CN109610218B - 防油植物微纤丝或防油纳米纤维素的制备方法和应用 - Google Patents

防油植物微纤丝或防油纳米纤维素的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及防油植物微纤丝或防油纳米纤维素的制备方法和应用，属于高分子材料制备技术领域。本发明将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、植物纤维微纤丝，按比例混合，在一定反应条件下制备防油植物微纤丝，同样方法对纳米纤维素进行含氟改性制备防油纳米纤维素。将本发明的防油植物微纤丝与针叶木浆、阔叶木浆按一定比例配抄防油包装纸，纸页内部用植物微纤丝填充可增加纤维间结合力，纸页表面用改性纳米纤维素、壳聚糖等施涂，能有效提高产品的表面强度和平滑度；将本发明制得的防油纳米纤维素和壳聚糖、淀粉制备防油施胶液，对纸页进行表面施胶防油，从而提高了产品的表面防油性，通过浆内和表面的双重防油处理，产品达到高防油性。

Description

防油植物微纤丝或防油纳米纤维素的制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种防油植物微纤丝或防油纳米纤维素的制备方法和应用。
背景技术
植物纤维微纤丝是天然植物纤维经机械或化学处理后得到的微细纤维，其直径和长度均小于一般植物纤维。天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源，是自然界中分布最广的生物高分子，它存在于各种各样的生物如植物、动物以及一些细菌等中。纳米纤维素晶体(NCC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，它不仅具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，具有广阔的应用前景。
随着社会的发展和人们生活水平的提高，对食品包装材料的环保性和安全性提出了更高的要求。所以研发既能满足食品包装要求，又具有较好环保性和安全性的食品包装纸是符合社会经济发展和造纸产业发展需要的。
防油包装纸是一类最常用的含油食品包装材料，一般的防油包装纸通常是在纸张表面涂蜡或者淋膜以提高纸张的抗油性能。但快消食品防油包装纸表面涂蜡或者淋膜的安全性问题有待证实；另外这类蜡和高分子膜在废纸的回收处理过程中会带来麻烦，废纸浆难以处理干净，从而影响了环境卫生。目前提高纸张防油性能的另一类方法是添加防油剂，目前，我国在食品包装纸中使用量最大的是含氟类的防油剂，该类防油剂由于添加在浆料中会产生流失的问题，提高了生产成本，并且还会影响产品的物理强度。目前提高纸张防油性能的第三类方法是对纸张进行表面施胶，在表面施胶剂中添加防油剂，以提高防油效果。但这种方法往往存在用量大，成本高，效率低等问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提供了防油植物微纤丝或防油纳米纤维素的制备方法和应用。将本发明的防油植物微纤丝或防油纳米纤维素应用于食品包装纸的防油改性，可解决现有防油食品包装纸不够环保、安全性低、防油剂使用量高、防油效率低、产品强度较低等问题。
为了实现本发明的第一个目的，本发明采用如下技术方案：
一种防油植物微纤丝的制备方法，包括如下步骤：室温下，按配比将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、植物纤维微纤丝依次加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至70～80℃，并在70～80℃条件下搅拌反应1～2h；反应结束后，冷却至室温，过滤产物，除去多余的溶剂，然后洗涤、离心，干燥，得到所述的防油植物微纤丝。
进一步地，上述技术方案，所述氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、植物纤维微纤丝的质量比为0.5～1：1～2：1。
优选地，上述技术方案，所述植物纤维微纤丝的直径为5～10um，长度为200～400um。
进一步地，上述技术方案，所述产物优选依次采用二氯甲烷、乙醇各洗涤2～5次。
本发明的第二个目的，在于提供上述所述防油纳米纤维素的制备方法，所述方法包括如下步骤：
室温下，按比例依次将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、纳米纤维素晶体依次加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至70～80℃，并在70～80℃条件下搅拌反应3～4h；反应结束后，冷却至室温，将所得产物高速离心，浓缩，除去多余的溶剂，然后将产物洗涤、离心分离，得到所述的防油纳米纤维素。
