CN107556529B - 一种纳米碳酸钙的改性方法及其在食品保鲜膜上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米碳酸钙的改性方法，属于碳酸钙制造技术领域，该改性方法包括以下步骤：取浆、热浆以及改性；改性过程中向纳米碳酸钙浆料中加入改性剂；改性剂由以下原料制得：丙氨酸、十八胺、辛胺、羧甲基壳聚糖、香茅草、纳米二氧化钛、松香树脂、辛基酚聚氧乙烯醚以及双二甲氨基乙基醚；该改性方法制备的改性纳米碳酸钙可应用于食品保鲜膜上，获得抗菌保鲜膜；抗菌保鲜膜由以下原料制得：聚乙烯树脂、改性纳米碳酸钙、环氧大豆油、抗氧剂、麦饭石、钙锌复合稳定剂、纳米二氧化硅、邻苯二甲酸二辛酯以及聚己二酸丙二醇酯；本发明解决了传统纳米碳酸钙在保鲜膜中易发生团聚现象以及传统保鲜膜抗菌效果不明显的问题。
Description
技术领域
本发明属于碳酸钙制造技术领域，具体涉及一种纳米碳酸钙的改性方法及其在食品保鲜膜上的应用。
背景技术
保鲜膜是一种塑料包装制品，广泛应用于食品包装中；生活中，人们经常通过保鲜膜来保鲜食品，例如：将食品放入冰箱时，通常会在食品上覆盖一层保鲜膜。保鲜膜应具有适度的透氧性和透湿度，调节被保鲜品周围的氧气含量和水分含量，阻隔空气中的灰尘，从而延长食品的保鲜期。但是，现有的大多数保鲜膜增加透氧性和透湿度建立在牺牲保鲜膜的韧性。
纳米碳酸钙作为塑料填充的超细级物质，在改变制品性能方面有特殊效果；已有研究表明纳米碳酸钙加入到食品保鲜膜中，可以使食品保鲜膜具有阻隔、抗菌和保鲜等特性，且不会降低保鲜膜的韧性；但是，纳米颗粒具有径粒小，表面活性大等特性，其生物反应活性比普通物质大得多，因此，纳米碳酸钙填料在保鲜膜中易发生团聚现象，导致保鲜膜的韧性提高不明显。另外，现有的保鲜膜几乎都是通过将食品与空气隔绝实现抗菌的目的，但是这种方法的效果并不理想。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种纳米碳酸钙的改性方法，用以解决传统纳米碳酸钙在食品保鲜膜中易发生团聚现象以及传统保鲜膜抗菌效果不明显的问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种纳米碳酸钙的改性方法，包括以下步骤：
(1)取浆：将纳米碳酸钙浆料输送至设有搅拌装置的活化池中；
(2)热浆：将所述活化池中的纳米碳酸钙浆料加热至60-70℃，并进行保温；
(3)改性：将改性剂加入到经步骤(2)加热的所述纳米碳酸钙浆料中进行表面处理，并通过所述搅拌装置持续搅拌；所述改性剂由以下重量份的原料制得：丙氨酸20-30份、十八胺8-12份、辛胺4-8份、羧甲基壳聚糖4-10份、香茅草3-7份、纳米二氧化钛2-4份、松香树脂2-6份、辛基酚聚氧乙烯醚1-2份以及双二甲氨基乙基醚1-2份；待表面处理1-2小时，获得改性浆料；
(4)制得成品：将步骤(3)中获得的所述改性浆料进行压滤、干燥以及粉碎后，即可获得改性纳米碳酸钙。
优选地，步骤(1)中，所述纳米碳酸钙浆料的制备方法包括以下步骤：
A1.制备Ca(OH)2悬浮液：将CaO放入消化池，并加水消化，获得质量浓度为10-16％以及温度为20-25℃的Ca(OH)2悬浮液；
A2.碳化：将步骤A1获得的所述Ca(OH)2悬浮液加入到碳化反应器中；然后，向所述碳化反应器中加入分散剂；接着，向所述碳化反应器中输入体积浓度为60-80％的CO2气体进行碳化反应，并通过所述搅拌装置进行搅拌；最后，待碳化率达到8-10％时停止碳化，获得纳米碳酸钙浆料。
优选地，步骤(3)中，所述搅拌装置的搅拌速度为800-1000rpm。
优选地，步骤(3)中，所述改性剂与纳米碳酸钙的质量比为：1:20-30。
优选地，步骤(4)中，所述干燥包括一级干燥和二级干燥；所述一级干燥的温度为100-120℃，并使得压滤产物的含水量降至15-20％；所述二级干燥的温度为70-80℃，并使得压滤产物的含水量降至0.4％以下。
