CN103882766B - 一种除去包装卡纸中酮类物质的除酮添加剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除去包装卡纸中酮类物质的除酮添加剂及其应用。所述除酮添加剂由有机胺和催化剂组成，有机胺选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、乙醇胺、胍或二甲基双胍中的一种或几种，所用的催化剂选自乙酸、丙酸、柠檬酸和苹果酸中的一种或几种，有机胺与催化剂的质量比为：1.5:1～2.5:1。在室温下将该除酮添加剂加入到含丙烯酸树脂的水分散涂布液中，其中除酮添加剂在涂布液中的质量比为0.5%～5.0%，得到一种水性涂布液。将该水性涂布液用于除去包装卡纸中的酮类物质。实验表明，本发明的水性涂布液可有效除去包装卡纸中的酮类物质。且水性涂布液的生产成本低，在除酮过程中不会改变纸张的结构和特性，不影响包装卡纸的后续加工工艺。
Description
技术领域
本发明属于食品或卷烟包装纸应用领域，具体涉及一种除去包装卡纸中酮类物质的除酮添加剂及其应用。
背景技术
丁酮和丙酮等酮类物质通常为无色透明的液体，具有沸点较低、容易挥发、化学稳定性好和难与其他物质发生反应等特点，由于其具有良好的溶解性能，常用做溶剂或稀释剂。但是丁酮和丙酮均存在有一定的毒性，其中丙酮对人体具有肝毒性，对于黏膜有一定的刺激性，吸入其蒸气后可引起头痛，支气管炎等症状。如果大量吸入，还可能失去知觉。而丁酮对皮肤具有刺激性，会通过皮肤脱脂而产生皮炎，对眼睛有刺激性，会引起红肿和瘙痒，摄入会对呼吸道产生刺激，导致胃肠道不适应，引起头晕、头痛、恶心，呕吐以及意识不清。
包装卡纸在卷烟包装、茶叶、面条和米袋等各类食品包装领域被广发应用，然而，食品包装卡纸中几乎都含有丙酮和丁酮等酮类物质的残留，而部分的包装卡纸与食品直接相接触，如果不进行处理，纸张内的这些酮类可邻近印刷装置进行释放迁移到食品中，经过消费者的口腔进入身体内部，严重威胁着消费者的身体健康，而且，该类挥发性酮类物质能够改变密封于印刷容器内的可食物质的感官特性、口感、口味或气味，影响产品质量。
卷烟条、盒包装纸均是用量较大的烟用纸质包装材料，有些产品的印刷工艺比较复杂，对卷烟产品品质具有重大影响。为控制条、盒包装纸中有机溶剂的残留，维护消费者利益，避免潜在的环境污染，国家烟草专卖局组织制定了YC／T207-2006《卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的测定顶空-气相色谱法》和YC263-2008《卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的限量》两项烟草行业标准，并分别于2006年10月和2008年7月发布实施，其中对丙酮、丁酮、4-甲基-2-戊酮和环己酮等挥发性酮类物质进行了限量，并鼓励采用先进的科学技术，力争消除包装材料中的这些有害的挥发性羰基化合物。因此，研究开发消除包装卡纸中的酮类物质的技术具有十分重要的应用价值和社会效益。
包装卡纸中酮类物质的来源主要卡纸生产过程中（如施胶工艺）和增加卡纸镭射效果使用膜转移技术，在这些加工工艺过程中，一方面使用了丁酮等作为有机溶剂，另一方面是卡纸原纸本身固有。由于缺乏有效的除酮技术，不同行业对包装卡纸中的酮类物质限量要求不一样，其理想的状态是用于食品包装的卡纸中不得检出丁酮等挥发性羰基化合物。
随着人们对食品安全的逐步重视和关注，如何有效除去包装材料中挥发性羰基化合物等有害成分日益受到人们重视。传统的除去包装材料中羰基化合物的方法是将包装卡纸或印刷后的商标纸在一定温度下（通常在40℃左右）烘烤或在一定通风条件下吹扫几天以上，尽量使这些挥发性有机化合物挥发到空气中，能够减少包装材料在使用过程中的挥发量。然而，这种传统的去除方法存在耗时长，去除效率低等缺点，而且，包装卡纸中自身含有的挥发性羰基化合物随着使用时间的推移不断释放出来，传统的方法不能完全除去材料中的挥发性羰基化合物。因此，亟待一种新的技术来完全根除包装材料中的挥发性羰基化合物，迄今尚未见这方面的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中包装卡纸中酮类物质难以去除的技术缺陷，提供一种可很好地除去包装卡纸中酮类物质的除酮添加剂，将该除酮添加剂用于除去包装卡纸的酮类物质时，不仅除酮效率高，可有效地降低包装卡纸中的挥发性有机化合物总释放量，且在使用该除酮添加剂除酮后不会改变纸张的结构、特性，不影响包装卡纸的后续印刷和包装等加工工艺。
本发明的另一目的在于提供一种上述除酮添加剂的操作简单、除酮效率高和生产成本低的应用方法。
本发明的技术方案：
一种除去包装卡纸中酮类物质的除酮添加剂，所述除酮添加剂由有机胺和催化剂组成，有机胺选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、乙醇胺、胍或二甲基双胍中的一种或几种；催化剂选自乙酸、丙酸、柠檬酸或苹果酸中的一种或几种，有机胺与催化剂的质量比为：1.5:1～2.5:1。
有机胺与催化剂的质量比优选为：2∶1～2.5∶1。
本发明中的除酮添加剂特别优选由乙醇胺和乙酸组成，或者，由乙二胺、胍、乙酸和苹果酸组成。
其中，添加剂由乙醇胺和乙酸组成时，乙醇胺和乙酸最优选的质量比为2.5:1；
添加剂由乙二胺、胍、乙酸和苹果酸组成时，乙二胺、胍、乙酸和苹果酸的最优选的质量比为3.0:1.0:1.2:0.8。
本发明的应用在于，将上述除酮添加剂用于除去包装卡纸中的酮类物质。
所述包装卡纸为食品包装纸。
所述包装卡纸为卷烟条或盒包装纸。
