CN111851136B - 淀粉基生物无氟的防油剂和制备该防油剂的乳化系统及其生产工艺 - Google Patents

淀粉基生物无氟的防油剂和制备该防油剂的乳化系统及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种淀粉基生物无氟的防油剂和制备该防油剂的乳化系统及其生产工艺，由木薯淀粉100‑150重量份、硫酸铵5‑15重量份、聚丙烯酸10‑30重量份、去离子水200‑300重量份、纳米二氧化硅5‑10重量份、甘油40‑50重量份、壳聚糖2‑3重量份、聚乙烯醇15‑20重量份、羧甲基纤维素5‑10重量份、海藻酸钠1‑2重量份、大豆分离蛋白5‑8重量份和聚丙烯酰胺0.5‑1重量份制得淀粉基生物无氟防油剂。本发明的淀粉基生物无氟防油剂具有羧基、酯基、酰胺基官能团，高速乳化后达到半纳米当量级，可以渗入到纸浆纤维体的空隙进行填充，并在纸浆纤维体外附着成膜，阻止油脂的渗透，使纸浆环保餐具的防油等级可达到9级。

Description

淀粉基生物无氟的防油剂和制备该防油剂的乳化系统及其生 产工艺
技术领域
本发明涉及纸浆模塑一次性餐饮用具技术领域，具体地说，涉及一种淀粉基生物无氟的防油剂和制备该防油剂的乳化系统及其生产工艺。
背景技术
随着经济的发展和生活水平的提高，人们越来越重视日用品的安全性、功能性和环境友好性。在日常用纸方面，防油性纸张的应用领域越来越广，特别是食品防油性包装方面，日常大量的纸浆模塑一次性餐饮用具不仅要求具有抗油作用，更要求包装材料不能引起食品污染及环境污染。以淀粉基生物为原料的无氟防油剂作为环境友好的可生物降解塑料取代传统防水防油化学制剂，具有强大的竞争力和广泛的应用前景。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种淀粉基生物无氟的防油剂和制备该防油剂的乳化系统及其生产工艺，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种淀粉基生物无氟防油剂，所述淀粉基生物无氟防油剂包括以下重量份的原料：木薯淀粉100-150份、硫酸铵5-15份、聚丙烯酸10-30份、去离子水200-300份、纳米二氧化硅5-10份、甘油40-50份、壳聚糖2-3份、聚乙烯醇15-20份、羧甲基纤维素5-10份、海藻酸钠1-2份、大豆分离蛋白5-8份和聚丙烯酰胺0.5-1份。
作为对本发明所述的淀粉基生物无氟防油剂的进一步说明，优选地，所述淀粉基生物无氟防油剂包括以下重量份的原料：木薯淀粉120份、硫酸铵10份、聚丙烯酸20份、去离子水250份、纳米二氧化硅8份、甘油45份、壳聚糖2.5份、聚乙烯醇18份、羧甲基纤维素7份、海藻酸钠1.5份、大豆分离蛋白6份和聚丙烯酰胺0.7份。
为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种制备所述的淀粉基生物无氟防油剂的乳化系统，所述乳化系统包括乳化液容器和PLC控制器，乳化液容器的入料口与计量器的出料口连接，计量器的入料口分别与第一配料容器的第一出料口、第二配料容器的第二出料口和第三配料容器的第三出料口相连通，所述第一出料口、所述第二出料口和所述第三出料口通过进料切换开关控制开启或关闭，计量器内设置有称重传感器，乳化液容器内设有带电机的搅拌器，进料切换开关、称重传感器、电机分别与PLC控制器电连接和信号连接，以使PLC控制器控制电机的速差对乳化液容器内的所述淀粉基生物无氟防油剂达到半纳米当量级。
为了实现本发明的再一目的，本发明还提供了一种利用所述的乳化系统制备淀粉基生物无氟防油剂的生产工艺，所述生产工艺包括如下步骤：
(1a)将木薯淀粉、硫酸铵、聚丙烯酸投入到球磨机内搅拌，在50-80℃的温度下使木薯淀粉进行氧化反应，以得到改性木薯淀粉；
