CN110528332A - 一种高性能无氟防油纸及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能无氟防油纸及其制备方法与应用。该方法包括以下步骤：(1)将聚乙烯醇、增强剂和柠檬酸三乙酯加入到水中，于70～95℃条件下恒温水浴搅拌混合均匀，得到防油剂；(2)将步骤(1)中得到的防油剂涂布到原纸表面，干燥，再将其放置在恒温恒湿条件下，得到高性能无氟防油纸。本发明中各原料简单易得，通过各原料之间的协同作用，使制得的防油纸不仅防水防油且具备优良的机械性能，可实现产业化生产。

Description

一种高性能无氟防油纸及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及防油纸制备技术领域，特别涉及一种高性能无氟防油纸及其制备方法与应用。
背景技术
为了获得防油阻油效果，人们会采用聚乙烯、聚丙烯及聚氯乙烯等塑料包装材料制成薄膜，但这些薄膜材料在自然界难以降解或者降解极其缓慢，给人类环境造成极大的污染。而防油纸则不然，防油纸是指使用浆内添加或表面涂布防油剂而产生能够抗拒油脂渗透和吸收的纸种。目前广泛采用氟碳化合物来作防油剂，PFOS(全氟辛烷磺酸盐)和PFOA(全氟辛酸)是两种有害含氟表面活性剂，由于具有持久的环境稳定性和高的生物累积性，将被联合国列入持久性有机污染物(POPs)清单，予以禁用。因此无氟防油剂的发展已经不可避免，并终将取得重大突破。
申请号为201610700074.5的中国专利公开了一种生物聚合物防油纸及其制备方法，其中防油剂包括海藻酸钠、大豆分离蛋白和甘油，所用防油剂粘度均较高，耐高温性能差，易发生粘辊现象，不利于实际生产操作；并且该专利申请中显示涂布量为8g/m2时抗油等级才到达11级，防油剂防油能力不够理想。申请号为201710298652.1的中国专利公开了一种防油纸及其生产方法，所述防油涂层包括原料细菌纤维素、壳聚糖、胶乳、聚乙烯醇、大豆蛋白；其中细菌纤维素的制备耗时长且操作复杂，和壳聚糖价格昂贵，造成该防油纸的成本较高，不适合普通大多数的纸张防油的使用。
防油纸广泛应用于食品、餐饮及其他含油食品的包装与装潢行业，为了应对严峻的环境问题以及食品安全问题，基于安全、可降解和可再生材料的防油纸，吸引了许多学者的兴趣。因此提供一种既有防油性和一定的防水性，且有一定的物理强度、环保可降解的防油纸是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高性能无氟防油纸的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的高性能无氟防油纸。
本发明的再一目的在于提供所述方法高性能无氟防油纸的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高性能无氟防油纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇(PVA)、增强剂和柠檬酸三乙酯加入到水中，于70～95℃条件下恒温水浴搅拌混合均匀，得到防油剂；
(2)将步骤(1)中得到的防油剂涂布到原纸表面，干燥，再将其放置在恒温恒湿条件下，得到高性能无氟防油纸。
步骤(1)中所述的聚乙烯醇的用量为占防油剂质量的2.5％～4.5％。
步骤(1)中所述的聚乙烯醇为聚合度1700～1800(分子量为74800～79200)的聚乙烯醇。
步骤(1)中所述的增强剂为增强剂JA-601B；优选为购自广州佳奥生物科技有限公司的增强剂JA-601B。
步骤(1)中所述的增强剂的用量为占防油剂质量的2％～10％。
步骤(1)中所述的柠檬酸三乙酯的用量为占防油剂质量的3.5％～7％。
步骤(1)中所述的恒温水浴的时间为60～120min。
所述的高性能无氟防油纸的制备方法，还包括将步骤(1)中得到的防油剂进行过滤的步骤，以去除防油剂中未溶解的杂质。
步骤(2)中所述的原纸为格拉辛原纸。
步骤(2)中所述的防油剂的涂布量为0.8～2g/m2。
步骤(2)中所述的干燥的条件为：70～105℃干燥100～300s。
步骤(2)中所述的恒温恒湿的条件为：温度23℃，湿度50％。
步骤(2)中所述的放置的时间为48小时(纸张经过处理后经过恒温恒湿放置2天来平衡水分和纸张性能)。
一种高性能无氟防油纸，通过上述任一项所述的方法制备得到。
所述的高性能无氟防油纸在包装材料方面的应用。
所述的包装材料包括用于食品、餐饮及其他含油食品的包装材料。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明采用无氟防油剂，增强剂JA-601B富含羧基、酯基、酰胺基官能团，对纸张纤维有非常高的粘附力与抱合力，成膜性非常好，不含APEO、甲醛、重金属等对人体及环境有害物质，符合出口欧美等国家产品标准。
