CN116285683A - 一种高热封强度、高阻隔性能涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高热封强度、高阻隔性能涂料及其制备方法，包括如下步骤：将胶原纤维加热溶解后，向其中加入戊二醛，戊二醛的加入量为胶原纤维质量的1％‑10％，混合搅拌反应0.5‑1h；反应完毕后，依次向其中加入淀粉、纳米纤维素和海藻酸钠，加热条件下搅拌混匀；淀粉的加入量为胶原纤维质量的20％‑50％，纳米纤维素的加入量为胶原纤维的10％‑20％；海藻酸钠的加入量为胶原纤维的3％‑10％；最后向其中加入氯化钙，氯化钙的加入量为海藻酸钠的质量的1％‑5％，搅拌反应1‑1.5h，即得涂料。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，特别涉及一种高热封强度、高阻隔性能涂料及其制备方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
纤维素是来源广泛、生物相容性好且绿色可降解的天然生物高分子纸基材料。对于食品包装材料，要求纸质材料具备较好的机械性能、阻隔性能以及热封性能等，以满足市场的需求。但仅纤维素成纸远远达不到理想的物理性能指标。一些厂家为了满足商品的需求(防油、防水、阻隔、密封等)，通过简单表面塑料淋膜的方式赋予其一些优异性能。塑料淋膜的存在使得纸产品的降解以及回收利用非常困难。
热封制袋普遍应用于食品包装领域。薄膜包装材料作为一种食品材料，在储运过程中，薄膜包装材料必须具有良好的防撞击性能和密封强度，以避免外界条件导致食品从袋内释放。此外，增加其食品包装袋的阻隔性能可以有效阻隔外界的污染物质，并有效防止食物的快速腐败。胶原纤维具有可食用性和良好的成膜性能，但其机械性能以及阻隔性能较差，难以满足食品包装材料的高阻隔、高力学性能要求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高热封强度、高阻隔性能涂料及其制备方法，该涂料经涂布形成的涂布膜赋予了纸张较强的机械性能、高阻隔性能以及高热封强度，拓展了食品包装领域的应用范围。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，包括如下步骤：
将胶原纤维加热溶解后，向其中加入戊二醛进行交联，戊二醛的加入量为胶原纤维质量的1％-10％，混合搅拌反应0.5-1h；
反应完毕后，依次向其中加入糊化后的淀粉、纳米纤维素和海藻酸钠，加热条件下搅拌混匀；淀粉的加入量为胶原纤维质量的20％-50％，纳米纤维素的加入量为胶原纤维的10％-20％；海藻酸钠的加入量为胶原纤维的3％-10％；氯化钙的加入量为海藻酸钠的质量的1％-5％，搅拌反应1-1.5h，即得涂料。
加入糊化后的淀粉和纳米纤维素通过分子间物理作用提高其成膜后的阻隔性能和力学性能；利用海藻酸钠和氯化钙的之间再一次交联形成双网络结构增强成膜的力学和阻隔性能。
纳米材料具备高比表面积，更多的结合位点。其中，纳米纤维素绿色、可降解、保水性好、比表面积大以及物理性能和热稳定性较好。
在一些实施例中，胶原纤维加热溶解的温度为40-65℃。
在一些实施例中，在依次向胶原纤维中加入淀粉、纳米纤维素和海藻酸钠的过程中，每加入一种物质，先混合均匀后再加入下一种物质。
在一些实施例中，戊二醛的加入量为胶原纤维质量的5％-8％。
在一些实施例中，淀粉的加入量为胶原纤维质量的30％-40％。
优选的，淀粉加入过程中，胶原纤维的温度为35-45℃，避免胶原纤维高温发生热分解。
优选的，所述淀粉选自玉米淀粉、豌豆淀粉、原淀粉或阳离子木薯淀粉中的一种或其组合。
在一些实施例中，纳米纤维素的加入量为胶原纤维的15％-18％，搅拌温度为35-45℃，搅拌时间20-30min。
在一些实施例中，还包括将所制得的涂料均匀涂覆于纸张上，干燥后制得包装纸的步骤。
优选的，涂覆棒的规格为5-50μm，涂覆量为1-10g/m2。
进一步优选的，涂覆棒的规格为5-20μm，涂覆量为2-5g/m2。
第二方面，本发明提供一种高热封强度、高阻隔性能涂料，由所述的制备方法制备而成。
第三方面，本发明提供一种食品包装纸，纸基上涂覆有包装膜，包装膜由所述涂料涂覆后干燥制得。
上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
该涂料经涂布形成的涂布膜赋予了纸张较强的机械性能、高阻隔性能以及高热封强度，拓展了食品包装领域的应用范围。
