CN112523002B - 一种可降解食品包装淋膜纸及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于食品包装技术领域，公开了一种可降解食品包装淋膜纸及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：S1.取溶解浆与N‑甲基吗啉‑N‑氧化物水溶液，进行混合溶解后，用水洗涤后得到再生纤维素悬浊液；S2.按比例将柠檬酸酯淀粉、甘油、柠檬酸、再生纤维素、消泡剂和分散剂依次加入水中不断搅拌，加热至80～90℃进行溶解糊化30～60分钟，稀释至浓度5～10％，然后上料至淋膜机的料斗中，经喷淋到原纸表面，干燥后得到可降解食品包装淋膜纸。该可降解食品包装淋膜纸具有良好的防水性能、防油性能，以及物理性能等，能够广泛应用于食品包装领域。

Description

一种可降解食品包装淋膜纸及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于食品包装技术领域，具体涉及一种可降解食品包装淋膜纸及其制备方法和应用。
背景技术
食品包装用纸常常通过淋膜或覆膜(PE、PP、PET等)的方式来提升防水防油性能，满足其接触水性、油脂类食品的功能需求。然而，以石油为原料生产的合成纤维(塑料高分子聚合物)引起的环境问题、安全问题日益凸显，随着限塑令的进一步加严，寻找更安全、适合、环保的替代材料显得迫在眉睫。
专利CN102234956A公开在原纸上涂布聚烯烃乳液的工艺进行表面淋膜制备淋膜纸，该工艺省去了传统挤出机的使用，工艺较为简单，适合工业化生产。但由于使用的是聚烯烃等材料，仍无法满足环保的要求。相似，专利CN110878492A公开通过在原纸表面淋膜聚乳酸等物质后进行干燥固化成膜的工艺。
专利CN103965519A公开了通过再生纤维素增强淀粉薄膜的制备工艺，该工艺制备的淀粉薄膜中含有一定量的尿素、增塑剂等物质，发生增塑剂迁移风险等，存在一定卫生安全问题，另一方面该薄膜的防水防油性能无法满足食品包装纸的要求等。
专利CN110343282A公开用纤维素纳米纤维素制备薄膜的工艺，该工艺使用的纳米纤维素成本较高，同时，使用流延干燥成膜，膜的品质无法有效控制，且成膜时间长，工业化应用难度大。
专利CN107400249B公开用离子液体溶解香蕉纤维素，通过涂膜器制薄膜的工艺，该工艺存在离子液体本身的毒性问题，以及成膜的清洗步骤复杂难以工业化生产，同时制备得到的薄膜物理强度差，防水防油效果不好等问题，仍无法满足食品包装材料的要求。
专利CN106065546A公开了使用浆粕制备粘胶，然后粘胶经再生浴生成薄膜，再经洗涤等制得成品，该工艺同样面临着生产工艺复杂、耗时长等问题，且薄膜性质难以进行覆膜，产品无法满足食品包装要求等问题。
综上所述，提出一种再生纤维素在制备食品包装淋膜纸方面具有重要意义。
发明内容
为了解决上述现有技术没有应用再生纤维素制备食品包装淋膜纸的相关技术，本发明的目的在于提供一种可降解食品包装淋膜纸。
本发明的另一个目的在于提供一种可降解食品包装淋膜纸的制备方法，该制备方法具有制造工艺简单，易于实现工业化生产。
本发明的另一个目的在于提供一种可降解食品包装淋膜纸的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可降解食品包装淋膜纸的制备方法，包括以下步骤：
S1.取α纤维素含量为94～96％，聚合度为1000至1200的溶解浆，与浓度为88～90％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，进行混合溶解后，用水洗涤后得到再生纤维素悬浊液；所述溶解浆与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的比例为14～15g:85～86L；
S2.按比例将柠檬酸酯淀粉、甘油、柠檬酸、再生纤维素、消泡剂和分散剂依次加入水中不断搅拌，加热至80～90℃进行溶解糊化30～60分钟，稀释至浓度5～10％，然后上料至淋膜机的料斗中，经喷淋到原纸表面，干燥后得到可降解食品包装淋膜纸。
优选地，S1中混合溶解的工艺为放入反应釜中于105～108℃真空搅拌溶解3～4小时。