将所述的除酮添加剂添加到水分散涂布液中得到水性涂布液，再涂布在卡纸上。
水分散涂布液含水性丙烯酸酯类共聚物、去离子水、消泡剂、润湿分散剂、防腐剂；
水性涂布液中，除酮添加剂与水分散涂布液的质量比为0.5%～5.0%。
本发明方案中，所述的水性丙烯酸酯类共聚物可以选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸/丙烯酸丁脂/丙烯酸共聚物、丙烯腈/丙烯酸乙酯/丙烯酸-2-羟基丙脂共聚物中的任一种或几种。
水分散涂布液中，水性丙烯酸酯类共聚物的质量百分比为70%～80%，去离子水的质量百分比为15%～20%，消泡剂的质量百分比为2.0%～4.0%，润湿分散剂的质量百分比为1.0%～2.0%，防腐剂的质量百分比为2.0%～4.0%。
将水性涂布液均匀涂布于包装卡所用原纸的背面，涂布量为2～6g/m2。
涂布完毕后，在室温下放置2～5h或烘干。
上述涂布量最优选为4g/m2。
本发明方案中，所述的消泡剂可以为Foamex902W，Foamex822或KEPERPOL-100；优选为Foamex822。
本发明方案中，所述的润湿分散剂为Dispers740，RAD2300或KEPERDISP-6532；优选为Dispers740。
本发明方案中，所述的防腐剂为02B，02C或02A；优选为02C防腐剂。
本发明的效果
本发明提供一种除去包装卡纸中酮类物质的除酮添加剂，所述的除酮添加剂中使用有机胺和有机弱酸催化剂的进行复配，相对于现有技术中的烘烤或在通风条件下吹扫，通过添加本发明的除酮添加剂能更好地除去包装卡纸中酮类物质，耗时短，除酮效率高。本发明的优势还在于通过使用水性涂布液与除酮添加剂的配合，在水性环境中，使得有机胺和催化剂可随水一同渗入白卡纸内部，催化有机胺与酮类化合物发生胺酮缩合反应形成较稳定的缩合物，消除了原卡纸内残留的酮类化合物，特别是对丁酮、丙酮和环己酮具有优异的选择性消除效果，从而使包装纸中释放的挥发性酮类物质被固定在纸张内部而不挥发或迁移到卷烟或食品中。
此外，本发明通过使用弱酸性的有机酸，能够进一步提高除酮效率。本发明的除酮添加剂不仅除酮效率高，可减少包装卡纸中的有机挥发性物质总释放量70%以上，丁酮和环己酮的去除率甚至达到100%，对丙酮的去除率有些也中高达80-90%以上。本发明在使用该除酮添加剂除酮后不会改变纸张的结构、特性，不影响包装卡纸的后续印刷和包装等加工工艺。
附图说明
图1为使用对比例1的水分散涂布液后得到的包装卡纸的色谱总离子流出图，从图中可以看出，在卡纸原纸背面涂布不含本发明的除酮添加剂的水分散涂布液的卡纸中均检出丙酮、丁酮和环己酮，且其含量无明显变化。
图2为使用实施例1的涂布含本发明的除酮添加剂的水性涂布液后得到的包装卡纸的色谱总离子流出图，从图中可以看出，通过在卡纸原纸背面涂布实施例1的水性涂布液，卡纸中挥发性有机物总量降低到20.46mg/m2，总量降低了75.5%，且未检出丁酮和环己酮。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明进一步限定。
对比例1
将100g的水性丙烯酸酯类共聚物（如聚丙烯酸）加入25g的水中，随后添加4gFoamex822消泡剂、2gDispers740润滑分散剂和4g防腐剂02C继续搅拌0.5h得到含丙烯酸树脂的水分散涂布液。将上述涂布液均匀涂布在纸张背面（背涂），涂布量为4g/m2。在室温下放置2个小时后采用顶空-气相色谱法按照YC/T207-2006标准检测涂布后的包装卡纸中的挥发性有机化合物总量。
表1涂布对比例1的水分散涂布液的卡纸中挥发性有机化合物的含量
表2卡纸原纸和涂布对比例1的水分散涂布液后的卡纸中酮类物质含量的对比
从表1和表2中可以看出，常规的水分散涂布液中不添加本发明的除酮添加剂，不仅卡纸中挥发性有机化合物总量含量高（83.8mg/m2），而且卡纸中酮类物质与涂布前的卡纸基本没有差别。
对比例2
将100g的水性丙烯酸酯类共聚物加入25g的水中，随后添加4gFoamex822消泡剂、2gDispers740润滑分散剂和4g防腐剂O2C继续搅拌0.5h得到含丙烯酸树脂的水分散涂布液。在室温搅拌下，向其中缓慢加入3g乙二胺，不加催化剂醋酸或其他酸，混合均匀，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为4g/m2。室温下放置5h。采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中酮类物质的含量，结果如表3所示。
表3卡纸原纸和涂布对比例2的水分散涂布液后的卡纸中酮类物质含量
从表3中可以看出，对比例2的水分散涂布液中如果仅仅只添加乙二胺，而不添加催化剂乙酸等，涂布后的卡纸中丙酮、丁酮和环己酮的去除率分别为8.1%，10.1%和11.1%，说明仅添加有机胺对卡纸中的酮类物质去除效率低。
实施例1
将100g的水性丙烯酸酯类共聚物加入25g的水中，随后添加4gFoamex822消泡剂、2gDispers740润滑分散剂和4g防腐剂O2C继续搅拌0.5h得到含丙烯酸树脂的水分散涂布液。在室温搅拌下，向其中缓慢加入2.125g的乙二胺和1.275g的乙酸，混合均匀，得到水性涂布液Ⅰ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为4g/m2。室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量。
表4涂布实施例1的水性涂布液后的卡纸中挥发性有机化合物VOCs含量
表5卡纸原纸和涂布实施例1的水性涂布液后卡纸中酮类物质含量的对比
