CN111576084B - 一种无氟防水防油食品级涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无氟防水防油食品级涂料及其制备方法，该涂料由以下组分和质量百分比制成：改性聚乙烯醇3％‑5％、棕榈蜡5％‑15％、乳化剂1.5％‑6.5％、复配水性聚合物树脂25％‑35％、甘油0.5％‑1.5％和去离子水37％‑65％。该涂料具有良好的防水防油特性，应用在纸张后具备理想的防水防油性能，改善纸质材料防油防水性能的不足，能够替代淋膜纸，尤其是取代防水防油剂中的含氟聚合物，而且该涂料是无氟共聚物，环保、易于自然降解，解决含氟涂料危害健康、淋膜纸难以回收、影响环境的问题，同时解决食品安全隐患问题，有利于普及推广应用。

Description

一种无氟防水防油食品级涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于食品包装和涂料领域，具体涉及一种涂布在纸质食品包装上的防水防油食品级涂料及其制备方法。
背景技术
伴随着经济的飞速发展，环保意识的增强，纸包装成为用于餐饮、食品包装等领域最大的包装材料。由于要与含油、含脂或含水的食品接触，因此纸包装必须具备防水、防油和防渗透的能力。
为了获得防水防油的效果，目前大部分食品包装纸是在纸上淋涂一层很薄聚乙烯塑料，形成一层连续致密的有机高分子薄膜，使油水不能通过保护层，从而达到防水防油的目的。高端的也有采用硅油纸进行包装的，硅油纸具有三层构造，第一层底纸，第二层是淋膜，第三层是硅油。这类高分子有些含有双酚A，在接触高温食品时可能释放有害物质，且这类高分子材料也无法在自然界降解，回收利用难度大，回收成本高，存在环境污染问题。
除了淋膜，现在多在抄纸过程中添加入极少量的防水防油剂或在纸表面涂上一层有防水防油性能的涂料，降低纸张表面张力，可以赋予纸质基材以防水防油性能，而且还不影响纸制品的循环利用。虽然防水防油效果优异，但是这类防水防油剂通常为包含全氟烷基基团的聚合物，存在生物累积性强、难降解的缺陷，尤其是长期与食品接触，长对人体有很强的致毒性，而且淋膜纸难以回收，易于污染环境，应用范围极其有限。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种纸张防水防油用无氟共聚物及其涂料的制备方法，针对现有技术中的缺陷，合成一种无氟共聚物，使其在制备成乳液，应用在纸张后具备理想的防水防油性能，能够替代淋膜纸，解决含氟涂料危害健康、淋膜纸难以回收、影响环境的问题。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种无氟防水防油食品级涂料，涂料均匀涂布于普通纸表面，具备优异的防水防油性能，满足食品包装的要求。本发明提供的涂料由以下组分和质量百分比制成：
改性聚乙烯醇3％-5％；
棕榈蜡5％-15％；
乳化剂1.5％-6.5％；
复配水性聚合物树脂25％-35％；
甘油0.5％-1.5％；
去离子水37％-65％。
进一步地，所述改性聚乙烯醇采用聚合度为1700～1800的聚乙烯醇进行耐水改性制成，优选方案为：所述改性聚乙烯醇是由聚乙烯醇与柠檬酸、谷氨酸进行耐水改性反应制成。
进一步地，所述棕榈蜡为食品级天然植物蜡。
进一步地，所述复配水性聚合物树脂由水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复合制成。
进一步地，所述水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复配比值为0.3～2。
一种无氟防水防油食品级涂料的制备方法，包括以下步骤：
a.取适量的乳化剂加入去离子水，加热制得混合溶液；
b.向混合溶液加入棕榈蜡，继续加热升温并高速搅拌乳化，得到乳液；
c.将乳液加热升温并向乳液中缓慢加入改性聚乙烯醇，待改性聚乙烯醇完全溶解之后，加入甘油，搅拌均匀；
d.向乳液中加入复配水性聚合物树脂，搅拌，得到无氟防水防油食品级涂料。
进一步地，在步骤a中加热升温至90℃，在步骤b中加热升温至100℃-120℃(最优方案是将乳液加热至沸腾)，步骤c的搅拌时间为1h，步骤d中的搅拌是在室温下进行。
进一步地，步骤b中的搅拌速度为1500r/min-2000r/min。
进一步地，步骤b中的乳化时间为30min-45min。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明涂布于纸表面即可作为食品包装纸使用，与淋膜食品包装纸相比，解决了未回收导致淋膜长期停留在自然界造成白色污染的问题，且回收再利用过程中不用花费大量时间和能源处理聚乙烯薄膜，节约成本，大大提高效益。
2.本发明中的聚乙烯醇为可降解材料，棕榈蜡为天然植物蜡，无毒副作用环保健康，本发明的涂布食品包装纸，在环保和食品安全上有着更优越的特点。
