CN108179660A - 一种纸张表面改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种纸张表面改性的方法，首先将纤维细化，得到长纤维和短纤维；然后制备改性纸浆，所述改性纸浆包括以下重量配比的组分：纸浆95‑105份，长纤维2‑5份，短纤维6‑10份，防霉剂11‑23份，缓释剂1‑5份；最后在纸张表面涂布所述改性纸浆，烘干后得到改性厚纸。本申请提供的纸张表面改性方法，仅对纸张表面进行改性，改性后的纸张表面粗糙程度增加，出现更多的孔隙。同时，添加的防霉剂和缓释剂存留在纸张表面的孔隙中，粗糙的纸张表面使得存留量增大，进而延长存留时间，从而延长副食品的防霉保鲜时间。

Description

一种纸张表面改性的方法
技术领域
本申请涉及纸张改性技术领域，具体涉及一种纸张表面改性的方法。
背景技术
包装纸由于可降解的特性在包装材料领域中所占比例日益增加,尤其在副食品包装领域中应用广泛。包装纸一方面为副食品的携带提供便利，另一方面避免副食品大面积暴露在空气中而滋生霉菌等有害物质。
包装纸本身具有透气性，虽然在一定程度上可以阻隔外界空气与副食品直接接触，但阻隔的有效期较短，即包装纸的防霉保鲜时间较短。为了延长副食品的保鲜时间，往往需要将纸张进行改性，纸张改性是指在纸张中添加某种物质或者将纸张中某种物质改性以达到改变纸张特性的目的。例如，在原纸基础上涂布一层石蜡，涂布石蜡后的纸张制成的包装纸具有防潮、防粘和阻隔外界空气的作用。但是，由于石蜡或者其他涂层以涂布的方式存留在纸张表面，而纸张表面比较光滑，仅有少量石蜡或者其他涂层存留在纸张表面，存留量过少，导致包装纸的防霉保鲜时间较短。
发明内容
本申请提供一种纸张表面改性的方法，以解决现有技术中纸张表面存留的防霉保鲜涂层较少，导致包装纸的防霉保鲜时间较短的问题。
本申请提供一种纸张表面改性的方法，所述方法包括如下步骤：
纤维细化，得到长纤维和短纤维；
制备改性纸浆；
在纸张表面涂布所述改性纸浆，烘干后得到改性厚纸。
优选的，所述纤维细化的方法包括如下步骤：
将纤维粉碎，所述粉碎时间为3-4小时，得到长纤维；
将长纤维继续粉碎1-2小时，得到短纤维。
优选的，所述改性纸浆的制备方法包括如下步骤：
制备混合体系，所述混合体系包括以下重量配比的组分：纸浆95-105份，长纤维2-5份，短纤维6-10份，防霉剂11-23份，缓释剂1-5份。
将所述混合体系在常温下搅拌3-5小时，得到改性纸浆。
优选的，所述防霉剂包括以下重量配比的组分：丙酸钙20-45份，维生素c钠40-60份，辅助防霉物质15-40份。
优选的，所述辅助防霉物质包括天然防霉物质和其他辅助防霉物质；
所述天然防霉物质包括辣椒素、花椒素、姜辣素、儿茶素、柠檬酸、大蒜素、壳聚糖、山梨酸、姜黄根醇、香樟精油、孟宗竹提取物、中药提取物、日柏醇和乳酸链球菌素中至少一种；
其他辅助防霉物质包括双乙酸钠、山梨酸钾/钠、柠檬酸钾/钠、抗坏血酸钠/钾、水杨酸钠、十二烷基丙氨酸、异维生素C钠、卡松、十二烷基丙氨酸、尼泊金甲/乙酸和溶菌酶中至少一种。
优选的，所述缓释剂为溴硝醇。
优选的，所述改性纸浆的涂布量为4-20g/m2。
优选的，所述改性厚纸单位面积的质量大于或等于110g。
由以上技术方案可知，本申请提供一种纸张表面改性的方法，首先将纤维细化，得到长纤维和短纤维；然后制备改性纸浆，所述改性纸浆包括以下重量配比的组分：纸浆95-105份，长纤维2-5份，短纤维6-10份，防霉剂11-23份，缓释剂1-5份；最后在纸张表面涂布所述改性纸浆，烘干后得到改性厚纸。本方案提供的纸张表面改性方法，仅对纸张表面进行改性，改性后的纸张表面粗糙程度增加，出现更多的孔隙。同时，添加的防霉剂和缓释剂存留在纸张表面的孔隙中，粗糙的纸张表面使得存留量增大，进而延长存留时间，从而延长副食品的防霉保鲜时间。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种纸张表面改性的方法流程图。
