丁海琴，穆娟，蘇丹丹(無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214206)

1 產(chǎn)品現(xiàn)狀分析

一次性塑料吸管在全球的市場(chǎng)使用量非常龐大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年美國(guó)一次性塑料吸管使用量達(dá)1000億根[1]，英國(guó)使用量達(dá)85億根，而中國(guó)塑料吸管累計(jì)產(chǎn)量近3萬(wàn)噸，約合460億根。一次性塑料吸管中所含有的有毒物質(zhì)，正在一點(diǎn)一滴地危害人們的身體健康，而且由于一次性塑料吸管有穩(wěn)定不易降解的特性，其降解所需要花費(fèi)的時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)幾十年或者上百年[2]。

近些年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，餐飲行業(yè)開(kāi)始嘗試使用可降解吸管，英國(guó)和愛(ài)爾蘭地區(qū)的所有麥當(dāng)勞餐廳從2019年9月份開(kāi)始，全面停止使用塑料吸管，替換為紙吸管；中國(guó)國(guó)家發(fā)改委和生態(tài)環(huán)境部于2020年1月聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》規(guī)定，從2020年1 月1日起，全國(guó)餐飲行業(yè)禁止使用不可降解一次性塑料吸管[3]。

國(guó)內(nèi)外一直在研發(fā)一次性塑料吸管的替代品，如中國(guó)的樓仲平帶領(lǐng)“雙童”公司研發(fā)聚乳酸(PLA)可降解吸管。PLA 可降解塑料吸管和傳統(tǒng)的一次性塑料吸管使用感相似，能在奶茶等飲品的最佳飲用時(shí)間內(nèi)保持一定硬度，不影響吸入體驗(yàn)，可降解塑料吸管的可取之處還在于，其主要材料聚乳酸可降解、可循環(huán)，原料來(lái)自從玉米、馬鈴薯等生物質(zhì)中提取的淀粉，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)后生成聚乳酸材質(zhì)，廢棄后能在堆肥狀態(tài)下完全降解為水和二氧化碳，但因造價(jià)偏高導(dǎo)致其市場(chǎng)占有率并不理想。即便在飲品消費(fèi)旺季，普通塑料吸管的原材料聚丙烯最高也不過(guò)8 000多元一噸，而環(huán)保材料聚乳酸將近4 萬(wàn)元一噸，價(jià)格相差4到5倍。張長(zhǎng)偉發(fā)明了一種可自然降解的飲料吸管［4］，它是在紙質(zhì)基層的內(nèi)壁和外壁分別包覆一層PE膜而制成，PE膜透濕性小的特點(diǎn)使吸管具有抗水性，但PE膜對(duì)環(huán)境非常敏感，耐熱老化性差，且制備工藝和回收工藝復(fù)雜，不支持市場(chǎng)使用。

在非塑料吸管的研發(fā)進(jìn)程中，也曾出現(xiàn)過(guò)玻璃吸管、不銹鋼吸管和硅膠吸管，但這些吸管因使用效果或成本等問(wèn)題均未成功取代塑料吸管。相比上述吸管，紙吸管不僅成本較低，而且具有一定的強(qiáng)度和抗水性能，是當(dāng)前市場(chǎng)上一次性塑料吸管的最佳替代品[5]。目前國(guó)內(nèi)外已有部分生產(chǎn)企業(yè)的紙吸管生產(chǎn)達(dá)到一定的規(guī)模，并在市場(chǎng)上推廣使用。但在紙吸管使用過(guò)程中，消費(fèi)者普遍提出紙吸管的體驗(yàn)感劣于一次性塑料吸管，如一杯奶茶喝10 分鐘，還沒(méi)等喝完，吸管浸濕后明顯軟化散開(kāi)，這是因?yàn)榧埼艽嬖趶?qiáng)度低、易軟化、不耐熱等問(wèn)題。

目前關(guān)于紙吸管強(qiáng)度及耐熱性的改進(jìn)報(bào)道比較有限。徐永建等人以漂白硫酸鹽針葉木漿和闊葉木漿為原料[6]，制備出了紙吸管原紙．研究了漿料配比、濕強(qiáng)劑以及施膠劑用量等因素對(duì)原紙常規(guī)性能指標(biāo)的影響，確定了原紙的最佳制備工藝；并通過(guò)測(cè)定溫水抽出物含量，衡量了紙吸管原紙的使用安全性。徐永建等人進(jìn)一步以漂白硫酸鹽針葉木漿和闊葉木漿為原料[7]，通過(guò)濕法成形、表面施膠及涂布耐熱膠黏劑制備耐熱型紙吸管紙，并采用挺度、環(huán)壓強(qiáng)度、濕抗張強(qiáng)度及接觸角等指標(biāo)評(píng)價(jià)紙吸管紙性能；對(duì)比探究了耐熱膠黏劑與普通膠黏劑對(duì)紙吸管性能及使用安全性的影響。

