CN114108385B - 一种低粗糙度包装纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及包装纸的领域，具体公开了一种低粗糙度包装纸及其制备方法。一种低粗糙度包装纸包括基纸层和施胶层，所述施胶层由施胶剂涂覆而成，所述施胶剂包括以下重量份物质：胶原蛋白10～20份；丙烯酸甲酯6～8份；乙酸乙烯酯10～20份；水85～100份；所述施胶剂用量为0.5～2.0g/m2。其制备方法为：S1、基纸层定型；S2、施胶剂制备；S3、施胶涂覆。本申请通过对包装纸材料表面进行施胶处理，胶原蛋白对基纸层形成有效的包覆改性，在基纸层表面形成良好的薄膜结构，有效改善基纸层的耐曲挠性能。

Description

一种低粗糙度包装纸及其制备方法
技术领域
本申请涉及包装纸的领域，尤其是涉及一种低粗糙度包装纸及其制备方法。
背景技术
在现代包装的四大支柱——纸、塑料、金属和玻璃材料中，塑料包装材料由于环境污染问题而备受争议，玻璃易碎，金属包装总质量大、不易携带等原因，而纸基包装材料由于具有来源广泛、优异的生物相容性、废弃物可回收利用、可再生和可自然生物降解等特性，被认定为最具应用前景的绿色可持续包装材料。
目前大部分纸基包装材料由于包装纸的表面平滑度不高，制作包装产品时需要使用较多的油墨色料来提升其表面平整度，体现外观效果，但即便如此，表面仍不够细腻美观。
针对上述相关技术，发明人认为，现有的纸基包装材料由于平滑度交底，产品表面相对较毛糙，外观不细腻，并且生产过程中由于包装纸表面平滑度不高，所以印刷涂布时需要多道色料的叠加覆盖在纸张表面提升产品外观细腻度，印刷徐布色料耗用较大，生产过程中溶剂的排放量较多环保性能相对较差。
发明内容
为了改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷，本申请提供一种低粗糙度包装纸及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种低粗糙度包装纸，采用如下的技术方案：
一种低粗糙度包装纸，包括基纸层和施胶层，所述施胶层由施胶剂涂覆而成，所述施胶剂包括以下重量份物质：
胶原蛋白10～20份；
丙烯酸甲酯6～8份；
乙酸乙烯酯10～20份；
水85～100份；
所述施胶剂用量为0.5～2.0g/m2。
通过采用上述技术方案，本申请通过对包装纸材料表面进行施胶处理，由于施胶处理会改善基纸层表面的结构特性，有效提高基纸层表面的光滑性能。
本申请通过胶原蛋白对基纸层形成有效的包覆改性，由于而胶原蛋白分子链上的α－活泼氢以及侧链上的羧基、氨基及羟基等官能团极易与乙烯基类单体通过自由基聚合机理发生接枝共聚，接枝成型的胶原蛋白膜材料能在基纸层表面形成良好的薄膜结构，有效改善基纸层的耐曲挠性能；本申请通过优化施胶层的配方，通过胶原蛋白与包装纸纸质纤维之间形成良好的结合，进一步改善基纸层表面与施胶层表面的结合强度，从而进一步改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
优选的，所述胶原蛋白包括乙烯基胶原蛋白，所述施胶层还包括0.5～1.0重量份的单宁，所述乙烯基胶原蛋白采用以下方案制成：
（1）取胶原蛋白添加至缓冲溶液中，加热搅拌溶解，收集得溶解液；
（2）对溶解液中添加甲基丙烯酸酐，搅拌反应；
（3）静置冷却并用去离子水作为透析液，透析处理，收集得乙烯基胶原蛋白。
通过采用上述技术方案，本申请进一步优化了施胶层的组分，通过在该施胶层中添加单宁，并对胶原蛋白结构进行改性，乙烯基对胶原蛋白进行有效改性后，与单宁形成良好的结合效果。通过单宁物质中的酚羟基和蛋白质肽键上的羰基形成氢键，使胶原蛋白膜进一步交联，加强了胶原蛋白分子之间的紧密程度，从而使施胶层能有效包覆在基纸层表面并形成稳定紧密的结构，进一步改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
优选的，所述基纸层还包括离子液体塑化层，所述离子液体塑化层设于所述基纸层两层以提高所述基纸层平滑度。
通过采用上述技术方案，本申请通过离子液体对基纸层进行改性处理，由于包装纸均有纸浆制成，纸浆中纤维素的细胞壁组分中多酚类木质素和糖类化合物这两种体系的溶解特性截然不同，但是离子液具有独特的溶解性能能够同时满足这两种体系，从而通过离子液体有效通过瓦解纤维素结晶区、无定型糖类和木质素中的氢键体系。
