CN106544927B - 纸质托盘及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纸质托盘及其制备方法。该纸质托盘包括盘体，所述盘体包括纸层、包覆于纸层外表面的纳米涂层和位于纸层和纳米涂层之间的聚乙烯醇层，按照重量比，所述纸层：聚乙烯醇层：纳米涂层=1:0.2‑0.3：0.2‑0.6，按照重量份，所述纳米涂层包括二氧化钛3‑5份、二氧化硅20‑30份、二氧化锆0.3‑0.5份、氧化铝0.5‑1份、氧化锌0.4‑0.8份。本发明的有益效果：该纸质托盘具有防污性能。由于多种氧化物均达到纳米级别，结构强度加高，加强纸质托盘的表面硬度。在实际使用时，如果需要用刀切割食物时，纸盘不易破裂。各种组分均具有生物降解性能或者对环境无污染，因此可一次性使用，不会污染环境。

Description

纸质托盘及其制备方法
技术领域
本发明涉及纸质餐具领域，特别涉及一种纸质托盘及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，人们在庆祝生日的时候通常会购买生日蛋糕。人们会在生日蛋糕上安插点亮的蜡烛，许下心愿，随后会将生日蛋糕进行切分成多块分给宾客。为了便于人们食用生日蛋糕，蛋糕店会给购买生日蛋糕的顾客附赠用于切分蛋糕的刀具和用于盛放切分的蛋糕块的纸质托盘。
在沾到蛋糕的奶油后，现有的纸质托盘便难以通过清洗而将纸质托盘上的奶油除去，从而影响到纸质托盘的再次利用，导致纸质托盘往往成为一次性用品。
公开号为CN1743550A的中国专利公开了一种陶瓷纸。该陶瓷纸采用有机-无机复合的方法，经过水解制备的原生态的硅溶胶多次浸渍的工艺，降低生产成本，使得陶瓷纸具有高强度、阻燃、耐水等性能光。有鉴于此，本发明人开展深入研究，希望能够在陶瓷纸的基础上研制出具有防污性能的纸质托盘。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有防污性能的纸质托盘。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种纸质托盘，包括盘体，所述盘体包括纸层、包覆于纸层外表面的纳米涂层和位于纸层和纳米涂层之间的聚乙烯醇层，按照重量比，所述纸层∶聚乙烯醇层∶纳米涂层＝1∶0.2-0.3∶0.2-0.6，按照重量份，所述纳米涂层包括二氧化钛3-5份、二氧化硅20-30份、二氧化锆0.3-0.5份、氧化铝0.5-1份、氧化锌0.4-0.8份。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇层的材料为聚乙烯醇。聚乙烯醇的分子结构中有大量的羟基。纸层的主要成分为植物纤维，而植物纤维上也有大量的羟基。因此，聚乙烯醇能够与植物纤维之间通过羟基进行连接。二氧化钛是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，粘附力强，不易起化学变化，有较好的紫外线掩蔽作用。二氧化钛中的Ti-O键的极性较大，导致二氧化钛表面吸附的水因极化而发生解离，容易形成羟基。二氧化钛能够在阳光或者紫外照射下产生氧化性自由基，从而具有良好的的抗菌性能。二氧化硅形成硅溶胶。硅溶胶中的羟基一方面并与聚乙烯醇的羟基通过醚化反应而结合，另一方面自身也能够发生缩聚反应。而硅溶胶变成二氧化硅后，难溶于水，具有疏水性。二氧化锆、氧化铝和氧化锌均是难溶于水的白色固体。二氧化锆化学性质稳定。氧化铝具有良好的氧气屏蔽性能。氧化锌具有良好的紫外线屏蔽能力。聚乙烯醇通过与植物纤维和硅溶胶的作用能够起到促进纸层与纳米涂层连接的作用。纳米涂层具有良好的自润滑性能，摩擦因数小，因此具有抗污性能。
本发明进一步设置为：按照重量份，还包括云母粉10-15份。
通过采用上述技术方案，云母粉为层状结构的硅酸盐，结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。云母粉在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好，色白粒细，有粘性，化学性质稳定。
本发明进一步设置为：按照重量份，所述纳米涂层还包括分散剂3-5份。
通过采用上述技术方案，分散剂的加入能够促进纳米涂层中多种氧化物之间能够充分混合均匀，使各种氧化物之间相互作用，增强综合性能。