进一步地，上述技术方案，所述氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、纳米纤维素晶体的质量比为2～4：2～3：1。
优选地，上述技术方案，所述纳米纤维素晶体的直径为5～60nm，长度为100～250nm。
优选地，上述技术方案，所述高速离心速度为8000～12000r/min，离心时间为15～25min。
进一步地，上述技术方案，所述产物优选依次采用二氯甲烷、乙醇各洗涤2～5次。
本发明提供了上述方法制得的防油植物微纤丝在防油纸浆中的应用。
本发明还提供了上述方法制得的防油纳米纤维素在表面施胶液中的应用。
一种防油纸浆，包括针叶木浆、阔叶木浆和防油植物微纤丝，其中：所述针叶木浆、阔叶木浆和防油植物微纤丝的质量比为1：1～2：0.05～0.1。
一种防油施胶液，包括防油纳米纤维素、壳聚糖和改性淀粉，其中：所述防油纳米纤维素、壳聚糖、改性淀粉的质量比为1：20～50：500～1000。
本发明将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、植物纤维微纤丝，按一定比例混合，在一定反应条件下制备防油植物微纤丝，同样方法对纳米纤维素进行含氟改性制备；然后将防油植物微纤丝用于制备防油纸浆、将防油纳米纤维素制备防油施胶液；再将制得的防油纸浆和防油施胶液分别通过配抄和表面施涂应用于制备双重防油性的防油包装纸。本发明制备的防油食品包装纸无需淋膜或者涂蜡，提高了防油食品包装纸的环保性、安全性、防油效率和强度，提高了作用范围。
与现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：
(1)提高纸页的内部防油性
本发明将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、植物纤维微纤丝，按一定比例混合，在一定反应条件下制备防油植物微纤丝，将防油改性的植物纤维微纤丝用于配抄防油包装纸，由于植物纤维微纤丝尺寸细小，其更均匀分布于纸页孔隙和纤维表面，从而提高产品内部防油性。
(2)提高纸页表面防油性
本发明将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、纳米纤维素晶体，按一定比例混合，在一定反应条件下对纳米纤维素晶体进行改性，制备含氟防油纳米纤维素，并用该纳米纤维素和壳聚糖、淀粉等制备表面施胶用的防油施胶液，对纸页进行表面施胶防油，从而提高了产品的表面防油性；通过浆内和表面的双重防油处理，产品达到高防油性。
(3)提高产品的表面性能和物理强度
本发明将防油植物微纤丝与针叶木浆和阔叶木浆按一定比例配抄防油包装纸，纸页内部用植物纤维微纤丝填充可增加纤维间结合力，纸页表面用改性纳米纤维素、壳聚糖等施涂，能有效提高产品的表面强度和平滑度，也提高了产品的物理强度。
(4)提高阻隔性，有利延长食品保质期，提高产品的应用范围
本发明的纸页表面用防油纳米纤维素的施涂，利用纳米纤维素的成膜特性，可提高产品的致密性，更有效阻隔空气或氧化，对密封包装的食品来说，可延缓食品变质，有利延长食品保质期，提高了产品的包装应用范围。
附图说明
图1为本发明应用实施例1～3中防油包装纸的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施案例作详细说明。本实施案例在本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。
根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
下述应用实施例中采用的改性淀粉是指酶转化改性淀粉，是利用α-淀粉酶对原淀粉进行酶转化改性得到的。
实施例1
本实施例的防油植物微纤丝的制备方法，包括如下步骤：
室温下，依次将50kg氟苯甲酰氯、50kg二甲基甲酰胺、50kg植物纤维微纤丝加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至70℃，并在70℃条件下搅拌反应2h；反应结束后，冷却至室温，过滤产物，除去多余的溶剂，然后用二氯甲烷洗2次，再用乙醇洗2次，洗涤结束后取出，在60℃条件下干燥24h，得到防油植物微纤丝；其中：所述植物纤维微纤丝的直径为5～10um，长度为200～400um。
实施例2
本实施例的防油植物微纤丝的制备方法，包括如下步骤：
室温下，依次将25kg氟苯甲酰氯、50kg二甲基甲酰胺、50kg植物纤维微纤丝加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至80℃，并在80℃条件下搅拌反应1h；反应结束后，冷却至室温，过滤产物，除去多余的溶剂，然后用二氯甲烷洗4次，再用乙醇洗4次，洗涤结束后取出，在60℃条件下干燥24h，得到防油植物微纤丝；其中：所述植物纤维微纤丝的直径为5～10um，长度为200～400um。