(2a)向步骤(1a)中得到的改性木薯淀粉中加入去离子水、纳米二氧化硅和甘油，在80-85℃的温度下搅拌20-30分钟，以得到第一混合液；
(3a)将壳聚糖、聚乙烯醇、羧甲基纤维素在60-70℃的水浴中搅拌20-30分钟，再加入大豆分离蛋白和海藻酸钠，在50-65℃的温度下搅拌30-50分钟，以得到第二混合液；
(4a)将步骤(2a)中得到的第一混合液、步骤(3a)中得到的第二混合液与聚丙烯酰胺一起加入到所述乳化系统中进行乳化，以得到所述淀粉基生物无氟防油剂。
作为对本发明所述的生产工艺的进一步说明，优选地，步骤(4a)中，所述第一混合液存放在第一配料容器中，所述第二混合液存放在第二配料容器中，所述聚丙烯酰胺存放在第三配料容器，PLC控制器先控制进料切换开关依次打开第一配料容器、第二配料容器和第三配料容器，所述第一混合液、所述第二混合液和所述聚丙烯酰胺依次通过计量器内的称重传感器称重后进入乳化液容器，PLC控制器控制电机的速差带动所述搅拌器对乳化液容器内的混合液进行高速乳化，以制得半纳米当量级的淀粉基生物无氟防油剂。
作为对本发明所述的生产工艺的进一步说明，优选地，步骤(1a)中，搅拌速度为300-350r/min，反应时间为40-60分钟。
作为对本发明所述的生产工艺的进一步说明，优选地，步骤(2a)中，搅拌速度为300-350r/min；步骤(3a)中，搅拌速度为400-500r/min。
作为对本发明所述的生产工艺的进一步说明，优选地，步骤(4a)中，高速乳化设备的转速为15000-20000r/min，乳化时间为15-20分钟。
作为对本发明所述的生产工艺的进一步说明，优选地，所述淀粉基生物无氟防油剂包括以下重量份的原料：木薯淀粉100-150份、硫酸铵5-15份、聚丙烯酸10-30份、去离子水200-300份、纳米二氧化硅5-10份、甘油40-50份、壳聚糖2-3份、聚乙烯醇15-20份、羧甲基纤维素5-10份、海藻酸钠1-2份、大豆分离蛋白5-8份和聚丙烯酰胺0.5-1份。
作为对本发明所述的生产工艺的进一步说明，优选地，所述淀粉基生物无氟防油剂包括以下重量份的原料：木薯淀粉120份、硫酸铵10份、聚丙烯酸20份、去离子水250份、纳米二氧化硅8份、甘油45份、壳聚糖2.5份、聚乙烯醇18份、羧甲基纤维素7份、海藻酸钠1.5份、大豆分离蛋白6份和聚丙烯酰胺0.7份。
本发明的有益效果如下：本发明的淀粉基生物无氟防油剂具有羧基、酯基、酰胺基官能团，高速乳化后达到半纳米当量级，可以渗入到纸浆纤维体的空隙进行填充，并在纸浆纤维体外附着成膜阻止油脂的渗透，使纸浆环保餐具的防油等级可达到9级，并使纸浆环保餐具达到抗85-100℃热油不泄漏。其中，木薯淀粉经硫酸铵和聚丙烯酸进行淀粉改性，使得淀粉羟基的数量降低，羧基及羰基含量提高，羧基的亲水作用降低了淀粉的聚合度，加入纳米二氧化硅和甘油使得淀粉膜中能形成凝胶网络结构，提高防油性能，加入的大豆分离蛋白与海藻酸钠形成的防油膜填补了纤维之间的空隙并在纸浆纤维体外附着成膜，壳聚糖分子上的氨基和淀粉羟基反应，提高产品成膜后的交联程度，从而提高产品成膜后的致密度，壳聚糖与聚乙烯醇和羧甲基纤维一起可增加淀粉与其他物质的相容性，加入少量聚丙烯酰胺，增加酰胺基官能团，对纸张纤维有非常高的粘附力与抱合力，成膜性非常好。
附图说明
图1是本发明的乳化系统的结构示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
