骤d.3．干燥后轻微旋转吸管，完成脱模，即制备得到可降解微纳米纤维无胶自粘合吸管。优选的，所述滚轴模具为易脱模器具。优选的，采用与相同的工艺制备外包装袋，作为可降解微纳米纤维无胶自粘合吸管的包装袋。一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管，由上述的制备方法制备而成。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：1．本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管的制备方法，其特征在于具有如下步骤：/n步骤a．纯化：以虾蟹壳作为原料，去除虾蟹壳中的基质成分，提取纯化虾蟹壳；/n步骤b．打浆：通过物理搅拌对纯化虾蟹壳进行表面微/纳米处理，制备虾蟹壳浆料；/n步骤c．抽滤：将虾蟹壳浆料抽滤，制备湿膜底材料；/n步骤d．成型：利用模具对湿膜底材料成型，干燥后接头处自粘合，制备得吸管。/n

【技术特征摘要】
1.一种可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管的制备方法，其特征在于具有如下步骤：
步骤a．纯化：以虾蟹壳作为原料，去除虾蟹壳中的基质成分，提取纯化虾蟹壳；
步骤b．打浆：通过物理搅拌对纯化虾蟹壳进行表面微/纳米处理，制备虾蟹壳浆料；
步骤c．抽滤：将虾蟹壳浆料抽滤，制备湿膜底材料；
步骤d．成型：利用模具对湿膜底材料成型，干燥后接头处自粘合，制备得吸管。


2.根据权利要求1所述的可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，去除的基质成分为碳酸钙、蛋白质及色素，具体步骤如下：
步骤a.1．脱碳酸钙：将虾蟹壳洗净烘干，常温下用7wt%的盐酸浸泡处理48~72小时，完全去除碳酸钙后，用去离子水清洗至中性，即得到去除碳酸钙的软化虾蟹壳；
步骤a.2．脱蛋白质：常温下将软化虾蟹壳用4~20wt%的碱溶液浸泡处理1~2周，去除蛋白质，得到去除碳酸钙和蛋白质的软化虾蟹壳；
步骤a.3．脱色：将去除碳酸钙和蛋白质的软化虾蟹壳冲洗至中性后，在常温下用脱色处理试剂浸泡处理12~48小时，去除色素成分，最后漂洗，即得到仅含甲壳素、柔软且白净的纯化虾蟹壳。


3.根据权利要求1所述的可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，去除的基质成分为碳酸钙及色素，具体步骤如下：
步骤a.1．脱碳酸钙：将虾蟹壳洗净烘干，常温下用7wt%的盐酸浸泡处理48~72小时，完全去除碳酸钙后，用去离子水清洗至中性，即得到去除碳酸钙的软化虾蟹壳；
步骤a.3．脱色：将去除碳酸钙的软化虾蟹壳冲洗至中性后，在常温下用脱色处理试剂浸泡处理12~48小时，去除色素成分，最后漂洗，即得到含甲壳素及部分蛋白质的纯化虾蟹壳。


4.根据权利要求1所述的可降解微/纳米纤维无胶自粘合吸管的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，打浆过程中不加酸，具体步骤如下：以步骤a所得纯化虾蟹壳为原料，加去离子水配制成1~2wt%的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈楚楚，吴启静，周彤，刘硕，王露臻，徐朝阳，李大纲，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32