CN107201695A - 一种抗菌防油食品包装纸及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌防油食品包装纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌防油食品包装纸及其制备方法，涉及纸制造领域领域。本发明提供的抗菌防油食品包装纸的制备方法，通过在纸浆原液中加入含锐钛型钛白粉的抗菌悬浊液，形成纸张，在纸张表面涂布防油剂，形成可用于食品领域的食品包装纸；该制备方法利用锐钛型钛白粉中的TiO2的抗菌功能，可使形成的品包装纸具有相应抗菌抑菌作用；采用该制备方法能够制备出的食品包装纸具有抑菌作用强、抑菌时间持续且防油效果好等特点。

Description

一种抗菌防油食品包装纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及纸制造领域领域，具体而言，涉及一种抗菌防油食品包装纸及其制备方法。
背景技术
防油食品包装纸一般用于快餐食品包装，特别是上班一般都是在路上、地铁、公交车上吃早餐，虽然快餐食品外有防油食品包装纸包装，但是由于就餐人员所处环境及手上有大量细菌，特别是流行病高发期，很容易随着就餐过程而感染上细菌，为此，为保护人们身体健康，为上班一族就餐提供食品安全的健康屏障，研制具有杀菌功能的防油食品包装纸—抗菌防油食品包装纸。
目前市面上使用的防油食品包装纸，其防油功能是通过在纸张表面涂一层蜡或覆一层PE膜实现的，该种防油食品包装纸长期使用对人体是有危害的。还有的防油食品包装使用含氟化合物的防油剂，近些年研究发现含氟化合物使用过程中产生的全氟辛酸铵/全氟辛烷磺酸盐(PFOA/S)对人体和环境存在危害，低剂量的PFOA/S便可导致遗传、生殖、发育、肝脏和心血管等疾病,欧盟、加拿大环境组织、美国环保局已限制PFOA/S的使用。
因此，需要一种安全且长期使用对人体无害的防油食品包装纸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌防油食品包装纸的制备方法，采用该制备方法能够制备出抑菌作用强、抑菌时间持续且防油效果好的食品包装纸。
本发明的另一目的在于提供一种抗菌防油食品包装纸，其由上述的制备方法制备得到，该食品包装纸具有抑菌作用强、抑菌时间持续且防油效果好的特点。
本发明是这样实现的：
一种抗菌防油食品包装纸的制备方法，其包括：抗菌填料制备步骤、浆料制备步骤以及成纸步骤；
抗菌填料制备步骤包括：将锐钛型钛白粉、水以及钛白粉分散剂搅拌混合，得到抗菌悬浊液；
浆料制备步骤包括：将纸浆原料与水混合，并浸泡润胀，得到纸浆原液；
成纸步骤包括：通过造纸机将纸浆原液与抗菌悬浊液混合并形成纸张。
一种抗菌防油食品包装纸，其由上述的制备方法制备得到。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的抗菌防油食品包装纸的制备方法，通过在纸浆原液中加入含锐钛型钛白粉的抗菌悬浊液，形成纸张，在纸张表面涂布防油剂，形成可用于食品领域的食品包装纸；该制备方法利用锐钛型钛白粉中的TiO2的抗菌功能，可使形成的品包装纸具有相应抗菌抑菌作用；采用该制备方法能够制备出的食品包装纸具有抑菌作用强、抑菌时间持续且防油效果好等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的TiO2光催化原理示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种抗菌防油食品包装纸及其制备方法进行具体说明。
一方面，本发明提供了一种抗菌防油食品包装纸的制备方法，其包括：抗菌填料制备步骤、浆料制备步骤以及成纸步骤；
抗菌填料制备步骤包括：将锐钛型钛白粉、水以及钛白粉分散剂搅拌混合，得到抗菌悬浊液；
浆料制备步骤包括：将纸浆原料与水混合，并浸泡润胀，得到纸浆原液；
成纸步骤包括：通过造纸机将纸浆原液与抗菌悬浊液混合并形成纸张。
锐钛矿型的TiO2的禁带宽度为3.2ev，相当于波长为387.5nm光子的能量。TiO2抗菌是基于其光催化作用的。稳态的TiO2价带(VB)中充满电子，导带(CB)是一系列空能级轨道的集合体，二者之间为禁带。有研究证明：锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2e V，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为：λg＝1240/Eg。
当波长λ小于387.5nm的光照射在纳米TiO2表面时，价带中的电子获得光子的能量跃迁至导带，形成光生电子(e-)；价带中则相应地形成空穴(h+)。该过程如图1所示，图1显示了TiO2的光催化原理。
