CN115928501B - 一种抗菌包装纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗菌包装纸，属于包装纸制备技术领域，由包装原纸以及其表面的疏水抗菌涂层组成，所述疏水抗菌涂层由抗菌涂布液表面施胶得到，所述抗菌涂布液通过以下步骤得到：将聚乙烯醇加入蒸馏水中，95℃搅拌2‑3h后加入纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油，保温搅拌，得到抗菌涂布液；本发明的多效抗菌剂分子链中含有硅氧烷、端醛基、烷基长链、席夫碱结构和香草醛结构，具有优异的抗菌效果，且能够与纸张纤维表面的羟基、纳米氧化锌表面的羟基、聚乙烯醇分子链的羟基和水解产生的硅醇键发生缩合反应，形成复杂网络，不仅提高了抗菌涂布液与原纸之间的粘合性，并且一方面提高涂层的力学强度，另一方面增强涂层的抗菌性能。

Description

一种抗菌包装纸及其制备方法

技术领域

本发明属于包装纸制备技术领域，具体地，涉及一种抗菌包装纸及其制备方法。

背景技术

包装纸是用作包装为目的的一类纸的统称，通常具有良好的强度、韧性、耐压及耐折等性能，质量要求与文化印刷用纸相比略简单。包装纸的细分纸种很多，大致可分为：普通包装纸、专用包装纸、商标包装纸、防油纸、防潮纸等。专用包装纸根据用途而命名，其性质也各不相同；抗菌包装纸是专用包装纸中的一种，多用于食用包装，其优点在于：一方面抗菌材料可以保障食品品质，减少微生物污染；另一方面抗菌材料还可以有效减少食品中防腐剂的添加，满足消费者的购买需求。

然而细菌在自然环境及人类生活中无处不在，现在的抗菌包装纸一般通过在原纸表面涂覆抗菌涂层实现抗菌性能，但是存在抗菌剂与涂料基质相容差、易迁移、析出等问题，并且现有的包装纸耐水性差，容易吸水滋生细菌，目前多采用含氟拒水剂整理提高耐水性，但是但碳氟化合物价格太高、对人体有害且会改变食物风味，不宜用于食品包装材料中。

因此，有必要提供一种性能更高的抗菌包装纸及其制备方法。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种抗菌包装纸及其制备方法。

本发明要解决的技术问题：

一是解决现有包装纸抗菌涂层中抗菌剂与涂料基质相容差、易迁移、析出等问题，赋予包装纸长久高效的抗菌性能，二是不采用含氟等有害助剂提高包装纸的耐水性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抗菌包装纸，由包装原纸以及其表面的疏水抗菌涂层组成，所述疏水抗菌涂层由抗菌涂布液表面施胶得到。

该抗菌包装纸通过以下步骤制成：

第一步、将质量比为25-35：65-75漂白的针叶木浆和漂白的阔叶木浆混合连续打浆，打浆度为70-80°SR，然后添加烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉，搅拌均匀，得到混合浆；其中烷基乙烯酮二聚体吨纸用量为10-15kg，阳离子淀粉的吨纸用量为10-15kg，烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉的加入有利于提高纸张纤维之间的结合力；

第二步、将混合浆用长网造纸机抄制湿纸页，经压榨后，初步干燥得到包装原纸；

第三步、在包装原纸表面涂覆抗菌涂布液，所述抗菌涂布液的涂覆量为5-10g/m²，涂布结束后，在温度65℃下干燥2h，得到抗菌包装纸。

进一步地，抗菌涂布液通过以下步骤得到：

将聚乙烯醇加入蒸馏水中，升温至95℃搅拌2-3h后，加入纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油，保温搅拌20-30min，得到抗菌涂布液，聚乙烯醇、蒸馏水、纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油的质量比为15：150-160：0.3-0.6：1.5-2.5：1.5。

进一步地，多效抗菌剂通过以下步骤制成：

步骤A1、将蓖麻油、3-巯基丙基硅氧烷和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮加入烧瓶中，加入丙酮作为溶剂，在300W紫外灯照射下反应6-8h，反应结束后，旋蒸去除丙酮，得到硅氧烷基蓖麻油多元醇；

其中，蓖麻油、3-巯基丙基硅氧烷、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和丙酮的用量比为9.3g：5.9-6.1g：0.2-0.3g：150-120mL，在光引发剂的作用下，使蓖麻油分子链中的不饱和双键和3-巯基丙基硅氧烷的巯基发生加成反应，得到硅氧烷基蓖麻油多元醇；