表4中的检测结果表明，通过在卡纸原纸背面涂布含该除酮添加剂的水性涂布液，卡纸中挥发性有机物（VOCs）总量为20.46mg/m2，VOCs总量降低了75.5%。
从表5可以看出，使用实施例1的水性涂布液可完全除去卡纸原纸中的丁酮和环己酮，对丙酮的去除率为36%，对丁酮和环己酮的去除率为100%。
实施例2
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为2.125g的丙二胺，1.275g的乙酸换为0.85g的乙酸和0.425g丙酸的混合物外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅱ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为2g/m2，室温下放置3h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表6所示。
表6卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅱ后的卡纸中酮类物质的含量
从表6中可以看出，实施例2对丙酮的去除率为56.5%，对丁酮和环己酮的去除率分别为57.1%和72.2%。
实施例3
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为0.3g的乙二胺和0.3g环己二胺，1.275g的乙酸换为0.4g的乙酸的混合物外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅲ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为6g/m2，室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表7所示。
表7卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅲ后的卡纸中酮类物质的含量
从表7中可以看出，实施例3对丙酮的去除率为71.4%，对丁酮和环己酮的去除率分别为100%和100%。
实施例4
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为0.67g的乙二胺、1.455g的丁二胺，1.275g的乙酸换为0.75g的乙酸和0.25g的丙酸外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅳ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为4g/m2，室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表8所示。
表8卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅳ后的卡纸中酮类物质的含量
从表8中可以看出，实施例4可完全除去卡纸原纸中的丁酮和环己酮。对丙酮的去除率分别为64.4%，对丁酮和环己酮的去除率为100%。
实施例5
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为2.125g的胍外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅴ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为4g/m2，室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表9所示。
表9卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅴ后的卡纸中酮类物质的含量
从表9中可以看出，实施例5可完全除去卡纸原纸中的丁酮和环己酮。对丙酮的去除率分别为66.6%，对丁酮和环己酮的去除率为100%。
实施例6
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为1.78g的乙二胺、0.72g的胍，1.275g的乙酸换为0.6g的乙酸和0.4g的苹果酸外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅵ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为5g/m2，室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表10所示。
表10卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅵ后的卡纸中酮类物质的含量
从表10中可以看出，涂布实施例6水性涂布液Ⅵ后的卡纸除检出少量丙酮外，可完全除去卡纸原纸中的丁酮和环己酮。对丙酮的去除率分别为89.1%，对丁酮和环己酮的去除率为100%。
实施例7
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为1.78g的乙二胺、0.72g的二甲基双胍，1.275g的乙酸换为0.6g的乙酸和0.4g的苹果酸外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅶ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为4g/m2，室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表11所示。
