CN117947659A - 一种高性能牛皮纸及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能牛皮纸及其制备方法与应用。本发明中将三种纤维原料漂白硫酸盐湿地松纤维、慈竹纤维和慈竹竹粉复配后抄造成纸样，并在纸样表面涂覆兼具耐水性和气体阻隔性能的聚乙烯醇阻隔涂层，以增加牛皮纸的强度、改善牛皮纸的表面孔结构和增加阻氧抗菌能力。本发明所制备的高性能牛皮纸兼具良好的机械性能、阻隔性能和抗菌性能，可用于药物类的防霉抗菌包装材料领域。
Description
技术领域
本发明涉及包装材料技术领域，特别涉及一种高性能牛皮纸及其制备方法与应用。
背景技术
众所周知，药物在生产、流通及保存过程中，若保存方法不当，在外界条件(温度、湿度、微生物等)和自身性质等作用下，就会逐渐发生物理或化学变化，出现发霉、虫蛀、变味、变质等现象，直接影响药物的质量与安全。这种现象不仅与药物自身性质有关，还与外界环境密切相关。阻隔性包装材料通常具有阻湿、阻气、抑菌等功效，能有效保护药物质量，延长货架期。现阶段用得比较多的阻隔性包装材料主要是塑料、金属、玻璃等。随着目前一些国家“限塑令”和“禁塑令”政策的不断升级，发展可降解绿色包装势在必行。生物基材的包装材料因为原材料来源于自然界生物质资源，具有明显的环保优势，在促进绿色低碳包装中发挥着重要作用。相比于塑料，纸张具有可再生、可降解、可回收等诸多优点，在包装领域中应用广泛。但是纸张成型过程是利用纤维浆料在网上成型，属于多孔结构材料，自身阻隔能力无法满足实际包装的需求。为了获得良好的耐水、耐油、抗菌及阻隔气体等性能，常用的做法是在纸张表面涂覆塑料薄膜或是与铝箔及塑料等复合，但是会影响纸张的再回收利用。因此，科研工作者们利用阻隔性涂层来替代塑料膜来实现包装纸的回收。
牛皮纸通常是由纯木浆制成，具有紧密交织的纤维素纤维结构，具有非常好的承载能力，不易撕裂。再加上生产成本低，牛皮纸是包装材料的理想选择，在日常生活中有较多的应用场景。目前一些企业采用牛皮纸制袋用于药物或医疗器械的包装，但是仍然存在综合性能不佳，比如机械性能不突出，无法承受强外力破坏；阻隔能力有限，难实现高阻隔；抑菌抗菌能力很弱，容易发霉变质，这些现状导致牛皮纸在药物包装方面使用范围较小。因此，开发环境友好的高性能牛皮纸十分重要且具有现实意义，将为构建高性能纸基包装材料可持续发展助力，有效推动包装行业向绿色化和功能化方向高质量发展。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高性能牛皮纸的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述制备方法制备得到的高性能牛皮纸。
本发明的再一目的在于提供所述高性能牛皮纸的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种高性能牛皮纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF)和慈竹纤维(SAF)分别进行打浆处理，然后经充分分散处理后得到PF分散液和SAF分散液，再将PF分散液和SAF纤维分散液混合均匀，得到PF/SAF复配浆料；最后将慈竹竹粉(BP)在搅拌条件下加入到PF/SAF复配浆料中，混合均匀，得到PF/SAF/BP混合浆料；
(2)成型造纸：将步骤(1)中得到的PF/SAF/BP混合浆料抄造成型，经脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ；
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土超声分散到水中，得到蒙脱土悬浮液；将聚乙烯醇加入到水中，升温至95±5℃搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液；然后再将聚乙烯醇溶液加入到蒙脱土悬浮液，并加入丙三醇(增塑剂)、磷酸三丁酯(消泡剂)和四硼酸钠，降温至80±5℃搅拌反应，待反应结束后静置消泡，得到阻隔性涂层材料；
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料液加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，再进行红外线干燥，得到纸样Ⅱ；
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ进行热压和干燥处理，得到高性能牛皮纸。
步骤(1)中所述的漂白硫酸盐湿地松纤维的长度为2～15mm，直径为22～48μm；慈竹纤维的长度为3～9mm，直径为26～37μm。
步骤(1)中所述的打浆处理均采用瓦力打浆机进行打浆处理。
步骤(1)中，将漂白硫酸盐湿地松纤维利用瓦力打浆机进行打浆处理的条件是：打浆转数为8000～12000转，打浆浓度为2.5～3.0wt％，打浆度为55～70°SR；将慈竹纤维利用瓦力打浆机进行打浆处理的条件是：打浆转数为6000～8000转，打浆浓度为1.0～2.0wt％，打浆度为40～50°SR。
步骤(1)中所述的分散处理中漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.0～1.5％的浓度在转速为6000～8000r/min的破壁机中分散10～20min；慈竹纤维以质量百分比1.0～1.5％的浓度在转速为3000～5000r/min的破壁机中分散5～10min。
步骤(1)中，PF/SAF复配浆料体系中漂白硫酸盐湿地松纤维与慈竹纤维的绝干质量比为(5～8)：(2～5)。
步骤(1)中所述的慈竹竹粉为慈竹纳米级竹粉；优选为粒径大小30～300nm的慈竹竹粉；进一步优选为以慈竹竹片为原料，通过机械研磨磨成的纳米级别竹粉，具体通过如下方法制备得到：将慈竹竹片在30～35℃、4000～6000rpm条件下进行机械粉碎，得到粒径大小为30～300nm的慈竹竹粉。
