CN113931005B - 一种用于食品包装纸的无氟防油剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于食品包装纸的无氟防油剂及其制备方法，属于造纸技术领域。该方法以石蜡为原料，加入乳化剂和助乳剂，经高速分散乳化、高压均质制得均一稳定的无氟防油剂。将上述防油剂对纸进行表面施胶，经干燥制得具有耐油脂渗透的防油纸，防油性能可达到食品级防油纸的标准。相比于含氟防油剂，石蜡乳液具有安全无毒，制作工艺简单，生产成本低等优点，具有良好的应用前景。

Description

一种用于食品包装纸的无氟防油剂及其制备方法
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种用于食品包装纸的无氟防油剂及其制备方法。
背景技术
防油纸是用途较广的一类特种纸，被广泛用作各类食品包装。由于原纸表面张力较大，极易被液体润湿，需在纸张表面涂覆一层防油层才能使纸张拥有防油性能。纸张防油的加工方式有两种：一种是通过淋膜的方式在纸张表面附着一层塑料薄膜，另一种是通过在纸张表面涂布或在浆内添加防油剂。由于塑料的难降解问题，现普遍采用第二种方法加工制作防油纸。
其中最具代表性也是应用最多的是含氟防油剂。含氟防油剂有着较低的表面能特性，能够赋予纸张优异的防油性，因此得到了较为广泛的应用。但含氟防油剂一般是由含长碳链全氟烷基的聚合物组成，长碳链全氟烷基在自然环境中会氧化降解，生成具有生物累积性的全氟羧酸或羧酸盐，并对人体造成诸多危害如：导致心肌发育毒性、使细胞膜病变和改变人体胆固醇水平等。因此，迫切需要开发一种能使纸张获得优异防油性能的无氟防油剂。
有学者研究多糖(例如羟丙基纤维素(HPC)、羧甲基纤维素钠(CMC)、阳离子淀粉、壳聚糖、藻酸盐等)与防水剂复配作为纸张的防油剂，其具有良好的成膜性、机械和气体阻隔性能，已被应用于各种食品包装。但这些多糖生产成本较高，且对水的迁移几乎没有抵抗能力，极大影响其功能特性。
石蜡作为石油化工的产物，储量较大价格也便宜，且不会产生致癌物质。国内外有较多学者将石蜡作为纸张的添加剂，但大多数将石蜡单独作为防水剂使用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种用于食品包装纸的无氟防油剂。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法。利用石蜡制得的石蜡乳液作为纸张的防油剂，不含对人体有害的化学物质，符合食品卫生标准，满足食品包装纸的要求。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，以石蜡为原料，加入乳化剂和助乳剂，经高速分散乳化、高压均质制得均一稳定的无氟防油剂。具体包括以下步骤：
(1)将乳化剂加入到热水中，充分搅拌后，制得A溶液，将助乳剂加入到热水中，充分搅拌，制得B溶液；
(2)将石蜡加热至熔融，加入A溶液，加热并搅拌；缓慢加入热水直至混合体系转变为水包油体系，并将B溶液加入上述溶液中，加热搅拌，后用高压均质机均质，快速冷却后即制得均一稳定的无氟防油剂。
所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，热水均采用去离子水，温度为80～100℃。热水温度为石蜡的乳化温度。
所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，石蜡为半精炼石蜡、全精炼石蜡或微晶蜡中的一种或多种的混合物。
所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，所述乳化剂为Span-80和Tween-80的混合物，Span-80和Tween-80的质量比为1:1。
所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，助乳剂为软脂酸和十二烷基苯磺酸钠的混合物，软脂酸与十二烷基苯磺酸钠的质量比为3:1～3:2。
所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，石蜡乳液各组分质量百分比：石蜡 10％～20％、复合乳化剂2％～5％，助乳剂0％～0.5％，余量为水。