优选地，S1中混合溶解的工艺为加入抗氧化剂没食子酸丙酯，并于100～110℃搅拌溶解2～4小时。
优选地，S1中水洗涤工艺为在超声模式下，往纤维素/NMMO溶液中加入水进行膜过滤洗涤，至排出的废水中不含N-甲基吗啉-N-氧化物，洗涤温度40～50℃。
优选地，再生纤维素悬浊液中再生纤维素的粒径为100～500nm。
优选地，S2中柠檬酸酯淀粉的取代度为0.15～0.17，柠檬酸酯淀粉与再生纤维素的质量比为20～25:75～80，甘油和柠檬酸的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的10％～15％。
优选地，所述干燥的温度为60～90℃。
优选地，可降解食品包装淋膜纸的单面淋膜量为5～20g/m2。
优选地，所述溶解浆为针叶木溶解浆、阔叶木溶解浆、棉浆粕、竹浆浆粕中的一种或几种。
一种上述可降解食品包装淋膜纸的制备方法制备得到的可降解食品包装淋膜纸。
一种上述可降解食品包装淋膜纸在制备食品包装材料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
再生纤维素具有良好的成膜性能，但由于其不可溶于水中，且其溶剂不适宜存在于食品包装材料中，因此通过纤维素溶液直接淋膜于原纸上，存在着技术难题。本发明致力于开发适用于食品包装的淋膜纸，充分利用再生纤维素在原纸表面形成薄膜，具备防水防油等效果。
再生纤维素薄膜的表面存在大量的羟基，能与原纸形成大量氢键，保证了薄膜和纸基之间结合的力度。同时，柠檬酸酯淀粉的加入，增加了再生纤维素微粒的成膜性能，提高淋膜物料的流延性能，进而提高了力学性能，包括抗拉性能、耐折弯性能等。甘油和柠檬酸形成良好的防水性能、防油性能，以及物理性能等。
本发明采用无污染的再生纤维素制备工艺，得到的再生纤维素具备了成膜性能、增强施胶剂的性能，也确保了成品符合食品包装的卫生安全要求。
本发明创新地利用溶解浆和再生纤维素的理化性质及其环保属性，制备得到的再生纤维素淋膜纸具有以下意想不到的效果：
本发明的可降解食品包装淋膜纸相比原纸，其防水性能、防油性能，以及物理性能等都有显著提高。具体的，相比原纸，抗水渗透性能Max值提高了18倍，防油等级提高了6级；抗张强度提高了141.1％，伸张率提高了103％，耐破度提高了147％，油墨吸收性能提高了125％。
相比对比例1～4不同的加工工艺，本发明抗水渗透性能Max值大约提高了14倍，防油等级提高了3～4级；抗张强度提高了64％，伸张率提高了44.4％，耐破度提高了82.3％，油墨吸收性能提高了38.5％。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。理应理解，此处所描述的实施例仅为了解释本发明，并不限定于本发明。
现对实施例及对比例所用的原材料和设备，均来源于市购：包括溶解浆、N-甲基吗啉-N-氧化物、柠檬酸酯淀粉、纸张等。
实施例1
一种可降解食品包装淋膜纸的制备方法，包括以下步骤：
S1.取适量针叶木溶解浆、阔叶木溶解浆、棉浆粕进行混合分散等，得到α纤维素含量为94％，聚合度为1000的混合溶解浆。混合溶解浆与浓度为88％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，进行混合溶解后，用水洗涤后得到再生纤维素悬浊液；溶解浆与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的比例为14g:86L；
S1中混合溶解的工艺为放入反应釜中于105℃真空搅拌溶解3小时。
S1中水洗涤工艺为在超声模式下，往纤维素/NMMO溶液中加入水进行膜过滤洗涤，置换出NMMO，至排出的废水中不含N-甲基吗啉-N-氧化物，洗涤温度40℃。
再生纤维素悬浊液中再生纤维素的粒径为100nm。
S2.按比例将柠檬酸酯淀粉、甘油、柠檬酸、再生纤维素、消泡剂和分散剂依次加入水中不断搅拌，加热至80℃进行溶解糊化30分钟，稀释至浓度5％，然后上料至淋膜机的料斗中，经喷淋到原纸表面，于60℃干燥后得到可降解食品包装淋膜纸。
S2中柠檬酸酯淀粉的取代度为0.15，柠檬酸酯淀粉与再生纤维素的质量比为20:80，甘油的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的10％，柠檬酸的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的12％。消泡剂和分散剂适量。可降解食品包装淋膜纸的单面淋膜量为5g/m2。制备得到的可降解食品包装淋膜纸进行相关的性能检测。