表11卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅶ后的卡纸中酮类物质的含量
从表11中可以看出，涂布水性涂布液Ⅶ后的卡纸除检出少量丙酮外，可完全除去卡纸原纸中的丁酮和环己酮。对丙酮的去除率分别为81.2%，对丁酮和环己酮的去除率为100%。
实施例8
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为1.5g的乙二胺、0.5g的胍，1.275g的乙酸换为0.6g的乙酸和0.4g的苹果酸外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅷ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为4g/m2，室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表12所示。
表12卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅷ后的卡纸中酮类物质的含量
从表12中可以看出，涂布水性涂布液Ⅷ后的卡纸中未检出丁酮和环己酮，可完全除去卡纸原纸中丁酮和环己酮，丙酮的去除率也达到了90%。
实施例9
除了将实施例1中加入的2.125g的乙二胺换为4.0g的乙醇胺，1.275g的乙酸换为1.6g的乙酸外，按照实施例1同样的方法，得到水性涂布液Ⅸ，将其涂布在与对比例1使用的同样的纸张的背面（背涂），涂布量为4g/m2，室温下放置2h。
采用顶空-气相色谱法，按照YC/T207-2006标准检测上述包装卡纸中的挥发性有机化合物总量，结果如表13所示。
表13卡纸原纸和涂布水性涂布液Ⅸ后的卡纸中酮类物质的含量
从表13中可以看出，涂布水性涂布液Ⅸ后的卡纸中未检出丁酮和环己酮，可完全除去卡纸原纸中丁酮和环己酮，丙酮的去除率也达到了90%。
Claims (14)
1.一种除去包装卡纸中酮类物质的除酮添加剂的应用，其特征在于，所述除酮添加剂由有机胺和催化剂组成，有机胺选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、乙醇胺、胍或二甲基双胍中的一种或几种；催化剂选自乙酸、丙酸、柠檬酸或苹果酸中的一种或几种，有机胺与催化剂的质量比为：1.5∶1～2.5∶1。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，有机胺与催化剂的质量比为2∶1～2.5∶1。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述除酮添加剂由乙醇胺和乙酸组成。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，乙醇胺和乙酸质量比为2.5∶1。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述除酮添加剂由乙二胺、胍、乙酸和苹果酸组成。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，乙二胺、胍、乙酸和苹果酸的质量比为3.0:1.0:1.2:0.8。
7.根据权利要求1-6任一项所述的应用，其特征在于，所述的除酮添加剂添加到水分散涂布液中得到水性涂布液，再涂布在卡纸上；所述包装卡纸为食品包装纸或卷烟条、盒包装纸。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的水分散涂布液含水性丙烯酸酯类共聚物、去离子水、消泡剂、润湿分散剂、防腐剂；水性涂布液中，除酮添加剂与水分散涂布液的质量比为0.5％～5.0％；所述的水性丙烯酸酯类共聚物选自聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸/丙烯酸丁脂/丙烯酸共聚物、丙烯腈/丙烯酸乙酯/丙烯酸-2-羟基丙脂共聚物中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，水分散涂布液中，水性丙烯酸酯类共聚物的质量百分比为70％～80％，去离子水的质量百分比为15％～20％，消泡剂的质量百分比为2.0％～4.0％，润湿分散剂的质量百分比为1.0％～2.0％，防腐剂的质量百分比为2.0％～4.0％。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的消泡剂为Foamex902W、Foamex822或KEPERPOL-100。
11.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的润湿分散剂为Dispers740、RAD2300或KEPERDISP-6532。
12.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的防腐剂为02B、02C或02A。
13.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将水性涂布液均匀涂布于包装卡纸所用原纸的背面，涂布量为2～6g/m2。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，涂布量为4g/m2。
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