所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，高压均质压力为100～400bar、均质次数为1～4次。
所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，步骤(2)，加入B溶液后在80～100℃、 1000～2000rpm条件下搅拌10～30min。
上述方法制备得到的用于食品包装纸的无氟防油剂。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明通过一种简单有效的方法，制造出清洁无毒、防油性能优异的防油剂。
(2)本发明可采用高熔点石蜡制得的石蜡乳液作为纸张防油剂，使防油涂层具有较高的热稳定性，制得的防油纸在较高温度的环境下可以保持其优异的防油性能。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。实施例中纸张防油等级测试采用Oil Kit TestTAPPI T559cm-12 的国际通用标准检测方法，防油等级最高为12级，最低为1级，等级越高，纸张防油效果越好。
实施例1
一种用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g Span-80和2g Tween-80，添加到20g热水(去离子水)中充分搅拌，制得复合乳化剂溶液；将0.3g软脂酸、0.2g十二烷基苯磺酸钠分散在15.5g去离子水(100℃)中制备助乳剂溶液；
(2)称取20g 80#微晶蜡放入三口烧瓶中加热熔融，再将上述复合乳化剂溶液倒入三口烧瓶中，缓慢加入40g去离子水(100℃)直至混合体系转变为水包油体系，并将助乳剂溶液加入上述石蜡乳液中，同时加热搅拌，保持烧瓶内溶液温度为100℃，在转速为1800rpm的条件下搅拌30min后，将石蜡乳液用高压均质机以400bar的压力均质2次，最后快速冷却，制得稳定的固含量为20％的石蜡乳液。
将石蜡乳液施胶于A4纸表面，并在50℃下烘干，得到表面施胶量分别为0、4、8g/m2的防油纸。对最后得到的三种纸进行防油防水性能测试，结果如下：
表1实施例1三种纸防油防水性能测试结果
Figure BDA0003357934820000031
由表1测试结果可知，随着表面施胶量的增大，纸张的防油防水性能逐渐增强，当施胶量为4g/m2时，防油等级达到了6级，达到了食品包装纸的防油标准，与水的接触角为113.23°， Cobb值为18.2g/m2。当施胶量为8g/m2时，防油等级达到了9.5级，与水的接触角为118.31°， Cobb值为12.2g/m2。
实施例2
一种用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g Span-80和2g Tween-80，添加到20g热水(去离子水)中充分搅拌，制得复合乳化剂溶液；将0.3g软脂酸、0.1g十二烷基苯磺酸钠分散在15.6g去离子水(80℃)中制备助乳剂溶液；
(2)称取20g 58#全精炼石蜡放入三口烧瓶中加热熔融，再将上述复合乳化剂溶液倒入三口烧瓶中，缓慢加入40g去离子水(80℃)直至混合体系转变为水包油体系，并将助乳剂溶液加入上述石蜡乳液中，同时加热搅拌，保持烧杯内溶液温度为80℃，在转速为1200rpm 的条件下搅拌10min后，将石蜡乳液用高压均质机以200bar的压力均质1次，最后快速冷却，制得稳定的固含量为20％的石蜡乳液。
将石蜡乳液施胶于A4纸表面，并在50℃下烘干，得到表面施胶量分别为0、4、8g/m2的防油纸。对最后得到的三种纸进行防油防水性能测试，结果如下：
表2实施例2三种纸防油防水性能测试结果
Figure BDA0003357934820000041
由表2测试结果可知，随着表面施胶量的增大，纸张的防油防水性能逐渐增强，当施胶量为4g/m2时，防油等级即达到了7级，与水的接触角为104.22°，Cobb值为18g/m2。当施胶量为8g/m2时，防油等级即达到了9.5级，与水的接触角为108.65°，Cobb值为14.9g/m2。
实施例3
一种用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g Span-80和2g Tween-80，添加到20g热水(去离子水)中充分搅拌，制得复合乳化剂溶液；