实施例2
一种可降解食品包装淋膜纸的制备方法，包括以下步骤：
S1.取适量针叶木溶解浆、竹浆浆粕、棉浆粕进行混合分散等，得到α纤维素含量为96％，聚合度为1200的混合溶解浆。混合溶解浆与浓度为90％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，进行混合溶解后，用水洗涤后得到再生纤维素悬浊液；溶解浆与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的比例为15g:85L；
S1中混合溶解的工艺为加入抗氧化剂没食子酸丙酯，并于110℃搅拌溶解4小时。
S1中水洗涤工艺为在超声模式下，往纤维素/NMMO溶液中加入水进行膜过滤洗涤，置换出NMMO，至排出的废水中不含N-甲基吗啉-N-氧化物，洗涤温度50℃。
再生纤维素悬浊液中再生纤维素的粒径为500nm。
S2.按比例将柠檬酸酯淀粉、甘油、柠檬酸、再生纤维素、消泡剂和分散剂依次加入水中不断搅拌，加热至90℃进行溶解糊化60分钟，稀释至浓度10％，然后上料至淋膜机的料斗中，经喷淋到原纸表面，于90℃干燥后得到可降解食品包装淋膜纸。
S2中柠檬酸酯淀粉的取代度为0.17，柠檬酸酯淀粉与再生纤维素的质量比为25:75，甘油的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的10％，柠檬酸的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的12％。消泡剂和分散剂适量。可降解食品包装淋膜纸的单面淋膜量为20g/m2。制备得到的可降解食品包装淋膜纸进行相关的性能检测。
实施例3
一种可降解食品包装淋膜纸的制备方法，包括以下步骤：
S1.取适量针叶木溶解浆、阔叶木溶解浆、棉浆粕进行混合分散等，得到α纤维素含量为95％，聚合度为1100的混合溶解浆。混合溶解浆与浓度为89％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，进行混合溶解后，用水洗涤后得到再生纤维素悬浊液；溶解浆与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的比例为14g:86L；
S1中混合溶解的工艺为放入反应釜中于106℃真空搅拌溶解3.5小时。
S1中水洗涤工艺为在超声模式下，往纤维素/NMMO溶液中加入水进行膜过滤洗涤，置换出NMMO，至排出的废水中不含N-甲基吗啉-N-氧化物，洗涤温度45℃。
再生纤维素悬浊液中再生纤维素的粒径为200nm。
S2.按比例将柠檬酸酯淀粉、甘油、柠檬酸、再生纤维素、消泡剂和分散剂依次加入水中不断搅拌，加热至85℃进行溶解糊化50分钟，稀释至浓度7％，然后上料至淋膜机的料斗中，经喷淋到原纸表面，于80℃干燥后得到可降解食品包装淋膜纸。
S2中柠檬酸酯淀粉的取代度为0.16，柠檬酸酯淀粉与再生纤维素的质量比为22:78，甘油的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的12％，柠檬酸的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的13％。消泡剂和分散剂适量。可降解食品包装淋膜纸的单面淋膜量为10g/m2。制备得到的可降解食品包装淋膜纸进行相关的性能检测。
对比例1～4(工艺参数不同)
对比例1～4的可降解食品包装淋膜纸的制备步骤与实施例1相同，不同之处在于以下工艺条件，具体见表1，制备得到的可降解食品包装淋膜纸进行相关的性能检测。
表1
Figure BDA0002820936560000051
本发明制得的可降解食品包装淋膜纸通过以下方法进行性能测试，测试结果如表3所示。
(1)动态渗透分析