所述的机械粉碎的次数为3～5次。
步骤(1)中所述的慈竹竹粉的加入量为占PF/SAF/BP混合浆料绝干质量的2.0～5.0％。
步骤(1)中所述的搅拌的转速为5000～8000r/min。
步骤(2)中所述的PF/SAF/BP混合浆料的浆料浓度为质量百分比1.3～1.6％。
步骤(2)中所述的抄造成型为采用夹网成形器纸机抄造成型。
步骤(3)中所述的蒙脱土和聚乙烯醇的质量比为(1～3)：(5～7)。
步骤(3)中所述的超声分散的时间为20～30min。
步骤(3)中所述的丙三醇的用量为占反应体系总体积的3～6％。
步骤(3)中所述的磷酸三丁酯的用量为占反应体系总体积的1～2％。
步骤(3)中所述的四硼酸钠的用量为占蒙脱土质量的为4～7％。
步骤(3)中所述的搅拌反应的时间为40～60min。
步骤(3)中所述的静置的时间为12～18h。
步骤(4)中所述的阻隔性涂层材料的使用浓度为质量百分比1.0～1.5％。
步骤(4)中所述的涂布条件：涂布速度为15～30m/min，单面涂布量为1.5～2.5g/m2。
步骤(4)中所述的红外线干燥的条件为：利用电红外线发生器在90～130℃下对涂布纸样进行红外线干燥20～30min。
步骤(5)中所述的热压条件为：温度为96～110℃，压力为20～25MPa，时间为10～20min。
步骤(5)中所述的干燥的条件为：在41～48℃下红外线干燥40～80min。
一种高性能牛皮纸，通过上述制备方法制备得到。
所述的高性能牛皮纸的性能指标如下：定量：36～43g/m2；抗张强度：2.91～3.67kN/m；撕裂强度：731.5～789.2mN；氧气透过率：304～412cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：96～128g/m2·day；抑菌率：92.4～98.3％。
所述的高性能牛皮纸在包装材料中的应用。
所述的包装材料包括防霉抗菌包装材料；进一步优选为用于药物包装的防霉抗菌包装材料(药物类防霉抗菌包装材料)。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明所用湿地松纤维、慈竹纤维、慈竹竹粉均为可降解的植物基材料，由这些原料制备得到的牛皮纸可自然降解或回收利用，属于环保型包装材料，能实现以纸代塑用于药物类防霉抗菌包装材料领域，符合绿色可持续发展理念。
(2)本发明制备的高性能牛皮纸是由三种纤维原料合理复配而获得的，充分利用不同类型纤维的优势：湿地松纤维长而高强，能显著提高成纸的物理强度；慈竹纤维细致柔软，纤维形态好，具有阔叶木的柔软性和针叶木的柔韧性，能保证纤维间的紧密结合，此外慈竹纤维因含有竹琨，具有天然的抑菌、防螨、防臭、防虫的药物特性，能提高牛皮纸防霉抗菌效果；竹粉具有纳米尺度、大比表面积，属于天然纳米级抗菌剂，能够很好地填充在湿地松纤维与慈竹纤维之间，改善不同纤维之间界面结合力，使长纤维与短纤维能紧密连接，提高牛皮纸的机械强度。
(3)本发明自主制备环境友好的阻隔性涂层，聚乙烯醇是一种可以降解的聚合物，属于环境友好型产物。聚乙烯醇本身具有较好的气体阻隔性，但是由于耐水性很差，在高度潮湿的环境条件下易丢失气体阻隔性，因此通过改性制备得到兼具耐水性和气体阻隔性的聚乙烯醇阻隔涂层，通过涂布工艺，既能增加牛皮纸的强度，还能改善牛皮纸的表面孔结构，进一步增加阻氧抗菌能力。
(4)夹网成形器两面脱水，在不同程度上能克服纤维絮聚、纸幅沿厚度方向不均匀一致、纸幅的网面和毯面的纤维组分和交织状态不同造成纸幅的两面有不同性能等问题。本发明采用夹网成形器能使成纸的两面具有接近相同的性能，纸幅的外表面具有较好的纤维交织状态，纸幅的物理性能和定量都更均匀，得到的成纸纵横向强度和两面性能差别都比较小，有利于提高牛皮纸的机械性能和整体质量；同时采用湿热压处理有利于纤维软化交织，提高牛皮纸的匀度，使不同尺度的纤维紧密结合，赋予牛皮纸较强的韧性和致密性。
(5)本发明制备所得的高性能牛皮纸兼具良好的机械性能、阻隔性能和抗菌性能，可用于药物类的防霉抗菌包装材料领域，将推动包装产业实现绿色、低碳、高质量发展，为双碳目标助力。
附图说明
图1是本发明高性能牛皮纸的制备流程图。
图2是本发明高性能牛皮纸的制备过程示意图。
图3是本发明实施例1中涂布牛皮纸表面的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
1、本发明实施例和对比例中涉及的漂白硫酸盐湿地松纤维(PF)取自制浆造纸工程国家重点实验室，其长度为2～15mm，直径为22～48μm；慈竹纤维(SAF)取自制浆造纸工程国家重点实验室，其长度为3～9mm，直径为26～37μm；构树皮纤维(TF)取自制浆造纸工程国家重点实验室，其长度为3～15mm，直径为28～40μm；漂白硫酸盐马尾松纤维(PF)取自制浆造纸工程国家重点实验室，其长度为2～10mm，直径为32～45μm。
2、本发明实施例和对比例中涉及的纳米级竹粉是以慈竹竹片为原料，通过机械粉碎制备得到；其中，机械粉碎的条件为：在30～35℃、转速为4000～6000rpm的条件下粉碎3～5次，并经干燥处理得到纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)。
3、本发明实施例和对比例中涉及的涂布液是实验室自制的阻隔性涂层，具体通过如下步骤制备得到：将蒙脱土1～3g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散20～30min，得到蒙脱土悬浮液；称量5～7g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至95±5℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入3.0～4.5ml丙三醇进行增塑，1.0～1.5ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.04～0.07g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至80±5℃低速搅拌40～60min后冷却到室内温度，静放消泡12～18h，得到实验所需的阻隔性涂层。使用时，再将阻隔性涂层加水配制成质量百分比1.0～1.5％的浓度。