(2)称取20g 58#全精炼石蜡放入三口烧瓶中加热熔融，再将上述复合乳化剂倒入三口烧瓶中，缓慢加入56g去离子水(80℃)直至混合体系转变为水包油体系，同时加热搅拌，保持烧瓶内溶液温度为80℃，在转速为1200rpm的条件下搅拌20min后，将石蜡乳液用高压均质机以200bar的压力均质3次，最后快速冷却，制得稳定的固含量为20％的石蜡乳液。
将石蜡乳液施胶于A4纸表面，并在50℃下烘干，得到表面施胶量分别为0、4、8g/m2的防油纸。对最后得到的三种纸进行防油防水性能测试，结果如下：
表3实施例3三种纸防油防水性能测试结果
Figure BDA0003357934820000042
由表3测试结果可知，随着表面施胶量的增大，纸张的防油防水性能逐渐增强，当施胶量为4g/m2时，防油等级即达到了5级，与水的接触角为103.51°，Cobb值为19.1g/m2。当施胶量为8g/m2时，防油等级即达到了7级，与水的接触角为107.46°，Cobb值为15.2g/m2。
实施例4
一种用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取2g Span-80和2g Tween-80，添加到20g热水(去离子水)中充分搅拌，制得复合乳化剂溶液；将0.3g软脂酸、0.1g十二烷基苯磺酸钠分散在15.6g去离子水(80℃)中制备助乳剂溶液；
(2)称取20g 70#微晶蜡放入三口烧瓶中加热熔融，再将上述复合乳化剂溶液倒入三口烧瓶中，缓慢加入40g去离子水(90℃)直至混合体系转变为水包油体系，并将助乳剂溶液加入上述石蜡乳液中，同时加热搅拌，保持烧瓶内溶液温度为90℃，在转速为1500rpm的条件下搅拌30min后，将石蜡乳液用高压均质机以300bar的压力均质3次，最后快速冷却，制得稳定的固含量为20％的石蜡乳液。
将石蜡乳液涂布于A4纸表面，并在50℃下烘干，得到表面施胶量分别为0、4、8g/m2的涂布纸。对最后得到的三种纸进行防油防水性能测试，结果如下：
表4实施例4三种纸防油防水性能测试结果
Figure BDA0003357934820000051
由表4测试结果可知，随着表面施胶量的增大，纸张的防油防水性能逐渐增强，当施胶量为4g/m2时，防油等级即达到了7级，与水的接触角为112.71°，Cobb值为17.8g/m2。当施胶量为8g/m2时，防油等级即达到了9级，与水的接触角为114.51°，Cobb值为14.1g/m2。

Claims (5)

1.一种用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，其特征在于，以石蜡为原料，加入乳化剂和助乳剂，经高速分散乳化、高压均质制得均一稳定的无氟防油剂；具体包括以下步骤：
(1)将乳化剂加入到热水中，充分搅拌后，制得A溶液，将助乳剂加入到热水中，充分搅拌，制得B溶液；
(2)将石蜡加热至熔融，加入A溶液，加热并搅拌；缓慢加入热水直至混合体系转变为水包油体系，并将B溶液加入上述溶液中，加热搅拌，后用高压均质机均质，快速冷却后即制得均一稳定的无氟防油剂；
石蜡为半精炼石蜡、全精炼石蜡或微晶蜡中的一种或多种的混合物；所述乳化剂为Span-80和Tween-80的混合物，Span-80和Tween-80的质量比为1:1；助乳剂为软脂酸和十二烷基苯磺酸钠的混合物，软脂酸与十二烷基苯磺酸钠的质量比为3:1～3:2；无氟防油剂的各组分质量百分比：石蜡10％～20％、乳化剂2％～5％，助乳剂0％～0.5％，余量为水。
2.根据权利要求1所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，其特征在于，热水均采用去离子水，温度为80～100℃。
3.根据权利要求1所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，其特征在于，高压均质压力为100～400bar、均质次数为1～4次。
4.根据权利要求1所述用于食品包装纸的无氟防油剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)，加入B溶液后在80～100℃、1000～2000rpm条件下搅拌10～30min。
5.权利要求1所述方法制备得到的用于食品包装纸的无氟防油剂。
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