实施例3
本实施例的防油植物微纤丝的制备方法，包括如下步骤：
室温下，依次将50kg氟苯甲酰氯、100kg二甲基甲酰胺、50kg植物纤维微纤丝加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至75℃，并在75℃条件下搅拌反应1.5h；反应结束后，冷却至室温，过滤产物，除去多余的溶剂，然后用二氯甲烷洗5次，再用乙醇洗5次，取出在60℃条件下干燥24h，得到防油植物微纤丝；其中：所述植物纤维微纤丝的直径为5～10um，长度为200～400um。
实施例4
本实施例的防油(改性)纳米纤维素的制备方法，所述方法包括如下步骤：
室温下，依次将1000g氟苯甲酰氯、750g二甲基甲酰胺、250g纳米纤维素晶体加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至70℃，并在70℃条件下搅拌反应3h；反应结束后，冷却至室温，将生成的沉淀物在8000r/min转速条件下离心处理25min浓缩，除去多余的溶剂，离心处理后的产物用二氯甲烷洗2次，再用乙醇洗2次，再离心分离15min，得到所述的防油纳米纤维素；
其中：所述纳米纤维素晶体的直径为5～60nm，长度为100～250nm。
实施例5
本实施例的防油纳米纤维素的制备方法，所述方法包括如下步骤：
室温下，依次将500g氟苯甲酰氯、500g二甲基甲酰胺、250g纳米纤维素晶体加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至75℃，并在75℃条件下搅拌反应4h；反应结束后，冷却至室温，将生成的沉淀物在10000r/min转速条件下离心处理20min浓缩，除去多余的溶剂，离心处理后的产物用二氯甲烷洗3次，再用乙醇洗3次，再离心分离20min，得到所述的防油纳米纤维素；
其中：所述纳米纤维素晶体的直径为5～60nm，长度为100～250nm。
实施例6
本实施例的防油纳米纤维素的制备方法，所述方法包括如下步骤：
室温下，依次将750g氟苯甲酰氯、500g二甲基甲酰胺、250g纳米纤维素晶体加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至80℃，并在80℃条件下搅拌反应3.5h；反应结束后，冷却至室温，将生成的沉淀物在12000r/min转速条件下离心处理15min浓缩，除去多余的溶剂，离心处理后的产物用二氯甲烷洗5次，再用乙醇洗5次，再离心分离25min，得到所述的防油纳米纤维素；
其中：所述纳米纤维素晶体的直径为5～60nm，长度为100～250nm。
应用实施例1
本实施例的防油包装纸的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)防油施胶液的制备
将250kg改性淀粉加入到溶解桶中，加水搅拌，并加热，使其完全溶解后制得改性淀粉液，然后将所述改性淀粉液转移至混合桶中，取0.5kg实施例4制得的防油纳米纤维素、溶解好的10kg壳聚糖分别加入到改性淀粉液中，混合均匀后制得防油施胶液，其中：所述防油施胶液的固含量为10％；
(2)防油纸浆的制备
将针叶木浆和阔叶木浆经水力碎浆机碎浆、除渣器除渣、压力筛筛选等处理后，用双盘磨将针叶木浆打浆至35～40°SR、阔叶木浆打至35～40°SR，备用；然后将所述针叶木浆、阔叶木浆、实施例1制得的防油植物微纤丝按质量比为1：1.5：0.05的比例混合均匀，制得防油纸浆；
(3)防油包装纸的制备
将步骤(2)制得的防油纸浆置于成浆池中，经流送系统后，以0.5％的浓度上网成形抄制，湿纸页经压榨和干燥后，表面施涂步骤(1)制得的防油施胶液，防油施胶液用量与纸纤维质量比为0.05：1，再经干燥和压光后制得防油包装纸，所得防油包装纸张定量为60g/m2。
应用实施例2
本实施例的防油包装纸的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)防油施胶液的制备
将500kg改性淀粉加入到溶解桶中，加水搅拌，并加热，使其完全溶解后制得改性淀粉液，然后将所述改性淀粉液转移至混合桶中，取0.5kg实施例5制得的防油纳米纤维素、溶解好的25kg壳聚糖分别加入到改性淀粉液中，混合均匀制得防油施胶液，其中：所述防油施胶液的固含量为8％；
(2)防油纸浆的制备
将针叶木浆和阔叶木浆经水力碎浆机碎浆、除渣器除渣、压力筛筛选等处理后，用双盘磨将针叶木浆打浆至35～40°SR、阔叶木浆打至35～40°SR，备用；然后将所述针叶木浆、阔叶木浆、实施例2制得的防油植物微纤丝按质量比为1：1：0.08的比例混合均匀，制得防油纸浆；
(3)防油包装纸的制备
