CN115852735B - 一种防水防油涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防水防油涂料及其制备方法和应用。本发明的防水防油涂料包括以下质量百分比的组分：柑橘属果皮提取液：10％～20％；细菌纤维素：1％～2％；纳米碳酸钙：1％～2％；甘油：3％～6％；食品级增稠剂：3％～5％；食品级消泡剂：0.2％～0.6％；食品级乳化剂：0.5％～1％；水：余量。本发明的防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、食品级增稠剂、食品级消泡剂、食品级乳化剂和水混匀，即得防水防油涂料。本发明的防水防油涂料可以赋予纸基材料优异的防水防油性能，且可降解、制备工艺简单、生产成本低，适合进行大规模工业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种防水防油涂料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，外卖行业迅速发展，给人们的生活带来了极大的便利，但同时也产生了大量的塑料垃圾。塑料垃圾在自然界中最终会转化成尺寸极为细小的微塑料，微塑料对于动植物生存会造成严重损害。
目前，很多企业开始采用PE淋膜纸、PLA淋膜纸等纸基材料来替代传统的塑料材料，以降低对环境的不良影响。然而，PE淋膜纸仍然需要使用不易降解的PE，并没有从根本上解决塑料垃圾带来的环境污染问题，而PLA淋膜纸虽然采用的是可降解的聚乳酸(PLA)，但PLA只能在特定的理想环境下降解，如果未经完善的回收处理，则依然会造成与不可降解塑料一样的危害。此外，很多企业为了提升食品包装纸基材料的防水防油性能，还会使用价格昂贵的含氟化合物，而含氟化合物存在生物安全隐患，可能会诱发癌症。综上可知，现有的食品包装纸基材料均难以完全满足实际应用要求。
因此，开发一种防水防油性能优异、可降解的食品包装用涂料具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防水防油涂料及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种防水防油涂料，其包括以下质量百分比的组分：
柑橘属果皮提取液：10％～20％；
细菌纤维素：1％～2％；
纳米碳酸钙：1％～2％；
甘油：3％～6％；
食品级增稠剂：3％～5％；
食品级消泡剂：0.2％～0.6％；
食品级乳化剂：0.5％～1％；
水：余量。
优选的，所述柑橘属果皮提取液是由包括以下步骤的制备方法制成：
1)将柑橘属果皮干燥后粉碎、过筛，得到柑橘属果皮粉末；
2)将柑橘属果皮粉末加入次氯酸钠溶液中，再调节pH值至3～4，再50℃～60℃下恒温搅拌，再进行超声处理，静置，取上清液，即得柑橘属果皮提取液。
优选的，步骤1)所述柑橘属果皮为橘子皮、柚子皮中的至少一种。柑橘属果实的中果皮是白皮层，内果皮是囊衣，这两层果皮主要含有果胶、类黄酮、维生素、纤维素、类柠檬苦素等，其中，果胶含量达鲜果皮的4％左右或者干果皮的20％左右，果皮里天然存在的原果胶为水不溶性分子，其与纤维素紧密结合在一起，构成相邻细胞中间层粘结物，使纤维素纤维紧紧黏结在一起，丰富的纤维素纤维和果胶可以通过果胶的粘结作用形成稳定的网络结构，具有良好的成膜性，同时果胶上暴露的羧基与纤维素上的羟基可以通过酯化反应消除亲水基团，提升材料的防水能力，可以解决现阶段天然材料无法同时进行防水防油的问题。
优选的，步骤1)所述柑橘属果皮为果形端正、无畸形、果肉光洁明亮、果梗新鲜的柑橘属果实外皮。
优选的，步骤1)所述干燥在50℃～60℃下进行，干燥时间为40min～50min。
优选的，步骤1)所述过筛为过50目筛。
优选的，步骤2)所述超声处理的超声功率为200W～300W，处理时间为10min～20min。
优选的，所述细菌纤维素的聚合度为2000～4000。
优选的，所述细菌纤维素进行过灭菌、除杂和脱色处理。
优选的，所述纳米碳酸钙的粒径为10nm～20nm。
优选的，所述食品级增稠剂为黄原胶、鱼鳔胶、酸法明胶中的至少一种。
优选的，所述食品级消泡剂为硬脂酸十八醇酯、聚二甲基硅氧烷、山梨糖醇酐脂肪酸酯中的至少一种。
优选的，所述食品级乳化剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、聚山梨酯-80(吐温-80)、山梨醇酐棕榈酸酯(司班-40)中的至少一种。
