CN113043414B - 一种炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法，该方法为：将毛竹加工成竹质棒材，分别从两侧面圆心向中心点顺时针和逆时针钻孔，分别距离竹质棒的中心点1mm处时，将钻孔平台向竹质棒一端移动，再向另一端移动，两个钻头反向退出，在竹质吸管预成品的内壁纵向刻缝，将镂空蒸汽棒***竹质吸管预成品的内部通入水蒸汽炭化后，紫外杀菌，得炭化防霉防开裂竹质吸管。本发明通过反向等扭矩钻孔，提升了吸管加工成品率，降低竹吸管壁厚和重量；通过内壁刻缝和炭化处理，提升了竹质吸管抗开裂和抗霉变性能，延长了竹吸管仓储时间，并且可以通过对炭化参数的调整，实现多种颜色吸管的制备。

Description

一种炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法
技术领域
本发明属于竹材加工技术领域，具体涉及一种炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法。
背景技术
吸管广泛的使用在餐饮领域，尤其是一次性吸管聚丙烯塑料吸管，占领着吸管的主要市场，不可降解一次性塑料吸管的使用对环境造成巨大的压力，取而代之的是以环保型替代品取代了不可降解的塑料吸管。其中竹质吸管作为新兴产品具有环保可降解的优点。
竹材具有维管束和薄壁组织两相复合结构，且竹材厚度方向维管束排列从外向内排列由密变疏，导致了其厚度方向具有明显的梯度结构，竹材在受到不同温度和湿度处理，易产生内应力，最终导致竹制品发生热胀冷缩过程中出现开裂的现象。此外，竹材作为天然生物质材料，由于竹材外层结构致密，导致其水分不易向外排出，容易滋生霉菌；同时竹材含有大量的有机物、蛋白质、淀粉、纤维素、半纤维素和木质素等有利于霉菌生长的物质，为霉菌的生长提供了营养来源。
利用竹材制作筷子、砧板等日用品，可以较好的发挥竹材强度高，生态环保的优势，并且利用现代加工技术和抗菌技术，可以较好的保证了竹制品在使用过程中不发生开裂和霉变。
但是将竹材加工成竹片钻孔制作成吸管，其结构与竹筷子和竹砧板等日用品差异较大。由于竹吸管为中空结构，且吸管管壁一部分为竹青侧，一部分为竹黄侧，造成了其材质差异较大，在使用过程中，易发生开裂。此外，竹吸管的中空内部结构，其内孔径级往往在10mm以下，内表面易富集环境中的水分，造成竹质吸管发生霉变现象，直接危害到人身健康。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法，该本方法通过反向等扭矩钻孔制备竹质吸管，提升了吸管加工成品率，提升了生产效率，并且可以拓展竹材应用范围，降低竹吸管壁厚，降低竹吸管重量；通过内壁刻缝和内壁炭化处理，提升了竹质吸管抗开裂和抗霉变性能，延长了竹吸管仓储时间，并且可以通过对炭化参数的调整，实现多种颜色吸管的制备。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹质棒材的制备：采伐竹龄为5年～7年的毛竹，截断定长，定宽开片，选取壁厚≥7mm的竹片，去除竹黄定厚，拉丝成圆棒，得到竹质棒材；
S2、反向等扭矩钻孔成型：将S1中得到的竹质棒材固定在钻孔平台上，在所述竹质棒的两侧面圆心位置分别均以1500r/min～2000r/min的旋转速率，采用顺时针旋转钻孔和逆时针旋转钻孔的方式均以20mm/s～50mm/s的速度向所述竹质棒的中心点水平移动，当两个钻头分别到达距离竹质棒的中心点1mm处时，停止继续前行，保持两个钻头原地旋转，然后将所述钻孔平台向所述竹质棒的一端水平移动2mm，再反向向所述竹质棒的另一端水平移动4mm，然后两个钻头均以150mm/s～200mm/s的速度水平反向退出所述竹质棒，得到竹质吸管预成品；
采用两个钻头相对方向前进钻孔，并且钻头一个按顺时针旋转，另一个钻头按逆时针旋转，能够减少在钻孔的过程中发生折断的概率，保持竹质棒受力平衡，并且相对方向同时前进钻孔，提高了加工效率；
S3、竹质吸管预成品内部刻缝炭化：在S2中得到的竹质吸管预成品的内壁纵向均匀刻制4条～8条圆弧性的刻缝，刻缝均匀的分布在竹吸管内壁上，将镂空蒸汽棒***至所述竹质吸管预成品的内部，并通入温度为180℃～200℃的水蒸汽30min～120min，对所述竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，然后自然降至室温，得到炭化竹质吸管；
