CN116446221B - 具有纳米银抗菌涂层的纸 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有纳米银抗菌涂层的纸，包括原纸层和覆盖在原纸层至少其中一侧表面的胶层，胶层内分散有表面负载纳米银的吸附型粒子，表面负载纳米银的吸附型粒子表面与胶层远离原纸层的一面连通。本发明通过在胶层中加入负载纳米银的吸附型粒子，并通过发泡成分使涂层在成型时从吸附型粒子表面发泡形成与大气连通的通道，使纳米银可以对氧气电离，提高纸的抗菌性能，以及包覆在胶层内的纳米银的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及包装材料技术领域，尤其涉及一种具有纳米银抗菌涂层的纸。
背景技术
包装纸作为一种重要的包装材料，被广泛应用于各行各业，为了满足抗菌性能的需求，部分包装纸需要进行改进处理，以获得抗菌行那个，常规工艺是在包装纸的表面附着具有抗菌性能的涂层，一方面涂层可以满足包装纸的印刷需求，另一方面，涂层中可以加入具有抗菌性能的物质从而达到抗菌目的，然而常规化合物抗菌剂的抗菌广谱性较差，部分光谱抗菌化合物不适宜直接与人人体接触或直接摄入，因此当包装纸用于直接与人体接触或用于食品包装时，化合物的广谱抗菌剂的选择极少，纳米银具有良好的广谱抗菌性，同时其抗菌效果显著，极少量的纳米银可以实现长时间的高效抗菌，但是纳米银直接用于涂层时存在诸多问题，例如大部分纳米银容易被涂层包覆，被包覆的纳米银无法实现抗菌作用或抗菌效果较差，因此纳米银的利用率偏低。
基于此，如何提供一种可以在纸表面涂层中进行良好的暴露杀菌，同时分散性良好的具有纳米银涂层的纸成为目前亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种具有纳米银抗菌涂层的纸，旨在解决目前的抗菌涂层中纳米银无法完全暴露，降低了纳米银的利用率的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种具有纳米银抗菌涂层的纸，包括原纸层和覆盖在原纸层至少其中一侧表面的胶层，胶层内分散有表面负载纳米银的吸附型粒子，表面负载纳米银的吸附型粒子表面与胶层远离原纸层的一面连通。
在一些实施方式中，吸附型粒子包括活性炭、白炭黑和硅藻土中的至少一种。
以上实施方式中，吸附型粒子的平均粒径优选为1-3μm。
在一些实施方式中，表面负载纳米银的吸附型粒子内负载有发泡剂。
以上实施方式中，表面负载纳米银的吸附型粒子通过在内部预先负载具有在一定条件下挥发性质的固体或液体，通过在原纸表面成膜后，通过条件触发使该挥发性的固体或液体挥发，挥发气体从表面负载纳米银的吸附型粒子表面释放并从胶层表面释放，过程中形成从表面负载纳米银的吸附型粒子到胶层表面的空气通道。
在一些实施方式中，发泡剂包括正戊烷、新戊烷和环戊烷中的至少一种。
在一些实施方式中，表面负载纳米银的吸附型粒子的制备方法包括：
将纳米银与液态的发泡剂进行混合分散，得到第一分散体系；
将吸附型粒子加入到第一分散体系中进行混合分散，得到第二分散体系；
过滤第二分散体系，5-8℃冷风干燥得到表面负载纳米银的吸附型粒子。
在一些实施例中，作为优选的，纳米银：吸附型粒子的质量比为1：(10-10000)，在制备第一分散体系时，纳米银与液态发泡剂的用量比为1：(1000-100000)/g：ml。
在一些实施方式中，胶层按重量份数计算，包括：树脂15-35份、填料3-6份、表面负载纳米银的吸附型粒子0.01-0.1份、溶剂20-40份。
在一些实施方式中，树脂包括聚丙烯酸树脂、聚乙烯醇树脂和聚碳酸酯树脂中的一种或多种，填料包括碳酸钙，溶剂包括水和乙醇。
另一方面，本发明提供了一种上述具有纳米银抗菌涂层的纸的制备方法，你包括如下步骤：
将部分溶剂与表面负载纳米银的吸附型粒子混合，得到第一混合物；
将树脂、填料和剩余溶剂混合均匀得到胶液；
将第一混合物与胶液混合均匀后得到抗菌胶液；
将抗菌胶液涂覆在原纸表面，在10℃以下使抗菌胶液干燥后，对抗菌胶液涂覆层进行加热处理10-300s得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