如图1所示，本发明的所述乳化系统包括乳化液容器1和PLC控制器2，乳化液容器1的入料口与计量器6的出料口连接，计量器6的入料口分别与第一配料容器3的第一出料口、第二配料容器4的第二出料口和第三配料容器5的第三出料口相连通，所述第一出料口、所述第二出料口和所述第三出料口通过进料切换开关8控制开启或关闭，计量器6内设置有称重传感器7，乳化液容器1内设有带电机9的搅拌器，进料切换开关8、称重传感器7、电机9分别与PLC控制器2电连接和信号连接，PLC控制器2控制进料切换开关8实现第一配料容器3、第二配料容器4、第三配料容器5打开放料顺序，并配合称重传感器7关闭第一配料容器3、第二配料容器4、第三配料容器5，PLC控制器2控制称重传感器7对入料进行称重，并且控制称重传感器7上下移动来调节计量器6承载配料的空间以及在称重结束后打开计量器6与乳化液容器1之间的通道，再继续下一配料的称重工作(具体结构图1未显示)，称重传感器7称重的多少预先根据配比存储在PLC控制器2内，由PLC控制器2形成自动化控制，PLC控制器2控制电机9的速差使乳化液容器1内的淀粉基生物无氟防油剂达到半纳米当量级。
实施例1：
将100g木薯淀粉、5g硫酸铵、10g聚丙烯酸投入到球磨机内搅拌，在50℃的温度下，以300r/min的搅拌速度，使木薯淀粉进行氧化反应，反应时间为40分钟。
向得到的改性木薯淀粉中加入200g去离子水、5g纳米二氧化硅和40g甘油，在80℃的温度下，以300r/min的搅拌速度搅拌20分钟，以得到第一混合液。
将2g壳聚糖、15g聚乙烯醇、5g羧甲基纤维素在60℃的水浴中，以400r/min的搅拌速度搅拌20分钟，再加入5g大豆分离蛋白和1g海藻酸钠，在50℃的温度下搅拌30分钟，以得到第二混合液。
将得到的第一混合液、第二混合液与0.5g聚丙烯酰胺一起加入到所述乳化系统中进行乳化，以15000r/min的转速乳化15分钟，以得到所述淀粉基生物无氟防油剂。
其中，第一混合液存放在上述乳化系统第一配料容器3中，所述第二混合液存放在第二配料容器4中，所述聚丙烯酰胺存放在第三配料容器5，PLC控制器2先控制进料切换开关8依次打开第一配料容器3、第二配料容器4和第三配料容器5，所述第一混合液、所述第二混合液和所述聚丙烯酰胺依次通过计量器6内的称重传感器7称重后进入乳化液容器1，PLC控制器2控制电机9的速差带动所述搅拌器对乳化液容器1内的混合液进行高速乳化，以制得半纳米当量级的淀粉基生物无氟防油剂。
本发明制得的淀粉基生物无氟防油剂先将木薯淀粉经硫酸铵和聚丙烯酸进行淀粉改性，使得淀粉羟基的数量降低，羧基及羰基含量提高，羧基的亲水作用降低了淀粉的聚合度，加入纳米二氧化硅和甘油使得淀粉膜中能形成凝胶网络结构，提高防油性能，加入的大豆分离蛋白与海藻酸钠形成的防油膜填补了纤维之间的空隙并在纸浆纤维体外附着成膜，壳聚糖分子上的氨基和淀粉羟基反应，提高产品成膜后的交联程度，从而提高产品成膜后的致密度，壳聚糖与聚乙烯醇和羧甲基纤维一起可增加淀粉与其他物质的相容性，加入少量聚丙烯酰胺，增加酰胺基官能团，对纸张纤维有非常高的粘附力与抱合力，成膜性非常好。
本发明制得的淀粉基生物无氟防油剂具有羧基、酯基、酰胺基官能团，高速乳化后达到半纳米当量级，可以渗入到纸浆纤维体的空隙进行填充，并在纸浆纤维体外附着成膜阻止油脂的渗透，将制得的淀粉基生物无氟防油剂可以需根据不同材质的纸浆，定量添加到2.5-3％浓度浆液内，经低速搅拌附着在纸浆纤维体上，使纸浆环保餐具达到防油效果，防油等级可达到9级，并使纸浆环保餐具达到抗85-100℃热油不泄漏。
实施例2：
将120g木薯淀粉、10g硫酸铵、20g聚丙烯酸投入到球磨机内搅拌，在65℃的温度下，以320r/min的搅拌速度，使木薯淀粉进行氧化反应，反应时间为50分钟。
向得到的改性木薯淀粉中加入250g去离子水、8g纳米二氧化硅和45g甘油，在83℃的温度下，以320r/min的搅拌速度搅拌25分钟，以得到第一混合液。
将2.5g壳聚糖、18g聚乙烯醇、7g羧甲基纤维素在65℃的水浴中，以450r/min的搅拌速度搅拌27分钟，再加入6g大豆分离蛋白和1.5g海藻酸钠，在58℃的温度下搅拌40分钟，以得到第二混合液。
将得到的第一混合液、第二混合液与0.7g聚丙烯酰胺一起加入到所述乳化系统中进行乳化，以18000r/min的转速乳化18分钟，以得到所述淀粉基生物无氟防油剂。
