CN108797189B - 一种以人参残渣为原料制备抗菌纸的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以人参残渣为原料制备抗菌纸的工艺，步骤如下：(1)除渣；(2)洗浆；(3)超声波打浆；(4)抄造；经天然活性成分提取后的人参残渣首先经过除渣使杂质分离，然后通过洗涤得到较为纯净的残渣原料，再经过超声波打浆使纤维分丝帚化，最后通过与木浆、羧基化纳米纤维素纤丝、还原性纳米银颗粒混合配抄形成抗菌纸。本发明方法以人参残渣为原料制备人参残渣为基本原料制备抗菌纸，是一种制作抗菌纸的创新生产工艺；既能拓展抗菌纸生产制备的原料渠道，同时减少了大量木材原料的使用，缓解了国内制浆造纸行业对木材资源需求的压力，对环境保护以及植物残渣资源化利用等方面具有重要意义。

Description

一种以人参残渣为原料制备抗菌纸的工艺

技术领域

本发明属于制浆造纸技术领域，旨在提供一种利用人参残渣制备原浆的方法及利用该原浆制备抗菌纸的方法，更具体的来讲，是指利用人参残渣通过超声打浆技术制备原浆，再利用此原浆通过在造纸工艺中添加高效银纳米颗粒抗菌剂制备抗菌纸。

背景技术

随着经济社会的快速发展和人民生活水平的日益提升，新型抗菌材料的研究和开发备受关注，各种抗菌制品也应运而生，如抗菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌涂料、抗菌织物等。而在日常生活和工作中，每个人都要与纸打交道，例如，钞票、卫生纸、打印纸、各种票据等，因此为了避免交叉感染，抗菌纸的研究和开发有着重要的意义。抗菌纸是指利用某种方式，如喷洒、施胶、涂布、浸渍、改性纤维等，把抗菌剂添加至普通纸中，使其成为具有抗菌功能的纸。在发达国家使用普及率很高。随着我国经济水平的发展，抗菌纸的需求量也将会越来越高，使用也会越来越普遍。以人参残渣原浆部分代替纯木浆生产抗菌纸，可以充分利用人参经活性成分提取的残渣废弃物，最大限度地减少对森林树木的砍伐，有效地保护了人类赖以生存的生态环境。因此，这种抗菌纸的制备不仅能提高了植物废弃残渣的利用率，还能在目前国内生活用纸竟争激烈的市场状况下给企业创造了较好的经济效益。

生产抗菌纸的原料较为广泛，主要有原生木浆、草浆、麦草浆、苇浆、蔗渣浆、废纸等。不同的浆种会在很大程度上决定抗菌纸的档次。对不同的原料，须有针对性地设计好合理的纤维配比及工艺条件。漂白硫酸盐叶木浆拉力好，白度较高，得到广泛使用。而禾本科等植物残渣也有成纸疏松、柔软性好、吸附性强，价格较经济等特点，两者配比后，可充分发挥产品的综合性能效益。抗菌剂是抗菌纸的核心成分，决定着抗菌纸的抗菌性能。抗菌剂一般分为3类：无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂，每一种抗菌剂都有其自身的特点和适用范围。而金属银表现出了比其它大多数抗菌材料更优异的抗菌性能，纳米级银颗粒具有比表面积大、强烈的吸附能力、多活性中心等特点，具有良好的抑菌效果，适量情况下不损伤人体正常组织细胞。并且对细菌，病毒和真菌非常有效，大多数微生物也难以产生对纳米银颗粒的抗性。纳米级银单质在水溶液中能电离出Ag+，当微量的银离子到达微生物细胞膜时，因后者带负电荷，依靠库仑引力，使两者牢固吸附，银离子穿透细胞壁进入胞内，并与SH基反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂增殖能力而死亡。银离子还能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。结合废弃的人参提取残渣纤维原料具有安全无毒、具有可降解性、可再生性能、绿色环保、来源广泛、廉价易得等优点，使得这一抗菌纸在生活中应用成为了可能。

高强超声设备在打浆过程中的作用主要是超声的空化效应。空蚀过程中的泡沫逐渐扩大产生的潜在能量被转换成液体射流的动能，通过泡沫的内部移动，并以几百米每秒的速度穿透对面的泡沫壁，在与纤维素表面碰撞过程中造成纤维表面的侵蚀破坏以及纤维间的内聚力的降低，从而暴露出更多的表面羟基，有利于提升成纸时纸张的氢键结合数量，进而提升纸张强度。