4、本发明实施例和对比例中涉及的各种参数的检测依据国家标准检测方法以及行业标准进行，具体为：
①定量(GB/T 451.2-2002)；
②抗张强度(GB/T 453-2002)；
③撕裂强度(GB/T 455-2002)；
④氧气透过率(GB/T 19789-2005)；
⑤水蒸气透过率(GB/T 22921-2008)；
⑥抑菌率(GB15979-2002)，菌落选择的是金黄色葡萄球菌(BNCC188012)或大肠杆菌(BNCC364150)，均从北纳创联生物科技有限公司购买。
本发明中的高性能包装牛皮纸的制备流程如图1所示，制备过程示意图如如图2所示。
实施例1
本实施例提供一种高性能牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF，长度为2～15mm，直径为22～48μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为8000转，打浆浓度为2.5wt％，打浆度为55°SR；并将慈竹纤维(SAF，长度为3～9mm，直径为26～37μm)也在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为6000转，打浆浓度为1.0wt％，打浆度为40°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为6000r/min的破壁机中分散10min，同时将打浆后的慈竹纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为3000r/min的破壁机中分散5min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐湿地松纤维分散液、慈竹纤维分散液以绝干质量比8：5(即漂白硫酸盐湿地松纤维和慈竹纤维的质量比，下同)均匀混合，得到PF/SAF复配浆料；在高速搅拌(转速：5000r/min)条件下向PF/SAF复配浆料中加入纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)，竹粉(BP)的加入量为PF/SAF/BP混合浆料绝干质量的2.0％，混合均匀，制得PF/SAF/BP混合浆料。
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/SAF/BP混合浆料以浆料浓度为1.3wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土1g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散20min，得到蒙脱土悬浮液；称量5g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至93℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入3.0ml丙三醇进行增塑，1.0ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.04g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至80℃低速搅拌40min后冷却到室内温度，静放消泡12h，得到实验所需的阻隔性涂层。
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，其中阻隔性涂层的使用浓度为1.0wt％，涂布速度为15m/min，单面涂布量为1.5g/m2。待双面涂布完成后，再利用电红外线发生器在90℃下对涂布纸样进行红外线干燥20min，得到纸样Ⅱ。
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ在温度为96℃、压力为20MPa条件下进行湿热压处理10min，接着又在41℃下红外线干燥40min，制得高性能牛皮纸。
本实施例制备的高性能牛皮纸的性能指标如下：定量：36g/m2；抗张强度：2.91kN/m；撕裂强度：731.5mN；氧气透过率：412cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：128g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为92.4％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为95.7％。牛皮纸表面的扫描电镜图如图3所示。
实施例2
本实施例提供一种高性能牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF，长度为2～15mm，直径为22～48μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为9500转，打浆浓度为2.7wt％，打浆度为60°SR；并将慈竹纤维(SAF，长度为3～9mm，直径为26～37μm)也在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为6500转，打浆浓度为1.4wt％，打浆度为45°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.2％的浓度在转速为6500r/min的破壁机中分散14min，同时将打浆后的慈竹纤维以质量百分比1.3％的浓度在转速为4000r/min的破壁机中分散7min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐湿地松纤维分散液、慈竹纤维分散液以绝干质量比7：4均匀混合，得到PF/SAF复配浆料；在高速搅拌(转速：6000r/min)条件下向PF/SAF复配浆料中加入纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)，竹粉(BP)的加入量为PF/SAF/BP混合浆料绝干质量的3.0％，混合均匀，制得PF/SAF/BP混合浆料。