2、本发明采用无氟防油剂，防油剂原料价格相对实惠、简单易得，通过各原料之间的协同作用，使得制得的防油纸不仅防水防油且具备优良的机械性能，可实现产业化。
附图说明
图1为本发明制备所用原材料增强剂JA-601B；其中，a为增强剂JA-601B的购货清单(送货单)；b为增强剂JA-601B的产品信息；c为增强剂JA-601B。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
本发明实施例中涉及的聚乙烯醇购自民丰特种纸股份有限公司，其聚合度为1700，分子量为74800。
本发明实施例中涉及的增强剂JA-601B购自广州佳奥生物科技有限公司(图1)。
本发明实施例中涉及的原纸为格拉辛原纸，其购自民丰特种纸股份有限公司。
本发明实施例中涉及的应用测试如下：
(1)抗油脂等级测定方法采用“油滴实验”(Oil Kit Test-TAPPI T 559pm-96)的国际通用测试方法，具体为：用一系列不同体积比的蓖麻油、甲苯和正庚烷配制12种测试液(将其编号为1-12)，然后利用这12种不同表面张力的测试液测定防油剂处理纸张的抗油抗脂性能。测试时把待测纸样整理成平面状，在高25mm(1inch)处滴下1滴测试液。15s后，利用清洁的卫生纸清除剩下的测试液，立即观察油滴背面是否因被渗透而变色。重复测试，直到该编号测试液的纸面不被渗透而变色为止。该纸样的防油度即为该编号的数值。防油纸的防油等级越高，则表示纸张耐油性越强，实用性更好。
(2)防水测定方法采用Cobb值测试仪，在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中采用60s(45s+15s)法对防油纸进行表面吸水性的测定。Cobb值越小，则表明纸张的抗水能力越强，防水性能越好。
(3)抗张强度的测定采用标准GB/T 12914-2008。
(4)耐破强度的测定采用标准GB/T 454-1989。
(5)光泽度的测定采用标准GB/T 8941-2007。
实施例1
(1)将聚乙烯醇(PVA)、增强剂JA-601B及柠檬酸三乙酯依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后移入恒温水浴锅(水浴温度为90℃，时间为60min)中进行磁力搅拌(200rpm搅拌1小时)，得到防油剂(可先过滤防油剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中聚乙烯醇的质量份数为4.5％，增强剂JA-601B的质量份数为2％，柠檬酸三乙酯的质量份数为3.5％；
(2)将防油剂以涂布量1.6g/m2涂布到原纸(格拉辛原纸)表面，烘干(烘干温度为70℃，烘干时间为300s)，最后将干燥后的防油纸放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到高性能无氟防油纸；
(3)采用“油滴实验”(Oil Kit Test-TAPPI T 559pm-96)的国际通用测试方法测得防油等级为9。
实施例2
(1)将聚乙烯醇、增强剂JA-601B及柠檬酸三乙酯依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后移入恒温水浴锅(水浴温度为90℃，时间为90min)中进行磁力搅拌(200rpm搅拌1小时)，得到防油剂(可先过滤防油剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中聚乙烯醇的质量份数为3％，增强剂JA-601B的质量份数为8％，柠檬酸三乙酯的质量份数为6.5％；
(2)将防油剂以涂布量1.2g/m2涂布到原纸表面，烘干(烘干温度为90℃，烘干时间为240s)，最后将干燥后的防油纸放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到高性能无氟防油纸；
(3)采用“油滴实验”(Oil Kit Test-TAPPI T 559pm-96)的国际通用测试方法测得防油等级为8。
实施例3
(1)将聚乙烯醇、增强剂JA-601B及柠檬酸三乙酯依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后移入恒温水浴锅(水浴温度为70℃，时间为120min)中进行磁力搅拌(200rpm搅拌1小时)，得到防油剂(可先过滤防油剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中聚乙烯醇的质量份数为2.5％，增强剂JA-601B的质量份数为10％，柠檬酸三乙酯的质量份数为7％；
(2)将防油剂以涂布量0.8g/m2涂布到原纸表面，烘干(烘干温度为105℃，烘干时间为100s)，最后将干燥后的防油纸放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到高性能无氟防油纸；