该涂布液无毒、环保、可降解，可涂覆于多种纸张，以广泛食品、医药等多领域的应用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将称取30g的胶原纤维在45℃搅拌溶解，后加入6％的戊二醛，搅拌0.5h，使其充分反应；
(2)将步骤(1)反应后的胶原纤维溶液内加入35％的淀粉(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌1h混合均匀；
(3)将步骤(2)中混合均匀的溶液内加入15％的纳米纤维素(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌20min混合均匀；
(4)将步骤(3)中得到的混合均匀溶液内加入6％的海藻酸钠(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌0.5h混合均匀，后加入3％氯化钙(相对于海藻酸钠)，继续搅拌1h使其均匀反应；
(5)将步骤(4)得到的可热封、高阻隔涂层溶液利用涂覆机均匀涂覆在薄页纸上，室温下晾干(涂覆棒尺寸规格10μm)即可。
实施例2
(1)将称取30g的胶原纤维在45℃搅拌溶解，后加入6％的戊二醛，搅拌0.5h，使其充分反应；
(2)将步骤(1)反应后的胶原纤维溶液内加入20％(实施例2-1)或50％的淀粉(相对于胶原纤维)(实施例2-2)，在温度为45℃下搅拌1h混合均匀；
(3)将步骤(2)中混合均匀的溶液内加入15％的纳米纤维素(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌20min混合均匀；
(4)将步骤(3)中得到的混合均匀溶液内加入6％的海藻酸钠(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌0.5h混合均匀，后加入3％氯化钙(相对于海藻酸钠)，继续搅拌1h使其均匀反应；
(5)将步骤(4)得到的可热封、高阻隔涂层溶液利用涂覆机均匀涂覆在薄页纸上，室温下晾干(涂覆棒尺寸规格10μm)即可。
实施例3
(1)将称取30g的胶原纤维在45℃搅拌溶解，后加入6％的戊二醛，搅拌0.5h，使其充分反应；
(2)将步骤(1)反应后的胶原纤维溶液内加入35％的淀粉(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌1h混合均匀；
(3)将步骤(2)中混合均匀的溶液内加入10％(实施例3-1)或20％的纳米纤维素(相对于胶原纤维)(实施例3-2)，在温度为45℃下搅拌20min混合均匀；
(4)将步骤(3)中得到的混合均匀溶液内加入6％的海藻酸钠(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌0.5h混合均匀，后加入3％氯化钙(相对于海藻酸钠)，继续搅拌1h使其均匀反应；
(5)将步骤(4)得到的可热封、高阻隔涂层溶液利用涂覆机均匀涂覆在薄页纸上，室温下晾干(涂覆棒尺寸规格10μm)即可。
实施例4
(1)将称取30g的胶原纤维在45℃搅拌溶解，后加入6％的戊二醛，搅拌0.5h，使其充分反应；
(2)将步骤(1)反应后的胶原纤维溶液内加入35％的淀粉(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌1h混合均匀；
(3)将步骤(2)中混合均匀的溶液内加入15％的纳米纤维素(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌20min混合均匀；
(4)将步骤(3)中得到的混合均匀溶液内加入6％的海藻酸钠(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌0.5h混合均匀，后加入1％(实施例4-1)或5％氯化钙(相对于海藻酸钠)(实施例4-2)，继续搅拌1h使其均匀反应；
(5)将步骤(4)得到的可热封、高阻隔涂层溶液利用涂覆机均匀涂覆在薄页纸上，室温下晾干(涂覆棒尺寸规格10μm)即可。
实施例5
(1)将称取30g的胶原纤维在45℃搅拌溶解，后加入6％的戊二醛，搅拌0.5h，使其充分反应；
(2)将步骤(1)反应后的胶原纤维溶液内加入35％的淀粉(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌1h混合均匀；
(3)将步骤(2)中混合均匀的溶液内加入15％的纳米纤维素(相对于胶原纤维)，在温度为45℃下搅拌20min混合均匀；
