CN109235141B - 一种包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法及其应用，该方法包括如下步骤：(1)将环氧大豆油丙烯酸酯:氨基硅烷:过氧化苯甲酰按质量比为1:0.1～0.5:0.004～0.01进行混合，室温下磁力搅拌10min，得油相；(2)将纳米纤维素加入到去离子水中，高速均质分散2min，配制成质量浓度为0.5％～4.0％的纳米纤维素悬浮液，得水相；(3)将油相和水相按质量比为1:1～1:5进行混合，室温下高速乳化机进行剪切搅拌，剪切速率为5000r/min～15000r/min，搅拌时间为5min～10min，制得包装纸阻隔功能涂覆乳液。本发明得到的乳液制备方法简单、不需要添加任何表面活性剂就可以获得高稳定的乳液，应用时将乳液涂覆于包装纸上加热固化成膜，无挥发性有毒气体产生，所得膜层具有良好的疏水阻隔性能。

Description

一种包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种乳液的制备方法，具体一种纳米纤维素稳定的含有AESO的包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法。
背景技术
纸和纸板是一种重要的包装材料，在包装行业领域占据重要地位。具有疏水及气体阻隔性能的食品包装纸可以阻止外界环境的水和水蒸气穿透纸张的微孔进入包装内环境，进而达到延长食品保质期的目的。提高改善纸基包装材料的疏水阻隔性能，对扩展纸和纸板作为包装材料在食品药品等高阻隔要求领域的应用具有重要意义。
目前，用于提高改善纸包装材料疏水阻隔性能的方法主要是施胶和涂布，常见的工艺包括浆内添加水分散型施胶剂、表面涂覆、表面覆膜等。其中，在纸张表面涂覆一层具有疏水阻隔性能的乳液是一种简单有效的方式。然而，目前大多数的涂布剂多依赖于石油基化合物，存在涂布剂乳液合成工艺复杂、难生物降解、涂布后纸张干燥整饰要求较高等问题。因此，开发新型环保、具有高阻隔性能、低成本且实用性强的包装纸阻隔功能涂覆乳液十分必要。
环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)是一种天然大豆油的衍生物，具有价格低廉、疏水成膜性能良好、环境友好等许多优良性能，在涂料、生物降解泡沫及复合材料等领域显示了极大的发展潜力。目前，AESO在实际应用过程中大多使用挥发性的活性稀释剂单体或有机溶剂，这些物质易于挥发而产生毒性气体，对操作环境造成不良影响。因此，选用非挥发性的反应单体与AESO复配，并且选择合适的乳化方式，将AESO做成水分散型乳液，可直接应用于纸张的表面涂覆处理，有利于扩展环氧大豆油丙烯酸酯在功能纸领域的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含有AESO的包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法，该制备方法具有工艺简单、乳化剂用量少、环保、高稳定性以及低成本的优点，将乳液涂覆于包装纸上通过加热固化成膜，可以改善纸张的疏水及气体阻隔性能。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法，包括如下操作步骤：
(1)将环氧大豆油丙烯酸酯、氨基硅烷和过氧化苯甲酰按质量比为：环氧大豆油丙烯酸酯:氨基硅烷:过氧化苯甲酰＝1:0.1～0.5:0.004～0.01进行混合，然后于室温下磁力搅拌10min，以该混合液体为油相；
(2)将纳米纤维素加入到去离子水中，3000r/min速度下高速均质分散2min，配制成质量浓度为0.5％～4.0％的纳米纤维素悬浮液，以该悬浮液为水相；
(3)将步骤(1)制得的油相和步骤(2)制得的水相按质量比为：油相:水相＝1:1～1:5进行混合，采用高速乳化机室温下进行剪切搅拌，剪切速率为5000r/min～15000r/min，搅拌时间为5min～10min，即得到包装纸阻隔功能涂覆乳液。
步骤(1)中，所述氨基硅烷包括氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷。
