CN107083723B - 一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸及其制备方法，具体制备方法为：将水稻秸秆晒干捶打后，浸渍于氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化，调节pH值至中性，得到预处理的水稻秸秆；将预处理的水稻秸秆置于生物酶溶液中，超声搅拌，滴加无机酸，超声搅拌，取出，用超滤膜过滤，水洗，滴加过氧化氢溶液漂白，得到含纳米植物纤维的溶液；将含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水和干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸。本发明制备的包装纸以水稻秸秆作为原料，利用生物化学和物理技术制备形成纳米纤维素晶须，再制备成包装纸，使包装纸具有拒水的功效。

Description

一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸及其制备方法
技术领域
本发明属于纸包装材料技术领域，具体涉及一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸及其制备方法。
背景技术
包装行业是我国当前国民经济中涉及百姓生活最广、最具发展潜质的行业之一。现代四大支柱包装材料包括纸、塑料、金属和玻璃，其中纸包装具有来源广泛、价格便宜、成本低廉、加工性能好、印刷性能有脸个、不透明、具有一定的机械强度、卫生安全轻质、可降解等优点，与其他材料相比具有极大的优势，是最优前途的绿色包装材料之一。
在现代社会中，环保型消费，重复利用资源是人们越来越倡导的消费方式，绿色包装是包装行业发展的必然趋势，我们不仅要在包装设计中注重造型结构的减量化，使用材料和印刷生产的环保性，考虑在流通环节中安全方便等环节，还需要赋予包装材料如防潮、保鲜、保温、杀菌和防腐等功能，以便能更好的保护和保存被包装物。
植物纤维纸品是采用芦苇、甘蔗渣、棉杆、麦秸、竹等天然植物纤维，或者充分利用枝丫材料、废弃材料和加工余边材料作为原料制备纸质包装材料。中国专利CN 102535215A公开的一种造纸用植物纤维预处理方法，将芦苇、麦草、蔗渣或竹子作为原料，粉碎除尘，经过木质素氧化物酶、纤维素酶、木聚糖醇生物酶处理碎浆，该预处理方法温和，易控制，高效，可循环使用。中国专利CN 105672028A公开的一种阻燃植物纤维及阻燃纸，将漂白阔叶木浆和超细二氧化硅加入氯化镁溶液中，再滴加氨水，得到阻燃植物纤维。该植物纤维利用氯化镁和氨水为原料，在植物纤维细胞腔内生产氢氧化镁阻燃剂，而且可以增加纸张的内部结合力，减少纸张生产过程中的，降低成本。目前，包装纸材料都在往轻质功能性方面发展，但是从结构和材料方面赋予植物纤维纸拒水功能方面的研究报道并不多见。本发明利用植物纤维作为原料，利用物理和生物方法相结合对植物纤维进行纳米化处理再制备形成具有拒水功能的包装纸。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸及其制备方法，本发明制备的包装纸以水稻秸秆作为原料，利用生物化学和物理技术制备形成纳米纤维素晶须，再制备成包装纸，使包装纸具有拒水的功效，且不影响包装纸的绿色环保可降解性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸，其特征在于，所述基于纳米植物纤维的拒水包装纸的原料为含纳米纤维素晶须的浆料，所述纳米纤维素晶须是水稻秸秆活化后经生物酶、无机酸和过氧化氢处理得到，所述浆料中还含有化学药品，所述化学药品包括填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物。
作为上述技术方案的优选，所述纳米纤维素晶须的粒径为30-80nm。
本发明还提供一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化20-30min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆；
(2)将步骤(2)制备的预处理的水稻秸秆置于生物酶溶液中，超声搅拌，滴加无机酸，继续超声搅拌，取出，用超滤膜过滤，水洗，滴加过氧化氢溶液漂白，得到含纳米植物纤维的溶液；
(3)将步骤(2)制备的含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水和干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的含量为20-30g/L。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，生物酶溶液中包括1-2％纤维素酶和2-3％木聚糖酶。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，超声搅拌的功率为100-150W，时间为10-20min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，无机酸为体积比为3-4:1的乙酸和钼酸。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，超滤膜的孔径为100nm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，漂白的温度为40-60℃，时间为30min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括10-15wt％填料、1-2wt％阳离子淀粉、0.5-1wt％膨润土和8-12wt％胶黏物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的包装纸以水稻秸秆作为原料，水稻秸秆为农作物秸秆，常备直接焚烧处理，不仅浪费资源而且污染环境，水稻秸秆中的纤维素含量约40％，可用于制备纸质包装材料，本发明将水稻秸秆中的纤维素提取后进行生物化学和物理化整理得到纳米纤维素晶须，将纳米纤维素晶须作为原料制备纸质包装材料，赋予纸质包装材料的表面具有纳米特性，具有一定的拒水功能。