其中，第一混合液存放在上述乳化系统第一配料容器3中，所述第二混合液存放在第二配料容器4中，所述聚丙烯酰胺存放在第三配料容器5，PLC控制器2先控制进料切换开关8依次打开第一配料容器3、第二配料容器4和第三配料容器5，所述第一混合液、所述第二混合液和所述聚丙烯酰胺依次通过计量器6内的称重传感器7称重后进入乳化液容器1，PLC控制器2控制电机9的速差带动所述搅拌器对乳化液容器1内的混合液进行高速乳化，以制得半纳米当量级的淀粉基生物无氟防油剂。
本发明制得的淀粉基生物无氟防油剂先将木薯淀粉经硫酸铵和聚丙烯酸进行淀粉改性，使得淀粉羟基的数量降低，羧基及羰基含量提高，羧基的亲水作用降低了淀粉的聚合度，加入纳米二氧化硅和甘油使得淀粉膜中能形成凝胶网络结构，提高防油性能，加入的大豆分离蛋白与海藻酸钠形成的防油膜填补了纤维之间的空隙并在纸浆纤维体外附着成膜，壳聚糖分子上的氨基和淀粉羟基反应，提高产品成膜后的交联程度，从而提高产品成膜后的致密度，壳聚糖与聚乙烯醇和羧甲基纤维一起可增加淀粉与其他物质的相容性，加入少量聚丙烯酰胺，增加酰胺基官能团，对纸张纤维有非常高的粘附力与抱合力，成膜性非常好。
本发明制得的淀粉基生物无氟防油剂具有羧基、酯基、酰胺基官能团，高速乳化后达到半纳米当量级，可以渗入到纸浆纤维体的空隙进行填充，并在纸浆纤维体外附着成膜阻止油脂的渗透，将制得的淀粉基生物无氟防油剂可以需根据不同材质的纸浆，定量添加到2.5-3％浓度浆液内，经低速搅拌附着在纸浆纤维体上，使纸浆环保餐具达到防油效果，防油等级可达到9级，并使纸浆环保餐具达到抗85-100℃热油不泄漏。
实施例3：
将150g木薯淀粉、15g硫酸铵、30g聚丙烯酸投入到球磨机内搅拌，在80℃的温度下，以350r/min的搅拌速度，使木薯淀粉进行氧化反应，反应时间为60分钟。
向得到的改性木薯淀粉中加入300g去离子水、10g纳米二氧化硅和50g甘油，在85℃的温度下，以350r/min的搅拌速度搅拌30分钟，以得到第一混合液。
将3g壳聚糖、20g聚乙烯醇、10g羧甲基纤维素在70℃的水浴中，以500r/min的搅拌速度搅拌30分钟，再加入8g大豆分离蛋白和2g海藻酸钠，在65℃的温度下搅拌50分钟，以得到第二混合液。
将得到的第一混合液、第二混合液与1g聚丙烯酰胺一起加入到所述乳化系统中进行乳化，以20000r/min的转速乳化20分钟，以得到所述淀粉基生物无氟防油剂。
其中，第一混合液存放在上述乳化系统第一配料容器3中，所述第二混合液存放在第二配料容器4中，所述聚丙烯酰胺存放在第三配料容器5，PLC控制器2先控制进料切换开关8依次打开第一配料容器3、第二配料容器4和第三配料容器5，所述第一混合液、所述第二混合液和所述聚丙烯酰胺依次通过计量器6内的称重传感器7称重后进入乳化液容器1，PLC控制器2控制电机9的速差带动所述搅拌器对乳化液容器1内的混合液进行高速乳化，以制得半纳米当量级的淀粉基生物无氟防油剂。
本发明制得的淀粉基生物无氟防油剂先将木薯淀粉经硫酸铵和聚丙烯酸进行淀粉改性，使得淀粉羟基的数量降低，羧基及羰基含量提高，羧基的亲水作用降低了淀粉的聚合度，加入纳米二氧化硅和甘油使得淀粉膜中能形成凝胶网络结构，提高防油性能，加入的大豆分离蛋白与海藻酸钠形成的防油膜填补了纤维之间的空隙并在纸浆纤维体外附着成膜，壳聚糖分子上的氨基和淀粉羟基反应，提高产品成膜后的交联程度，从而提高产品成膜后的致密度，壳聚糖与聚乙烯醇和羧甲基纤维一起可增加淀粉与其他物质的相容性，加入少量聚丙烯酰胺，增加酰胺基官能团，对纸张纤维有非常高的粘附力与抱合力，成膜性非常好。
