CN115323827A - 无氟食品接触包装纸用涂布液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种无氟食品接触包装纸用涂布液及其制备方法和应用。其技术方案为：涂布液包括以下质量比的组分丙烯酸树脂5%‑25%，黏土0.1%‑2%，淀粉5%‑25%，微纳米纤维素0.1%‑2%，甘油0.1%‑1%，生物基蜡0%‑2%，余量为水，以上组分按照比例以及一定的加料顺序进行机械搅拌制备得到涂布液，并将制得的涂布液应用于无氟食品接触包装纸。本发明克服了现有技术的缺点，涂布液更容易制备，防油效果好，且价格更低，符合食品接触的安全标准，从而获得工业化推广的前景。

Description

无氟食品接触包装纸用涂布液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种无氟食品接触包装纸用涂布液及其制备方法和应用。
背景技术
全氟或多氟烷基化合物（PFAS）是一系列的合成有机氟化物总称，PFAS主要是指一类烷基直链或者支链中氢原子全部或部分被氟取代的有机化合物，包括全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸盐（PFOS）和其他有机氟化物。PFAS由于其特殊的理化性质，常用于制造具有防污、防水、防油脂的日用品。自20世纪40年代以来，PFAS已在全球多个行业制造和使用，其中PFOA和PFOS是这些化学物质中生产和应用最广泛的。
随着科技的发展，人们对PFOA和PFOS等几种PFAS的毒性及其对环境影响的研究较为深入，这些化合物作为持久性有机污染物，可以长期稳定存在于环境中并具有生物积累性，且已表明会对实验动物造成肝脏毒性、发育生殖毒性、遗传免疫毒性以及具有致癌性。因此，世界各国相继出台了法律法规来限制或禁止在食品接触包装领域使用含氟化学品。
随着含氟化学品的限制使用，无氟化学品的开发需求日益增加。无氟化学品接触包装纸用化学品沉积涂料作为一种不含有任何形式的氟元素的化学品，其防油的作用机理是在原纸的表面形成高阻隔性的疏油涂层，可以满足防油需求，但目前的涂布液主要成分为丙烯酸树脂、生物质蜡乳液、纳米纤维素、壳聚糖或大豆分离蛋白等，丙烯酸树脂和生物质蜡乳液在低涂布量条件下不能达到很好的防油效果，高涂布量往往导致成本增高，纳米纤维素、壳聚糖或大豆分离蛋白等完全生物质的涂层材料成本较高，来源也不稳定，很难满足工业化生产的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种无氟食品接触包装纸用涂布液，既具有防油的性能，又具有良好的生物相容性，同时获得了丙烯酸树脂和生物质材料的优点。
本发明的技术方案为：
第一方面，公开了一种无氟食品接触包装纸用涂布液，由以下质量百分比的组分制成：
丙烯酸树脂 5%-25%
黏土 0.1%-2%
淀粉 5%-25%
微纳米纤维素 0.1%-2%
甘油 0.1%-1%
生物基蜡 0%-2%
水 余量。
优选的，丙烯酸树脂为丙烯酸树脂乳液，该树脂乳液固含量在10-50wt%。
优选的，黏土为蒙脱土、高岭土和膨润土中的一种或几种的混合物。
优选的，所述淀粉为低粘度淀粉，粘度小于2000 Pa·s。
优选的，所述淀粉为阳离子淀粉、预糊化淀粉、氧化淀粉和酶解淀粉中的一种或几种的混合物。
优选的，微纳米纤维素为微纳米纤维素的分散体，纤维长度100-1000μm，直径5-100μm，分散体固含量为2-10wt%。
优选的，生物基蜡为乳液形态的蜂蜡、棕榈蜡和石蜡中的一种或几种的混合物，生物基蜡固含量为10-50wt%。
第二方面公开了无氟食品接触包装纸用涂布液的制备方法，包括以下步骤：
1）向微纳米纤维素中加水，在转速不低于8000r/min的高速搅拌下分散均匀，在转速为200-500r/min的中速搅拌下，向其中分批次加入黏土，最后加入甘油，制得微纳米防油填充物；
2）在转速为200-500r/min的中速搅拌下向水中加入淀粉，淀粉糊化后，再向其中加入微纳米防油填充物，在转速为500-1000r/min的中高速搅拌下分散均匀，在转速为50-200r/min的中低速搅拌下加入丙烯酸树脂，继续搅拌，加入生物基蜡搅拌均匀，过滤，得到涂布液。