綜上所述，紙吸管作為目前市場(chǎng)上應(yīng)用最多的一類(lèi)可降解吸管，由于存在強(qiáng)度低、耐熱性差的缺陷，給消費(fèi)者帶來(lái)不良的體驗(yàn)感。而現(xiàn)有的研究主要是探索如何通過(guò)改進(jìn)紙吸管用原紙的性能從而提高其強(qiáng)度和耐熱性。事實(shí)上，紙吸管的強(qiáng)度和耐熱性不僅與原紙相關(guān)，與生產(chǎn)工藝也息息相關(guān)。因此，有必要研究如何優(yōu)化紙吸管的生產(chǎn)工藝中各方面要素，從而提高其強(qiáng)度及耐熱性。

2 紙吸管工藝要素的優(yōu)化設(shè)計(jì)

紙吸管的工藝流程基本由紙吸管用原紙的制備—涂蠟—成型—烘干—包裝組成。該流程中紙吸管用原紙的質(zhì)量、涂蠟用量、烘干溫度和濕度均影響紙吸管的強(qiáng)度和耐熱性。因此研究一是優(yōu)化這三要素，最終在工廠推廣應(yīng)用，從而提高紙吸管的強(qiáng)度和耐熱性，改善消費(fèi)者的使用體驗(yàn)感；二是建立比較完整的紙吸管強(qiáng)度和耐熱性能與經(jīng)濟(jì)成本之間的理論體系，指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)紙吸管的不同使用途徑，選擇最經(jīng)濟(jì)的工藝流程。技術(shù)路線實(shí)施如圖1所示。報(bào)道的問(wèn)題，探索改善紙吸管生產(chǎn)過(guò)程中最關(guān)鍵的三要素：紙吸管用原紙的選擇，涂蠟量的控制、烘干溫度和濕度的選擇，從而達(dá)到生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，解決目前紙吸管生產(chǎn)企業(yè)遇到的困境。

針對(duì)紙吸管的強(qiáng)度和耐熱性能沒(méi)有合適的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，存在監(jiān)管漏洞的問(wèn)題，模擬測(cè)試紙吸管在實(shí)際使用環(huán)境下的強(qiáng)度和耐熱性，可為今后紙吸管?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)修訂提供依據(jù)，也為中國(guó)紙吸管的市場(chǎng)監(jiān)管提供可靠的參考。

紙吸管用原紙的質(zhì)量、涂蠟用量、烘干溫度和濕度這三因素均對(duì)紙吸管的強(qiáng)度和耐熱性有一定影響，如何系統(tǒng)地模擬這

2.1 紙吸管用原紙對(duì)強(qiáng)度和耐熱性的影響

目前市場(chǎng)上紙吸管用原紙主要有食用級(jí)牛皮紙、純木漿紙、可降解紙，分別選擇這三類(lèi)原紙，采取同樣的工藝，通過(guò)比較成型品的強(qiáng)度和耐熱性，評(píng)價(jià)三種原紙的適用性。

2.2 涂蠟量對(duì)紙吸管強(qiáng)度和耐熱性的影響

根據(jù)控制變量法，通過(guò)調(diào)控設(shè)備的噴蠟速度，從而設(shè)計(jì)不同的涂蠟量，比較涂蠟量對(duì)紙吸管強(qiáng)度和耐熱性的影響，獲得涂蠟量對(duì)紙吸管強(qiáng)度和耐熱性的影響規(guī)律。

2.3 烘干溫度和濕度對(duì)紙吸管強(qiáng)度和耐熱性的影響

前期研究發(fā)現(xiàn)，烘干工藝對(duì)紙吸管最終的強(qiáng)度和耐熱性影響很大，根據(jù)控制變量法，設(shè)計(jì)不同的烘干條件，比較烘干溫度和濕度對(duì)紙吸管強(qiáng)度和耐熱性的影響，獲得烘干工藝對(duì)紙吸管強(qiáng)度和耐熱性的影響規(guī)律。

2.4 建立紙吸管強(qiáng)度和耐熱性能與經(jīng)濟(jì)成本之間的理論體系

不同用途的紙吸管對(duì)強(qiáng)度和耐熱性要求不同，根據(jù)上述研究得出的吸管用原紙的質(zhì)量、涂蠟用量、烘干溫度和濕度對(duì)紙吸管強(qiáng)度和耐熱性的影響規(guī)律，再結(jié)合不同工藝的價(jià)格因素，最終形成比較完整的紙吸管強(qiáng)度和耐熱性能與經(jīng)濟(jì)成本之間的理論體系，指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)紙吸管的不同使用途徑，選擇較經(jīng)濟(jì)的工藝流程。

3 結(jié)語(yǔ)

目前市場(chǎng)上紙吸管的需求日益增長(zhǎng)，但其強(qiáng)度和耐熱性卻被消費(fèi)者普遍吐槽，本項(xiàng)目針對(duì)市場(chǎng)上紙吸管工藝改進(jìn)的研究鮮有些因素對(duì)上述性能的影響是一項(xiàng)繁瑣的工作。如何在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)定合適的涂蠟用量變化幅度和烘干溫度、濕度的改變值是亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。