本发明进一步设置为：所述分散剂选用月桂酸单甘油酯和聚氧乙烯木糖醇酐单硬脂酸酯中的一种。
通过采用上述技术方案，月桂酸单甘油酯既是优良的乳化剂，又是安全高效广谱的抗菌剂，且不受pH限制，在中性或微碱性条件下，仍有较好的抗菌效果。月桂酸甘油酯不溶于水。聚氧乙烯木糖醇酐单硬脂酸酯耐热性和耐腐蚀性能好。
本发明进一步设置为：按照重量份，所述纳米涂层还包括抗氧剂4-8份。
通过采用上述技术方案，抗氧剂能够促进纳米涂层的抗氧化能力，减少氧气通过纳米涂层进入纸层，延长纸层的使用时间。
本发明进一步设置为：所述抗氧剂选用丁基羟基茴香醚和没食子酸丙酯中的一种。
通过采用上述技术方案，丁基羟基茴香醚白色结晶，对热相当稳定。没食子酸丙酯难溶于水。
本发明的另一发明目的在于提供一种纸质托盘的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1：将纸层浸渍于质量分数为2～15％的聚乙烯醇高分子溶液中，置于50-80℃下烘干后，使纸层的重量增加20-30％；
步骤2：按照重量份，称取正硅酸乙酯69-104份，将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶蒸馏水按1∶2∶0.2-0.8的体积比混合均匀，在搅拌条件下滴加浓氨水并调节pH值到9-11，然后搅拌2-8小时得硅溶胶；
步骤3：按照重量份，往硅溶胶中加入二氧化钛20-40份、二氧化锆5-10份、氧化铝5-10份、氧化锌5-10份、云母粉10-15份、分散剂3-5份、抗氧剂4-8份，在高剪切乳化机下乳化得到混合乳液；
步骤4：将经聚乙烯醇高分子溶液浸渍并烘干后的纸层再置于混合乳液中浸渍2-5分钟后，置于50-80℃下烘干，使纸层的重量增加原纸层重量的20～60％；
步骤5：压制成型得到纸质托盘。
通过采用上述技术方案，先将纸层用聚乙烯醇进行处理，再置入混合乳液中，烘干后，即可得到涂覆有聚乙烯醇层和纳米涂层的纸材。随后将纸材进行压制成型即得到纸质托盘。而该纸质托盘除了具有良好的抗污性能外，还具有良好的防水性能，同时符合食品级要求。而纸材的表面是纳米涂层，具有良好的色泽和美观感。
本发明进一步设置为：所述浓氨水的质量分数为25％。
通过采用上述技术方案，由于采用滴加浓氨水的方式滴加调节pH，浓氨水的质量分数过小，则导致滴加浓氨水的时间过长。
本发明进一步设置为：步骤2在完全密封环境下进行搅拌。
通过采用上述技术方案，完全密封环境下进行搅拌，从而能够减少空气进行硅溶胶中，避免空气对硅溶胶的性质造成较大影响。
本发明进一步设置为：步骤3的乳化时间为30min。
通过采用上述技术方案，乳化时间过长或者过短都将导致混合乳液与纸层的吸附能力下降。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、改进纳米涂层的组分配比，利用多种氧化物的疏水性能，增强纳米涂层的防水性能。而多种氧化物的复配，具有良好的自润滑性能，摩擦因数小，因此具有抗污性能。由于多种氧化物均达到纳米级别，结构强度加高，加强纸质托盘的表面硬度。在实际使用时，如果需要用刀切割食物时，纸盘不易破裂；
2、利用聚乙烯醇与植物纤维和硅溶胶的作用促进纸层与纳米涂层连接，使纳米涂层包裹住纸层，增强纸层的防水和抗污性能；同时，聚乙烯醇也结合植物纤维表面的羟基，从而使植物纤维表面能够与水产生作用的羟基减少，也就减弱纸层的吸水能力；
3、二氧化钛的设置能够增强纳米涂层的抗菌性能，云母粉具有良好的分散悬浮性能，能够在混合乳液的制作过程中促进混合乳液中各组分的均匀混合，二氧化钛和云母粉的复配对于本发明的抗污、防水、抗张强度以及抗菌性能的提升都带来影响；
4、本发明所使用的各种组分均具有生物降解性能或者对环境无污染，因此可一次性使用，不会污染环境。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1-5为纸质托盘的制备实施例。
实施例1
一种纸质托盘的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1：将纸层浸渍于质量分数为15％的聚乙烯醇高分子溶液中，置于50℃下烘干后，使纸层的重量增加25％；