第三方面，公开了无氟食品接触包装纸用涂布液在纸张表面涂布中的应用，其特征在于，具体方法如下：
1）根据原纸的最大吸收值、涂布设备和涂布量配制沉积涂料的浓度；
2）原纸的涂布加工，涂布车速为200-800m/min，涂布液浓度为20-34%，涂布量为2.8-6.2g/m2；
3）涂布后的原纸于70-75℃烘缸烘干，得到无氟食品接触用纸张。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1. 本发明的无氟食品接触包装纸用涂布液，为丙烯酸树脂和生物质基材料复配的涂布液，其中淀粉的占比大可以很大程度的降低丙烯酸树脂的使用量，降低生产成本，同时淀粉作为多羟基的生物质材料，有很有好的防油性能；添加的生物质基微纳米填充物对纸张的防油有明显效果，制备成的涂布液具有防油的性能，又具有良好的生物相容性，同时获得了丙烯酸树脂和生物质材料的优点，符合食品接触的安全标准，从而获得工业化推广的前景；2. 本发明通过特定顺序的机械搅拌混合最终得到涂布液，相比单一或复合使用丙烯酸树脂、蜡乳液、丙烯酸接枝的淀粉或者其他改性淀粉类防油剂产品，无需对其中的原料进行化学改性，本发明的产品更易获得，且产品价格更低；3.本发明制备的涂布液体系稳定，使用方便，可原液直接涂布，也可以稀释之后使用，可根据实际生产的设备情况进行调整物料配比和涂布量，控制成本和涂布量；4. 本发明的涂布液对涂布原纸的定量、孔隙率和吸收值等无特殊要求，适用的原纸广泛，当涂布量2.8g/m2时，即可以满足6级防油的标准；5. 本发明使用的淀粉为特定的低粘度淀粉，克服了淀粉浓度小粘度高的缺点，保证了配方中高比例淀粉的同时又不明显提升粘度。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种无氟食品接触包装纸用涂布液，具体制备方法如下，以下百分比为重量百分比：
1）取1%微纳米纤维素，纤维长度为100-1000μm，直径5-100μm，分散体固含量为10wt%，置于大烧杯中，向其中加入53%的去离子水，转速为8000 r/min搅拌分散均匀；转速为200r/min搅拌下，分三次加入1%蒙脱土BENTONE-EW，混合均匀后加入1%甘油，制备得到微纳米防油填充物；
2）在500 r/min搅拌下，向13%去离子水中加入25%阳离子淀粉，粘度为1200 Pa·s，加热至85℃糊化，阳离子淀粉糊化后，向其中加入步骤1）制备的微纳米防油填充物，500r/min的转速下搅拌均匀；调整转速为50 r/min搅拌条件下加入5%（以绝干计）丙烯酸树脂乳液CHT-230，控制转速不高于200 r/min，保证在搅拌过程中不产生泡沫，以免粘度变化，对纸张涂布质量产生影响；加入1%蜡乳液BYK AQUACER 581，搅拌均匀，过滤，得到涂布液。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2中，丙烯酸树脂的加入量为25%，淀粉的加入量为5%，其他条件相同。
实施例3
本实施例提供了一种无氟食品接触包装纸用涂布液，具体制备方法如下，以下百分比为重量百分比：
1）取0.1%微纳米纤维素，纤维长度为100-1000μm，直径5-100μm，分散体固含量为2wt%，向其中加入63%的去离子水，转速为9000 r/min搅拌分散均匀；转速为500r/min搅拌下，分三次加入0.1%高岭土ASP NC X-1，混合均匀后加入0.1%甘油，制备得到微纳米防油填充物；
2）在200r/min搅拌下，向16.7%去离子水中加入10%预糊化淀粉，粘度为800 Pa·s，预糊化淀粉在室温糊化后，向其中加入步骤1）制备的微纳米防油填充物，100r/min的转速下搅拌均匀；调整转速为200 r/min搅拌条件下加入10%（以绝干计）丙烯酸树脂乳液WantiPro 0502，控制转速不高于200 r/min，控制在搅拌过程中不产生泡沫，过滤，得到涂布液。
实施例4