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/SAF/BP混合浆料以浆料浓度为1.4wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土2g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散25min，得到蒙脱土悬浮液；称量6g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至95℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入3.5ml丙三醇进行增塑，1.0ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.05g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至75℃低速搅拌50min后冷却到室内温度，静放消泡16h，得到实验所需的阻隔性涂层。
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，其中阻隔性涂层的使用浓度为1.2wt％，涂布速度为20m/min，单面涂布量为1.9g/m2。待双面涂布完成后，再利用电红外线发生器在100℃下对涂布纸样进行红外线干燥24min，得到纸样Ⅱ。
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ在温度为100℃、压力为22MPa条件下进行湿热压处理13min，接着又在43℃下红外线干燥55min，制得高性能牛皮纸。
本实施例制备的高性能牛皮纸的性能指标如下：定量：39g/m2；抗张强度：3.14kN/m；撕裂强度：752.3mN；氧气透过率：386cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：113g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为95.7％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为94.2％。
实施例3
本实施例提供一种高性能牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF，长度为2～15mm，直径为22～48μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为11000转，打浆浓度为2.8wt％，打浆度为65°SR；并将慈竹纤维(SAF，长度为3～9mm，直径为26～37μm)也在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为7500转，打浆浓度为1.7wt％，打浆度为47°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.4％的浓度在转速为7000r/min的破壁机中分散18min，同时将打浆后的慈竹纤维以质量百分比1.5％的浓度在转速为4500r/min的破壁机中分散9min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐湿地松纤维分散液、慈竹纤维分散液以绝干质量比6：3均匀混合，得到PF/SAF复配浆料；在高速搅拌(转速：7000r/min)条件下向PF/SAF复配浆料中加入纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)，竹粉(BP)的加入量为PF/SAF/BP混合浆料绝干质量的4.0％，混合均匀，制得PF/SAF/BP混合浆料。
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/SAF/BP混合浆料以浆料浓度为1.5wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土3g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散30min，得到蒙脱土悬浮液；称量7g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至90℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入4.0ml丙三醇进行增塑，1.5ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.06g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至82℃低速搅拌55min后冷却到室内温度，静放消泡16h，得到实验所需的阻隔性涂层。
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，其中阻隔性涂层浓度为1.4wt％，涂布速度为25m/min，单面涂布量为2.2g/m2。待双面涂布完成后，再利用电红外线发生器在110℃下对涂布纸样进行红外线干燥28min，得到纸样Ⅱ。