一种如上所述的防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、食品级增稠剂、食品级消泡剂、食品级乳化剂和水混匀，即得防水防油涂料。
优选的，所述混匀在搅拌机转速为10000r/min～14000r/min的条件下进行，搅拌时间为10min～15min。
一种纸基材料，其表面涂覆有上述防水防油涂料。
一种食品包装，包含上述纸基材料。
本发明的有益效果是：本发明的防水防油涂料可以赋予纸基材料优异的防水防油性能，且可降解、制备工艺简单、生产成本低，适合进行大规模工业化应用。
具体来说：
1)本发明的防水防油涂料采用的所有原料均为天然可降解材料，从根本上解决了PE淋膜纸、PLA淋膜纸易引起的白色污染和塑料危害问题；
2)本发明的防水防油涂料采用的所有原料均为食品级原料，适合用于食品包装接触用纸，可以达到市场现有的食品包装纸的防油防水标准，更加环保健康，且可循环利用；
3)本发明的防水防油涂料为水性溶液，制备过程无有机溶剂污染，操作工艺简单，原料成本低廉，具有良好的工业前景；
4)本发明的防水防油涂料采用的所有原料均具有良好的水分散性，柑橘属果皮提取液中的果胶和纤维素能够在水溶液中暴露出丰富的羧基和羟基，通过氢键结合和疏水作用形成较为致密的网络结构，可与纸基材料紧密结合，柑橘属果皮中还含有大量精油，具有杀菌作用，可以使涂料具有良好持久的抗菌防腐效果，通过加入食品级增稠剂可以提高涂料的成膜性能，通过加入纳米碳酸钙可以填充纸基表面形成致密的薄膜，赋予纸张良好的防油防水性能(防油等级kit>6级，防水性能cobb值可达6.7g/m2～8.2g/m2)。
附图说明
图1为实施例1中的食品级白纸的SEM图。
图2为实施例1中的涂布纸的SEM图。
图3为实施例1中的涂布纸的防水防油效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种防水防油涂料，其组成如下表所示：
表1一种防水防油涂料的组成表
上述防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将120g的新鲜橘子皮(果形端正、无畸形、果肉光洁明亮、果梗新鲜的橘子外皮)放入烘箱，60℃烘40min，粉碎，过50目筛，得到28g的柑橘属果皮粉末；
2)将柑橘属果皮粉末加入300mL质量分数10％的次氯酸钠溶液中，再加入质量分数10％的柠檬酸溶液调节pH值至3～4，再55℃下恒温搅拌，再200W超声处理15min，静置30min，取上清液，得到20g的柑橘属果皮提取液；
3)将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、黄原胶、硬脂酸十八醇酯、十二烷基硫酸钠和去离子水混合，在搅拌机转速为10000r/min的条件下搅拌10min，即得防水防油涂料。
一种涂布纸，其制备方法包括以下步骤：
使用RDS40号涂膜棒在38g/m2的食品级白纸上涂布本实施例的防水防油涂料，涂布量为7.8g/m2，再置于烘箱中，70℃烘5min，再120℃烘2min，得到涂布纸。
性能测试：
1)本实施例中的食品级白纸的扫描电镜(SEM)图如图1所示，涂布纸的SEM图如图2所示。
由图1和图2可知：防水防油涂料在食品级白纸表面形成了一层致密、表面光滑的阻隔薄膜，该阻隔薄膜完全覆盖了食品级白纸中纤维原有的孔洞，达到了防油防水的效果。
2)测定本实施例的涂布纸的防油性，测得防油等级kit>7级，再将120℃的食用油均匀倒在涂布纸上，试样表面没有渗点，防油效果良好，再测定涂布纸的防水性能，测得cobb60值为8.2g/m2，可耐95℃热水(防水防油效果图如图3所示，图中，左边为水，右边为食用油)。
实施例2：
一种防水防油涂料，其组成如下表所示：
表2一种防水防油涂料的组成表
上述防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将90g的新鲜橘子皮(果形端正、无畸形、果肉光洁明亮、果梗新鲜的橘子外皮)放入烘箱，60℃烘40min，粉碎，过50目筛，得到15g的柑橘属果皮粉末；
2)将柑橘属果皮粉末加入120mL质量分数10％的次氯酸钠溶液中，再加入质量分数10％的柠檬酸溶液调节pH值至3～4，再55℃下恒温搅拌，再200W超声处理15min，静置30min，取上清液，得到10g的柑橘属果皮提取液；
3)将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、黄原胶、硬脂酸十八醇酯、十二烷基硫酸钠和去离子水混合，在搅拌机转速为10000r/min的条件下搅拌10min，即得防水防油涂料。