步骤(2)中，所述纳米纤维素为直径2～20nm、长度0.1～100μm、表面羧基含量为100～1500mmol/kg的纳米纤维素。
步骤(2)中，所述纳米纤维素由漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维或漂白蔗渣纤维、棉纤维采用机械研磨法、高压均质法或化学氧化法制取。
本发明包装纸阻隔功能涂覆乳液的应用方法是：
将制备得到的包装纸阻隔功能涂覆乳液涂覆于包装纸上，置于烘箱中80～100℃下加热30～60min即可固化成膜。
所述包装纸包括白卡纸、牛皮纸、超级压光纸。
所述乳液涂覆方式包括自动涂布机刮棒涂覆、表面喷涂、浸渍涂布。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法简单，乳化过程不需要添加表面活性剂，制得的乳液具备环保高稳定性以及低成本的优点。
2)本发明制备方法得到的包装纸阻隔功能涂覆乳液，兼具纳米纤维素的优良特性和AESO疏水反应性能，可以在较温和的条件下固化成膜，作为包装纸功能涂覆剂可以提高包装材料的阻隔性，安全环保、可降解。
附图说明
图1为实施例1制备得到的包装纸阻隔功能涂覆乳液的光学显微镜图。
具体实施方式
以下实例是用来更好的说明本发明，但本发明的保护范围不限于以下实例；
下述实例中所述的纳米纤维素为直径2～20nm、长度0.1～100μm、表面羧基含量为100～1500mmol/kg的纳米纤维素。纳米纤维素的原料可采用漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维、漂白蔗渣纤维或棉纤维，纳米纤维素可采用机械研磨法、高压均质法或化学氧化法制备得到。
下述实例中，将制备得到的乳液进行涂覆于包装纸的方式可以是自动涂布机刮棒涂覆、表面喷涂或浸渍涂布的方式。
实施例1
将环氧大豆油丙烯酸酯:3-氨丙基三乙氧基硅烷:过氧化苯甲酰按质量比为1:0.3:0.004的比例进行混合，室温下磁力搅拌10min，以该混合液体为油相；以棉短绒微晶纤维素为原料，采用高压均质法制备得到直径2～20nm、长度0.1～1μm、表面羧基含量为100mmol/kg的纳米纤维素。将纳米纤维素加入到去离子水中，3000r/min速度下高速均质分散2min，配制成的质量浓度为0.5％的纳米纤维素悬浮液，以该悬浮液为水相。
将上述制得的油相和水相按质量比为1:1混合，用高剪切乳化机于室温下进行剪切搅拌，剪切乳化速率为8000r/min，乳化时间为8min，制得含有AESO的包装纸阻隔功能涂覆乳液。
应用时，将所得到的乳液采用自动涂布机刮棒涂覆于牛皮纸上，置于烘箱中90℃下加热60min即可固化成膜。
将制得的包装纸阻隔功能涂覆乳液于玻璃实验瓶中静置放置14天，期间乳液未出现分层现象，无破乳现象。涂布后，牛皮纸对液体水的表面接触角从68°升高至110°，水蒸气透过率WVTR从2944g/m2·24h降低至441g/m2·24h。
实施例2
将环氧大豆油丙烯酸酯:3-氨丙基三甲氧基硅烷:过氧化苯甲酰按质量比为1:0.1:0.008的比例进行混合，室温下磁力搅拌10min，以该混合液体为油相；以漂白蔗渣纤维为原料，采用机械研磨法制备得到直径2～20nm、长度0.1～100μm、表面羧基含量为160mmol/kg的纳米纤维素。将纳米纤维素加入到去离子水中，3000r/min速度下高速均质分散2min，配制成的质量浓度为1.0％的纳米纤维素悬浮液，以该悬浮液为水相。
将上述制得的油相和水相按质量比为1:2混合，用高剪切乳化机于室温下进行剪切搅拌，剪切乳化速率为5000r/min，乳化时间为10min，制得含有AESO的包装纸阻隔功能涂覆乳液。
应用时，将所得到的乳液采用自动涂布机刮棒涂覆于白卡纸上，置于烘箱中100℃下加热30min即可固化成膜。
将制得的包装纸阻隔功能涂覆乳液于玻璃实验瓶中静置放置14天，期间乳液未出现分层现象，无破乳现象。涂布后，白卡纸对液体水的表面接触角从68°升高至113°，水蒸气透过率WVTR从2320g/m2·24h降低至315g/m2·24h。
实施例3
将环氧大豆油丙烯酸酯:3-氨丙基三乙氧基硅烷:过氧化苯甲酰按质量比为1:0.4:0.01的比例进行混合，室温下磁力搅拌10min，以该混合液体为油相；以漂白针叶木纤维为原料，采用化学氧化法制备得到直径2～20nm,长度0.1～100μm，表面羧基含量为1500mmol/kg的纳米纤维素。将纳米纤维素加入到去离子水中，3000r/min速度下高速均质分散2min，配制成的质量浓度为3.0％的纳米纤维素悬浮液，以该悬浮液为水相。