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ在温度为105℃、压力为24MPa条件下进行湿热压处理17min，接着又在45℃下红外线干燥65min，制得高性能牛皮纸。
本实施例制备的高性能牛皮纸的性能指标如下：定量：41g/m2；抗张强度：3.45kN/m；撕裂强度：771.6mN；氧气透过率：335cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：102g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为97.1％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为96.3％。
实施例4
本实施例提供一种高性能牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF，长度为2～15mm，直径为22～48μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为12000转，打浆浓度为3.0wt％，打浆度为70°SR；并将慈竹纤维(SAF，长度为3～9mm，直径为26～37μm)也在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为8000转，打浆浓度为2.0wt％，打浆度为50°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.5％的浓度在转速为8000r/min的破壁机中分散20min，同时将打浆后的慈竹纤维以质量百分比1.5％的浓度在转速为5000r/min的破壁机中分散10min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐湿地松纤维分散液、慈竹纤维分散液以绝干质量比5：2均匀混合，得到PF/SAF复配浆料；在高速搅拌(转速：8000r/min)条件下向PF/SAF复配浆料中加入纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)，竹粉(BP)的加入量为PF/SAF/BP混合浆料绝干质量的5.0％，混合均匀，制得PF/SAF/BP混合浆料。
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/SAF/BP混合浆料以浆料浓度为1.6wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土3g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散30min，得到蒙脱土悬浮液；称量7g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至100℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入4.5ml丙三醇进行增塑，1.5ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.07g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至85℃低速搅拌60min后冷却到室内温度，静放消泡18h，得到实验所需的阻隔性涂层。
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，其中阻隔性涂层的使用浓度为1.5wt％，涂布速度为30m/min，单面涂布量为2.5g/m2。待双面涂布完成后，再利用电红外线发生器在130℃下对涂布纸样进行红外线干燥30min，得到纸样Ⅱ。
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ在温度为110℃、压力为25MPa条件下进行湿热压处理20min，接着又在48℃下红外线干燥80min，制得高性能牛皮纸。
本实施例制备的高性能牛皮纸的性能指标如下：定量：43g/m2；抗张强度：3.67kN/m；撕裂强度：789.2mN；氧气透过率：304cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：96g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为98.1％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为98.3％。
对比例1
本对比例提供一种牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF，长度为2～15mm，直径为22～48μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为8000转，打浆浓度为2.5wt％，打浆度为55°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为6000r/min的破壁机中分散10min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐湿地松纤维分散液作为PF浆料；在高速搅拌(转速：5000r/min)条件下向PF浆料中加入纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)，竹粉(BP)的加入量为PF/BP混合浆料绝干质量的2.0％，混合均匀，制得PF/BP混合浆料。
