丁海琴，穆娟，苏丹丹(无锡工艺职业技术学院，江苏 无锡 214206)

1 产品现状分析

一次性塑料吸管在全球的市场使用量非常庞大，据统计，2019 年美国一次性塑料吸管使用量达1000亿根[1]，英国使用量达85亿根，而中国塑料吸管累计产量近3万吨，约合460亿根。一次性塑料吸管中所含有的有毒物质，正在一点一滴地危害人们的身体健康，而且由于一次性塑料吸管有稳定不易降解的特性，其降解所需要花费的时间可能长达几十年或者上百年[2]。

近些年来，随着人们环保意识的提高和世界各国对环境保护的重视，餐饮行业开始尝试使用可降解吸管，英国和爱尔兰地区的所有麦当劳餐厅从2019年9月份开始，全面停止使用塑料吸管，替换为纸吸管；中国国家发改委和生态环境部于2020年1月联合发布的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》规定，从2020年1 月1日起，全国餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管[3]。

国内外一直在研发一次性塑料吸管的替代品，如中国的楼仲平带领“双童”公司研发聚乳酸(PLA)可降解吸管。PLA 可降解塑料吸管和传统的一次性塑料吸管使用感相似，能在奶茶等饮品的最佳饮用时间内保持一定硬度，不影响吸入体验，可降解塑料吸管的可取之处还在于，其主要材料聚乳酸可降解、可循环，原料来自从玉米、马铃薯等生物质中提取的淀粉，经一系列化学反应后生成聚乳酸材质，废弃后能在堆肥状态下完全降解为水和二氧化碳，但因造价偏高导致其市场占有率并不理想。即便在饮品消费旺季，普通塑料吸管的原材料聚丙烯最高也不过8 000多元一吨，而环保材料聚乳酸将近4 万元一吨，价格相差4到5倍。张长伟发明了一种可自然降解的饮料吸管［4］，它是在纸质基层的内壁和外壁分别包覆一层PE膜而制成，PE膜透湿性小的特点使吸管具有抗水性，但PE膜对环境非常敏感，耐热老化性差，且制备工艺和回收工艺复杂，不支持市场使用。

在非塑料吸管的研发进程中，也曾出现过玻璃吸管、不锈钢吸管和硅胶吸管，但这些吸管因使用效果或成本等问题均未成功取代塑料吸管。相比上述吸管，纸吸管不仅成本较低，而且具有一定的强度和抗水性能，是当前市场上一次性塑料吸管的最佳替代品[5]。目前国内外已有部分生产企业的纸吸管生产达到一定的规模，并在市场上推广使用。但在纸吸管使用过程中，消费者普遍提出纸吸管的体验感劣于一次性塑料吸管，如一杯奶茶喝10 分钟，还没等喝完，吸管浸湿后明显软化散开，这是因为纸吸管存在强度低、易软化、不耐热等问题。

目前关于纸吸管强度及耐热性的改进报道比较有限。徐永建等人以漂白硫酸盐针叶木浆和阔叶木浆为原料[6]，制备出了纸吸管原纸．研究了浆料配比、湿强剂以及施胶剂用量等因素对原纸常规性能指标的影响，确定了原纸的最佳制备工艺；并通过测定温水抽出物含量，衡量了纸吸管原纸的使用安全性。徐永建等人进一步以漂白硫酸盐针叶木浆和阔叶木浆为原料[7]，通过湿法成形、表面施胶及涂布耐热胶黏剂制备耐热型纸吸管纸，并采用挺度、环压强度、湿抗张强度及接触角等指标评价纸吸管纸性能；对比探究了耐热胶黏剂与普通胶黏剂对纸吸管性能及使用安全性的影响。

综上所述，纸吸管作为目前市场上应用最多的一类可降解吸管，由于存在强度低、耐热性差的缺陷，给消费者带来不良的体验感。而现有的研究主要是探索如何通过改进纸吸管用原纸的性能从而提高其强度和耐热性。事实上，纸吸管的强度和耐热性不仅与原纸相关，与生产工艺也息息相关。因此，有必要研究如何优化纸吸管的生产工艺中各方面要素，从而提高其强度及耐热性。

2 纸吸管工艺要素的优化设计

纸吸管的工艺流程基本由纸吸管用原纸的制备—涂蜡—成型—烘干—包装组成。该流程中纸吸管用原纸的质量、涂蜡用量、烘干温度和湿度均影响纸吸管的强度和耐热性。因此研究一是优化这三要素，最终在工厂推广应用，从而提高纸吸管的强度和耐热性，改善消费者的使用体验感；二是建立比较完整的纸吸管强度和耐热性能与经济成本之间的理论体系，指导生产企业根据纸吸管的不同使用途径，选择最经济的工艺流程。技术路线实施如图1所示。报道的问题，探索改善纸吸管生产过程中最关键的三要素：纸吸管用原纸的选择，涂蜡量的控制、烘干温度和湿度的选择，从而达到生产工艺的优化，解决目前纸吸管生产企业遇到的困境。

针对纸吸管的强度和耐热性能没有合适的国家标准，存在监管漏洞的问题，模拟测试纸吸管在实际使用环境下的强度和耐热性，可为今后纸吸管国家标准修订提供依据，也为中国纸吸管的市场监管提供可靠的参考。

纸吸管用原纸的质量、涂蜡用量、烘干温度和湿度这三因素均对纸吸管的强度和耐热性有一定影响，如何系统地模拟这

2.1 纸吸管用原纸对强度和耐热性的影响

目前市场上纸吸管用原纸主要有食用级牛皮纸、纯木浆纸、可降解纸，分别选择这三类原纸，采取同样的工艺，通过比较成型品的强度和耐热性，评价三种原纸的适用性。

2.2 涂蜡量对纸吸管强度和耐热性的影响

根据控制变量法，通过调控设备的喷蜡速度，从而设计不同的涂蜡量，比较涂蜡量对纸吸管强度和耐热性的影响，获得涂蜡量对纸吸管强度和耐热性的影响规律。

2.3 烘干温度和湿度对纸吸管强度和耐热性的影响

前期研究发现，烘干工艺对纸吸管最终的强度和耐热性影响很大，根据控制变量法，设计不同的烘干条件，比较烘干温度和湿度对纸吸管强度和耐热性的影响，获得烘干工艺对纸吸管强度和耐热性的影响规律。

2.4 建立纸吸管强度和耐热性能与经济成本之间的理论体系

不同用途的纸吸管对强度和耐热性要求不同，根据上述研究得出的吸管用原纸的质量、涂蜡用量、烘干温度和湿度对纸吸管强度和耐热性的影响规律，再结合不同工艺的价格因素，最终形成比较完整的纸吸管强度和耐热性能与经济成本之间的理论体系，指导生产企业根据纸吸管的不同使用途径，选择较经济的工艺流程。

3 结语

目前市场上纸吸管的需求日益增长，但其强度和耐热性却被消费者普遍吐槽，本项目针对市场上纸吸管工艺改进的研究鲜有些因素对上述性能的影响是一项繁琐的工作。如何在现有工艺的基础上，设定合适的涂蜡用量变化幅度和烘干温度、湿度的改变值是亟需解决的关键技术问题。