本实施例提供了一种无氟食品接触包装纸用涂布液，具体制备方法如下，以下百分比为重量百分比：
1）取1%微纳米纤维素，纤维长度为100-1000μm，直径5-100μm，分散体固含量为2wt%，向其中加入66%的去离子水，转速为9000 r/min搅拌分散均匀；转速为500r/min搅拌下，分三次加入2%钠基膨润土（1250目），混合均匀后加入1%甘油，制备得到微纳米防油填充物；
2）在200r/min搅拌下，向21%去离子水中加入10%氧化淀粉，粘度为400 Pa·s，加热至85℃糊化，氧化淀粉糊化后，向其中加入步骤1）制备的微纳米防油填充物，100r/min的转速下搅拌均匀；调整转速为200 r/min搅拌条件下加入10%（以绝干计）丙烯酸树脂乳液WantiPro 0504，控制转速不高于200 r/min，在搅拌过程中不产生泡沫，加入2%生物质蜡乳液AQUACER 561，搅拌均匀，过滤，得到涂布液。
实施例5
本实施例提供了一种无氟食品接触包装纸用涂布液，具体制备方法如下，以下百分比为重量百分比：
1）取2%微纳米纤维素，纤维长度为100-1000μm，直径5-100μm，分散体固含量为10wt%，向其中加入68%的去离子水，转速为9000r/min搅拌分散均匀；转速为500r/min搅拌下，分三次加入1%蒙脱土BENTONE-988，混合均匀后加入1%甘油，制备得到微纳米防油填充物；
2）在200r/min搅拌下，向22%去离子水中加入10%酶解淀粉，粘度为100 Pa·s，加热至85℃糊化，酶解淀粉糊化后，向其中加入步骤1）制备的微纳米防油填充物，100r/min的转速下搅拌均匀；调整转速为200r/min搅拌条件下加入10%（以绝干计）丙烯酸树脂乳液CHT-230，控制转速不高于200r/min，在搅拌过程中不产生泡沫，加入1%蜡乳液ULTRALUBED-806，搅拌均匀，过滤，得到涂布液。
对比例1
在200r/min搅拌下，向22%去离子水中加入10%酶解淀粉，粘度为100 Pa·s，淀粉糊化后；调整转速为200r/min搅拌条件下加入10%（以绝干计）丙烯酸树脂乳液CHT-230，控制转速不高于200r/min，在搅拌过程中不产生泡沫，加入1%蜡乳液ULTRALUBE D-806，搅拌均匀，过滤，得到涂布液。
对比例2
取2%微纳米纤维素，纤维长度为100-1000μm，直径5-100μm，分散体固含量为10wt%，向其中加入68%的去离子水，转速为9000 r/min搅拌分散均匀；转速为500r/min搅拌下，分三次加入1%蒙脱土BENTONE-988，混合均匀后加入1%甘油，制备得到微纳米防油填充物；
搅拌条件下加入10%（以绝干计）丙烯酸树脂乳液CHT-230，控制转速不高于200 r/min，在搅拌过程中不产生泡沫，加入1%蜡乳液ULTRALUBE D-806，搅拌均匀，过滤，得到涂布液。
利用实施例1-5以及对比例1-2制备的涂布液制备无氟食品接触用包装纸的应用实施例，具体方法如下：
1）根据目标设定的车速和涂布量进行调整涂布液的浓度，同时需要考虑涂布液的粘度，将实施例1-5以及对比例1-2制备的涂布液用去离子水稀释至指定的浓度。
2）涂布实验：
涂布原纸，轻度浆内施胶，Cobb60值15~35g/m2，采用克重为25，30，45g/m2纸张。在中试的并列辊式涂布机中加入10kg涂布液，车速从200m/min~800m/min逐步提升，取不同车速下的涂布纸样，测试对应的涂布量和防油等级，防油等级的测试方法按照“Kit test”(TAPPI Method T559)进行测试，防油等级最高为12级，最低为1级，防油纸的等级越高，则表示纸张耐油性越强，具体测试结果如表1所示。
施工方式：原纸双面涂布；
烘缸控温，温度设定85±2℃；
水分控制：≤4%；
表 1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1可见，涂布液的固含量与涂布量直接相关，测速在400 m/min以下时，对涂布量影响不明显，高的涂布量以得到更高的防油等级。当车速超过600 m/min 时，涂布量下降，防油效果随之下降，但仍然可以高于6级的防油要求。此外，在所测试的过程中使用加热的植物油进行测试，当涂布纸的防油等级大于8时，可以满足70 ℃热油滴不扩散的测试。
