CN112761028A - 一种防潮包装纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防潮包装纸的制备方法，将高疏水性天然油脂类材料加入具有良好成膜性、水溶性且可降解的高分子基体溶液中，并加入乳化剂制备得到复合乳液；将均质后的复合乳液用于纸张涂覆，并通过控制干燥温度使油脂富集于高分子基体表面，形成类双层的涂层结构，提升纸张的防潮性及物理强度。

Description

一种防潮包装纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及包装纸技术领域，尤其涉及一种防潮包装纸及其制备方法。
背景技术
由于资源丰富、易回收和易降解的特性，纸包装材料被认为是最具有前途的绿色包装材料。但是由于其具有极强的亲水性，且吸湿后物理性能大幅降低，因此无法满足食品、卷烟、药品、精密仪器等领域的包装需求。目前，纸张常通过复合塑料、金属等高水蒸气阻隔材料实现防潮功能。但是这些方法会使纸张失去原本的降解、回收性，带来资源浪费、环境污染等问题。因此，开发兼具高水蒸气阻隔性和降解性的纸张涂层材料具有重要意义。
大量的研究表明，将高疏水性天然油脂类材料添加到纸张表面，可实现防潮抗水性能。但是油脂的成膜性较差，且油脂膜物理强度较低，极易出现龟裂、剥离等不良现象，因此通常将油脂与成膜性较好的高分子基体材料结合使用。该复合膜不仅具有油脂的疏水性特点，而且具有较好的物理强度。复合膜的制备工艺主要分为两种，一是将油脂类物质以薄层形式复合于基体层上，二是将油脂乳化于基体中形成复合乳液，即双层涂布成膜和乳液成膜。由于双层膜表面为致密的油脂层，因此其水蒸气阻隔性优于乳液膜，但是易出现分层、龟裂等不良现象。相反，乳液膜物理强度更高，但是阻隔性较弱。如何将二者的优势结合起来，制备兼具水蒸气阻隔性和物理强度的涂层材料成为难题。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种具有高水蒸气阻隔性、物理强度且可降解的新型涂层材料及其制备方法，以提升纸张的防潮性，满足包装使用需求。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种防潮包装纸的制备方法，包括以下步骤：
将高疏水性天然油脂类材料加入具有良好成膜性、水溶性且可降解的高分子基体溶液中，并加入乳化剂制备得到复合乳液；
将均质后的复合乳液用于纸张涂覆，并通过控制干燥温度使油脂富集于高分子基体表面，形成类双层的涂层结构，提升纸张的防潮性。
进一步方案为，所述高疏水性天然油脂类材料为长链脂肪、植物油或者蜂蜡、棕榈蜡蜡质材料中的一种或者多种。
进一步方案为，所述具有良好成膜性、水溶性且可降解的高分子基体为淀粉、纤维素、壳聚糖、蛋白类天然材料或者聚乙烯醇类合成材料。
进一步方案为，所述的聚乙烯醇为PVA-0488、PVA-0588、PVA-1388、PVA-1588、PVA-1788、PVA-0599、PVA-1399、PVA-1599、PVA-1799中的一种或多种。
进一步方案为，所述复合乳液制备过程，根据油脂种类选择合适的乳化剂使其乳化在基体材料中，并通过高剪切乳化增强乳液的均匀性和稳定性。
进一步方案为，所述的乳化剂包括吐温80、吐温60、司盘80、司盘60、OP-10类非离子型乳化剂，或烷基铵盐、季铵盐类离子型乳化剂中的一种或多种。
进一步方案为，所述复合乳液用于纸张涂覆的方式为表面涂布、喷涂、浸渍涂布。
进一步方案为，涂覆后，纸张通过远红外通道、干燥箱或高温烘道进行烘干，烘干温度为室温至150℃之间。
本发明另一方面还提供了通过上述的制备方法制备得到的防潮包装纸。
本发明再一方面还提供了通过上述的制备方法制备得到的防潮包装纸的用途。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所选原料廉价易得、安全无毒、绿色可降解，不会对环境造成污染。
2、复合乳液制备过程简单，可进行工业化生产。
3、复合乳液用于纸张涂覆后，可提升其水蒸气阻隔能力，实现防潮功能。
4、由于具有高阻隔性和安全性，该新型防潮纸可用于食品、卷烟、药品、精密仪器等包装领域。
5、类双层结构可通过简单的温度调控实现，并能使传统乳液膜水蒸气阻隔性得到大幅提高。
6、类双层结构中油脂仍被基体包围，并没有和基体完全分离，因此其物理强度优于传统双层膜。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中通过原子力显微镜(AFM)观察不同烘干温度下涂层的微观形貌。
图2对不同烘干温度下的涂覆纸进行水蒸气透过率测试结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1：
(1)100mL去离子水中加入10g PVA0588，于90℃下搅拌溶解6h，搅拌速度200rpm，得到PVA溶液。
(2)在得到的PVA溶液中加入6g三硬脂酸甘油酯(熔点56℃)和0.9g吐温80(乳化剂)，并于1000rpm搅拌速度下乳化2h。
(3)使用高剪切乳化仪对复合乳液进行均质，控制剪切速度为20000rpm，剪切时间3-5min，得到复合乳液。
(4)将复合乳液均匀涂布于包装纸上，并于室温至150℃之间选择不同的温度进行烘干。
通过原子力显微镜(AFM)观察不同烘干温度下涂层的微观形貌，选择几个典型的温度值，其结果如图1所示；
从图中可以看到，当烘干温度略高于所用油脂的熔点时，涂层表面油脂明显增多，基体相几乎被油脂相覆盖，即油脂富集在基体相之上，形成类双层结构。但是继续升高温度，远高于油脂熔点时，表层油脂反而减少。这是因为过高的温度下，基体粘度降低，油脂相发生向涂层内部渗透的现象。温度越高，渗透现象越明显，110℃下甚至可以看到纸张纤维层。