具体实施方式
参见图1，本申请提供一种纸张表面改性的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、纤维细化，得到长纤维和短纤维；
本申请所述纤维为纸纤维，纸纤维是由废旧纸屑(纸箱、纸卷、报纸、书纸等材料)经加工设备，加工成各种纤维产品。按照纤维大小的不同，可以将纤维分为长纤维和短纤维。一般来讲，将纤维产品制成纤维浆料后，那些通过直径为75μm的圆孔或者纤维筛分仪的200目筛的颗粒，被看作是短纤维，不能通过直径为75μm的圆孔或者纤维筛分仪的200目筛的颗粒，被看做是长纤维。
长纤维和短纤维是纸张的重要原料。由于纤维在韧性、吸收能力等方面的优良特性，造纸过程所用纸浆往往需要添加纤维，传统纸浆的纤维添加量为3-5％，添加纤维后制得的纸张具有透气性好、强度大的特点。
S2、制备改性纸浆；
本申请所述改性纸浆是指在原有纸浆的基础上添加长纤维、短纤维、防霉剂和缓释剂，得到混合体系，将所述混合体系在常温下搅拌3-5小时，得到改性纸浆。已知的，纸浆抄造过程中会对纸浆进行挤压，纸张内部纤维之间由于挤压作用相互贴合使得纸张内部致密程度相对较高，则纸张内部的孔隙较少，而纸张表面的纤维由于外部没有其他纤维与之贴合，则纸张表面纤维之间形成较多孔隙。通过添加纤维将纸浆改性，进而利用改性纸浆制成的包装纸表面可以存留更多的防霉保鲜材料，这是由于改性纸浆中的长纤维与长纤维、短纤维与短纤维以及长纤维与短纤维之间相互缠结、搭桥形成孔隙，孔隙为防霉保鲜材料的存留提供条件。
纤维的加入使纸张表面获得更多的孔隙，从而增大纸张表面的粗糙程度。在纸张厚度允许范围内，加入长纤维的同时加入短纤维可以更好地增加纸张表面的粗糙程度，这是由于长纤维与长纤维之间形成的孔隙较大，同时加入的短纤维可以填充到长纤维之间形成的大孔隙中，即可获得大孔隙包裹小孔隙的特有结构，防霉剂和缓蚀剂可以通过大孔隙进入小孔隙中，从而增加防霉剂和缓释剂的存留量。
所述纸浆是指利用化学方法、机械方法或两者结合的方法，使植物纤维原料离解变成本色或漂白纸浆的生产过程。通常采用的工艺过程是将植物纤维原料粉碎、蒸煮、洗涤、筛选、漂白、净化、烘干。可选的，生物制浆法，先用特殊菌种(白腐菌、褐腐菌、软腐菌)专门定向分解木素结构，后辅以机械或化学方法解离剩下的纤维素，而后进行漂白。此过程中，生物已经分解、打开大部分木素，化学方法只是作为辅助作用，所用的化学产品较之传统方法很少，因此可以做到少排放或不排放废液，是一种环保制浆、清洁制浆方法。
所述缓释剂指使用缓释剂之后能在较长时间内持续释放防霉效果以达到长效作用的制剂。使用缓释剂后，防霉剂内的有效成分可以持续对霉菌进行抑制，不会出现抑制效果的波峰和波谷，抑制效果较平均。
所述防霉剂是能抑制霉菌生长和杀灭霉菌的一类添加剂，能够阻隔副食品免受真菌侵蚀，保持副食品的新鲜。
所述纸浆、长纤维、短纤维、缓释剂和防霉剂混合搅拌通过搅拌设备完成。可选的，所述搅拌设备为旋桨式搅拌器，旋桨式搅拌器由2-3片推进式螺旋桨叶构成，工作转速较高,叶片外缘的圆周速度一般为5～15m/s。旋桨式搅拌器主要造成轴向液流，产生较大的循环量。
可选的，所述搅拌设备为涡轮式搅拌器，涡轮式搅拌器由在水平圆盘上安装2-4片平直的或弯曲的叶片所构成。桨叶的外径、宽度与高度的比例，一般为20:5:4，圆周速度一般为3～8m/s。涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动。
S3、在纸张表面涂布所述改性纸浆，烘干后得到改性厚纸。
本申请所述纸张改性是对纸张表面进行改性，纸张表面改性即可达到增加纸张表面粗糙程度，从而增加防霉保鲜材料在纸张表面存留量的效果，避免对纸张整体进行改性，节省资源消耗。S2所制改性纸浆以涂布的方式均匀保留在纸张表面，其中所述涂布是将糊状聚合物、熔融态聚合物或聚合物熔液涂布于纸、布、塑料薄膜上制得复合材料(膜)的方法，本申请提供的实施例是将改性纸浆涂布于纸张上制得表面粗糙程度较大的改性厚纸。