步骤2：按照重量份，称取正硅酸乙酯69份，将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶蒸馏水按1∶2∶0.2的体积比混合均匀，在搅拌条件下滴加质量分数25％的浓氨水并调节pH值到11，然后在完全密封下搅拌4小时得硅溶胶；
步骤3：按照重量份，往硅溶胶中加入二氧化钛3份、二氧化锆0.5份、氧化铝1份、氧化锌0.8份、云母粉5份、月桂酸单甘油酯0.3份、丁基羟基茴香醚0.8份，在高剪切乳化机下乳化30min得到混合乳液；
步骤4：将经聚乙烯醇高分子溶液浸渍并烘干后的纸层再置于混合乳液中浸渍2分钟后，置于80℃下烘干，使纸层的重量增加原纸层重量的40％；
步骤5：压制成型得到纸质托盘。
实施例2
一种纸质托盘的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1：将纸层浸渍于质量分数为13％的聚乙烯醇高分子溶液中，置于60℃下烘干后，使纸层的重量增加20％；
步骤2：按照重量份，称取正硅酸乙酯76份，将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶蒸馏水按1∶2∶0.4的体积比混合均匀，在搅拌条件下滴加质量分数25％的浓氨水并调节pH值到10，然后在完全密封下搅拌6小时得硅溶胶；
步骤3：按照重量份，往硅溶胶中加入二氧化钛4份、二氧化锆0.4份、氧化铝0.8份、氧化锌0.7份、云母粉7份、聚氧乙烯木糖醇酐单硬脂酸酯0.4份、没食子酸丙酯0.4份，在高剪切乳化机下乳化30min得到混合乳液；
步骤4：将经聚乙烯醇高分子溶液浸渍并烘干后的纸层再置于混合乳液中浸渍3分钟后，置于70℃下烘干，使纸层的重量增加原纸层重量的60％；
步骤5：压制成型得到纸质托盘。
实施例3
一种纸质托盘的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1：将纸层浸渍于质量分数为10％的聚乙烯醇高分子溶液中，置于65℃下烘干后，使纸层的重量增加22％；
步骤2：按照重量份，称取正硅酸乙酯83份，将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶蒸馏水按1∶2∶0.6的体积比混合均匀，在搅拌条件下滴加质量分数25％的浓氨水并调节pH值到9，然后在完全密封下搅拌2小时得硅溶胶；
步骤3：按照重量份，往硅溶胶中加入二氧化钛5份、二氧化锆0.5份、氧化铝0.6份、氧化锌0.5份、云母粉8份、月桂酸单甘油酯0.5份、丁基羟基茴香醚0.7份，在高剪切乳化机下乳化30min得到混合乳液；
步骤4：将经聚乙烯醇高分子溶液浸渍并烘干后的纸层再置于混合乳液中浸渍5分钟后，置于60℃下烘干，使纸层的重量增加原纸层重量的50％；
步骤5：压制成型得到纸质托盘。
实施例4
一种纸质托盘的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1：将纸层浸渍于质量分数为7％的聚乙烯醇高分子溶液中，置于70℃下烘干后，使纸层的重量增加28％；
步骤2：按照重量份，称取正硅酸乙酯94份，将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶蒸馏水按1∶2∶0.8的体积比混合均匀，在搅拌条件下滴加质量分数25％的浓氨水并调节pH值到10，然后在完全密封下搅拌8小时得硅溶胶；
步骤3：按照重量份，往硅溶胶中加入二氧化钛4份、二氧化锆0.4份、氧化铝0.5份、氧化锌0.4份、云母粉9份、聚氧乙烯木糖醇酐单硬脂酸酯0.5份、没食子酸丙酯0.6份，在高剪切乳化机下乳化30min得到混合乳液；
步骤4：将经聚乙烯醇高分子溶液浸渍并烘干后的纸层再置于混合乳液中浸渍4分钟后，置于50℃下烘干，使纸层的重量增加原纸层重量的30％；
步骤5：压制成型得到纸质托盘。
实施例5
一种纸质托盘的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤1：将纸层浸渍于质量分数为2％的聚乙烯醇高分子溶液中，置于80℃下烘干后，使纸层的重量增加30％；
步骤2：按照重量份，称取正硅酸乙酯104份，将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶蒸馏水按1∶2∶0.5的体积比混合均匀，在搅拌条件下滴加质量分数25％的浓氨水并调节pH值到9，然后在完全密封下搅拌5小时得硅溶胶；