将步骤(2)制得的防油纸浆置于成浆池中，经流送系统后，以0.5％的浓度上网成形抄制，湿纸页经压榨和干燥后，表面施涂步骤(1)制得的防油施胶液，防油施胶液用量与纸纤维质量比为0.05：1，再经干燥和压光后制得防油包装纸，所得防油包装纸张定量为40g/m2。
应用实施例3
本实施例的防油包装纸的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)防油施胶液的制备
将400kg改性淀粉加入到溶解桶中，加水搅拌，并加热，使其完全溶解后制得改性淀粉液，然后将所述改性淀粉液转移至混合桶中，取0.5kg实施例6制得的防油纳米纤维素、溶解好的15kg壳聚糖分别加入到改性淀粉液中，混合均匀后制得防油施胶液，其中：所述防油施胶液的固含量为5％；
(2)防油纸浆的制备
将针叶木浆和阔叶木浆经水力碎浆机碎浆、除渣器除渣、压力筛筛选等处理后，用双盘磨将针叶木浆打浆至35～40°SR、阔叶木浆打至35～40°SR，备用；然后将所述针叶木浆、阔叶木浆、实施例3制得的防油植物微纤丝按质量比为1：2：0.1的比例混合均匀，制得防油纸浆；
(3)防油包装纸的制备
将步骤(2)制得的防油纸浆置于成浆池中，经流送系统后，以0.5％的浓度上网成形抄制，湿纸页经压榨和干燥后，表面施涂步骤(1)制得的防油施胶液，防油施胶液用量与纸纤维质量比为0.05：1，再经干燥和压光后制得防油包装纸，所得防油包装纸张定量为50g/m2。
对上述应用实施例1～3所得防油包装纸进行性能测试，结果如下表1所示。本发明防油包装纸的防油性、物理强度等性能均是采用如下国家标准检测：GB/T 451.2-2002纸和纸板定量的测定；TAPPI T 559cm-02纸和纸板防油等级测定；GB/T 12914-2008纸和纸板抗张强度的测定；GB/T 455-2002纸和纸板撕裂度的测定；GB/T 456-2002纸和纸板平滑度的测定(别克法)。
表1性能测试
项目 实施例1 实施例2 实施例3
定量(g/m<sup>2</sup>) 60 40 50
防油等级 6 6 6
抗张强度(kN/m) 4.1 4.04 4.09
横向撕裂度(mN) 220 216 214
正面平滑度(s) 150 165 140

Claims (8)

1.一种防油植物微纤丝的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：室温下，按配比将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、植物纤维微纤丝依次加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至70～80℃，并在70～80℃条件下搅拌反应1～2h；反应结束后，冷却至室温，过滤产物，除去多余的溶剂，然后洗涤、离心，干燥，得到所述的防油植物微纤丝；其中：所述氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、植物纤维微纤丝的质量比为0.5～1：1～2：1。
2.根据权利要求1所述的防油植物微纤丝的制备方法，其特征在于：所述植物纤维微纤丝的直径为5～10um，长度为200～400um。
3.一种防油纳米纤维素的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：所述方法包括如下步骤：
室温下，按比例依次将氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、纳米纤维素晶体依次加入到反应器中，搅拌混合均匀后加热至70～80℃，并在70～80℃条件下搅拌反应3～4h；反应结束后，冷却至室温，将所得产物高速离心，浓缩，除去多余的溶剂，然后将产物洗涤、离心分离，得到所述的防油纳米纤维素；其中：所述氟苯甲酰氯、二甲基甲酰胺、纳米纤维素晶体的质量比为2～4：2～3：1。
4.根据权利要求3所述的防油纳米纤维素的制备方法，其特征在于：所述纳米纤维素晶体的直径为5～60nm，长度为100～250nm。
5.权利要求1所述方法制得的防油植物微纤丝在防油纸浆中的应用。
6.权利要求3所述方法制得的防油纳米纤维素在表面施胶液中的应用。
7.一种防油纸浆，其特征在于：包括针叶木浆、阔叶木浆和防油植物微纤丝，所述针叶木浆、阔叶木浆和防油植物微纤丝的质量比为1：1～2：0.05～0.1，其中，所述防油植物微纤丝采用权利要求1所述方法制得。
8.一种防油施胶液，其特征在于：包括防油纳米纤维素、壳聚糖和改性淀粉，所述防油纳米纤维素、壳聚糖、改性淀粉的质量比为1：20～50：500～1000，其中：所述防油纳米纤维素采用权利要求3所述方法制得。
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