本发明制得的淀粉基生物无氟防油剂具有羧基、酯基、酰胺基官能团，高速乳化后达到半纳米当量级，可以渗入到纸浆纤维体的空隙进行填充，并在纸浆纤维体外附着成膜阻止油脂的渗透，将制得的淀粉基生物无氟防油剂可以需根据不同材质的纸浆，定量添加到2.5-3％浓度浆液内，经低速搅拌附着在纸浆纤维体上，使纸浆环保餐具达到防油效果，防油等级可达到9级，并使纸浆环保餐具达到抗85-100℃热油不泄漏。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种利用乳化系统制备淀粉基生物无氟的防油剂的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括如下步骤：
(1a)将100-150份木薯淀粉、5-15份硫酸铵、10-30份聚丙烯酸投入到球磨机内搅拌，在50-80℃的温度下使木薯淀粉进行氧化反应，以得到改性木薯淀粉；
(2a)向步骤(1a)中得到的改性木薯淀粉中加入200-300份去离子水、5-10份纳米二氧化硅和40-50份甘油，在80-85℃的温度下搅拌20-30分钟，以得到第一混合液；
(3a)将2-3份壳聚糖、15-20份聚乙烯醇、5-10份羧甲基纤维素在60-70℃的水浴中搅拌20-30分钟，再加入5-8份大豆分离蛋白和1-2份海藻酸钠，在50-65℃的温度下搅拌30-50分钟，以得到第二混合液；
(4a)将步骤(2a)中得到的第一混合液、步骤(3a)中得到的第二混合液与0.5-1份聚丙烯酰胺一起加入到乳化系统中进行乳化，以得到所述淀粉基生物无氟防油剂；
所述乳化系统包括乳化液容器(1)和PLC控制器(2)，乳化液容器(1)的入料口与计量器(6)的出料口连接，计量器(6)的入料口分别与第一配料容器(3)的第一出料口、第二配料容器(4)的第二出料口和第三配料容器(5)的第三出料口相连通，所述第一出料口、所述第二出料口和所述第三出料口通过进料切换开关(8)控制开启或关闭，计量器(6)内设置有称重传感器(7)，乳化液容器(1)内设有带电机(9)的搅拌器，进料切换开关(8)、称重传感器(7)、电机(9)分别与PLC控制器(2)电连接和信号连接，以使PLC控制器(2)控制电机(9)的速差对乳化液容器(1)内的所述淀粉基生物无氟防油剂达到半纳米当量级。
2.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤(4a)中，所述第一混合液存放在第一配料容器(3)中，所述第二混合液存放在第二配料容器(4)中，所述聚丙烯酰胺存放在第三配料容器(5)，PLC控制器(2)先控制进料切换开关(8)依次打开第一配料容器(3)、第二配料容器(4)和第三配料容器(5)，所述第一混合液、所述第二混合液和所述聚丙烯酰胺依次通过计量器(6)内的称重传感器(7)称重后进入乳化液容器(1)，PLC控制器(2)控制电机(9)的速差带动所述搅拌器对乳化液容器(1)内的混合液进行高速乳化，以制得半纳米当量级的淀粉基生物无氟防油剂。
3.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤(1a)中，搅拌速度为300-350r/min，反应时间为40-60分钟。
4.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤(2a)中，搅拌速度为300-350r/min；步骤(3a)中，搅拌速度为400-500r/min。
5.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤(4a)中，高速乳化设备的转速为15000-20000r/min，乳化时间为15-20分钟。
6.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述淀粉基生物无氟防油剂包括以下重量份的原料：木薯淀粉120份、硫酸铵10份、聚丙烯酸20份、去离子水250份、纳米二氧化硅8份、甘油45份、壳聚糖2.5份、聚乙烯醇18份、羧甲基纤维素7份、海藻酸钠1.5份、大豆分离蛋白6份和聚丙烯酰胺0.7份。
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