对不同烘干温度下的涂布纸进行水蒸气透过率测试，结果如图2所示；
图中可明显看到，70℃下涂布纸的水蒸气透过率最低，说明当烘干温度略高于油脂熔点时，涂层中形成的类双层结构可使涂布纸水蒸气阻隔性明显提高。
本发明的类双层结构形成机理为：
一方面，升高温度，乳液稳定性下降，油脂颗粒逐渐凝聚，进而和基体产生相分离。另一方面，乳液的粘度随着温度的升高而降低，加速了这种相分离过程。当干燥温度高于油脂的熔点时，聚集的油脂颗粒发生变形、融合，形成尺寸更大的团聚体，由于油脂的密度比基体水溶液更低，因此会在复合膜上表层富集，形成类双层结构。
实施例2：
(1)100mL去离子水中加入5g PVA1799，于90℃下搅拌溶解6h，搅拌速度200rpm，得到PVA溶液。
(2)加入5g蜂蜡(熔点67℃)和0.1g溴化十六烷基三甲胺(乳化剂)，并于1000rpm搅拌速度下乳化1h。
(3)使用高剪切乳化仪对复合乳液进行均质，控制剪切速度为20000rpm，剪切时间3-5min，得到复合乳液。
(4)将复合乳液均匀涂布于包装纸上，并于30℃、60℃、90℃和120℃下烘干。
对不同烘干温度下的涂布纸进行水蒸气透过率测试，结果如下表所示：
Figure BDA0002879671970000051
由结果可知，该乳液涂层在90℃下烘干时，涂布纸的水蒸气阻隔性最强。
实施例3：
(1)称取4.8g的壳聚糖于烧杯中，加入240mL 2％的醋酸溶液，再加入0.5g的甘油，搅拌均匀制成浓度为2wt％的壳聚糖溶液。
(2)将3g棕榈蜡(熔点85℃)、0.3g吐温80以及0.15g司盘80加入壳聚糖溶液中，并于90℃下搅拌乳化2h，搅拌速度1200rpm。
(3)采用使用高剪切乳化仪对复合乳液进行均质，控制剪切速度为22000rpm，剪切时间3min，得到复合乳液。
(4)复合乳液冷却至室温后，将空白纸张浸渍在复合乳液中1min，以保证纸样充分吸收乳液。
(5)将浸渍后的纸张分成两组，一组在室温下烘干，另一组在100℃下烘干。
对两组样品进行水蒸气透过率测试，结果表明100℃烘干的纸张水蒸气阻隔性较好，其透湿量比室温下烘干的纸张样品降低了600g/m2/24h。
实施例4：
(1)将5wt％的纳米纤维素在一定量的去离子水中搅拌溶解，配置成浓度为1wt％的纤维素溶液。
(2)在纤维素溶液中加入一定量的三硬脂酸甘油酯(添加量为纤维素质量的70％)和一定量的吐温80(添加量为三硬脂酸甘油酯质量的15％)，然后于1000rpm搅拌速度下乳化2h。
(3)使用高剪切乳化仪对复合乳液进行均质，控制剪切速度为20000rpm，剪切时间5min，得到复合乳液。
(4)将复合乳液通过线棒涂布器涂布于纸张上，并于不同温度下烘干。
通过水蒸气透过率测试仪对涂布纸进行测试，结果表明涂布纸在80℃烘干时水蒸气阻隔性最好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将高疏水性天然油脂类材料加入具有良好成膜性、水溶性且可降解的高分子基体溶液中，并加入乳化剂制备得到复合乳液；
将均质后的复合乳液用于纸张涂覆，并通过控制干燥温度使油脂富集于高分子基体表面，形成类双层的涂层结构。
2.如权利要求1所述的一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，所述高疏水性天然油脂类材料为长链脂肪、植物油或者蜂蜡、棕榈蜡蜡质材料中的一种或者多种。
3.如权利要求1所述的一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，所述具有良好成膜性、水溶性且可降解的高分子基体为淀粉、纤维素、壳聚糖、蛋白类天然材料或者聚乙烯醇类合成材料。
4.如权利要求3所述的一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯醇为PVA-0488、PVA-0588、PVA-1388、PVA-1588、PVA-1788、PVA-0599、PVA-1399、PVA-1599、PVA-1799中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，所述复合乳液制备过程，根据油脂种类选择合适的乳化剂使其乳化在基体材料中，并通过高剪切乳化增强乳液的均匀性和稳定性。
6.如权利要求5所述的一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，所述的乳化剂包括吐温80、吐温60、司盘80、司盘60、OP-10类非离子型乳化剂，或烷基铵盐、季铵盐类离子型乳化剂中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，所述复合乳液用于纸张涂覆的方式为表面涂布、喷涂、浸渍涂布。
8.如权利要求1所述的一种防潮包装纸的制备方法，其特征在于，涂覆后，纸张通过远红外通道、干燥箱或高温烘道进行烘干，烘干温度为室温至150℃之间。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的防潮包装纸。
10.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的防潮包装纸的用途。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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