3.本发明的涂料树脂为水性乳液，不含有机溶剂，环保无毒，能形成光泽好。韧性强、耐摩擦且耐水的膜。
4.本发明的涂布食品包装纸，PVA、棕榈蜡均有抗油性，二者的结合形成致密的膜，能阻隔水的渗透，在防水、防油性能上满足使用要求；且耐热性好，将涂布纸制作成纸杯和纸碗，分别倒满95℃热水和热油，盛放0.5h，没有出现渗水漏油。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述的一种无氟防水防油食品级涂料，由以下组分和质量百分比制成：改性聚乙烯醇3％-5％、棕榈蜡5％-15％、乳化剂1.5％-6.5％、复配水性聚合物树脂25％-35％、甘油0.5％-1.5％和去离子水37％-65％。其中，所述改性聚乙烯醇采用聚合度为1700～1800的聚乙烯醇进行耐水改性制成，优选方案为：所述改性聚乙烯醇是由聚乙烯醇与柠檬酸、谷氨酸进行耐水改性反应制成；所述复配水性聚合物树脂由水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复合制成；所述水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复配比值为0.3～2。
如图1所示，本发明所述的无氟防水防油食品级涂料的制备方法，包括以下步骤：
S100.取适量的乳化剂加入去离子水，加热制得混合溶液；其中加热升温至90℃。
S200.向混合溶液加入棕榈蜡，继续加热升温并高速搅拌乳化，得到乳液；其中加热升温至100℃-120℃(最优方案是将乳液加热至沸腾)，搅拌速度为1500r/min-2000r/min，乳化时间为30min-45min。
S300.将乳液加热升温并向乳液中缓慢加入改性聚乙烯醇，待改性聚乙烯醇完全溶解之后，加入甘油，搅拌均匀；其中搅拌时间为1h。
S400.向乳液中加入复配水性聚合物树脂，搅拌，得到无氟防水防油食品级涂料，其中搅拌是在室温下进行。
本发明所述涂料具有良好的防水防油特性，应用在纸张后具备理想的防水防油性能，改善纸质材料防油防水性能的不足，能够替代淋膜纸，尤其是取代防水防油剂中的含氟聚合物，而且该涂料是无氟共聚物，环保、易于自然降解，解决含氟涂料危害健康、淋膜纸难以回收、影响环境的问题，同时解决食品安全隐患问题，有利于普及推广应用。
下面通过实施例对本发明所述无氟防水防油食品级涂料和制备方法做进一步说明。
实施例1
a、取1.5g乳化剂加入64.7g去离子水，加热升温到90℃得到混合溶液；
b、向步骤a中得到的混合溶液加入5.0g的棕榈蜡，继续加热升温至105℃，在1500r/min下高速搅拌乳化30min；
c、将步骤b中乳化好的乳液升温至95℃，然后向乳液中缓慢加入3.0g改性的聚乙烯醇，完全溶解之后，加入0.8g甘油，搅拌1h直至反应结束；
d.待步骤c中的乳液冷却至室温后，向乳液中加入25g水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复合树脂，在室温下搅拌15min，得到无氟防水防油食品级涂料。
将实施例1制备的无氟防水防油食品级涂料涂布在食品级白卡纸上，涂布量为6g/m2，在60℃下烘5min。测试表面与水的接触角为132.9°，采用Oil Kit Test TAPPI 559pm-96测试法测定涂布有无氟防水防油食品级涂料的白卡纸防油性，测得防油等级为9。其次将涂布后的白卡纸制成纸杯和纸碗，按照GB/T27589-2011和GB/T27589-2011进行耐渗漏和耐温测试，放置30min后试样无变形，开裂，试样底部和表面无水和有渗漏，防水阻油效果好。
实施例2
a、取2.0g乳化剂加入59g去离子水，加热升温到90℃得到混合溶液；
b、向步骤a中得到的混合溶液加入7.0g的棕榈蜡，继续加热升温至105℃，在1500r/min下高速搅拌乳化30min；
c、将步骤b中乳化好的乳液升温至95℃，然后向乳液中缓慢加入3.55g改性的聚乙烯醇，完全溶解之后，加入0.95g甘油，搅拌1h直至反应结束；
d.待步骤c中的乳液冷却至室温后，向乳液中加入27.5g水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复合树脂，在室温下搅拌15min，得到无氟防水防油食品级涂料。
将实施例2制备的无氟防水防油食品级涂料涂布在食品级白卡纸，涂布量为8g/m2，在60℃下烘5min。测试表面与水的接触角为141.3°，采用Oil Kit Test TAPPI 559pm-96测试法测定涂布无氟防水防油食品级涂料的白卡纸防油性，测得防油等级为10。其次将涂布后的白卡纸制成纸杯和纸碗，按照GB/T27589-2011和GB/T27589-2011进行耐渗漏和耐温测试，放置30min后试样无变形，开裂，试样底部和表面无水和有渗漏，防水阻油效果好。
实施例3