步骤3：按照重量份，往硅溶胶中加入二氧化钛3份、二氧化锆0.3份、氧化铝0.7份、氧化锌0.6份、云母粉6份、月桂酸单甘油酯0.4份、丁基羟基茴香醚0.5份，在高剪切乳化机下乳化30min得到混合乳液；
步骤4：将经聚乙烯醇高分子溶液浸渍并烘干后的纸层再置于混合乳液中浸渍4分钟后，置于65℃下烘干，使纸层的重量增加原纸层重量的20％；
步骤5：压制成型得到纸质托盘。
抗污试验
Step1：各取按照实施例1-5制备的直径10cm，高2cm的纸质托盘，称重并记录为m1；
Step2：称取1g的奶油，并将奶油均匀涂覆在每个纸质托盘上，静置1h；
Step3：使用干净的干燥纸巾擦拭纸质托盘一次后，将纸质托盘进行称重并记录为m2，在擦拭时纸质托盘涂覆奶油的表面只与纸巾接触过一次，擦拭的力道控制基本相同；
Step4：计算重量变化率X1＝(m2-m1)/m1*100％；
Step5：重复试验5次Step1-Step4，将5次试验得到的重量变化率X1取平均值。
防水试验
Step1：各取按照实施例1-5制备的直径10cm，高2cm的纸质托盘，称重并记录为m3；
Step2：称取1g的水，并将水均匀涂覆在每个纸质托盘上，静置1h；
Step3：使用干净的干燥纸巾擦拭纸质托盘一次后，将纸质托盘进行称重并记录为m4，在擦拭时纸质托盘涂覆水的表面只与纸巾接触过一次，擦拭的力道控制基本相同；
Step4：计算重量变化率X2＝(m4-m3)/m3*100％；
Step5：重复试验5次Step1-Step4，将5次试验得到的重量变化率X2取平均值。
抗张强度试验
参照GB/T12914-1991纸和纸板抗张强度的测定法(恒速拉伸法)进行测定(试验长度选择90mm，拉伸速度选择10mm/2.5min)。
抗菌试验
选用大肠杆菌作为革兰氏阴性试验菌，选用金色葡萄球菌作为革兰氏阳性试验菌，分别进行下列实验操作。
S1、准备下层无菌培养基。向无菌平皿中倾注10mL琼脂培养基，并使其凝结。
S2、准备上层接种培养基。取45℃±2℃的琼脂培养基150mL放入烧瓶，加入1mL试验菌液。振荡烧瓶使细菌分布均匀，向S1中的每个平皿中倾注5mL，并使其凝结。接种过的琼脂培养面应在1h内使用。
S3、从按照实施例1-5制作的直径10cm，高2cm的纸质托盘中剪切出直径为5cm的圆形纸板，用无菌镊子将圆形纸板置于平皿的中央，并用无菌镊子均匀地按压在琼脂培养基上，直到圆形纸板和琼脂培养基之间很好地接触。
S4、将圆形纸板放在琼脂培养基上后，立即放入37℃±2℃的培养箱中培养18h-24h，确保在整个培养期中圆形纸板和琼脂培养基保持接触。
S5、每个实施例剪切出的圆形纸板至少测量3次，并按下式计算圆形纸板的圆外抑菌带宽度相比于圆形纸板的直径的占比。
H＝(D-d)/d*100％
式中：
d——圆形纸板的直径，单位为毫米(mm)；
D——圆形纸板的圆外抑菌带外径的平均值，单位为毫米(mm)；
H——圆形纸板的圆外抑菌带宽度相比于圆形纸板的直径的占比，单位为毫米(mm)；
表1实施例1-5抗污、防水和抗张强度试验记录表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
X1/％ 9 8 5 6 10
X2/％ 23 22 18 24 26
抗张强度/(KN/m) 6.4 6.6 7.1 6.7 6.5
表2实施例1-5抗菌试验记录表
大肠杆菌H/％ 金色葡萄球菌H/％
实施例1 83.4 71.4
实施例2 84.2 73.2
实施例3 85.5 75.4
实施例4 84.6 72.1
实施例5 84.2 73.3
注：H值越大，表明抗菌性能越好。
从表1可知，本发明具有良好的抗污性能、防水性能和抗张强度。从表2可知，本发明对于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有良好的抗菌性能。而在实施例1-5中，实施例3的抗污性能、防水性能、抗张强度和抗菌性能均优于其他实施例。
对比例1
选用按照公开号为CN1743550A的中国专利的实施例1制作的陶瓷纸，并将该陶瓷纸压制成型得到的纸质托盘作为对比例1。
对比例2
与实施例3不同的是去除云母粉，其他均与实施例3相同。
对比例3
与实施例3不同的是去除二氧化钛，其他均与实施例3相同。