纸张的涂布是由涂布机完成的，涂布机是将成卷的纸张涂上一层特定功能的所述改性纸浆，烘干后收卷，涂布机的收放卷均配置全速自动接膜机构，PLC程序张力闭环自动控制。优选地，涂布机采用辊式涂布，辊式涂布是用涂布辊向涂布面施以改性纸浆，机内涂布以此类涂布机为主。涂布量可通过计量辊间压力进行调节，压力加强，改性纸浆的通过量减少，涂布量也就减少。
改性厚纸的具体制备工艺如下：首先放卷纸张，控制纸张以匀速的方式向前移动；放卷后的纸张经过涂布机，使得改性纸浆均匀涂布到纸张表面，控制涂布量为4-20g/m2；涂布有改性纸浆的纸张继续经过纸浆干燥机进行烘干，所述烘干温度为50-140℃，烘干后单位面积纸张的重量越大，则纸张的厚度越大。本申请单位面积纸张的重量大于或等于110g，所得改性纸张为改性厚纸；所述改性厚纸再经过收卷即可制得成品。
本申请提供一种纤维细化的方法，可以得到长纤维和短纤维，包括如下步骤：将纤维粉碎，所述粉碎时间为3-4小时，得到长纤维；将长纤维继续粉碎1-2小时，得到短纤维。
优选地，所述纤维粉碎是由纤维粉碎机完成的，纤维粉碎机为木材纤维粉碎机，木材纤维粉碎机是由有粗碎、细碎、风力输送等部件组成，由电动机带动主轴高速运转，使机械能对被粉碎的物料产生高强度的撞击力、压缩力、切割力、摩擦力的作用，故对纤维质物具有独特的破碎效果。随着粉碎时间的增加，纤维被粉碎的程度越大，经过3-4小时的粉碎可以获得长纤维，经过4-6小时的粉碎可以获得短纤维。
可选的，所述纤维粉碎机为手提式高速粉碎机，手提式高速粉碎机具有结构简单、体积小、重量轻、功效高、无粉尘、清洁卫生、操作简便、造型美观、既省电又安全等众多优点。与物料接触部分均采用不锈钢制造，能在3秒至2分钟内完成粉粹碎作业。
本申请所述制备改性纸浆的混合体系包括以下重量配比的组分：纸浆为95-105重量份，长纤维为2-5重量份，短纤维为6-10重量份，防霉剂为11-23重量份，缓释剂为1-5重量份。其中纤维总添加量占纸浆的8-15％，与传统纸浆中纤维添加量3-5％相比增加了3-12％，而纤维添加量的增加是纸张表面粗糙程度增加的关键，纤维添加量过小，纸张表面粗糙程度变化不明显。本申请通过长纤维与短纤维的配合使用，而非单一的长纤维或者短纤维，使得纸张表面粗糙程度有效地增加。
改性纸浆中防霉剂添加量为11-23重量份效果最优，改性纸浆作为副食品包装纸的原材料，添加量过多不符合食品安全的要求，故添加量不能大于23重量份；但是防霉剂的添加量不能过少，若添加量少于11重量份，则起不到防霉保鲜的效果。
所述缓释剂配合所述防霉剂，从而达到一个整体缓释效果，如果所述缓释剂低于1重量份，缓释剂的效果将会不明显，如果所述缓释剂高于5重量份，将会影响防霉保鲜效果。
进一步地，所述防霉剂包括以下重量配比的组分：20-45％丙酸钙，40-60％维生素c钠和15-40％辅助防霉物质。
具体的，丙酸钙为白色轻质鳞片状晶体，或白色颗粒或粉末。对于霉菌、酵母菌及细菌等具有广泛的抗菌作用，可起防腐作用，pH值越低，防腐效力越高。丙酸钙对人体几乎无毒性，所以应用到食物储存方面，不会对人体造成任何伤害。在酸性条件下，产生游离丙酸，具有抗菌作用。其抑菌作用受环境pH值的影响，在pH值5.0时霉菌的抑制作用最佳；pH值6.0时抑菌能力明显降低，最小抑菌浓度为0.01％。在酸性介质中对各类霉菌、革兰氏阴性杆菌或好氧芽孢杆菌有较强的抑制作用，还可以抑制黄曲霉素的产生，而对酵母菌无害，对人体无害，无毒副作用。
维生素c钠由于是钠盐，所以性能更稳定，同时不再有维生素c的强酸性，可做副食品的抗氧化剂。
副食品属于弱酸性食品，在包装贮存的过程中，霉菌易滋生，最终导致食品霉变，所述丙酸钙在酸性条件下对霉菌的抑制效果较好。导致食品腐坏的原因除了霉变还有因为氧化而变质，所述维生素c钠具有较好的抗氧化效果。将丙酸钙和维生素c钠作为防霉物质添加到防霉涂料中，可以延长副食品的保存时间。