(3)采用“油滴实验”(Oil Kit Test-TAPPI T 559pm-96)的国际通用测试方法测得防油等级为7。
实施例4
(1)将聚乙烯醇、增强剂JA-601B及柠檬酸三乙酯依次加入到盛有水的容器中形成混合物，然后移入恒温水浴锅(水浴温度为95℃，时间为90min)中进行磁力搅拌(200rpm搅拌1小时)，得到防油剂(可先过滤防油剂中未溶解的杂质，再进行后续步骤)；其中，混合物中聚乙烯醇的质量份数为3.5％，增强剂JA-601B的质量份数为6％，柠檬酸三乙酯的质量份数为5％；
(2)将防油剂以涂布量2g/m2涂布到原纸表面，烘干(烘干温度为100℃，烘干时间为180s)，最后将干燥后的防油纸放置在恒温恒湿室(温度23℃，湿度50％)中48h，得到高性能无氟防油纸；
(3)采用“油滴实验”(Oil Kit Test-TAPPI T 559pm-96)的国际通用测试方法测得防油等级为10。
对比例1
按照实施例4的方法进行制备，区别在于：步骤(1)防油剂中聚乙烯醇的质量份数为5％(5％PVA)，不加入增强剂JA-601B，最后获得防油纸。采用“油滴实验”(Oil Kit Test-TAPPI T 559pm-96)的国际通用测试方法测得防油等级为9。
对比例2
按照实施例4的方法进行制备，区别在于：步骤(1)防油剂中增强剂JA-601B的质量份数为20％(20％增强剂)，不加入聚乙烯醇，最后获得防油纸。采用“油滴实验”(Oil KitTest-TAPPI T 559pm-96)的国际通用测试方法测得防油等级为7。
效果实施例
本发明实施例1～4以及对比例1～2制备的防油纸进行抗张强度、耐破度、光泽度和抗水性测试，其部分性能指标如表1所示。
表1防油纸的性能指标
从表1可以看到在原纸上涂覆上一层防油剂后纸的抗张强度、耐破度、光泽度和抗水性都有相应地提高。其中本发明所使用的防油剂无论在各项强度指标亦或是防水防油上都是最好的，在涂布量为2g/m2时防油等级达到10，满足食品包装防油纸5～7级防油等级的要求，且使用过程防油达标产品也会有一定程度的吸油情况出现，所以防油等级越高越好，另外，由于PVA价格比增强剂贵许多，本发明中添加适量的增强剂可以有效减少成本。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能无氟防油纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯醇、增强剂和柠檬酸三乙酯加入到水中，于70～95℃条件下恒温水浴搅拌混合均匀，得到防油剂；
(2)将步骤(1)中得到的防油剂涂布到原纸表面，干燥，再将其放置在恒温恒湿条件下，得到高性能无氟防油纸。
2.根据权利要求1所述的高性能无氟防油纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的增强剂为增强剂JA-601B。
3.根据权利要求1所述的高性能无氟防油纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的聚乙烯醇的用量为占防油剂质量的2.5％～4.5％；
步骤(1)中所述的增强剂的用量为占防油剂质量的2％～10％；
步骤(1)中所述的柠檬酸三乙酯的用量为占防油剂质量的3.5％～7％。
4.根据权利要求1所述的高性能无氟防油纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的聚乙烯醇为聚合度1700～1800的聚乙烯醇。
5.根据权利要求1所述的高性能无氟防油纸的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的防油剂的涂布量为0.8～2g/m2。
6.根据权利要求1所述的高性能无氟防油纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的恒温水浴的时间为60～120min；
步骤(2)中所述的原纸为格拉辛原纸；
步骤(2)中所述的干燥的条件为：70～105℃干燥100～300s；
步骤(2)中所述的恒温恒湿的条件为：温度23℃，湿度50％；
步骤(2)中所述的放置的时间为48小时。
7.根据权利要求1所述的高性能无氟防油纸的制备方法，其特征在于：还包括将步骤(1)中得到的防油剂进行过滤的步骤，以去除防油剂中未溶解的杂质。
8.一种高性能无氟防油纸，其特征在于，通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的高性能无氟防油纸在包装材料方面的应用。
10.根据权利要求9所述的高性能无氟防油纸在包装材料方面的应用，其特征在于：所述的包装材料包括用于食品和餐饮的包装材料。
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