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/BP混合浆料以浆料浓度为1.3wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土1g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散20min，得到蒙脱土悬浮液；称量5g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至93℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入3.0ml丙三醇进行增塑，1.0ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.04g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至80℃低速搅拌40min后冷却到室内温度，静放消泡12h，得到实验所需的阻隔性涂层。
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，其中阻隔性涂层的使用浓度为1.0wt％，涂布速度为15m/min，单面涂布量为1.5g/m2。待双面涂布完成后，再利用电红外线发生器在90℃下对涂布纸样进行红外线干燥20min，得到纸样Ⅱ。
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ在温度为96℃、压力为20MPa条件下进行湿热压处理10min，接着又在41℃下红外线干燥40min，制得牛皮纸。
本对比例制备的牛皮纸的性能指标如下：定量：36g/m2；抗张强度：2.24kN/m；撕裂强度：615.3mN；氧气透过率：876cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：432g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为81.5％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为79.6％。
对比例2
本对比例提供一种牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF，长度为2～15mm，直径为22～48μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为8000转，打浆浓度为2.5wt％，打浆度为55°SR；并将慈竹纤维(SAF，长度为3～9mm，直径为26～37μm)也在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为6000转，打浆浓度为1.0wt％，打浆度为40°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为6000r/min的破壁机中分散10min，同时将打浆后的慈竹纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为3000r/min的破壁机中分散5min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐湿地松纤维分散液、慈竹纤维分散液以绝干质量比8：5均匀混合，得到PF/SAF复配浆料；
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/SAF复配浆料以浆料浓度为1.3wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土1g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散20min，得到蒙脱土悬浮液；称量5g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至93℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入3.0ml丙三醇进行增塑，1.0ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.04g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至80℃低速搅拌40min后冷却到室内温度，静放消泡12h，得到实验所需的阻隔性涂层。
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，其中阻隔性涂层的使用浓度为1.0wt％，涂布速度为15m/min，单面涂布量为1.5g/m2。待双面涂布完成后，再利用电红外线发生器在90℃下对涂布纸样进行红外线干燥20min，得到纸样Ⅱ。
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ在温度为96℃、压力为20MPa条件下进行湿热压处理10min，接着又在41℃下红外线干燥40min，制得牛皮纸。
本对比例制备的牛皮纸的性能指标如下：定量：36g/m2；抗张强度：2.36kN/m；撕裂强度：634.7mN；氧气透过率：936cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：581g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为65.3％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为62.7％。
对比例3