同时本申请采用的离子液体能进一步溶胀和软化木材细胞壁，提高包装纸材料中细胞壁热塑性的同时，不破坏细胞壁结构，保持木质纤维材料固有的优良属性，从而进一步改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
优选的，所述离子液体塑化层采用以下方案制成：
（1）取离子液体置于无水乙醇中，稀释处理并收集得稀释液；
（2）将基纸层浸渍于 所述稀释液中，浸渍处理后真空干燥，即可制备得离子液体塑化层。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案通过对基纸层表面进行浸渍，由于离子液体能对纸质纤维进行塑化处理，纸质纤维在塑化剂与高温的共同作用下热塑性显著增强，从而使纸质纤维重新获得良好的物理力学性能。
换句话说，本申请通过离子液体对基纸层进行处理，改善了原有纸质纤维表面结构，使其具有优异的力学性能，能在高温状态下，形成良好的缠结结构，从而进一步改善基纸层表面的平滑度。
优选的，所述离子液体包括氯化1－乙基－3－甲基咪唑、氯化1－乙基－2，3－二甲基咪唑或氯化1－苄基－3－甲基咪唑中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，本申请对离子液体的种类进行了筛选，这些离子液体在对纸质纤维进行处理后，纤维素晶体的分子内和分子间氧键被轻基质子和阴离子之间的氧键替代，部分结晶纤维素转变为无定型纤维素，纸质纤维瞬间形变由晶体与基体的弹性应变和基体的粘性应变组成。这样改性制备的基质层，具有优异的挺度和表面结构性能，从而在后续对其表面施胶处理时，能进一步改善基纸层表面的平滑度。
优选的，所述施胶层还包括2～5重量份的纤维素酶溶液。
通过采用上述技术方案，本申请通过纤维素酶溶液对施胶层进行处理，在纤维素酶溶液中纤维素酶的作用下，基纸层表面存在的毛刺等微原纤被弱化，在机械力的辅助作用下，从纤维表面脱落，有效防止毛刺纤维降低基纸层表面粗糙度，由于纤维素酶的水解作用和处理液振荡带来的机械作用下，突起的短纤维断裂后从基纸层表面脱离，且本申请施胶层中的纤维素酶溶液处理的是基纸层表面，对基纸层内部结构无任何损伤，从而在提高基纸层表面的平滑度的同时，不会对基纸层机械性能造成损伤。
第二方面，本申请提供一种低粗糙度包装纸的制备方法，采用如下的技术方案：
一种低粗糙度包装纸的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、基纸层定型：将包覆有离子液体塑化层的基纸层置于加压装置中，加压定型处理，收集得定型基纸层；
S2、施胶剂制备：将施胶剂各原料搅拌混合并超声分散，收集分散液；
S3、施胶涂覆：将分散液分别涂覆至定型基纸层两层，调节施胶层用量并控制涂覆温度，静置处理后，灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
通过采用上述技术方案，本申请通过对低粗糙度包装纸的制备方法进行优化，通过定型后涂覆的方式，改善基纸层与施胶层之间的结合效果，相对于单一的施胶剂处理的方案，本申请技术方案不仅结构性能更加优异，同时低粗糙度包装纸的制备方法简单，有效改善了低粗糙度包装纸的生产效率。
优选的，步骤S3所述的涂覆温度为25～35℃。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化涂覆的温度，一方面，使施胶剂具有良好的流变性能，能在基纸层表面形成良好的包覆结构，从根本上改善材料的平滑度，降低包装纸材料的粗糙度。另一方面，优化后的涂覆温度，使纤维素酶对纸质纤维中的纤维素具有良好的水解性能，从而进一步改善基纸层表面的平滑度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
第一、本申请通过对包装纸材料表面进行施胶处理，由于施胶处理会改善基纸层表面的结构特性，有效提高基纸层表面的光滑性能。