每一个TiO2颗粒可以近似的看成小型的光电化学电池，光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2粒子表面的不同位置。在TiO2表面的光生电子(e-)易被水中溶解的氧捕获，形成负氧离子(O2 -)，而空穴h+则可氧化吸附在TiO2表面的H2O分子形成羟基自由基(·OH)。O2 -和·OH具有很强的氧化能力，可以快速的氧化各种有机物，破坏细菌的生理活性。其反应机理如下：
h++H2O→·OH+H+
e-+O2→O2 -
O2 -+H+→·OOH
2·OOH→O2+H2O2
H2O2+O2 -→·OH+OH-+O2
h++OH-→·OH
·OH+org(有机物)→…→CO2+H2O
h++org→…→CO2+H2O
·OH能与生物大分子(如脂类、蛋白质、酶类以及核酸大分子)反应，直接损害或通过一系列氧化链式反应对生物细胞结构引起广泛的损伤性破坏。它可攻击有机物的不饱和键或夺取其氢原子，致使细菌蛋白质变异或脂类分解(多肽链断裂和糖类解聚)，以此杀灭细菌并使之分解。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，成纸步骤还包括：在形成纸张的过程中，对纸张进行紫外照射。紫外照射的时间可根据实际情况确定。
通过紫外照射，可保证纸张内的钛白粉被激活而产生光触媒效应，使纸张具有完美的抗菌性能。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，在抗菌填料制备步骤中，控制锐钛型钛白粉在抗菌悬浊液中的浓度为8-12％。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，在抗菌填料制备步骤中，锐钛型钛白粉的研磨细度大于或等于1000目。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，成纸步骤还包括：在纸张表面涂布防油涂布液；
防油涂布液通过以下方法制备得到：将防油剂加入到氧化淀粉胶中，混合均匀，得到防油涂布液，其中，防油剂在防油涂布液的浓度为8-12％。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，防油剂为全氟聚醚型化合物。
防油剂的主要功能是提高纸张的表面张力，使包装纸在使用过程中不被油脂润湿。纸张能否被油脂润湿取决于油滴和纸面的界面张力。当纸的表面张力足够大，油滴与纸面之间的界面张力大于空气与纸面之间的界面张力，油滴不能润湿纸张。反之，纸的表面张力不够大，油滴与纸面之间的界面张力小于空气与纸面的界面张力，纸张会被油滴润湿。
全氟聚醚型化合物表面能很低，而低的表面能决定了其表面的疏水疏油性，而且它不会生成PFOA/S(全氟辛酸铵/全氟辛烷磺酸盐)，对环境无污染、生物体无害，降低了对环境的影响，环境安全性高，它还具备疏水疏油性优越、耐热性高、化学稳定性好、表面自由能低等特征。全氟聚醚型化合物产品通过美国FDA认证，属于安全性化学药剂。全氟聚醚型化合物可以通过表面施胶、桨内施胶等工艺处理纸张纤维从而使纸张具有良好的防油性能，可应用于食品包装，快餐包装盒和日常生活用品等方面，具有很好的应用前景。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，在浆料制备步骤中，控制纸浆原料在纸浆原液中的浓度为3.5-4.5％，润胀时间为4-6h。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，纸浆原料由针叶浆和阔叶浆组成。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，针叶浆和阔叶浆的质量比为(0.5-2)：1。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，浆料制备步骤还包括：磨桨，磨桨为：将纸浆原液进行磨桨，并控制打浆度为(48-52)°SR，湿重为5-6.5g。
进一步地，在本发明的一些实施方案中，造纸机车速控制在150～180m/min，网部摇振器振幅控制在12mm，振次控制在160～200r/min，干燥部气压控制在0.8～1.5kgf/cm2。
另一方面，本发明提供了一种抗菌防油食品包装纸，其由上述的制备方法制备得到。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种抗菌防油食品包装纸，其通过以下步骤制备得到：
1浆料制备步骤
1.1按重量比为1:1的比例，选取非氯漂白针叶浆和非氯漂白阔叶浆作为纸浆原料，混合加入到水力碎浆机中，加水，得到纸浆原液，并控制纸浆原料在纸浆原液中的浓度为4％。
当然，需要说明的是，在其他的实施例中，针叶浆与阔叶浆的质量比也可以是0.5:1、0.8:1、1.1:1、1.3:1、1.5:1，或者仅用针叶浆作为纸浆原料，或者仅用阔叶浆作为纸浆原料均可。