进一步地，所述辅助防霉物质为天然防霉物质和其他辅助防霉物质中的一种；
所述天然防霉物质包括辣椒素、花椒素、姜辣素、儿茶素、柠檬酸、大蒜素、壳聚糖、山梨酸、姜黄根醇、香樟精油、孟宗竹提取物、中药提取物、日柏醇和乳酸链球菌素中至少一种；所述天然防霉物质具有较好的防霉效果，再配合所述其他辅助防霉物质可将薄纸的防霉效果进一步加强。
其他辅助防霉物质包括双乙酸钠、山梨酸钾/钠、柠檬酸钾/钠、抗坏血酸钠/钾、水杨酸钠、十二烷基丙氨酸、异维生素C钠、卡松、十二烷基丙氨酸、尼泊金甲/乙酸和溶菌酶中至少一种。
进一步地，所述缓释剂为溴硝醇。溴硝醇又名溴硝丙二醇，2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇，2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇，俗称布罗波尔、皮乐宝、拌棉醇。常温下为白色至淡黄色、黄褐色结晶性粉末，无臭、无味，易溶于水、乙醇、丙二醇，难溶于氯仿、丙酮、苯等。
以下结合具体实施方式对本申请进行详细说明。
实施例1
将纤维粉碎3小时，得到长纤维；将长纤维继续粉碎1小时，得到短纤维。按以下重量配比制备防霉剂：丙酸钙20g，维生素c钠60g以及辣椒素15g。然后取纸浆95g，长纤维2g，短纤维6g，防霉剂11g以及溴硝醇1g得到混合体系，将混合体系在常温下搅拌3小时得到改性纸浆。将制备好的改性纸浆涂布于纸张表面，涂布量为4g/m2，烘干后制得改性厚纸，单位面积改性厚纸的质量为110g。
实施例2
将纤维粉碎4小时，得到长纤维；将长纤维继续粉碎2小时，得到短纤维。按以下重量配比制备防霉剂：丙酸钙45g，维生素c钠40g以及双乙酸钠40g。然后取纸浆105g，长纤维5g，短纤维10g，防霉剂23g以及溴硝醇5g得到混合体系，将混合体系在常温下搅拌5小时得到改性纸浆。将制备好的改性纸浆涂布于纸张表面，涂布量为20g/m2，烘干后制得改性厚纸，单位面积改性厚纸的质量为115g。
实施例3
将纤维粉碎3小时，得到长纤维；将长纤维继续粉碎1小时，得到短纤维。按以下重量配比制备防霉剂：丙酸钙20g，维生素c钠60g以及辣椒素15g。然后取纸浆95g，长纤维2g，短纤维6g，防霉剂11g以及溴硝醇1g得到混合体系，将混合体系在常温下搅拌3小时得到改性纸浆。将制备好的改性纸浆涂布于纸张表面，涂布量为15g/m2，烘干后制得改性厚纸，单位面积改性厚纸的质量为112g。
实施例4
将纤维粉碎3.5小时，得到长纤维；将长纤维继续粉碎1.5小时，得到短纤维。按以下重量配比制备防霉剂：丙酸钙35g，维生素c钠50g以及山梨酸钠30g。然后取纸浆100g，长纤维4g，短纤维8g，防霉剂18g以及溴硝醇3g得到混合体系，将混合体系在常温下搅拌4小时得到改性纸浆。将制备好的改性纸浆涂布于纸张表面，涂布量为15g/m2，烘干后制得改性厚纸，单位面积改性厚纸的质量为112g。
对比例1
按以下重量配比制备防霉剂：丙酸钙20g，维生素c钠60g以及辣椒素15g。然后取纸浆95g，防霉剂11g以及溴硝醇1g得到混合体系，将混合体系在常温下搅拌3小时得到改性纸浆。将制备好的改性纸浆涂布于纸张表面，涂布量为4g/m2，烘干后制得改性厚纸，单位面积改性厚纸的质量为110g。
对比例1与实施例1的区别在于改性纸浆的制备中没有添加纤维，则不需要制备长纤维和短纤维。
对比例2
对比例2与对比例1的区别仅在于，对比例2不添加防霉剂和缓释剂，直接将纸浆涂布于纸张表面，涂布量为4g/m2，烘干后制得改性厚纸，单位面积改性厚纸的质量为110g。
将实施例1-4以及对比例1-2所制改性厚纸作为包装纸对副食品进行包装，所述副食品以糖果为例，所用包装方式一致，间隔10天后将糖果取出，将包装纸分别置于无菌水中浸泡5分钟，然后用移液枪吸取10ml浸洗液置于表面皿中，表面皿中放置有营养物质，每隔60天在显微镜下观察表面皿中菌落的生长情况，观察周期为240天，表面皿中菌落的生长情况见下表。