步骤A2、氮气保护下，将硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸加入烧瓶中，搅拌5-10min后，加入带水剂环己烷和对甲苯磺酸，升温至105-110℃，搅拌反应4-5h，反应结束后，旋蒸去除环己烷，得到多效抗菌剂；

其中，硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸的质量比为15.2：3.3-3.5：1.5-1.7，环己烷用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的40-50％，对甲苯磺酸用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的2％，在催化剂的作用下，使硅氧烷基蓖麻油多元醇分子链中羟基与香草醛席夫碱、乙醛酸的羧基发生酯化反应，得到含有烷基长链、端醛基、席夫碱结构和香草醛结构的多效抗菌剂。

进一步地，香草醛席夫碱通过以下步骤制成：

将L-色氨酸和氢氧化钾溶于无水乙醇中，搅拌5-8min后，加入香草醛的乙醇溶液，搅拌反应2-3h，反应结束后，旋蒸去除多余溶剂并进行重结晶，80℃下干燥，得到香草醛席夫碱；L-色氨酸、氢氧化钾、无水乙醇和香草醛的乙醇溶液的用量比为1.02g：0.28g：40-50mL：25mL，香草醛的乙醇溶液中香草醛和无水乙醇的用量比为5mmo l：25mL，以L-色氨酸和香草醛为原料，通过氨基和醛基反应得到香草醛席夫碱。

本发明的有益效果：

本发明提供一种抗菌包装纸，由包装原纸以及其表面的疏水抗菌涂层组成，疏水抗菌涂层由聚乙烯醇基成膜液形成，聚乙烯醇是一种溶于水、能生物降解的廉价生态友好型有机高分子材料，具有良好的氧气阻隔性能和防油性能，并且具有活性羟基，应用于本发明中能够与多效抗菌剂、纳米氧化锌等材料通过化学键连接形成有机无机杂化网络，得到具有抗菌性能、力学性能优异的包装纸，具体原因如下：多效抗菌剂分子链中含有硅氧烷、端醛基、烷基长链、席夫碱结构和香草醛结构，席夫碱亚胺基的杂化轨道上具有孤对电子，席夫碱易与阴离子或巯基结合反应，影响生物膜的合成，从而抑制了微生物的生长和繁殖，而香草醛属于天然生物基酚类物质，苯环上带有羟基具有抗菌效果，这两共同作用赋予多效抗菌剂优异的抗菌效果；醛基能够与聚乙烯醇分子链的羟基等基团发生交联反应，将多效抗菌剂通过化学键锚固于涂层结构中，减少抗菌剂的迁移、析出，保证包装纸的抗菌持久性；硅氧烷能够水解产生硅醇键，进而与纸张纤维表面的羟基、纳米氧化锌表面的羟基、聚乙烯醇分子链的羟基和水解产生的硅醇键发生缩合反应，形成复杂网络，不仅提高了抗菌涂布液与原纸之间的粘合性，还通过化学键将纳米氧化锌锚固于涂层中，一方面提高涂层的力学强度，另一方面增强涂层的抗菌性能；烷基长链的存在基于分子间极性的差异，提高了涂层的疏水性，因此，本发明得到的包装纸不仅抗菌性能持久，且环保健康、耐水性高。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

多效抗菌剂通过以下步骤制成：

步骤A1、将9.3g蓖麻油、5.9g 3-巯基丙基硅氧烷和0.2g 2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮加入烧瓶中，加入150mL丙酮作为溶剂，在300W紫外灯照射下反应6h，反应结束后，旋蒸去除丙酮，得到硅氧烷基蓖麻油多元醇；

步骤A2、氮气保护下，将15.2g硅氧烷基蓖麻油多元醇、3.3g香草醛席夫碱和1.5g乙醛酸加入烧瓶中，搅拌5min后，加入带水剂环己烷和对甲苯磺酸，升温至105℃，搅拌反应4h，反应结束后，旋蒸去除环己烷，得到多效抗菌剂，环己烷用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的40％，对甲苯磺酸用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的2％。

所述香草醛席夫碱通过以下步骤制成：

将1.02g L-色氨酸和0.28g氢氧化钾溶于40mL无水乙醇中，搅拌5min后，加入香草醛的乙醇溶液，搅拌反应2h，反应结束后，旋蒸去除多余溶剂并进行重结晶，80℃下干燥，得到香草醛席夫碱，香草醛的乙醇溶液中香草醛和无水乙醇的用量比为5mmo l：25mL。