本对比例提供一种牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维(PF，长度为2～15mm，直径为22～48μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为8000转，打浆浓度为2.5wt％，打浆度为55°SR；并将慈竹纤维(SAF，长度为3～9mm，直径为26～37μm)也在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为6000转，打浆浓度为1.0wt％，打浆度为40°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为6000r/min的破壁机中分散10min，同时将打浆后的慈竹纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为3000r/min的破壁机中分散5min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐湿地松纤维分散液、慈竹纤维分散液以绝干质量比8：5均匀混合，得到PF/SAF复配浆料；在高速搅拌(转速：5000r/min)条件下向PF/SAF复配浆料中加入纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)，竹粉(BP)的加入量为BF/SF/BP复配浆料绝干质量的2.0％，混合均匀，制得PF/SAF/BP混合浆料。
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/SAF/BP混合浆料以浆料浓度为1.3wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)后处理：将步骤(2)中得到的纸样Ⅰ在温度为96℃、压力为20MPa条件下进行湿热压处理10min，接着又在41℃下红外线干燥40min，制得牛皮纸。
本对比例制备的牛皮纸的性能指标如下：定量：36g/m2；抗张强度：1.97kN/m；撕裂强度：574.3mN；氧气透过率：1023cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：845g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为60.3％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为58.7％。
对比例4
本对比例提供一种牛皮纸的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐马尾松纤维(PF，长度为2～10mm，直径为32～45μm)在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为8000转，打浆浓度为2.5wt％，打浆度为55°SR；并将构树皮纤维(TF，长度为3～15mm，直径为28～40μm)也在瓦力打浆机中进行打浆处理，打浆转数为6000转，打浆浓度为1.0wt％，打浆度为40°SR。然后将打浆后的漂白硫酸盐马尾松纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为6000r/min的破壁机中分散10min，同时将打浆后的构树皮纤维以质量百分比1.0％的浓度在转速为3000r/min的破壁机中分散5min。最后将分散处理后获得的漂白硫酸盐马尾松纤维分散液、构树皮纤维分散液以绝干质量比8：5(漂白硫酸盐马尾松纤维和构树皮纤维的质量比)均匀混合，得到PF/TF复配浆料；在高速搅拌(转速：5000r/min)条件下向PF/TF复配浆料中加入纳米级竹粉(BP)(颗粒直径为30～300nm)，竹粉(BP)的加入量为PF/TF/BP混合浆料绝干质量的2.0％，混合均匀，制得PF/TF/BP混合浆料。
(2)成型造纸：将步骤(1)得到的PF/TF/BP混合浆料以浆料浓度为1.3wt％在夹网成形器纸机上抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ。
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土1g放入盛有30g去离子水的烧杯中，搅拌分散并放入超声波震荡分散器超声分散20min，得到蒙脱土悬浮液；称量5g聚乙烯醇(分子量为1.36ⅹ105)放入盛有60g去离子水的烧杯中，将其放入水浴锅，先室温下低速搅拌，升至93℃高速搅拌至聚乙烯醇完全溶解后加入制好的蒙脱土悬浮液，再加入3.0ml丙三醇进行增塑，1.0ml磷酸三丁酯进行消泡，充分反应后，将0.04g的四硼酸钠慢慢加入溶液里，水浴锅温度调至80℃低速搅拌40min后冷却到室内温度，静放消泡12h，得到实验所需的阻隔性涂层。
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，其中阻隔性涂层的使用浓度为1.0wt％，涂布速度为15m/min，单面涂布量为1.5g/m2。待双面涂布完成后，再利用电红外线发生器在90℃下对涂布纸样进行红外线干燥20min，得到纸样Ⅱ。
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ在温度为96℃、压力为20MPa条件下进行湿热压处理10min，接着又在41℃下红外线干燥40min，制得牛皮纸。
本对比例制备的牛皮纸的性能指标如下：定量：36g/m2；抗张强度：2.13kN/m；撕裂强度：658.4mN；氧气透过率：502cm3/m2·day·0.1MPa；水蒸气透过率：217g/m2·day；对大肠杆菌的抑菌率为78.2％；对金黄色葡萄球菌的抑菌率为82.5％。
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 (10)
1.一种高性能牛皮纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)浆料复配：将漂白硫酸盐湿地松纤维和慈竹纤维分别进行打浆处理，然后经充分分散处理后得到PF分散液和SAF分散液，再将PF分散液和SAF纤维分散液混合均匀，得到PF/SAF复配浆料；最后将慈竹竹粉在搅拌条件下加入到PF/SAF复配浆料中，混合均匀，得到PF/SAF/BP混合浆料；