(4)将步骤(3)中得到的混合均匀溶液内加入5％(实施例5-1)、8％的海藻酸钠(相对于胶原纤维)(实施例5-2)，在温度为45℃下搅拌0.5h混合均匀，后加入3％氯化钙(相对于海藻酸钠)，继续搅拌1h使其均匀反应；
(5)将步骤(4)得到的可热封、高阻隔涂层溶液利用涂覆机均匀涂覆在薄页纸上，室温下晾干(涂覆棒尺寸规格10μm)即可。
对比例1
将实施例1中的步骤(2)省略，其他条件和实施例1相一致。
对比例2
将实施例1中的步骤(3)省略，其他条件和实施例1相一致。
对比例3
将实施例1中的步骤(2)和步骤(3)省略，其他条件和实施例1相一致。
对比例4
将实施例1中的步骤(4)省略，其他条件和实施例1相一致。
将各实施例和各对比例制得的胶原纤维基复合薄膜的性能数据结果于表1中列出。
表1各实施例和对比例制备的复合薄膜的性能数据
总结与结论
由以上实施例可知，本发明的制备方法工艺简单，仅采用物理共混合的方式做成涂布液，以涂覆的方式负载于薄页纸(或其他种类纸张)的表面。通过综合调节原料的配比可得到高机械性能、阻隔性能以及热封性能的纸张。特别的，当淀粉添加量35％，纳米纤维素添加量15％，海藻酸钠添加量6％，氯化钙添加量为3％时，利用10μm的刮棒进行涂覆，其拉伸强度为35MPa，热封强度达到30N/15mm，水蒸气透过率低至1.889×10-13g·m-1·s-1·Pa-1。
此外，该涂布液无毒无害、绿色环保、可降解以及赋予纸张优越的性能，有效扩展了其应用范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将胶原纤维加热溶解后，向其中加入戊二醛进行交联，戊二醛的加入量为胶原纤维质量的1％-10％，混合搅拌反应0.5-1h；
反应完毕后，依次向其中加入糊化后的淀粉、纳米纤维素和海藻酸钠，加热条件下搅拌混匀；淀粉的加入量为胶原纤维质量的20％-50％，纳米纤维素的加入量为胶原纤维的10％-20％；海藻酸钠的加入量为胶原纤维的3％-10％；
最后向其中加入氯化钙，氯化钙的加入量为海藻酸钠的质量的1％-5％，搅拌反应1-1.5h，即得涂料。
2.根据权利要求1所述的高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：胶原纤维加热溶解的温度为40-65℃。
3.根据权利要求1所述的高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：在依次向胶原纤维中加入淀粉、纳米纤维素和海藻酸钠的过程中，每加入一种物质，先混合均匀后再加入下一种物质。
4.根据权利要求1所述的高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：戊二醛的加入量为胶原纤维质量的5％-8％。
5.根据权利要求1所述的高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：淀粉的加入量为胶原纤维质量的30％-40％；
优选的，淀粉加入过程中，胶原纤维的温度为35-45℃；
优选的，所述淀粉选自玉米淀粉、豌豆淀粉、原淀粉或阳离子木薯淀粉中的一种或其组合。
6.根据权利要求1所述的高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：纳米纤维素的加入量为胶原纤维的15％-18％，搅拌温度为35-45℃，搅拌时间20-30min。
7.根据权利要求1所述的高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：还包括将所制得的涂料均匀涂覆于纸张上，干燥后制得包装纸的步骤。
8.根据权利要求7所述的高热封强度、高阻隔性能涂料的制备方法，其特征在于：涂覆棒的规格为5-50μm，涂覆量为1-10g/m2；
进一步优选的，涂覆棒的规格为5-20μm，涂覆量为2-5g/m2。
9.一种高热封强度、高阻隔性能涂料，其特征在于：由权利要求1-8任一所述的制备方法制备而成。
10.一种食品包装纸，其特征在于：纸基上涂覆有包装膜，包装膜由权利要求9所述涂料涂覆后干燥制得。
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2023
- 2023-04-07 CN CN202310366091.XA patent/CN116285683A/zh active Pending
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