实施例2

多效抗菌剂通过以下步骤制成：

步骤A1、将9.3g蓖麻油、6.1g 3-巯基丙基硅氧烷和0.3g 2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮加入烧瓶中，加入120mL丙酮作为溶剂，在300W紫外灯照射下反应8h，反应结束后，旋蒸去除丙酮，得到硅氧烷基蓖麻油多元醇；

步骤A2、氮气保护下，将15.2g硅氧烷基蓖麻油多元醇、3.5g香草醛席夫碱和1.7g乙醛酸加入烧瓶中，搅拌10min后，加入带水剂环己烷和对甲苯磺酸，升温至110℃，搅拌反应5h，反应结束后，旋蒸去除环己烷，得到多效抗菌剂，环己烷用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的50％，对甲苯磺酸用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的2％。

所述香草醛席夫碱通过以下步骤制成：

将1.02g L-色氨酸和0.28g氢氧化钾溶于50mL无水乙醇中，搅拌8min后，加入香草醛的乙醇溶液，搅拌反应3h，反应结束后，旋蒸去除多余溶剂并进行重结晶，80℃下干燥，得到香草醛席夫碱，香草醛的乙醇溶液中香草醛和无水乙醇的用量比为5mmo l：25mL。

对比例1

多效抗菌剂通过以下步骤制成：

将1.02g L-色氨酸和0.28g氢氧化钾溶于40mL无水乙醇中，搅拌5min后，加入香草醛的乙醇溶液，搅拌反应2h，反应结束后，旋蒸去除多余溶剂并进行重结晶，80℃下干燥，得到多效抗菌剂，香草醛的乙醇溶液中香草醛和无水乙醇的用量比为5mmo l：25mL。

实施例3

一种抗菌包装纸，由包装原纸以及其表面的疏水抗菌涂层组成，所述疏水抗菌涂层由抗菌涂布液表面施胶得到。

该抗菌包装纸通过以下步骤制成：

第一步、将质量比为25：75漂白的针叶木浆和漂白的阔叶木浆混合连续打浆，打浆度为70°SR，然后添加烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉，搅拌均匀，得到混合浆；其中烷基乙烯酮二聚体吨纸用量为10kg，阳离子淀粉的吨纸用量为10kg，烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉的加入有利于提高纸张纤维之间的结合力；

第二步、将混合浆用长网造纸机抄制湿纸页，经压榨后，初步干燥得到包装原纸；

第三步、在包装原纸表面涂覆抗菌涂布液，所述抗菌涂布液的涂覆量为5g/m²，涂布结束后，在温度65℃下干燥2h，得到抗菌包装纸。

其中，抗菌涂布液通过以下步骤得到：

将聚乙烯醇加入蒸馏水中，升温至95℃搅拌2h后，加入纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油，保温搅拌20min，得到抗菌涂布液，聚乙烯醇、蒸馏水、纳米氧化锌、实施例1的多效抗菌剂和甘油的质量比为15：150：0.3：1.5：1.5，聚乙烯醇由聚乙烯醇-AH26和聚乙烯醇-1799按照质量比1：1组成，聚乙烯醇-AH26的聚合度为2600，聚乙烯醇-1799的聚合度为1700。

实施例4

一种抗菌包装纸，由包装原纸以及其表面的疏水抗菌涂层组成，所述疏水抗菌涂层由抗菌涂布液表面施胶得到。

该抗菌包装纸通过以下步骤制成：

第一步、将质量比为30：70漂白的针叶木浆和漂白的阔叶木浆混合连续打浆，打浆度为75°SR，然后添加烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉，搅拌均匀，得到混合浆；其中烷基乙烯酮二聚体吨纸用量为12kg，阳离子淀粉的吨纸用量为13kg，烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉的加入有利于提高纸张纤维之间的结合力；

第二步、将混合浆用长网造纸机抄制湿纸页，经压榨后，初步干燥得到包装原纸；

第三步、在包装原纸表面涂覆抗菌涂布液，所述抗菌涂布液的涂覆量为8g/m²，涂布结束后，在温度65℃下干燥2h，得到抗菌包装纸。

其中，抗菌涂布液通过以下步骤得到：

将聚乙烯醇加入蒸馏水中，升温至95℃搅拌2.5h后，加入纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油，保温搅拌25min，得到抗菌涂布液，聚乙烯醇、蒸馏水、纳米氧化锌、实施例2的多效抗菌剂和甘油的质量比为15：155：0.4：2.0：1.5，聚乙烯醇由聚乙烯醇-AH26和聚乙烯醇-1799按照质量比1：1组成，聚乙烯醇-AH26的聚合度为2600，聚乙烯醇-1799的聚合度为1700。