本申请通过胶原蛋白对基纸层形成有效的包覆改性，由于而胶原蛋白分子链上的α－活泼氢以及侧链上的羧基、氨基及羟基等官能团极易与乙烯基类单体通过自由基聚合机理发生接枝共聚，接枝成型的胶原蛋白膜材料能在基纸层表面形成良好的薄膜结构，有效改善基纸层的耐曲挠性能；本申请通过优化施胶层的配方，通过胶原蛋白与包装纸纸质纤维之间形成良好的结合，进一步改善基纸层表面与施胶层表面的结合强度，从而进一步改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
第二、本申请进一步优化了施胶层的组分，通过在该施胶层中添加单宁，并对胶原蛋白结构进行改性，乙烯基对胶原蛋白进行有效改性后，与单宁形成良好的结合效果。通过单宁物质中的酚羟基和蛋白质肽键上的羰基形成氢键，使胶原蛋白膜进一步交联，加强了胶原蛋白分子之间的紧密程度，从而使施胶层能有效包覆在基纸层表面并形成稳定紧密的结构，进一步改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
第三、本申请通过离子液体对基纸层进行改性处理，由于包装纸均有纸浆制成，纸浆中纤维素的细胞壁组分中多酚类木质素和糖类化合物这两种体系的溶解特性截然不同，但是离子液具有独特的溶解性能能够同时满足这两种体系，从而通过离子液体有效通过瓦解纤维素结晶区、无定型糖类和木质素中的氢键体系。
同时本申请采用的离子液体能进一步溶胀和软化木材细胞壁，提高包装纸材料中细胞壁热塑性的同时，不破坏细胞壁结构，保持木质纤维材料固有的优良属性，从而进一步改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
第四、本申请通过纤维素酶溶液对施胶层进行处理，在纤维素酶溶液中纤维素酶的作用下，基纸层表面存在的毛刺等微原纤被弱化，在机械力的辅助作用下，从纤维表面脱落，有效防止毛刺纤维降低基纸层表面粗糙度，由于纤维素酶的水解作用和处理液振荡带来的机械作用下，突起的短纤维断裂后从基纸层表面脱离，且本申请施胶层中的纤维素酶溶液处理的是基纸层表面，对基纸层内部结构无任何损伤，从而在提高基纸层表面的平滑度的同时，不会对基纸层机械性能造成损伤。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
施胶剂制备
制备例1
一种施胶剂1：
取胶原蛋白10kg、丙烯酸甲酯6kg、乙酸乙烯酯10kg和水85kg，搅拌混合并超声分散，收集得施胶剂1。
制备例2
一种施胶剂2：
取胶原蛋白15kg、丙烯酸甲酯7kg、乙酸乙烯酯15kg和水92kg，搅拌混合并超声分散，收集得施胶剂2。
制备例3
一种施胶剂3：
取胶原蛋白20kg、丙烯酸甲酯8kg、乙酸乙烯酯20kg和水100kg，搅拌混合并超声分散，收集得施胶剂3。
制备例4
一种施胶剂4：
取胶原蛋白10kg、丙烯酸甲酯6kg、乙酸乙烯酯10kg、0.5kg单宁和水85kg，搅拌混合并超声分散，收集得施胶剂4。
制备例5
一种施胶剂5：
取胶原蛋白10kg、丙烯酸甲酯6kg、乙酸乙烯酯10kg、1.3kg单宁和水85kg，搅拌混合并超声分散，收集得施胶剂5。
制备例6
一种施胶剂6：
取胶原蛋白10kg、丙烯酸甲酯6kg、乙酸乙烯酯10kg、2kg单宁和水85kg，搅拌混合并超声分散，收集得施胶剂6。
制备例7
一种乙烯基胶原蛋白
（1）取1kg胶原蛋白添加至15kg的pH为7.0磷酸氢二钠－磷酸二氢钠缓冲溶液中，70℃下加热搅拌溶解，收集得溶解液；
（2）对10kg溶解液中添加2.5kg甲基丙烯酸酐，保温搅拌反应5h；
（3）静置冷却并用去离子水作为透析液，透析处理，收集透析液，真空冷冻干燥得乙烯基胶原蛋白。
制备例8
一种施胶剂7：与制备例4相对，本制备例采用的胶原蛋白为制备例7制备的乙烯基胶原蛋白。
制备例9
一种施胶剂8：与制备例8相对，本制备例还添加了2kg 6mg/g的纤维素酶溶液。
制备例10
一种施胶剂9：与制备例8相对，本制备例还添加了3.5kg 6mg/g的纤维素酶溶液。
制备例11
一种施胶剂10：与制备例8相对，本制备例还添加了5kg 6mg/g的纤维素酶溶液。
实施例
实施例1
一种低粗糙度包装纸的制备方法：
施胶涂覆：将施胶液1分别涂覆至基纸层两层，调节施胶层用量为0.5g/m2，控制涂覆温度为25℃，静置处理后，100℃灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
实施例2
一种低粗糙度包装纸的制备方法：