本发明通过高温通入水蒸汽实现炭化，从而降低竹质吸管内部淀粉营养成分和部分半纤维素降解，达到控制内部霉变的作用；
本发明对竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，可以较好的控制炭化深度，大大节省处理时间、降低能耗，若进行整体炭化，需要耗费更多能源。并且进行整体炭化容易造成材料表层炭化过程，内层炭化程度不够。
本发明对竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理能够加个竹材半纤维素、淀粉营养成分降解，减少后期产品发霉，炭化后防霉性能变好，质地***、变脆，炭化颜色的变化表达炭化程度，颜色变暗变深，表示炭化程度高，可以根据对硬度的需求，控制碳化程度，吸管炭化后，表面形成致密的炭化层，具有较好的耐高温性能，竹质吸管内壁经炭化后，表面应力降低，减少了开裂特征；
S4、外表面杀菌处理：将S3中得到的炭化竹质吸管滚动通过紫外装置，杀菌5s～10s，得到炭化防霉防开裂竹质吸管。
优选地，S1中所述竹质棒材的长度为120mm～200mm，直径为7mm～9mm。
优选地，S2中所述竹质吸管预成品的壁厚为0.5mm～1.5mm。
优选地，S3中圆弧性的刻缝的深度为0.2mm～0.5mm。
优选地，S3中所述镂空蒸汽棒的外径为5mm～8mm，长度可伸缩，长度调节范围为100mm～250mm。
优选地，S4中所述紫外装置为4支功率均为20W的紫外灯按照相邻间距为15cm平行放置。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过反向等扭矩钻孔制备竹质吸管，提升了吸管加工成品率，提升了生产效率，并且可以拓展竹材应用范围，降低竹吸管壁厚，降低竹吸管重量；通过内壁刻缝和内壁炭化处理，提升了竹质吸管抗开裂和抗霉变性能，延长了竹吸管仓储时间，并且可以通过对炭化参数的调整，实现多种颜色吸管的制备。
2、本发明通过高温通入水蒸汽实现炭化，从而降低竹质吸管内部淀粉营养成分和部分半纤维素降解，达到控制内部霉变的作用；本发明对竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，可以较好的控制炭化深度，大大节省处理时间、降低能耗，若进行整体炭化，需要耗费更多能源。并且进行整体炭化容易造成材料表层炭化过程，内层炭化程度不够。本发明对竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理能够加个竹材半纤维素、淀粉营养成分降解，减少后期产品发霉，炭化后防霉性能变好，质地***、变脆，炭化颜色的变化表达炭化程度，颜色变暗变深，表示炭化程度高，可以根据对硬度的需求，控制碳化程度，吸管炭化后，表面形成致密的炭化层，具有较好的耐高温性能，竹质吸管内壁经炭化后，表面应力降低，减少了开裂特征。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例的炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹质棒材的制备：采伐竹龄为6年的毛竹，截断定长，定宽开片，选取壁厚≥8mm的竹片，去除竹黄定厚，拉丝成圆棒，得到长度为180mm，直径为8mm的竹质棒材；
S2、反向等扭矩钻孔成型：将S1中得到的竹质棒材固定在钻孔平台上，在所述竹质棒的两侧面圆心位置分别均以1800r/min的旋转速率，采用顺时针旋转钻孔和逆时针旋转钻孔的方式均以30mm/s的速度向所述竹质棒的中心点水平移动，当两个钻头分别到达距离竹质棒的中心点1mm处时，停止继续前行，保持两个钻头原地旋转，然后将所述钻孔平台向所述竹质棒的一端水平移动2mm，再反向向所述竹质棒的另一端水平移动4mm，然后两个钻头均以180mm/s的速度水平反向退出所述竹质棒，得到壁厚为1mm的竹质吸管预成品；