覆膜前后纸张的动态渗透特性的测试采用PDA动态渗透仪(德国EmtecElectronic公司)进行。测试步骤为：首先按要求裁取5*8cm2大小的待测试样，并用双面胶将其紧贴在测试板上，注意不要有气泡，测试面朝外；然后在测试槽中加入规定液位的测试液(测试Max时，测试液为去离子水)，并将测试板夹在测试架上，放下防护罩；最后打开测试软件，并设置好测试参数后启动测试，测试架将测试板伸入到测试液中，超声波发生器和接收装置开始工作，并将接收到的信号强度随时间变化的曲线记录下来，即为PDA曲线。记录信号强度达到百分之百的时间即为Max，Max反映纸张表面的抗水性能。
(2)防油性能的测定
覆膜前后纸张的防油性能采用TAPPI559cm-02《greaseresistancetestforpaperandpaperboard》测试方法进行测定。不同等级的测试液由不同比例的蓖麻油、甲苯和正庚烷配制而成。该测试方法中防油等级分为12级，数值越大表示耐油性能越好。测试时从大约25mm高的位置滴一滴测试液，测试液在待测样上保留15s后，用一块干净的纸或棉布檫去多余的测试液，观察试样表面的润湿状态，若某等级的测试液在试样上没有留下任何痕迹，且比它高一等级的测试液在试样上会留下润湿而变透明的现象，则该测试液等级即为此测试样的防油等级。
(3)抗张强度及伸长率的测定
抗张强度及伸长率的测定：覆膜前后的纸张的抗张强度及伸长率的测定按照GB/T12914-2018纸和纸板抗张强度的测定恒速拉伸法进行测定。
(4)耐破度的测定
耐破度的测定：覆膜前后的纸张的耐破度的测定按照GB/T454-2002采用Lorentzen&WettreW180耐破度仪进行。
(5)油墨吸收性的测定
油墨吸收性的测定：按GB/T 12911-1991纸和纸板油墨吸收性的测定法进行。
从表2可知，本发明的可降解食品包装淋膜纸相比原纸，其防水性能、防油性能，以及物理性能等都有显著提高。
具体的，相比原纸，抗水渗透性能Max值提高了18倍，防油等级提高了6级；抗张强度提高了141.1％，伸张率提高了103％，耐破度提高了147％，油墨吸收性能提高了125％。
相比对比例1～4不同的加工工艺，本发明抗水渗透性能Max值大约提高了14倍，防油等级提高了3～4级；抗张强度提高了64％，伸张率提高了44.4％，耐破度提高了82.3％，油墨吸收性能提高了38.5％。
可见，本发明的可降解食品包装淋膜纸的防水性能、防油性能，以及物理性能等都有显著提高。
表2
Figure BDA0002820936560000061
Figure BDA0002820936560000071

Claims (3)

1.一种可降解食品包装淋膜纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.取α纤维素含量为94～96％，聚合度为1000至1200的溶解浆，与浓度为88～90％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，进行混合溶解后，用水洗涤后得到再生纤维素悬浊液；所述溶解浆与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的比例为14～15g:85～86L；
S2.按比例将柠檬酸酯淀粉、甘油、柠檬酸、再生纤维素、消泡剂和分散剂依次加入水中不断搅拌，加热至80～90℃进行溶解糊化30～60分钟，稀释至浓度5～10％，然后上料至淋膜机的料斗中，经喷淋到原纸表面，干燥后得到可降解食品包装淋膜纸；
S2中柠檬酸酯淀粉的取代度为0.15～0.17，柠檬酸酯淀粉与再生纤维素的质量比为20～25:75～80，甘油和柠檬酸的用量分别为柠檬酸酯淀粉质量的10％～15％；
S1中混合溶解的工艺为放入反应釜中于105～108℃真空搅拌溶解3～4小时；
S1中水洗涤工艺为在超声模式下，往纤维素/NMMO溶液中加入水进行膜过滤洗涤，至排出的废水中不含N-甲基吗啉-N-氧化物，洗涤温度40～50℃；
再生纤维素悬浊液中再生纤维素的粒径为100～500nm；
所述干燥的温度为60～90℃；
可降解食品包装淋膜纸的单面淋膜量为5～20g/m2；
所述溶解浆为针叶木溶解浆、阔叶木溶解浆、棉浆粕、竹浆浆粕中的一种或几种。
2.一种权利要求1所述制备方法制备得到的可降解食品包装淋膜纸。
3.一种权利要求2所述可降解食品包装淋膜纸在制备食品包装材料中的应用。
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