表一表面皿中菌落的生长情况
观察时间 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
60天 无菌落 无菌落 无菌落 无菌落 无菌落 1-2个菌落
120天 无菌落 无菌落 无菌落 无菌落 无菌落 4-5个菌落
180天 无菌落 无菌落 无菌落 无菌落 1-2个菌落 8-9个菌落
240天 1-2个菌落 无菌落 无菌落 无菌落 4-5个菌落 菌落数＞10
300天 4-5个菌落 1-2个菌落 1-2个菌落 1-2个菌落 菌落数＞10 菌落数＞10
由上表可以看出，对比例2在60天后即出现1-2个菌落数，说明仅用纸浆涂布于纸张表面制成的包装纸防霉效果最差。对比例1与对比例2相比，120天内没有出现菌落，180天后出现菌落数少于对比例2，说明加入防霉剂和缓释剂能够有效延长包装纸对于糖果的防霉保鲜时间。实施例1与对比例1相比，涂布量相同，但实施例1中将纸浆进行改性后涂布于纸张表面，结果表明实施例1的防霉保鲜时间大于对比例1。实施例1-4所用纸浆均为改性纸浆，从表一可以看出，实施例1-4出现菌落的时间均大于对比例1和对比例2，说明改性纸浆能够有效延长包装纸对于副食品的防霉保鲜时间。另外，由于实施例1的涂布量少于实施例2-4，导致实施例1所制包装纸在240天时即出现1-2个菌落数，而实施例2-4在相同时间下没有出现菌落，说明涂布量越大，其防霉保鲜时间越长。这是由于涂布量较大的情况下，相同面积纸张中的孔隙更多，则防霉剂和缓释剂在纸张表面的存留量相应的更多。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种纸张表面改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
纤维细化，得到长纤维和短纤维；
制备改性纸浆；
在纸张表面涂布所述改性纸浆，烘干后得到改性厚纸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维细化的方法包括如下步骤：
将纤维粉碎，所述粉碎时间为3-4小时，得到长纤维；
将长纤维继续粉碎1-2小时，得到短纤维。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性纸浆的制备方法包括如下步骤：
制备混合体系，所述混合体系包括以下重量配比的组分：
将所述混合体系在常温下搅拌3-5小时，得到改性纸浆。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述防霉剂包括以下重量配比的组分：
丙酸钙 20-45重量份，
维生素c钠 40-60重量份，
辅助防霉物质 15-40重量份。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述辅助防霉物质包括天然防霉物质和其他辅助防霉物质；
所述天然防霉物质包括辣椒素、花椒素、姜辣素、儿茶素、柠檬酸、大蒜素、壳聚糖、山梨酸、姜黄根醇、香樟精油、孟宗竹提取物、中药提取物、日柏醇和乳酸链球菌素中至少一种；
其他辅助防霉物质包括双乙酸钠、山梨酸钾/钠、柠檬酸钾/钠、抗坏血酸钠/钾、水杨酸钠、十二烷基丙氨酸、异维生素C钠、卡松、十二烷基丙氨酸、尼泊金甲/乙酸和溶菌酶中至少一种。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述缓释剂为溴硝醇。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性纸浆的涂布量为4-20g/m2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性厚纸单位面积的质量大于或等于110g。
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