在一些实施方式中，以上加热温度为10-50℃，加热温度主要取决于发泡剂的挥发温度，加热温度高于发泡温度2-5℃。
本发明的具有纳米银抗菌涂层的纸相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供的具有纳米银抗菌涂层的纸相比常规抗菌涂层纸而言，抗菌的光谱性能好，同时纳米银具有良好的暴露能力，通过暴露的纳米银，从而使纸表面的氧离子含量增加，提高了具有纳米银抗菌涂层的纸的杀菌性能和纳米银的有效利用率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学属于具有与本发明实施例所属技术领域普通技术人员通常理解相同的含义。如果此部分中陈述的定义与通过引用纳入本文的所述专利、专利申请、公布的专利申请和其他出版物中陈述的定义相反或其他方面不一致，此部分中列出的定义优先与通过引用纳入本文中的定义。
本发明的具有纳米银抗菌涂层的纸，其包括原纸层和覆盖在原纸层至少其中一侧表面的胶层，其中胶层内部分散有表面负载纳米银的吸附型粒子，表面负载纳米银的吸附型粒子表面与胶层远离原纸层的一面连通。
由于常规分散在胶层内的纳米银无法直接与空气接触，而现阶段对于纳米银抗菌的主要原理主要归纳为对空气中氧气的电离作用，使产生的氧离子对致病菌以及微生物产生抑制或灭杀作用，因此纳米银是否暴露于空气对于纳米银的抗菌效率起到了关键性作用，本发明通过将分散在胶层内的纳米银与胶层表面形成通道，从而提高了对纳米银的利用率以及对应具有纳米银的纸的抗菌能力。
在一些实施例中，吸附型粒子包括活性炭、白炭黑和硅藻土中的至少一种。
在一些实施例中，吸附型粒子的平均粒径为1-3μm，吸附型粒子的表面孔径在2-50nm之间，纳米银可以被吸附在吸附型粒子的表面，也可以被吸附在内部。
在一些实施例中，表面负载纳米银的吸附型粒子的内部负载有发泡剂。
在一些实施例中，发泡剂包括正戊烷、新戊烷和环戊烷中的至少一种。
在一些实施例中，表面负载纳米银的吸附型粒子的制备方法包括如下步骤：
将纳米银与液态的发泡剂进行混合分散，得到第一分散体系；
将吸附型粒子加入到第一分散体系中进行混合分散，得到第二分散体系；
过滤第二分散体系，5-8℃冷风干燥得到表面负载纳米银的吸附型粒子。
以上实施例中，采用发泡剂作为分散体系，对纳米银进行分散，分散后通过吸附型粒子对发泡剂以及分散在发泡剂中的纳米银进行吸附负载，吸附型粒子在进行发泡剂吸附的同时也对分散的纳米银进行吸附负载，通过吸附型粒子进行负载后，通过吸附型粒子的分散性能，提高了纳米银在胶层内的分散性。
在一些实施例中，胶层按重量份数计算，原料包括：树脂15-35份、填料3-6份、表面负载纳米银的吸附型粒子0.01-0.1份、溶剂20-40份。
在一些实施例中，树脂包括聚丙烯酸树脂、聚乙烯醇树脂和聚碳酸酯树脂中的一种或多种，填料包括碳酸钙，溶剂包括水和乙醇。
具有纳米银抗菌涂层的纸的制备方法包括如下步骤：
将部分溶剂与表面负载纳米银的吸附型粒子混合，得到第一混合物；
将树脂、填料和剩余溶剂混合均匀得到胶液；
将第一混合物与胶液混合均匀后得到抗菌胶液；
将抗菌胶液涂覆在原纸表面，在10℃以下干燥后，对抗菌胶液涂覆层进行加热处理10-300s得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
以下结合实施例对本发明的具有纳米银抗菌涂层的纸进行说明：
实施例1
表面负载纳米银的吸附型粒子的制备：
分别称取纳米银1g、平均粒径为1-3μm的中孔活性炭10g、新戊烷1L，在4℃下将1g纳米银与1L新戊烷混合在高压均质机中搅拌均匀，得到第一分散体系；
将10g中孔活性炭加入到第一分散体系中，保持4℃进行高压均质搅拌，得到第二分散体系；
过滤第二分散体系后得到表面负载纳米银的活性炭，5℃的冷风对活性炭进行干燥，干燥后粉碎负载纳米银的活性炭，备用。
胶层溶液制备：