(2)本发明的包装纸以纳米植物纤维素晶须作为主要原料，纳米植物纤维素晶须经生物酶酶解，无机酸水解和过氧化氢漂白，可高效温和的制备纳米植物纤维素晶须，制备的纳米植物纤维素晶须尺寸范围小，满足造纸的要求。
(3)本发明制备的基于纳米植物纤维的拒水包装纸的制备方法简单，高效，可操控性强，制备的包装纸主要材料为纳米植物纤维素晶须，具有绿色环保，可降解和一定的拒水功效，可提高包装纸的使用范围。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于20g/L的氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化20min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆。
(2)将预处理的水稻秸秆置于含1％纤维素酶和2％木聚糖酶的生物酶溶液中，在100W功率下超声搅拌10min，滴加体积比为3:1的乙酸和钼酸的无机酸混合溶液，继续在100W功率下超声搅拌10min，取出，用孔径为100nm的超滤膜过滤，水洗，得到纳米植物纤维，按照纳米植物纤维与过氧化氢溶液的料比为0.1g:3ml，滴加过氧化氢溶液，在40℃漂白30min，得到含纳米植物纤维的溶液。
(3)将含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水至纸页干度为15％，干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸，其中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括10wt％填料、1wt％阳离子淀粉、0.5wt％膨润土和8wt％胶黏物。
实施例2：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于30g/L的氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化30min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆。
(2)将预处理的水稻秸秆置于含2％纤维素酶和3％木聚糖酶的生物酶溶液中，在150W功率下超声搅拌20min，滴加体积比为4:1的乙酸和钼酸的无机酸混合溶液，继续在150W功率下超声搅拌20min，取出，用孔径为100nm的超滤膜过滤，水洗，得到纳米植物纤维，按照纳米植物纤维与过氧化氢溶液的料比为0.1g:5ml，滴加过氧化氢溶液，在60℃漂白30min，得到含纳米植物纤维的溶液。
(3)将含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水至纸页干度为20％，干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸，其中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括15wt％填料、2wt％阳离子淀粉、1wt％膨润土和12wt％胶黏物。
实施例3：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于25g/L的氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化25min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆。
(2)将预处理的水稻秸秆置于含1.5％纤维素酶和2.5％木聚糖酶的生物酶溶液中，在110W功率下超声搅拌15min，滴加体积比为3.5:1的乙酸和钼酸的无机酸混合溶液，继续在130W功率下超声搅拌15min，取出，用孔径为100nm的超滤膜过滤，水洗，得到纳米植物纤维，按照纳米植物纤维与过氧化氢溶液的料比为0.1g:4ml，滴加过氧化氢溶液，在50℃漂白30min，得到含纳米植物纤维的溶液。
(3)将含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水至纸页干度为18％，干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸，其中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括11wt％填料、1.5wt％阳离子淀粉、0.7wt％膨润土和10wt％胶黏物。
实施例4：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于23g/L的氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化27min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆。
(2)将预处理的水稻秸秆置于含1.5％纤维素酶和2.8％木聚糖酶的生物酶溶液中，在140W功率下超声搅拌14min，滴加体积比为44:1的乙酸和钼酸的无机酸混合溶液，继续在4150W功率下超声搅拌104min，取出，用孔径为100nm的超滤膜过滤，水洗，得到纳米植物纤维，按照纳米植物纤维与过氧化氢溶液的料比为0.1g:3.5ml，滴加过氧化氢溶液，在55℃漂白30min，得到含纳米植物纤维的溶液。