本发明基本以物理法并辅以化学法完成制浆造纸过程，且使用全部的经天然产物活性提取、食用或药用的人参残渣为原料进行超声波打浆，因此后续工艺处理过程中不再采用打浆工艺。本发明主要以人参残渣纤维原料并配入部分木浆进行造纸，制备出了具有符合一定抗菌性能的抗菌纸。目前，尚未发现在低成本下，完全采用超声波打浆方式处理人参残渣；更没有发现将羧基化的纳米纤维素纤丝添加到纸页中充当填料，同时起到交联、亲水增强和螯合银纳米颗粒作用的抗菌纸。

发明内容

本发明的技术方案概述如下：

1.本发明的目的是利用人参残渣废弃物制备原浆并利用该原浆制备抗菌纸，按顺序包括如下步骤：

(1)除渣：首先，将人参残渣原料进行除渣处理，去除其中较大的重杂质以及泥沙尘土等；

(2)洗浆：将除渣后的人参残渣进行洗涤处理，通过洗涤扩散脱除人善残渣中的残余溶剂、药液和降解的多糖；

(3)超声波打浆：对洗浆后的纤维原料进行超声波打浆处理，获得分丝帚化和细纤维化的人参残渣纤维原浆；

(4)抄造：将超声波打浆处理后的人参残渣纤维与针叶木漂白浆、羧基化的纳米纤维素纤丝、还原性后的纳米银颗粒混合抄造制备抗菌纸；

所述步骤(1)中除渣的具体操作条件为：采用锥形除渣器，利用离心力将废杂质与纤维分离，除去石头、金属、玻璃碎渣、泥沙尘土等杂质；

所述步骤(2)中洗涤的具体操作条件为：浆浓(质量分数)为1％，洗涤温度为50℃，稀释因子为1.5，通过洗涤、扩散或置换等方式除去残渣中的溶剂、药液和降解的小分子物质；

所述步骤(3)中超声波打浆的具体操作条件为：将洗涤后的浆料用超声波细胞粉碎机进行打浆处理，打浆时参数为工作5s，间歇3s，超声时间为10min(不包括间歇时间)，超声波打浆浓度控制在(质量分数)1％浓度的条件下，固定超声功率为1200W。整个超声波打浆过程均在冰浴中进行，处理完成后将所制备的浆料置于离心机中200r/min离心3min，取上层悬浮液在冰箱中4℃保存，沉淀的下层较大组分浆料回收留存；

所述步骤(4)中抄纸的具体条件为：取(质量分数)70～80％经超声波打浆后的人参残渣原浆，配入(质量分数)10～19％的针叶木漂，(质量分数)1～10％的羧基化纳米纤维素纤丝，再向其中加入浓度为0.1～1mM硝酸银溶液6～30mL和浓度为1～10mM硼氢化钠溶液5～25mL混合均匀搅拌24h后抄纸。

目前，现有技术对非木材纤维原料造纸做了一些技术方案的公开，具体如下：

CN106275944A公开了一种抗菌纸质垃圾袋及其制备方法，该发明所述成品抗菌纸质垃圾袋采用植物纤维80#110份、合成纤维15#20份、中药提取物7#25份、氢氧化镁3#8份、硫酸铝2#6份，植物纤维由竹子、桑树皮、甘蔗渣、麸皮和玉米秸秆组成，合成纤维为聚丙烯纤维、聚酰胺纤维或聚对苯二甲酸乙二酯中的一种。该发明的垃圾袋具有一定的机械强度和抗菌功效，但该发明中的抗菌成分为中药提取物，抗菌剂生产成本高、不易回收且容易受到使用环境的制约而影响其抗菌效能。