分别称取15份聚丙烯酸树脂、3份碳酸钙、0.01份负载纳米银的活性炭和20份乙醇水溶液，其中水：乙醇的质量比为1:2；
将5份乙醇水溶液与0.01份负载纳米银的活性炭进行混合搅拌，搅拌至活性炭分散均匀，得到第一混合物；
将15份乙醇水溶液与3份碳酸钙和15份聚丙烯酸树脂混合搅拌均匀，得到胶液；
将胶液与第一混合物混合后高压均质搅拌，得到抗菌胶层溶液。
具有纳米银抗菌涂层纸的制备：
准备接装纸，将胶层溶液在接装纸的表面旋涂均匀，8℃下冷风干燥处理，至胶层干燥，用14℃热风对胶层进行加热处理，处理时间为60s，处理完毕得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
实施例2
表面负载纳米银的吸附型粒子的制备：
分别称取纳米银1g、平均粒径为1-3μm的白炭黑100g、正戊烷10L，在25℃下将1g纳米银与10L正戊烷混合在高压均质机中搅拌均匀，得到第一分散体系；
将100g白炭黑加入到第一分散体系中，保持25℃进行高压均质搅拌，得到第二分散体系；
过滤第二分散体系后得到表面负载纳米银的白炭黑，6℃的冷风对白炭黑进行干燥，干燥后粉碎负载纳米银的白炭黑，备用。
胶层溶液制备：
分别称取20份聚乙烯醇树脂、4份碳酸钙、0.05份负载纳米银的白炭黑和25份乙醇水溶液，其中水：乙醇的质量比为1:2；
将5份乙醇水溶液与0.05份负载纳米银的白炭黑进行混合搅拌，搅拌至白炭黑分散均匀，得到第一混合物；
将20份乙醇水溶液与4份碳酸钙和20份聚乙烯醇树脂混合搅拌均匀，得到胶液；
将胶液与第一混合物混合后高压均质搅拌，得到抗菌胶层溶液。
具有纳米银抗菌涂层纸的制备：
准备接装纸，将胶层溶液在接装纸的表面旋涂均匀，25℃下冷风干燥处理，至胶层干燥，用38℃热风对胶层进行加热处理，处理时间为300s，处理完毕得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
实施例3
表面负载纳米银的吸附型粒子的制备：
分别称取纳米银1g、平均粒径为1-3μm的硅藻土10000g、环戊烷100L，在25℃下将1g纳米银与100L环戊烷混合在高压均质机中搅拌均匀，得到第一分散体系；
将10000g硅藻土加入到第一分散体系中，保持25℃进行高压均质搅拌，得到第二分散体系；
过滤第二分散体系后得到表面负载纳米银的硅藻土，8℃的冷风对硅藻土进行干燥，干燥后粉碎负载纳米银的硅藻土，备用。
胶层溶液制备：
分别称取35份聚碳酸酯树脂、6份碳酸钙、0.1份负载纳米银的硅藻土和40份乙醇水溶液，其中水：乙醇的质量比为1:2；
将5份乙醇水溶液与0.1份负载纳米银的硅藻土进行混合搅拌，搅拌至硅藻土分散均匀，得到第一混合物；
将35份乙醇水溶液与6份碳酸钙和35份聚碳酸酯树脂混合搅拌均匀，得到胶液；
将胶液与第一混合物混合后高压均质搅拌，得到抗菌胶层溶液。
具有纳米银抗菌涂层纸的制备：
准备接装纸，将胶层溶液在接装纸的表面旋涂均匀，25℃下冷风干燥处理，至胶层干燥，用50℃热风对胶层进行加热处理，处理时间为200s，处理完毕得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
实施例4
表面负载纳米银的吸附型粒子的制备：
分别称取纳米银1g、平均粒径为1-3μm的硅藻土10000g、水100L，在25℃下将1g纳米银与100L水混合在高压均质机中搅拌均匀，得到第一分散体系；
将10000g硅藻土加入到第一分散体系中，保持25℃进行高压均质搅拌，得到第二分散体系；
过滤第二分散体系后得到表面负载纳米银的硅藻土，85℃的热风对硅藻土进行干燥，干燥后粉碎负载纳米银的硅藻土，备用。
胶层溶液制备：
分别称取35份聚碳酸酯树脂、6份碳酸钙、0.1份负载纳米银的硅藻土和40份乙醇水溶液，其中水：乙醇的质量比为1:2；
将5份乙醇水溶液与0.1份负载纳米银的硅藻土进行混合搅拌，搅拌至硅藻土分散均匀，得到第一混合物；
将35份乙醇水溶液与6份碳酸钙和35份聚碳酸酯树脂混合搅拌均匀，得到胶液；
将胶液与第一混合物混合后高压均质搅拌，得到抗菌胶层溶液。
具有纳米银抗菌涂层纸的制备：