1.2在水力碎浆机中分散水解浸泡润胀4小时。
1.3然后用泵将纸浆原液输送到打浆盘磨系列进行磨浆，控制磨浆的打浆度为50°SR，湿重为6g；浆料按照工艺磨好后，输送到配浆池中。需要说明的是，在其他的实施例中，湿重也可以是5g、5.2g、5.4g、5.6g、5.8g、6.2g、6.4g、6.5g等，只要在5-6.5g的范围即可。
2抗菌填料制备步骤
取研磨细度等于1000目的锐钛型钛白粉，加入到加入到填料罐中，然后加入水和钛白粉专用分散剂，搅拌混合均匀，搅拌速度控制在200r/min左右，得到抗菌悬浊液，其中，控制锐钛型钛白粉在抗菌悬浊液中的浓度为10％。
需要说明的是，在其他的实施例中，锐钛型钛白粉在抗菌悬浊液中的浓度可以是8％、9％、11％、12％，只要在8-12％的范围内即可。
需要说明的是，在其他的实施例中，锐钛型钛白粉的研磨细度至少等于1000目，或者大于1000目，足够细的锐钛型钛白粉有利于其分散。
得到抗菌悬浊液直接用泵输送到造纸机(2640长网多缸造纸机(带斜列式表面施胶机)，中国辽阳造纸机械厂)流送部的压力筛的入口处。需要注意的是：不允许通过三段除渣系统以避免昂贵的钛白粉流失，以节约成本。
3防油涂布液制备步骤：
将防油剂加入到浓度为6％的氧化淀粉胶中，混合均匀，得到防油涂布液，备用。得到的防油涂布液可通过造纸机的表面施胶机均匀均匀涂在纸张表面。
其中，控制防油剂在防油涂布液的浓度为10％，本实施例中，采用全氟聚醚型化合物作为防油剂。
需要说明的是，在其他的实施例中，防油剂在防油涂布液的浓度可以是8％、9％、11％、12％，只要在8-12％的范围内即可。
4成纸步骤
启动造纸机，通过造纸机将抗菌悬浊液均匀分散至纸浆原液中，形成纸张，在形成纸张的过程中，对纸张进行紫外照射，使钛白粉被激活而产生光触媒效应，同时，表面施胶机将防油涂布液均匀涂布在纸张表面，最终形成可以用于食品包装的具有抗菌防油功能的食品包装纸。
对纸张的紫外照射可通过如下方式实现，在造纸机干燥部末端要加设9辊运转长度≥25m，并配备18只紫外线灯管组成的紫外线专用封闭式照射区，照射区的外壳使用0.5mm厚的不锈钢板制成。当成形的纸张通过照射区时即可被紫外照射，纸张内的钛白粉被激活而产生光触媒效应，使纸张具有完美的抗菌性能。
需要说明的是，辊的数量以及紫外线灯管的数量均可以根据实际情况加设。
其中，造纸机车速控制在160m/min，网部摇振器振幅控制在12mm，振次控制在180r/min，干燥部气压控制在1.2kgf/cm2。
当然，造纸机的车速、网部摇振器振幅、振次以及干燥部气压的参数均可根据实际需求进行设定。只要造纸机车速控制在150～180m/min，振次控制在160～200r/min，干燥部气压控制在0.8～1.5kgf/cm2的范围内均可。
实施例2
抗菌检测
以《一次性使用卫生用品卫生标准》(GB15979-2002)附录C4为依据，对实施例1制得的食品包装纸进行杀菌性能检查。本实施例主要对实施例1制得的食品包装纸抑制金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌的性能进行检测。
一、材料与方法
试验材料
1.1培养基
(1)营养琼脂培养基
(2)沙氏琼脂培养基
1.2菌种
金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus[CMCC(B)26003]、大肠埃希菌Escherichia coli[CMCC(B)44102]。
1.3被检样品
实施例1制得的食品包装纸
1.4缓冲液
(1)0.03mol/L磷酸盐缓冲液(pH7.2)
试验方法
(1)取实施例1制得的食品包装纸(2.0cm×3.0cm)和对照样片(与试样同质材料，同等大小，但不含抗菌材料，且经灭菌处理)各4片，分别置于无菌平皿内。
(2)将试验菌新鲜斜面培养物用磷酸盐缓冲液洗下，制成菌悬液(要求的浓度为：用100μL滴于对照样片上，回收菌数为1-9×104cfu/片)。
(3)取试验菌悬液，分别在每个被试样片和对照样片上滴加100μL，开始计时，分别作用2、5、10、20min，用无菌镊子分别将样片投入含5mL磷酸盐缓冲液的试管内，充分混匀，稀释一个稀释度，吸取0.5mL置于两个平皿内，用营养琼脂培养基或沙氏琼脂培养基15mL作倾注，使其充分均匀。
(4)置适宜温度恒温培养箱中倒置培养，采用活菌菌落计数法，计算抑菌率。
评价标准
防霉玻璃板垫纸的评价标准：对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌2分钟抑菌率大于50％，20分钟抑菌率大于80％，即为合格产品。对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌2分钟抑菌率大于60％，20分钟抑菌率大于85％，即为优级产品。