(3)将含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水至纸页干度为16％，干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸，其中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括13wt％填料、1.7wt％阳离子淀粉、0.8wt％膨润土和10wt％胶黏物。
实施例5：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于27g/L的氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化26min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆。
(2)将预处理的水稻秸秆置于含1.2％纤维素酶和2.3％木聚糖酶的生物酶溶液中，在140W功率下超声搅拌18min，滴加体积比为3:1的乙酸和钼酸的无机酸混合溶液，继续在130W功率下超声搅拌20min，取出，用孔径为100nm的超滤膜过滤，水洗，得到纳米植物纤维，按照纳米植物纤维与过氧化氢溶液的料比为0.1g:4.5ml，滴加过氧化氢溶液，在40-60℃漂白30min，得到含纳米植物纤维的溶液。
(3)将含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水至纸页干度为20％，干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸，其中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括15wt％填料、1wt％阳离子淀粉、1wt％膨润土和8wt％胶黏物。
实施例6：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于28g/L的氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化26min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆。
(2)将预处理的水稻秸秆置于含1.8％纤维素酶和2.6％木聚糖酶的生物酶溶液中，在140W功率下超声搅拌20min，滴加体积比为3:1的乙酸和钼酸的无机酸混合溶液，继续在150W功率下超声搅拌10min，取出，用孔径为100nm的超滤膜过滤，水洗，得到纳米植物纤维，按照纳米植物纤维与过氧化氢溶液的料比为0.1g:5ml，滴加过氧化氢溶液，在40℃漂白30min，得到含纳米植物纤维的溶液。
(3)将含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水至纸页干度为15％，干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸，其中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括10wt％填料、2wt％阳离子淀粉、1wt％膨润土和12wt％胶黏物。
经检测，实施例1-6制备的基于纳米植物纤维的拒水包装纸的白度、机械强度和拒水性能的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于纳米植物纤维的拒水包装纸的白度和机械性能都满足使用的需求，还具有一定的拒水性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸的制备方法，其特征在于，所述基于纳米植物纤维的拒水包装纸的原料为含纳米纤维素晶须的浆料，所述纳米纤维素晶须是水稻秸秆活化后经生物酶、酸和过氧化氢处理得到，所述浆料中还含有化学药品，所述化学药品包括填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物，所述纳米纤维素晶须的粒径为30-80nm；
所述基于纳米植物纤维的拒水包装纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆晒干，充分捶打后，浸渍于氢氧化钠溶液中，加热煮沸活化20-30min，调节pH值至中性，取出，得到预处理的水稻秸秆；
(2)将步骤(1 )制备的预处理的水稻秸秆置于生物酶溶液中，超声搅拌，滴加酸，继续超声搅拌，取出，用超滤膜过滤，水洗，滴加过氧化氢溶液漂白，得到含纳米植物纤维的溶液；
(3)将步骤(2)制备的含纳米植物纤维的溶液中加入填料、阳离子淀粉、膨润土和胶黏物化学药品，搅拌均匀形成浆料，将浆料布浆至成型网上，经脱水和干燥得到基于纳米植物纤维的拒水包装纸；
所述步骤(2)中，生物酶溶液中包括1-2％纤维素酶和2-3％木聚糖酶；陈述
所述步骤(2)中，酸为体积比为3-4:1的乙酸和钼酸，漂白的温度为40-60℃，时间为30min；
所述步骤(3)中，基于纳米植物纤维的拒水包装纸包括10-15wt ％填料、1-2wt％阳离子淀粉、0.5-1wt％膨润土和8-12wt％胶黏物。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的含量为20-30g/L。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，超声搅拌的功率为100-150W，时间为10-20min。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳米植物纤维的拒水包装纸的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，超滤膜的孔径为100nm。
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