CN106245424A公开了一种抗菌纸的制备方法，该法先将植物纤维原料离解为本色纸浆，随后取竹子经烘干后进行粉碎得竹粉分散在乙醇溶液中并用CO₂进行超临界流体萃取，所得溶液经过滤后得到的抗菌萃取液添加到本色纸浆中进行搅拌浸泡，然后经净化、压榨成型、脱水、烘干后得到初级抗菌纸，最后将纳米金属银粒子的抗菌剂喷涂至初级抗菌纸表面自然风干后得到抗菌纸。该发明采用天然抗菌物质竹子抗菌萃取液与含纳米金属银粒子的抗菌剂的协同作用，使纸张由内到外都具备抗菌作用，其整体抗菌抑菌效果达到99％以上，而且还可有效的防止纸张的霉变，并具有除螨、防臭和抗紫外线的功能，但该发明中银纳米颗粒仅作用于纸张表面且与纸张纤维作用力较低，随着使用时间的推移容易流失，造成抗菌性能下降。

CN107059477A公开了一种含有季铵盐类抗菌剂的抗菌纸的制备方法，属于功能性包装纸技术领域。其中，季铵盐类抗菌剂是指季铵化的苯乙烯马来酸酐共聚物。使用表面涂覆和湿部添加两种方式将季铵盐类抗菌剂加入到纸张中。通过上述方式，该发明能够得到既环保又具有持久良好抗菌效果的抗菌纸。但该发明所使用的季铵盐类抗菌剂合成步骤繁琐，使用了多种有机溶剂，其中部分有机溶剂易挥发且有一定毒性，且所用的纸张基材为纯木浆，对木材纤维原料的使用需求较大。

以上方法均采用了成纸基材与抗菌剂复合制备抗菌纸这一思路，以全部或部分非木材纤维为原料，可以节约木材资源，经济效益与社会效益显著，对非木材纤维的综合利用及发展非木材纤维原料造纸领域有重要的意义。且在抗菌剂的选取方面各有特色，既有天然成分也有人工合成的抗菌剂，但都在某些层面上有较大缺点，不能很好地提升综合效益，最终可能推高成本，同时采用较多的化学合成工艺也会对环境造成不同程度的污染，因此在实现大面工业生产过程中还有一定的提升改进空间。

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种以人参残渣为原料制备抗菌纸的工艺，该方法以部分或全部的经食用或药用加工后剩余的人参残渣为原料进行物理法制浆，并通过在造纸工艺中添加高效银纳米颗粒抗菌剂制备抗菌纸。所制备的抗菌纸具备一定强度且抗菌性能好的抗菌纸，对环境保护以及植物残渣资源化利用等方面具有重要意义。

本发明中成纸基材中使用的大部分原料为经天然产物活性提取、食用或药用的植物残渣为原料进行超声波打浆处理，这种方法操作简单、对长纤维基本不产生切断作用，有效提升了良浆的得率。

本发明主要以人参残渣纤维原料并配入部分木浆进行造纸，制备出了具有符合一定抗菌性能的抗菌纸。目前，尚未发现在低成本下，完全采用超声波打浆方式处理人参残渣；更没有发现将羧基化的纳米纤维素纤丝添加到纸页中充当填料，同时起到交联、亲水增强和螯合银纳米颗粒作用的抗菌纸。

本发明取得的优点和积极效果是：

本发明方法以人参残渣所制备的纤维为原料进行原浆制备并通过配入部分木浆制备抗菌纸。是一种制作抗菌纸的创新生产工艺；既能提高植物残渣废弃物的利用，同时减少了大量木材原料的使用，缓解了国内制浆造纸行业对木材资源需求的压力，对环境保护以及植物残渣资源化利用等方面具有重要意义。

本发明方法以人参残渣为原料，人参残渣因具有一定的食用或药用价值，对人体健康无危害，符合健康环保的理念。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，根据下述实施例可以更好地理解本发明。然而，本领域技术人员应容易理解的是，以下实施例只是描述性的，不意味着将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该意识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有改进方案、备选方案和等效方案。

实施例1：一种以人参残渣为原料制备抗菌纸的工艺，步骤如下：

(1)首先，采用锥形除渣器，利用离心力将废杂质与纤维分离，除去石头、金属、玻璃碎渣、泥沙尘土等杂质；

(2)将除渣后的人参残渣进行洗涤处理，洗涤时浆浓(质量分数)为1％，洗涤温度为 50℃，控制稀释因子为1.5，通过洗涤、扩散或置换等方式除去残渣中的溶剂、药液和降解的小分子物质；