施胶涂覆：将施胶液1分别涂覆至基纸层两层，调节施胶层用量为1.2g/m2，控制涂覆温度为30℃，静置处理后，100℃灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
实施例3
一种低粗糙度包装纸的制备方法：
施胶涂覆：将施胶剂1分别涂覆至基纸层两层，调节施胶层用量为2g/m2，控制涂覆温度为35℃，静置处理后，100℃灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
实施例4～12
一种低粗糙度包装纸，与实施例1对比，分别采用施胶剂2～10代替实施例1中的施胶剂1，具体组分如下表表1所示。
表1实施例4～12中施胶剂种类
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例13
S1、基纸层定型：取0.2kg氯化1－乙基－3－甲基咪唑置于15kg无水乙醇中，稀释处理并收集得稀释液，将基纸层浸渍于 所述稀释液中，在室温下浸渍处理45min后真空干燥，制备得离子液体塑化层，将包覆有离子液体塑化层的基纸层置于加压装置中，在5MPa、75℃下加压定型处理，收集得定型基纸层；
S2、施胶涂覆：将施胶液1分别涂覆至定型基纸层两层，调节施胶层用量为0.5g/m2，控制涂覆温度为25℃，静置处理后，100℃灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
实施例14
一种低粗糙度包装纸的制备方法：
S1、基纸层定型：取0.2kg氯化1－乙基－2，3－二甲基咪唑置于20kg无水乙醇中，稀释处理并收集得稀释液，将基纸层浸渍于 所述稀释液中，在室温下浸渍处理45min后真空干燥，制备得离子液体塑化层，将包覆有离子液体塑化层的基纸层置于加压装置中，在5MPa、75℃下加压定型处理，收集得定型基纸层；
S2、施胶涂覆：将施胶液1分别涂覆至定型基纸层两层，调节施胶层用量为1.2g/m2，控制涂覆温度为30℃，静置处理后，100℃灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
实施例15
一种低粗糙度包装纸的制备方法：
S1、基纸层定型：取0.2kg氯化1－苄基－3－甲基咪唑置于25kg无水乙醇中，稀释处理并收集得稀释液，将基纸层浸渍于 所述稀释液中，在室温下浸渍处理45min后真空干燥，制备得离子液体塑化层，将包覆有离子液体塑化层的基纸层置于加压装置中，在5MPa、75℃下加压定型处理，收集得定型基纸层；
S2、施胶涂覆：将施胶剂1分别涂覆至定型基纸层两层，调节施胶层用量为2g/m2，控制涂覆温度为35℃，静置处理后，100℃灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
实施例16
一种低粗糙度包装纸，与实施例13区别在于，实施例16采用离子液体采用的是等质量混合的氯化1－乙基－3－甲基咪唑与氯化1－乙基－2，3－二甲基咪唑的混合物。
实施例17
一种低粗糙度包装纸，与实施例13区别在于，实施例17采用离子液体采用的是等质量混合的氯化1－乙基－3－甲基咪唑、氯化1－苄基－3－甲基咪唑与氯化1－乙基－2，3－二甲基咪唑的混合物。
对比例
对比例1
一种低粗糙度包装纸，与实施例1区别在于，对比例1中未添加胶原蛋白。
对比例2
一种低粗糙度包装纸，与实施例1区别在于，对比例2中未添加乙酸乙烯酯。
对比例3
一种低粗糙度包装纸，与实施例1区别在于，对比例3中施胶剂1用量为0.1g/m2。
对比例4
一种低粗糙度包装纸，与实施例1区别在于，对比例4中施胶剂1用量为5g/m2。
性能检测试验
平滑度测试：将实施例1～17和对比例1～4制备的包装纸裁剪为长宽为100mm×100mm的纸张，每组实施例选取10张，分为正反面进行分别置于PPS粗糙度仪中进行PPS值（粗糙度）测试，具体测试结构如下表表2所示：
表2实施例1～14、对比例1～4制备的低粗糙度包装纸的PPS值
Figure 925823DEST_PATH_IMAGE002
现将实施例分为实施例1～5、实施例6～9、实施例10～12、实施例13～14，与对比例1～4和表2性能检测表，对比可以发现：