S3、竹质吸管预成品内部刻缝炭化：用直径为1mm的铣刀在S2中得到的竹质吸管预成品的内壁纵向均匀刻制6条圆弧性的刻缝，刻缝的深度为0.4mm，刻缝均匀的分布在竹吸管内壁上，将镂空蒸汽棒***至所述竹质吸管预成品的内部，并通入温度为190℃的水蒸汽80min，对所述竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，然后自然降至室温，得到炭化竹质吸管；所述镂空蒸汽棒的外径为6mm，长度可伸缩，长度调节范围为100mm～250mm；
S4、外表面杀菌处理：将S3中得到的炭化竹质吸管滚动通过紫外装置，杀菌8s，得到炭化防霉防开裂竹质吸管；所述紫外装置为4支功率均为20W的紫外灯按照相邻间距为15cm平行放置。
本实施例通过反向等扭矩钻孔制备竹质吸管，提升了吸管加工成品率，提升了生产效率，并且可以拓展竹材应用范围，降低竹吸管壁厚，降低竹吸管重量；通过内壁刻缝和内壁炭化处理，提升了竹质吸管抗开裂和抗霉变性能，延长了竹吸管仓储时间，并且可以通过对炭化参数的调整，实现多种颜色吸管的制备。
本实施例通过高温通入水蒸汽实现炭化，从而降低竹质吸管内部淀粉营养成分和部分半纤维素降解，达到控制内部霉变的作用；本实施例对竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，可以较好的控制炭化深度，大大节省处理时间、降低能耗，若进行整体炭化，需要耗费更多能源。并且进行整体炭化容易造成材料表层炭化过程，内层炭化程度不够。本实施例对竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理能够加个竹材半纤维素、淀粉营养成分降解，减少后期产品发霉，炭化后防霉性能变好，质地***、变脆，炭化颜色的变化表达炭化程度，颜色变暗变深，表示炭化程度高，可以根据对硬度的需求，控制碳化程度，吸管炭化后，表面形成致密的炭化层，具有较好的耐高温性能，竹质吸管内壁经炭化后，表面应力降低，减少了开裂特征。
制备的炭化防霉防开裂竹质吸管性能：规格尺寸长为180mm、外径为8mm，内径为6.6mm，吸管质量为1.53g；吸管径向抗压承载能力40N，耐温试验(120±5℃的油、恒温30min；沸水30min)均无变形。内部炭化颜色变化色差(E*)为55。亮度(L*)为60；蒸煮-干燥循环竹质吸管抗开裂能力为循环20次；抗菌性能：微生物:大肠菌群、沙门氏菌等未检出，霉菌(CFU/g)＜3。
实施例2
本实施例的炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹质棒材的制备：采伐竹龄为5年年的毛竹，截断定长，定宽开片，选取壁厚≥7mm的竹片，去除竹黄定厚，拉丝成圆棒，得到长度为120mm，直径为7mm的竹质棒材；
S2、反向等扭矩钻孔成型：将S1中得到的竹质棒材固定在钻孔平台上，在所述竹质棒的两侧面圆心位置分别均以1500r/min的旋转速率，采用顺时针旋转钻孔和逆时针旋转钻孔的方式均以20mm/s的速度向所述竹质棒的中心点水平移动，当两个钻头分别到达距离竹质棒的中心点1mm处时，停止继续前行，保持两个钻头原地旋转，然后将所述钻孔平台向所述竹质棒的一端水平移动2mm，再反向向所述竹质棒的另一端水平移动4mm，然后两个钻头均以150mm/s的速度水平反向退出所述竹质棒，得到壁厚为1.5mm的竹质吸管预成品；
S3、竹质吸管预成品内部刻缝炭化：用直径为1mm的铣刀在S2中得到的竹质吸管预成品的内壁纵向均匀刻制4条圆弧性的刻缝，刻缝的深度为0.2mm，刻缝均匀的分布在竹吸管内壁上，将镂空蒸汽棒***至所述竹质吸管预成品的内部，并通入温度为180℃的水蒸汽120min，对所述竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，然后自然降至室温，得到炭化竹质吸管；所述镂空蒸汽棒的外径为5mm，长度可伸缩，长度调节范围为100mm～250mm；
S4、外表面杀菌处理：将S3中得到的炭化竹质吸管滚动通过紫外装置，杀菌5s，得到炭化防霉防开裂竹质吸管；所述紫外装置为4支功率均为20W的紫外灯按照相邻间距为15cm平行放置。
制备的炭化防霉防开裂竹质吸管性能：规格尺寸长为120mm、外径为7mm，内径为5.8mm，吸管质量为1.22g；吸管径向抗压承载能力30N，耐温试验(120±5℃的油、恒温30min；沸水30min)均无变形。内部炭化颜色变化色差(E*)为42。亮度(L*)为55；蒸煮-干燥循环竹质吸管抗开裂能力为循环25次；抗菌性能：微生物:大肠菌群、沙门氏菌等未检出，霉菌(CFU/g)＜3。