(3)将洗涤后的浆料用超声波细胞粉碎机进行打浆处理，打浆时参数为工作5s，间歇3 s，超声时间为10min(不包括间歇时间)，超声波打浆浓度控制为(质量分数)1％条件下，固定超声功率为1200W。整个超声波打浆过程均在冰浴中进行，处理完成后将所制备的浆料置于离心机中200r/min离心3min，取上层悬浮液在冰箱中4℃保存，沉淀的下层较大组分浆料回收留存；

(4)取(质量分数)70％经超声波打浆后的人参残渣原浆，配入(质量分数)29％的针叶木漂，(质量分数)1％的羧基化纳米纤维素纤丝，再向其中加入浓度为(质量分数)0.1mM 硝酸银溶液6mL和浓度为1mM硼氢化钠溶液5mL混合均匀搅拌24h后抄纸；

实施例2：一种以人参残渣为原料制备抗菌纸的工艺，步骤如下：

(1)首先，采用锥形除渣器，利用离心力将废杂质与纤维分离，除去石头、金属、玻璃碎渣、泥沙尘土等杂质；

(2)将除渣后的人参残渣进行洗涤处理，洗涤时浆浓(质量分数)为1％，洗涤温度为 50℃，控制稀释因子为1.5，通过洗涤、扩散或置换等方式除去残渣中的溶剂、药液和降解的小分子物质；

(3)将洗涤后的浆料用超声波细胞粉碎机进行打浆处理，打浆时参数为工作5s，间歇3 s，超声时间为10min(不包括间歇时间)，超声波打浆浓度控制在(质量分数)1％浓度的条件下，固定超声功率为1200W。整个超声波打浆过程均在冰浴中进行，处理完成后将所制备的浆料置于离心机中200r/min离心3min，取上层悬浮液在冰箱中4℃保存，沉淀的下层较大组分浆料回收留存；

(4)取(质量分数)80％经超声波打浆后的人参残渣原浆，配入(质量分数)10％的针叶木漂，(质量分数)10％的羧基化纳米纤维素纤丝，再向其中加入浓度为1mM硝酸银溶液30mL和浓度为10mM硼氢化钠溶液25mL混合均匀搅拌24h后抄纸。

Claims (1)

1.一种以人参残渣为原料制备抗菌纸的工艺，其特征步骤如下：

(1)除渣：将人参残渣原料进行除渣处理，去除其中较大的重杂质以及泥沙尘土；

(2)洗浆：将除渣后的人参残渣进行洗涤处理，通过洗涤扩散脱除人参残渣中的残余溶剂、药液和降解的多糖；

(3)超声波打浆：对洗浆后的纤维原料进行超声波打浆处理，获得分丝帚化和细纤维化的人参残渣纤维原浆；

(4)抄造：将超声波打浆处理后的人参残渣纤维与针叶木漂白浆、羧基化的纳米纤维素纤丝、还原性后的纳米银颗粒混合抄造制备抗菌纸；

所述步骤(1)中除渣的具体操作条件为：采用锥形除渣器，利用离心力将废杂质与纤维分离，除去石头、金属、玻璃碎渣、泥沙尘土杂质；

所述步骤(2)中洗涤的具体操作条件为：质量浆浓为1％，洗涤温度为50℃，稀释因子为1.5，通过洗涤、扩散或置换方式除去残渣中的溶剂、药液和降解的小分子物质；

所述步骤(3)中超声波打浆的具体操作条件为：将洗涤后的浆料用超声波细胞粉碎机进行打浆处理，打浆时参数为工作5s，间歇3s，超声波打浆工作总时间为10min，超声波打浆时间不包括间歇时间，超声波打浆浓度控制在1％质量浓度的条件下，固定超声功率为1200W，整个超声波打浆过程均在冰浴中进行，处理完成后将所制备的浆料置于离心机中200r/min离心3min，取上层悬浮液在冰箱中4℃保存，沉淀的下层较大组分浆料回收留存；

所述步骤(4)中抄纸的具体条件为：取质量分数70～80％经超声波打浆后的人参残渣原浆，配入质量分数10～29％的针叶木漂白浆，质量分数1～10％的羧基化纳米纤维素纤丝，再向其中加入浓度为0.1～1mM硝酸银溶液6～30mL和浓度为1～10mM硼氢化钠溶液5～25mL混合均匀搅拌24h后抄纸。