(2)成型造纸：将步骤(1)中得到的PF/SAF/BP混合浆料抄造成型，经脱水、烘干处理，得到纸样Ⅰ；
(3)阻隔性涂层制备：将蒙脱土超声分散到水中，得到蒙脱土悬浮液；将聚乙烯醇加入到水中，升温至95±5℃搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液；然后再将聚乙烯醇溶液加入到蒙脱土悬浮液，并加入丙三醇、磷酸三丁酯和四硼酸钠，降温至80±5℃搅拌反应，待反应结束后静置消泡，得到阻隔性涂层材料；
(4)涂布处理：将步骤(3)中得到的阻隔性涂层材料液加水稀释后涂布到步骤(2)中得到的纸样Ⅰ的正反两面，再进行红外线干燥，得到纸样Ⅱ；
(5)后处理：将步骤(4)中得到的纸样Ⅱ进行热压和干燥处理，得到高性能牛皮纸。
2.根据权利要求1所述的高性能牛皮纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的漂白硫酸盐湿地松纤维的长度为2～15mm，直径为22～48μm；慈竹纤维的长度为3～9mm，直径为26～37μm；
步骤(1)中所述的慈竹竹粉为粒径大小30～300nm的慈竹竹粉。
3.根据权利要求1所述的高性能牛皮纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中，将漂白硫酸盐湿地松纤维利用瓦力打浆机进行打浆处理的条件是：打浆转数为8000～12000转，打浆浓度为2.5～3.0wt％，打浆度为55～70°SR；将慈竹纤维利用瓦力打浆机进行打浆处理的条件是：打浆转数为6000～8000转，打浆浓度为1.0～2.0wt％，打浆度为40～50°SR；
步骤(1)中所述的分散处理中漂白硫酸盐湿地松纤维以质量百分比1.0～1.5％的浓度在转速为6000～8000r/min的破壁机中分散10～20min；慈竹纤维以质量百分比1.0～1.5％的浓度在转速为3000～5000r/min的破壁机中分散5～10min。
4.根据权利要求1所述的高性能牛皮纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中，PF/SAF复配浆料体系中漂白硫酸盐湿地松纤维与慈竹纤维的绝干质量比为5～8：2～5；
步骤(1)中所述的慈竹竹粉的加入量为占PF/SAF/BP混合浆料绝干质量的2.0～5.0％；
步骤(2)中所述的PF/SAF/BP混合浆料的浆料浓度为质量百分比1.3～1.6％。
5.根据权利要求1所述的高性能牛皮纸的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中所述的蒙脱土和聚乙烯醇的质量比为1～3：5～7；
步骤(3)中所述的丙三醇的用量为占反应体系总体积的3～6％；
步骤(3)中所述的磷酸三丁酯的用量为占反应体系总体积的1～2％；
步骤(3)中所述的四硼酸钠的用量为占蒙脱土质量的为4～7％；
步骤(4)中所述的阻隔性涂层材料的使用浓度为质量百分比1.0～1.5％。
6.根据权利要求1所述的高性能牛皮纸的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的搅拌的转速为5000～8000r/min；
步骤(2)中所述的抄造成型为采用夹网成形器纸机抄造成型；
步骤(3)中所述的超声分散的时间为20～30min；
步骤(3)中所述的搅拌反应的时间为40～60min；
步骤(3)中所述的静置的时间为12～18h。
7.根据权利要求1所述的高性能牛皮纸的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的涂布条件：涂布速度为15～30m/min，单面涂布量为1.5～2.5g/m2；
步骤(4)中所述的红外线干燥的条件为：利用电红外线发生器在90～130℃下对涂布纸样进行红外线干燥20～30min；
步骤(5)中所述的热压条件为：温度为96～110℃，压力为20～25MPa，时间为10～20min；
步骤(5)中所述的干燥的条件为：在41～48℃下红外线干燥40～80min。
8.一种高性能牛皮纸，其特征在于：通过权利要求1～7任一项制备方法制备得到。
9.权利要求8所述的高性能牛皮纸在包装材料中的应用。
10.权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的包装材料为防霉抗菌包装材料。
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|---|---|---|---|
| CN202410153949.9A CN117947659A (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 一种高性能牛皮纸及其制备方法与应用 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN117947659A true CN117947659A (zh) | 2024-04-30 |
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Family Applications (1)
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| CN202410153949.9A Pending CN117947659A (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 一种高性能牛皮纸及其制备方法与应用 |
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