由表1可见，根据实施例1-5中的实验结论，要获得高的涂布量，需要把涂布液的浓度控制高于某一个范围之上。如果不加入微纳米防油填充物，由对比例1的实验结论可知，虽然具有一定的防油性，但是因为没有填充物，防油涂料的涂布效果下降；对比例2的结果显示，如果不加入淀粉，即多羟基的可疏油的材料，仅靠有限厚度的丙烯酸树脂涂层，可实现一定程度的防油性能，但不能达到要求。另外，涂布加工的车速对防油等级的影响不大。
实施例6
实施例6为实施例1-5以及对比例1-2制备的涂布液高温稳定性能测试，具体方法如下：
将实施例1-5以及对比例1-2制备的涂布液恒温（35℃），在密闭包装条件下，静置10天，观察涂布液性能。
经高温稳定性能测试，实施例1-5和对比例1-2制备的涂布液均一稳定，无分层现象，不发臭，本发明基于无氟食品接触包装纸用化学品的稳定性符合常规水性涂料的要求。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内，因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.无氟食品接触包装纸用涂布液，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：
丙烯酸树脂 5%-25%
黏土 0.1%-2%
淀粉 5%-25%
微纳米纤维素 0.1%-2%
甘油 0.1%-1%
生物基蜡 0%-2%
水 余量。
2.如权利要求1所述的无氟食品接触包装纸用涂布液，其特征在于，丙烯酸树脂为丙烯酸树脂乳液，该树脂乳液固含量为10-50wt%。
3.如权利要求1所述的无氟食品接触包装纸用涂布液，其特征在于，黏土为蒙脱土、高岭土和膨润土中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述的无氟食品接触包装纸用涂布液，其特征在于，所述淀粉为低粘度淀粉，粘度小于2000Pa·s。
5.如权利要求1所述的无氟食品接触包装纸用涂布液，其特征在于，所述淀粉为阳离子淀粉、预糊化淀粉、氧化淀粉和酶解淀粉中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1所述的无氟食品接触包装纸用涂布液，其特征在于，微纳米纤维素为微纳米纤维素的分散体，纤维长度100-1000μm，直径5-100μm，分散体固含量为2-10wt%。
7.如权利要求1所述的无氟食品接触包装纸用涂布液，其特征在于，生物基蜡为乳液形态的蜂蜡、棕榈蜡、米糠蜡和石蜡中的一种或几种的混合物，生物基蜡固含量为10-50wt%。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的无氟食品接触包装纸用涂布液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）向微纳米纤维素中加水，在转速不低于8000r/min的高速搅拌下分散均匀，在转速为200-500r/min的中速搅拌下，向其中分批次加入黏土，最后加入甘油，制得微纳米防油填充物；
2）在转速为200-500r/min的中速搅拌下向水中加入淀粉，淀粉糊化后，再向其中加入微纳米防油填充物，在转速为500-1000r/min的中高速搅拌下分散均匀，在转速为50-200r/min的中低速搅拌下加入丙烯酸树脂，继续搅拌，加入生物基蜡搅拌均匀，过滤，得到涂布液。
9.一种权利要求1-7任意一项所述的无氟食品接触包装纸用涂布液在纸张表面涂布中的应用，其特征在于，具体方法如下：
1）原纸的涂布加工，涂布车速为200-800m/min，涂布液浓度为20-34%，涂布量为2.8-6.2g/m2；
2）涂布后的原纸于70~75℃烘缸烘干，得到无氟食品接触用纸张。
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