将上述制得的油相和水相按质量比为1:4混合，用高剪切乳化机于室温下进行剪切搅拌，剪切乳化速率为10000r/min，乳化时间为5min，制得含有AESO的包装纸阻隔功能涂覆乳液。
应用时，将所得到的乳液采用浸渍涂布法涂覆于超级压光纸上，置于烘箱中90℃下加热30min即可固化成膜。
将制得的包装纸阻隔功能涂覆乳液于玻璃实验瓶中静置放置14天，期间乳液未出现分层现象，无破乳现象。涂布后，超级压光纸对液体水的表面接触角从72°升高至105°，水蒸气透过率WVTR从3880g/m2·24h降低至448g/m2·24h。
实施例4
将环氧大豆油丙烯酸酯:3-氨丙基三甲氧基硅烷:过氧化苯甲酰按质量比为1:0.5:0.006的比例进行混合，室温下磁力搅拌10min，以该混合液体为油相；以漂白阔叶木纤维为原料，采用化学氧化法制备得到直径2～20nm,长度0.1～100μm，表面羧基含量为760mmol/kg的纳米纤维素。将纳米纤维素加入到去离子水中，3000r/min速度下高速均质分散2min，配制成的质量浓度为4.0％的纳米纤维素悬浮液，以该悬浮液为水相。
将上述制得的油相和水相按质量比为1:5混合，用高剪切乳化机于室温下进行剪切搅拌，剪切乳化速率为15000r/min，乳化时间为5min，制得含有AESO的包装纸阻隔功能涂覆乳液。
应用时，将所得到的乳液采用表面喷涂的方法涂覆于牛皮纸上，置于烘箱中80℃下加热30min即可固化成膜。
将制得的包装纸阻隔功能涂覆乳液于玻璃实验瓶中静置放置14天，期间乳液未出现分层现象，无破乳现象。涂布后，牛皮纸对液体水的表面接触角从68°升高至109°，水蒸气透过率WVTR从2944g/m2·24h降低至517g/m2·24h。

Claims (7)

1.一种包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法，其特征在于，它包括如下操作步骤：
(1)将环氧大豆油丙烯酸酯、氨基硅烷和过氧化苯甲酰按质量比为：环氧大豆油丙烯酸酯:氨基硅烷:过氧化苯甲酰＝1:0.1～0.5:0.004～0.01进行混合，然后于室温下磁力搅拌10min，以该混合液体为油相；
(2)将纳米纤维素加入到去离子水中，3000r/min速度下高速均质分散2min，配制成质量浓度为0.5％～4.0％的纳米纤维素悬浮液，以该悬浮液为水相；
(3)将步骤(1)制得的油相和步骤(2)制得的水相按质量比为：油相:水相＝1:1～1:5进行混合，采用高速乳化机室温下进行剪切搅拌，剪切速率为5000r/min～15000r/min，搅拌时间为5min～10min，即得到包装纸阻隔功能涂覆乳液。
2.根据权利要求1所述包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨基硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述纳米纤维素为直径2～20nm、长度0.1～100μm、表面羧基含量为100～1500mmol/kg的纳米纤维素。
4.根据权利要求1或3所述包装纸阻隔功能涂覆乳液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述纳米纤维素由漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维、漂白蔗渣纤维或棉纤维采用机械研磨法、高压均质法或化学氧化法制取。
5.根据权利要求1所述包装纸阻隔功能涂覆乳液的应用，其特征在于，它的操作方法如下：
将制备得到的包装纸阻隔功能涂覆乳液涂覆于包装纸上，置于烘箱中80～100℃下加热30～60min即可固化成膜。
6.根据权利要求5所述包装纸阻隔功能涂覆乳液的应用，其特征在于，所述包装纸包括白卡纸、牛皮纸、超级压光纸。
7.根据权利要求5所述包装纸阻隔功能涂覆乳液的应用，其特征在于，所述乳液涂覆方式包括自动涂布机刮棒涂覆、表面喷涂、浸渍涂布。
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