实施例5

一种抗菌包装纸，由包装原纸以及其表面的疏水抗菌涂层组成，所述疏水抗菌涂层由抗菌涂布液表面施胶得到。

该抗菌包装纸通过以下步骤制成：

第一步、将质量比为35：65漂白的针叶木浆和漂白的阔叶木浆混合连续打浆，打浆度为80°SR，然后添加烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉，搅拌均匀，得到混合浆；其中烷基乙烯酮二聚体吨纸用量为15kg，阳离子淀粉的吨纸用量为15kg，烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉的加入有利于提高纸张纤维之间的结合力；

第二步、将混合浆用长网造纸机抄制湿纸页，经压榨后，初步干燥得到包装原纸；

第三步、在包装原纸表面涂覆抗菌涂布液，所述抗菌涂布液的涂覆量为10g/m²，涂布结束后，在温度65℃下干燥2h，得到抗菌包装纸。

其中，抗菌涂布液通过以下步骤得到：

将聚乙烯醇加入蒸馏水中，升温至95℃搅拌3h后，加入纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油，保温搅拌30min，得到抗菌涂布液，聚乙烯醇、蒸馏水、纳米氧化锌、实施例1的多效抗菌剂和甘油的质量比为15：160：0.6：2.5：1.5，聚乙烯醇由聚乙烯醇-AH26和聚乙烯醇-1799按照质量比1：1组成，聚乙烯醇-AH26的聚合度为2600，聚乙烯醇-1799的聚合度为1700。

对比例1

将实施例3中多效抗菌剂替换成对比例1中物质，其余原料及制备过程同实施例3。

对比例2

将实施例3中多效抗菌剂去除，其余原料及制备过程同实施例3。

对实施例3-5和对比例1-2所制备的抗菌包装纸进行测试，吸水性测试按照GB/T1540-2002测试，抗张指数按照GB/T12914-2008测试，抗菌性能按照QB/T2591-2003测试，24h后通过回收细菌数测试抗菌率(％)，测试结果如表1所示：

表1

由表1可以看出，相比于对比例1-2，实施例3-5所制备的包装纸吸水率低，力学性能好，且抗菌性能高。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗菌包装纸，由包装原纸以及其表面的疏水抗菌涂层组成，所述疏水抗菌涂层由抗菌涂布液表面施胶得到，其特征在于，所述抗菌涂布液通过以下步骤得到：

将聚乙烯醇加入蒸馏水中，升温至95℃搅拌2-3h后，加入纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油，保温搅拌后，得到抗菌涂布液，聚乙烯醇、蒸馏水、纳米氧化锌、多效抗菌剂和甘油的质量比为15：150-160：0.3-0.6：1.5-2.5：1.5；

多效抗菌剂通过以下步骤制成：

步骤A1、将蓖麻油、3-巯基丙基硅氧烷、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和丙酮混合，300W紫外灯照射下反应6-8h，得到硅氧烷基蓖麻油多元醇；

步骤A2、氮气保护下，将硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸混合，加入环己烷和对甲苯磺酸，升温至105-110℃，搅拌反应4-5h，得到多效抗菌剂；

香草醛席夫碱通过以下步骤制成：

将L-色氨酸和氢氧化钾溶于无水乙醇中，搅拌5-8min后，加入香草醛的乙醇溶液，搅拌反应2-3h，得到香草醛席夫碱。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌包装纸，其特征在于，蓖麻油、3-巯基丙基硅氧烷、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮和丙酮的用量比为9.3g：5.9-6.1g：0.2-0.3g：150-120mL。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌包装纸，其特征在于，硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸的质量比为15.2：3.3-3.5：1.5-1.7。

4.根据权利要求1所述的一种抗菌包装纸，其特征在于，环己烷用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的40-50%，对甲苯磺酸用量为硅氧烷基蓖麻油多元醇、香草醛席夫碱和乙醛酸质量和的2%。

5.根据权利要求1所述的一种抗菌包装纸，其特征在于，香草醛的乙醇溶液中香草醛和无水乙醇的用量比为5mmol：25mL。

6.根据权利要求1所述的一种抗菌包装纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将质量比为25-35：65-75漂白的针叶木浆和漂白的阔叶木浆混合连续打浆，打浆度为70-80°SR，然后添加烷基乙烯酮二聚体和阳离子淀粉，搅拌均匀，得到混合浆，将混合浆用长网造纸机抄制湿纸页，经压榨后，初步干燥得到包装原纸；

第二步、在包装原纸表面涂覆抗菌涂布液，涂布结束后，在温度65℃下干燥2h，得到抗菌包装纸。