一种涂布纸，其制备方法包括以下步骤：
使用RDS50号涂膜棒在38g/m2的食品级白纸上涂布本实施例的防水防油涂料，涂布量为5.3g/m2，再置于烘箱中，70℃烘5min，再120℃烘2min，得到涂布纸。
性能测试：
测定本实施例的涂布纸的防油性，测得防油等级kit>7级，再将120℃的食用油均匀倒在涂布纸上，试样表面没有渗点，防油效果良好，再测定涂布纸的防水性能，测得cobb60值为6.7g/m2，可耐95℃热水。
实施例3：
一种防水防油涂料，其组成如下表所示：
表3一种防水防油涂料的组成表
上述防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将100g的新鲜橘子皮(果形端正、无畸形、果肉光洁明亮、果梗新鲜的橘子外皮)放入烘箱，60℃烘40min，粉碎，过50目筛，得到18g的柑橘属果皮粉末；
2)将柑橘属果皮粉末加入200mL质量分数10％的次氯酸钠溶液中，再加入质量分数10％的柠檬酸溶液调节pH值至3～4，再55℃下恒温搅拌，再200W超声处理15min，静置30min，取上清液，得到15g的柑橘属果皮提取液；
3)将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、鱼鳔胶、山梨糖醇酐脂肪酸酯、吐温-80和去离子水混合，在搅拌机转速为10000r/min的条件下搅拌10min，即得防水防油涂料。
一种涂布纸，其制备方法包括以下步骤：
使用RDS50号涂膜棒在38g/m2的食品级白纸上涂布本实施例的防水防油涂料，涂布量为6.2g/m2，再置于烘箱中，60℃烘10min，再120℃烘2min，得到涂布纸。
性能测试：
测定本实施例的涂布纸的防油性，测得防油等级kit>6级，再将120℃的食用油均匀倒在涂布纸上，试样表面没有渗点，防油效果良好，再测定涂布纸的防水性能，测得cobb60值为7.8g/m2，可耐95℃热水。
实施例4：
一种防水防油涂料，其组成如下表所示：
表4一种防水防油涂料的组成表
上述防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将120g的新鲜柚子皮(果形端正、无畸形、果肉光洁明亮、果梗新鲜的柚子外皮)放入烘箱，60℃烘40min，粉碎，过50目筛，得到28g的柑橘属果皮粉末；
2)将柑橘属果皮粉末加入300mL质量分数10％的次氯酸钠溶液中，再加入质量分数10％的柠檬酸溶液调节pH值至3～4，再55℃下恒温搅拌，再200W超声处理15min，静置30min，取上清液，得到20g的柑橘属果皮提取液；
3)将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、酸法明胶、硬脂酸十八醇酯、十二烷基硫酸钠和去离子水混合，在搅拌机转速为10000r/min的条件下搅拌10min，即得防水防油涂料。
一种涂布纸，其制备方法包括以下步骤：
使用RDS40号涂膜棒在38g/m2的食品级白纸上涂布本实施例的防水防油涂料，涂布量为6.3g/m2，再置于烘箱中，70℃烘5min，再120℃烘2min，得到涂布纸。
性能测试：
测定本实施例的涂布纸的防油性，测得防油等级kit>6级，再将120℃的食用油均匀倒在涂布纸上，试样表面没有渗点，防油效果良好，再测定涂布纸的防水性能，测得cobb60值为7.9g/m2，可耐95℃热水。
实施例5：
一种防水防油涂料，其组成如下表所示：
表5一种防水防油涂料的组成表
上述防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将120g的新鲜柚子皮(果形端正、无畸形、果肉光洁明亮、果梗新鲜的柚子外皮)放入烘箱，60℃烘40min，粉碎，过50目筛，得到28g的柑橘属果皮粉末；
2)将柑橘属果皮粉末加入300mL质量分数10％的次氯酸钠溶液中，再加入质量分数10％的柠檬酸溶液调节pH值至3～4，再55℃下恒温搅拌，再200W超声处理15min，静置30min，取上清液，得到20g的柑橘属果皮提取液；
3)将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、鱼鳔胶、山梨糖醇酐脂肪酸酯、吐温-80和去离子水混合，在搅拌机转速为10000r/min的条件下搅拌10min，即得防水防油涂料。
一种涂布纸，其制备方法包括以下步骤：