二、试验结果
1.实施例1制得的食品包装纸对金黄色葡萄球菌的抑菌性能考察
实施例1制得的食品包装纸对S.aureus[CMCC(B)26003]抑菌性能考察结果见表1。
表1实施例1制得的食品包装纸对S.aureus[CMCC(B)26003]抑菌性能考察
从表1中的数据可以看出，实施例1制得的食品包装纸对S.aureus[CMCC(B)26003]具有较强的抑菌作用，随着作用时间的延长，抑菌效果增强。
2.实施例1制得的食品包装纸对大肠埃希菌的抑菌性能考察
实施例1制得的食品包装纸对E.coli[CMCC(B)44102]抑菌性能考察结果见表2。
表2实施例1制得的食品包装纸对E.coli[CMCC(B)44102]抑菌性能考察
从表2中的数据可以看出，实施例1制得的食品包装纸对E.coli[CMCC(B)44102]具有较强的抑菌作用，随着作用时间的延长，抑菌效果增强。
由上述结果可知，实施例1制得的食品包装纸对S.aureus[CMCC(B)26003]、E.coli[CMCC(B)44102]具有较强抑菌作用；且随着作用时间的延长，抑菌效果有增强的现象。
实施例3
防油等级检测
实施例1制得的食品包装纸防油等级测试依据美国TAPPI UM-557法检测耐油性。表3列出了用于测试的试验油品。检测及判定方法：将一滴表3所示油品滴加到纸上，在15s后观测表中油品的浸透状态，耐油性即表现为呈现非浸透的试验油品对应的最高耐油度。
表3
耐油度 蓖麻子油 甲苯 庚烷
1 100 0 0
2 90 5 5
3 80 10 10
4 70 15 15
5 60 20 20
6 50 25 25
7 40 30 30
8 30 35 35
9 20 40 40
10 10 45 45
11 0 50 50
12 0 45 55
经检测，实施例1的制得的食品包装纸防油等级为6。
综上，本发明提供的抗菌防油食品包装纸的制备方法，通过在纸浆原液中加入含锐钛型钛白粉的抗菌悬浊液，形成纸张，在纸张表面涂布防油剂，形成可用于食品领域的食品包装纸；该制备方法利用锐钛型钛白粉中的TiO2的抗菌功能，可使形成的品包装纸具有相应抗菌抑菌作用；采用该制备方法能够制备出的食品包装纸具有抑菌作用强、抑菌时间持续且防油效果好等特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌防油食品包装纸的制备方法，其特征在于，其包括：抗菌填料制备步骤、浆料制备步骤以及成纸步骤；
所述抗菌填料制备步骤包括：将锐钛型钛白粉、水以及钛白粉分散剂搅拌混合，得到抗菌悬浊液；
所述浆料制备步骤包括：将纸浆原料与水混合，并浸泡润胀，得到纸浆原液；
所述成纸步骤包括：通过造纸机将所述纸浆原液与所述抗菌悬浊液混合并形成纸张。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成纸步骤还包括：在形成所述纸张的过程中，对所述纸张进行紫外照射。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述抗菌填料制备步骤中，控制所述锐钛型钛白粉在所述抗菌悬浊液中的浓度为8-12％。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述抗菌填料制备步骤中，所述锐钛型钛白粉的研磨细度大于或等于1000目。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述成纸步骤还包括：在所述纸张表面涂布防油涂布液；
所述防油涂布液通过以下方法制备得到：将防油剂加入到氧化淀粉胶中，混合均匀，得到防油涂布液，其中，所述防油剂在所述防油涂布液的浓度为8-12％。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述浆料制备步骤中，控制所述纸浆原料在所述纸浆原液中的浓度为3.5-4.5％，润胀时间为4-6h。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纸浆原料由针叶浆和阔叶浆组成。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述针叶浆和所述阔叶浆的质量比为(0.5-1.5)：1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述所述浆料制备步骤还包括：磨桨，所述磨桨为：将所述纸浆原液进行磨桨，并控制打浆度为(48-52)°SR，湿重为5-6.5g。
10.一种抗菌防油食品包装纸，其特征在于，其由权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到。
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