实施例3
本实施例的炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法，该方法为：
S1、竹质棒材的制备：采伐竹龄为7年的毛竹，截断定长，定宽开片，选取壁厚≥9mm的竹片，去除竹黄定厚，拉丝成圆棒，得到长度为200mm，直径为9mm的竹质棒材；
S2、反向等扭矩钻孔成型：将S1中得到的竹质棒材固定在钻孔平台上，在所述竹质棒的两侧面圆心位置分别均以2000r/min的旋转速率，采用顺时针旋转钻孔和逆时针旋转钻孔的方式均以50mm/s的速度向所述竹质棒的中心点水平移动，当两个钻头分别到达距离竹质棒的中心点1mm处时，停止继续前行，保持两个钻头原地旋转，然后将所述钻孔平台向所述竹质棒的一端水平移动2mm，再反向向所述竹质棒的另一端水平移动4mm，然后两个钻头均以200mm/s的速度水平反向退出所述竹质棒，得到壁厚为0.5mm的竹质吸管预成品；
S3、竹质吸管预成品内部刻缝炭化：用直径为1mm的铣刀在S2中得到的竹质吸管预成品的内壁纵向均匀刻制8条圆弧性的刻缝，刻缝的深度为0.5mm，刻缝均匀的分布在竹吸管内壁上，将镂空蒸汽棒***至所述竹质吸管预成品的内部，并通入温度为200℃的水蒸汽30min，对所述竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，然后自然降至室温，得到炭化竹质吸管；所述镂空蒸汽棒的外径为8mm，长度可伸缩，长度调节范围为100mm～250mm；
S4、外表面杀菌处理：将S3中得到的炭化竹质吸管滚动通过紫外装置，杀菌10s，得到炭化防霉防开裂竹质吸管；所述紫外装置为4支功率均为20W的紫外灯按照相邻间距为15cm平行放置。
制备的炭化防霉防开裂竹质吸管性能：规格尺寸长为200mm、外径为9mm，内径为7.4mm，吸管质量为1.61g；吸管径向抗压承载能力40N，耐温试验(120±5℃的油、恒温30min；沸水30min)均无变形。内部炭化颜色变化色差(E*)为50。亮度(L*)为55；蒸煮-干燥循环竹质吸管抗开裂能力为循环20次；抗菌性能：微生物:大肠菌群、沙门氏菌等未检出，霉菌(CFU/g)＜3。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种炭化防霉防开裂竹质吸管的制备方法，其特征在于，该方法为：
S1、竹质棒材的制备：采伐竹龄为5年～7年的毛竹，截断定长，定宽开片，选取壁厚≥7mm的竹片，去除竹黄定厚，拉丝成圆棒，得到竹质棒材；S1中所述竹质棒材的长度为120mm～200mm，直径为7mm～9mm；
S2、反向等扭矩钻孔成型：将S1中得到的竹质棒材固定在钻孔平台上，在所述竹质棒的两侧面圆心位置分别均以1500r/min～2000r/min的旋转速率，采用顺时针旋转钻孔和逆时针旋转钻孔的方式均以20mm/s～50mm/s的速度向所述竹质棒的中心点水平移动，当两个钻头分别到达距离竹质棒的中心点1mm处时，停止继续前行，保持两个钻头原地旋转，然后将所述钻孔平台向所述竹质棒的一端水平移动2mm，再反向向所述竹质棒的另一端水平移动4mm，然后两个钻头均以100mm/s～150mm/s的速度水平反向退出所述竹质棒，得到竹质吸管预成品；S2中所述竹质吸管预成品的壁厚为0.5mm～1.5mm；
S3、竹质吸管预成品内部刻缝炭化：在S2中得到的竹质吸管预成品的内壁纵向均匀刻制4条～8条圆弧性的刻缝，刻缝均匀的分布在竹吸管内壁上，将镂空蒸汽棒***至所述竹质吸管预成品的内部，并通入温度为180℃～200℃的水蒸汽30min～120min，对所述竹质吸管预成品的内壁进行炭化处理，然后自然降至室温，得到炭化竹质吸管；S3中圆弧性的刻缝的深度为0.2mm～0.5mm；S3中所述镂空蒸汽棒的外径为5mm～8mm，长度可伸缩，长度调节范围为100mm～250mm；
S4、外表面杀菌处理：将S3中得到的炭化竹质吸管滚动通过紫外装置，杀菌5s～10s，得到炭化防霉防开裂竹质吸管；S4中所述紫外装置为4支功率均为20W的紫外灯按照相邻间距为15cm平行放置。
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