（1）首先，将实施例1～5结合对比例1～4进行性能对比，从表2中数据可以看出，通过对包装纸材料表面进行施胶处理，通过胶原蛋白对基纸层形成有效的包覆改性，由于而胶原蛋白分子链上的α－活泼氢以及侧链上的羧基、氨基及羟基等官能团极易与乙烯基类单体通过自由基聚合机理发生接枝共聚，接枝成型的胶原蛋白膜材料能在基纸层表面形成良好的薄膜结构，有效改善基纸层的耐曲挠性能；同时本申请优化了施胶层的配方，通过胶原蛋白与包装纸纸质纤维之间形成良好的结合，进一步改善基纸层表面与施胶层表面的结合强度，从而改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
（2）将实施例6～9和实施例1进行对比，实施例6～9的数据明显高于实施例1的数据，由于实施例6～8在施胶剂中添加了单宁，说明本申请技术方案优化了施胶层的组分，通过在该施胶层中添加单宁，并对胶原蛋白结构进行改性，通过乙烯基对胶原蛋白进行有效改性后，与单宁形成良好的结合效果，通过单宁物质中的酚羟基和蛋白质肽键上的羰基形成氢键，使胶原蛋白膜进一步交联，加强了胶原蛋白分子之间的紧密程度，从而使施胶层能有效包覆在基纸层表面并形成稳定紧密的结构，从而进一步改善现有纸基包装材料平滑度不佳的缺陷。
（3）将实施例10～12和实施例9进行对比，由于实施例10～12还添加了纤维素酶进行改性，结合表2数据，说明本申请技术方案通过纤维素酶溶液对施胶层进行处理，在纤维素酶溶液中纤维素酶的作用下，基纸层表面存在的毛刺等微原纤被弱化，在机械力的辅助作用下，从纤维表面脱落，有效防止毛刺纤维降低基纸层表面粗糙度，由于纤维素酶的水解作用和由处理液振荡带来的机械作用下，突起的短纤维断裂后从基纸层表面脱离，且本申请施胶层中的纤维素酶溶液处理的是基纸层表面，对基纸层内部结构无任何损伤，从而在提高基纸层表面的平滑度的同时，不会对基纸层机械性能造成损伤。
（4）将实施例13～17和实施例12进行对比，结合表2数据分析，可以发明，本申请技术方案通过对基纸层表面进行浸渍，由于离子液体能对纸质纤维进行塑化处理，纸质纤维在塑化剂与高温的共同作用下热塑性显著增强，从而使纸质纤维重新获得良好的物理力学性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种低粗糙度包装纸，其特征在于，包括基纸层和施胶层，所述施胶层由施胶剂涂覆而成，所述施胶剂包括以下重量份物质：
胶原蛋白10～20份；
丙烯酸甲酯6～8份；
乙酸乙烯酯10～20份；
水85～100份；
所述基纸层还包括离子液体塑化层，所述离子液体塑化层设于所述基纸层两层以提高所述基纸层平滑度；所述离子液体塑化层采用以下方案制成：
（1）取离子液体置于无水乙醇中，稀释处理并收集得稀释液；
（2）将基纸层浸渍于 所述稀释液中，浸渍处理后真空干燥，即可制备得离子液体塑化层；
所述施胶剂用量为0.5～2.0g/m2；
所述施胶层还包括0.5～1.0重量份的单宁，所述胶原蛋白包括乙烯基胶原蛋白，所述乙烯基胶原蛋白采用以下方案制成：
（1）取胶原蛋白添加至缓冲溶液中，加热搅拌溶解，收集得溶解液；
（2）对溶解液中添加甲基丙烯酸酐，搅拌反应；
（3）静置冷却并用去离子水作为透析液，透析处理，收集得乙烯基胶原蛋白。
2.根据权利要求1所述的一种低粗糙度包装纸，其特征在于，所述离子液体包括氯化1－乙基－3－甲基咪唑、氯化1－乙基－2，3－二甲基咪唑或氯化1－苄基－3－甲基咪唑中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种低粗糙度包装纸，其特征在于，所述施胶层还包括2～5重量份的纤维素酶溶液。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种低粗糙度包装纸的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1、基纸层定型：将包覆有离子液体塑化层的基纸层置于加压装置中，加压定型处理，收集得定型基纸层；
S2、施胶剂制备：将施胶剂各原料搅拌混合并超声分散，收集分散液；
S3、施胶涂覆：将分散液分别涂覆至定型基纸层两层，调节施胶层用量并控制涂覆温度，静置处理后，灭酶处理并自然干燥，即可制备得所述低粗糙度包装纸。
5.根据权利要求4所述的一种低粗糙度包装纸的制备方法，其特征在于，步骤S3所述的涂覆温度为25～35℃。
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