a、取2.8g乳化剂加入47.5g去离子水，加热升温到90℃得到混合溶液；
b、向步骤a中得到的混合溶液加入12.0g的棕榈蜡，继续加热升温至115℃，在1600r/min下高速搅拌乳化40min；
c、将步骤b中乳化好的乳液升温至95℃，然后向乳液中缓慢加入4.5g改性的聚乙烯醇，完全溶解之后，加入1.2g甘油，搅拌1h直至反应结束；
d.待步骤c中的乳液冷却至室温后，向乳液中加入32g水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复合树脂，在室温下搅拌20min，得到无氟防水防油食品级涂料。
将实施例3制备的无氟防水防油食品级涂料涂布在食品级白卡纸，涂布量为10g/m2，在80℃下烘5min。测试表面与水的接触角为145.8°，采用Oil Kit Test TAPPI 559pm-96测试法测定涂布防水防油涂料的白卡纸防油性，测得防油等级为12。其次将涂布后的白卡纸制成纸杯和纸碗，按照GB/T27589-2011和GB/T27589-2011进行耐渗漏和耐温测试，放置30min后试样无变形，开裂，试样底部和表面无水和有渗漏，防水阻油效果好。
实施例4
a、取6.0g乳化剂加入37.5g去离子水，加热升温到90℃得到混合溶液；
b、向步骤a中得到的混合溶液加入15.0g的棕榈蜡，继续加热升温至120℃，将乳化液加热至沸腾，在1800r/min下高速搅拌乳化40min；
c、将步骤b中乳化好的乳液升温至95℃，然后向乳液中缓慢加入5.0g改性的聚乙烯醇，完全溶解之后，加入1.5g甘油，搅拌1h直至反应结束；
d.待步骤c中的乳液冷却至室温后，向乳液中加入35g水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复合树脂，在室温下搅拌20min，得到无氟防水防油食品级涂料。
将实施例4制备的无氟防水防油食品级涂料涂布在食品级白卡纸，湿涂两次，涂布量为15g/m2，在80℃下烘5min。测试表面与水的接触角为152.3°，采，采用Oil Kit TestTAPPI 559pm-96测试法测定涂布防水防油涂料的白卡纸防油性，测得防油等级为12。其次将涂布后的白卡纸制成纸杯和纸碗，按照GB/T27589-2011和GB/T27589-2011进行耐渗漏和耐温测试，放置30min后试样无变形，开裂，试样底部和表面无水和有渗漏，防水阻油效果好。
通过上述实施例1-4制备的无氟防水防油食品级涂料，并将其涂布在纸表面后，经测试表明：纸的防水防油性能和机械性能均有明显的提高，其防水防油渗透、耐高温且耐摩擦,不会改变纸张的印刷适性，对人体安全性高，绿色环保，可降解，回收方便且回收成本低。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种无氟防水防油食品级涂料，其特征在于，由以下组分和质量百分比制成：
改性聚乙烯醇 3%-5%；
棕榈蜡5%-15%；
乳化剂1.5%-6.5%；
复配水性聚合物树脂25%-35%，所述复配水性聚合物树脂由水性聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯的复合制成，复配比值为0.3～2；
甘油0.5%-1.5%；
去离子水37%-65%；
其中，所述改性聚乙烯醇是由聚合度为1700～1800的聚乙烯醇与柠檬酸、谷氨酸进行耐水改性反应制成。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述棕榈蜡为食品级天然植物蜡。
3.一种权利要求1或2所述的无氟防水防油食品级涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.取适量的乳化剂加入去离子水，加热制得混合溶液；
b.向混合溶液加入棕榈蜡，继续加热升温并高速搅拌乳化，得到乳液；
c.将乳液加热升温并向乳液中缓慢加入改性聚乙烯醇，待改性聚乙烯醇完全溶解之后，加入甘油，搅拌均匀；
d. 向乳液中加入复配水性聚合物树脂，搅拌，得到无氟防水防油食品级涂料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤a中加热升温至90℃，在步骤b中加热升温至100℃-120℃，步骤c的搅拌时间为1h，步骤d中的搅拌是在室温下进行。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b中的搅拌速度为1500 r/min-2000r/min。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b中的乳化时间为30 min -45 min。
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