对比例4
与实施例3不同的是同时去除云母粉和二氧化钛，其他均与实施例3相同。
将实施例3和对比例1-4按照抗污试验、防水试验、抗张强度试验和抗菌试验的步骤进行试验并进行记录。
表3实施例3和对比例1-4抗污、防水和抗张强度试验记录表
实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
X1/％ 5 21 12 14 17
X2/％ 18 40 30 33 36
抗张强度/(KN/m) 7.1 5.3 6.2 6.4 5.8
表4实施例3和对比例1-4抗菌试验记录表
大肠杆菌H/％ 金色葡萄球菌H/％
实施例3 85.5 75.4
对比例1 35.6 30.4
对比例2 65.7 54.2
对比例3 62.1 50.1
对比例4 52.2 40.2
注：H值越大，表明抗菌性能越好。
从表3和4可得出以下结论：
对比实施例3和对比例1可知，实施例3的抗污性能、防水性能和抗张强度均高于对比例1。对于大肠杆菌和金色葡萄球菌的抗菌性能，实施例3均优于对比例1。
对比实施例3和对比例2-4可知，对比例2和3的抗污性能、防水性能和抗张强度均劣于实施例3，但是优于对比例4。对比例2和3对于大肠杆菌和金色葡萄球菌抗菌性能均劣于实施例3，但是优于对比例4。可见，云母粉和二氧化钛均能够增强本发明的抗污性能、防水性能、抗张强度和抗菌性能。且云母粉和二氧化钛同时使用时，本发明的抗污性能、防水性能、抗张强度和抗菌性能的增强程度要大于云母粉或二氧化钛单独使用时，本发明的抗污性能、防水性能、抗张强度和抗菌性能的增强程度。因此，在本发明中，云母粉和二氧化钛在本发明中能够协同作用，增强本发明的抗污性能、防水性能、抗张强度和抗菌性能。

Claims (10)

1.一种纸质托盘，包括盘体，其特征是：所述盘体包括纸层、包覆于纸层外表面的纳米涂层和位于纸层和纳米涂层之间的聚乙烯醇层，按照重量比，所述纸层：聚乙烯醇层：纳米涂层=1:0.2-0.3：0.2-0.6，按照重量份，所述纳米涂层包括二氧化钛3-5份、二氧化硅20-30份、二氧化锆0.3-0.5份、氧化铝0.5-1份、氧化锌0.4-0.8份，所述纳米涂层经过将浸渍聚乙烯醇后的纸层置于加入二氧化钛、二氧化锆、氧化铝、氧化锌的硅溶胶中干燥后得到。
2.根据权利要求1所述的纸质托盘，其特征是：按照重量份，还包括云母粉10-15份。
3.根据权利要求1所述的纸质托盘，其特征是：按照重量份，所述纳米涂层还包括分散剂3-5份。
4.根据权利要求3所述的纸质托盘，其特征是：所述分散剂选用月桂酸单甘油酯和聚氧乙烯木糖醇酐单硬脂酸酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的纸质托盘，其特征是：按照重量份，所述纳米涂层还包括抗氧剂4-8份。
6.根据权利要求5所述的纸质托盘，其特征是：所述抗氧剂选用丁基羟基茴香醚和没食子酸丙酯中的一种。
7.一种纸质托盘的制备方法，其特征是：包括如下制备步骤：
步骤1：将纸层浸渍于质量分数为2～15％的聚乙烯醇高分子溶液中，置于50-80℃下烘干后，使纸层的重量增加20-30％；
步骤2：按照重量份，称取正硅酸乙酯69-104份，将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶蒸馏水按1∶2∶0.2-0.8的体积比混合均匀，在搅拌条件下滴加浓氨水并调节pH值到9-11，然后搅拌2-8小时得硅溶胶；
步骤3：按照重量份，往硅溶胶中加入二氧化钛20-40份、二氧化锆5-10份、氧化铝5-10份、氧化锌5-10份、云母粉10-15份、分散剂3-5份、抗氧剂4-8份，在高剪切乳化机下乳化得到混合乳液；
步骤4：将经聚乙烯醇高分子溶液浸渍并烘干后的纸层再置于混合乳液中浸渍2-5分钟后，置于50-80℃下烘干，使纸层的重量增加原纸层重量的20～60％；
步骤5：压制成型得到纸质托盘。
8.根据权利要求7所述的纸质托盘的制备方法，其特征是：所述浓氨水的质量分数为25%。
9.根据权利要求7所述的纸质托盘的制备方法，其特征是：步骤2在完全密封环境下进行搅拌。
10.根据权利要求7所述的纸质托盘的制备方法，其特征是：步骤3的乳化时间为30min。
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