使用RDS40号涂膜棒在38g/m2的食品级白纸上涂布本实施例的防水防油涂料，涂布量为6.1g/m2，再置于烘箱中，60℃烘10min，再120℃烘2min，得到涂布纸。
性能测试：
测定本实施例的涂布纸的防油性，测得防油等级kit>6级，再将120℃的食用油均匀倒在涂布纸上，试样表面没有渗点，防油效果良好，再测定涂布纸的防水性能，测得cobb60值为8.1g/m2，可耐95℃热水。
实施例6：
一种防水防油涂料，其组成如下表所示：
表6一种防水防油涂料的组成表
上述防水防油涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将100g的新鲜柚子皮(果形端正、无畸形、果肉光洁明亮、果梗新鲜的柚子外皮)放入烘箱，60℃烘40min，粉碎，过50目筛，得到18g的柑橘属果皮粉末；
2)将柑橘属果皮粉末加入200mL质量分数10％的次氯酸钠溶液中，再加入质量分数10％的柠檬酸溶液调节pH值至3～4，再55℃下恒温搅拌，再200W超声处理15min，静置30min，取上清液，得到15g的柑橘属果皮提取液；
3)将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、黄原胶、硬脂酸十八醇酯、十二烷基硫酸钠和去离子水混合，在搅拌机转速为10000r/min的条件下搅拌10min，即得防水防油涂料。
一种涂布纸，其制备方法包括以下步骤：
使用RDS50号涂膜棒在38g/m2的食品级白纸上涂布本实施例的防水防油涂料，涂布量为5.6g/m2，再置于烘箱中，60℃烘10min，再120℃烘2min，得到涂布纸。
性能测试：
测定本实施例的涂布纸的防油性，测得防油等级kit>7级，再将120℃的食用油均匀倒在涂布纸上，试样表面没有渗点，防油效果良好，再测定涂布纸的防水性能，测得cobb60值为7.1g/m2，可耐95℃热水。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种防水防油涂料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：
柑橘属果皮提取液：10％～20％；
细菌纤维素：1％～2％；
纳米碳酸钙：1％～2％；
甘油：3％～6％；
食品级增稠剂：3％～5％；
食品级消泡剂：0.2％～0.6％；
食品级乳化剂：0.5％～1％；
水：余量；
所述柑橘属果皮提取液是由包括以下步骤的制备方法制成：1)将柑橘属果皮干燥后粉碎、过筛，得到柑橘属果皮粉末；2)将柑橘属果皮粉末加入次氯酸钠溶液中，再调节pH值至3～4，再50℃～60℃下恒温搅拌，再进行超声处理，静置，取上清液，即得柑橘属果皮提取液。
2.根据权利要求1所述的防水防油涂料，其特征在于：步骤1)所述柑橘属果皮为橘子皮、柚子皮中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的防水防油涂料，其特征在于：步骤2)所述超声处理的超声功率为200W～300W，处理时间为10min～20min。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的防水防油涂料，其特征在于：所述细菌纤维素的聚合度为2000～4000。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的防水防油涂料，其特征在于：所述纳米碳酸钙的粒径为10nm～20nm。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的防水防油涂料，其特征在于：所述食品级增稠剂为黄原胶、鱼鳔胶、酸法明胶中的至少一种；所述食品级消泡剂为硬脂酸十八醇酯、聚二甲基硅氧烷、山梨糖醇酐脂肪酸酯中的至少一种；所述食品级乳化剂为十二烷基硫酸钠、聚山梨酯-80、山梨醇酐棕榈酸酯中的至少一种。
7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的防水防油涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柑橘属果皮提取液、细菌纤维素、纳米碳酸钙、甘油、食品级增稠剂、食品级消泡剂、食品级乳化剂和水混匀，即得防水防油涂料。
8.一种纸基材料，其特征在于，表面涂覆有权利要求1～6中任意一项所述的防水防油涂料。
9.一种食品包装，其特征在于，包含权利要求8所述的纸基材料。
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