准备接装纸，将胶层溶液在接装纸的表面旋涂均匀，85℃下热风干燥处理，至胶层干燥，得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
对比例
胶层溶液制备：
分别称取35份聚碳酸酯树脂、6份碳酸钙、0.00001份纳米银和40份乙醇水溶液，其中水：乙醇的质量比为1:2；
将5份乙醇水溶液与0.00001份纳米银进行混合搅拌，搅拌至纳米银分散均匀，得到第一混合物；
将35份乙醇水溶液与6份碳酸钙和35份聚碳酸酯树脂混合搅拌均匀，得到胶液；
将胶液与第一混合物混合后高压均质搅拌，得到抗菌胶层溶液。
具有纳米银抗菌涂层纸的制备：
准备接装纸，将胶层溶液在接装纸的表面旋涂均匀，85℃下热风干燥处理，至胶层干燥，得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
分别将上述实施例1-4以及对比例制备得到的具有表面涂层的接装纸进行抗菌性能实验，实验菌种包括黄曲霉、大肠杆菌、金色葡萄球菌和白色念珠菌，按照GB/T2591-2003中的方法进行抗菌能力的测试，24小时后，通过回收细菌数测定抗菌率，测试结果如下：
| 抗菌率 | 黄曲霉 | 大肠杆菌 | 金色葡萄球菌 | 白色念珠菌 |
| 实施例1 | 100％ | 100％ | 100％ | 100％ |
| 实施例2 | 100％ | 100％ | 100％ | 100％ |
| 实施例3 | 100％ | 100％ | 100％ | 100％ |
| 实施例4 | 99.92％ | 99.95％ | 99.96％ | 99.96％ |
| 对比例 | 84.21％ | 85.18％ | 85.62％ | 84.71％ |
可以看出，采用本发明的具有纳米银抗菌涂层的纸，相比常规掺杂纳米银涂层的纸而言，具有更高的抗菌率，甚至可以达到完全抑菌的效果，通过电子显微镜的观察可以看出，实施例1-3所制备得到的接装纸的涂层表面均匀分布有若干微孔结构，截面可以看出，微孔底部连通有填料粒子，实施例4制备得到的接装纸的涂层表面的微孔偏少，截面可以看出，涂层表面微孔的截面不规则，对比例制备的接装纸则表面基本没有微孔，且表面暴露的纳米银的数量极少。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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 (4)
1.一种具有纳米银抗菌涂层的纸，其特征在于，包括原纸层和覆盖在原纸层至少其中一侧表面的胶层，胶层内分散有表面负载纳米银的吸附型粒子，表面负载纳米银的吸附型粒子表面与胶层远离原纸层的一面连通，表面负载纳米银的吸附型粒子的制备方法包括：
将纳米银与液态的发泡剂进行混合分散，得到第一分散体系，液态发泡剂为正戊烷和新戊烷中的至少一种；
将吸附型粒子加入到第一分散体系中进行混合分散，得到第二分散体系；
过滤第二分散体系，5-8℃冷风干燥得到表面负载纳米银的吸附型粒子；
具有纳米银抗菌涂层的纸的制备方法包括如下步骤：
将部分溶剂与表面负载纳米银的吸附型粒子混合，得到第一混合物；
将树脂、填料和剩余溶剂混合均匀得到胶液；
将第一混合物与胶液混合均匀后得到抗菌胶液；
将抗菌胶液涂覆在原纸表面，在10℃以下干燥后，对抗菌胶液涂覆层进行加热至10-50℃处理10-300s得到具有纳米银抗菌涂层的纸。
2.如权利要求1所述的具有纳米银抗菌涂层的纸，其特征在于，所述吸附型粒子包括活性炭、白炭黑和硅藻土中的至少一种。
3.如权利要求1所述的具有纳米银抗菌涂层的纸，其特征在于，所述胶层按重量份数计算，包括：树脂15-35份、填料3-6份、表面负载纳米银的吸附型粒子0.01-0.1份、溶剂20-40份。
4.如权利要求3所述的具有纳米银抗菌涂层的纸，其特征在于，所述树脂包括聚丙烯酸树脂、聚乙烯醇树脂和聚碳酸酯树脂中的一种或多种，所述填料包括碳酸钙，所述溶剂包括水和乙醇。
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