优选地，步骤(4)中，所述粉碎是通过涡流粉碎机进行粉碎。
一种如上所述的纳米碳酸钙的改性方法所制得的改性纳米碳酸钙。
一种如上所述的改性纳米碳酸钙的应用，所述改性纳米碳酸钙可应用于食品保鲜膜上，获得抗菌保鲜膜；所述抗菌保鲜膜由以下重量份的原料制得：聚乙烯树脂80-100份、改性纳米碳酸钙8-16份、环氧大豆油2-6份、抗氧剂0.1-0.5份、麦饭石4-8份、钙锌复合稳定剂2-6份、纳米二氧化硅3-5份、邻苯二甲酸二辛酯1-2份以及聚己二酸丙二醇酯1-2份。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的改性剂中具有很多活性基团，活性基团与纳米碳酸钙的相容性较好，容易产生很强的结合力；通过本发明的改性剂对纳米碳酸钙粒子表面进行改性，可以获得粒子分散均匀的改性纳米碳酸钙，避免了纳米碳酸钙使用过程中出现的团聚现象。将改性纳米碳酸钙填充至食品保鲜膜，能够有效地提高了食品保鲜膜的韧性。本发明的改性剂相对传统的改性剂，其改性效果更好，对保鲜膜韧性的提升效果更明显；其中，本发明的改性剂中，丙氨酸能以化学键合成的形式接枝到纳米碳酸钙的表面，使得改性纳米碳酸钙的晶格膨胀、晶间距变大、分散性良好；十八胺和辛胺可以使得纳米碳酸钙表面由亲水疏油向亲油疏水转变，分散性大大提高；松香树脂具有形成包膜的作用，能够提升纳米碳酸钙的稳定性。
2.本发明的改性剂中含有抑菌成分，使得改性后获得的改性纳米碳酸钙具有抑菌的功效；其中，羧甲基壳聚糖、香茅草、辛基酚聚氧乙烯醚以及纳米二氧化钛均具有很强的抗菌作用，这些原料将纳米碳酸钙作为载体，聚集在纳米碳酸钙的表面，不仅可以使得改性纳米碳酸钙具有良好的分散性，而且还具有良好的抗菌性；当改性纳米碳酸钙作为填料应用到食品保鲜膜上时，可以有效的提高保鲜膜的抑菌效果。此外，将改性纳米碳酸钙加入食品保鲜膜，使得食品保鲜膜易降解，对环境的污染小，绿色环保。
3.本发明获得的改性纳米碳酸钙作为填充材料应用到食品保鲜膜上，还可以提高食品保鲜膜的透氧性和透湿度，提高保鲜膜的保鲜效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
一种纳米碳酸钙的改性方法，包括以下步骤：
(1)取浆：将纳米碳酸钙浆料输送至设有搅拌装置的活化池中；其中，所述纳米碳酸钙浆料的制备方法包括以下步骤：
A1.制备Ca(OH)2悬浮液：将CaO放入消化池，并加水消化，获得质量浓度为10％以及温度为20℃的Ca(OH)2悬浮液。
A2.碳化：将步骤A1获得的所述Ca(OH)2悬浮液加入到碳化反应器中；然后，向所述碳化反应器中加入分散剂；接着，向所述碳化反应器中输入体积浓度为60％的CO2气体进行碳化反应，并通过所述搅拌装置进行搅拌；最后，待碳化率达到8％时停止碳化，获得纳米碳酸钙浆料。
(2)热浆：将所述活化池中的纳米碳酸钙浆料加热至60℃，并进行保温。
(3)改性：将改性剂加入到经步骤(2)加热的所述纳米碳酸钙浆料中进行表面处理，并通过所述搅拌装置持续搅拌，所述搅拌装置的搅拌速度为800rpm。所述改性剂由以下重量份的原料制得：丙氨酸20份、十八胺8份、辛胺4份、羧甲基壳聚糖4份、香茅草3份、纳米二氧化钛2份、松香树脂2份、辛基酚聚氧乙烯醚1份以及双二甲氨基乙基醚1份。所述改性剂与纳米碳酸钙的质量比为：1:30。待表面处理1小时，获得改性浆料。
(4)制得成品：将步骤(3)中获得的所述改性浆料进行压滤、干燥以及粉碎后，即可获得改性纳米碳酸钙。所述干燥包括一级干燥和二级干燥；所述一级干燥的温度为100℃，并使得压滤产物的含水量降至15％。所述二级干燥的温度为70℃，并使得压滤产物的含水量降至0.4％以下。所述粉碎是通过涡流粉碎机进行粉碎。
一种如上所述的纳米碳酸钙的改性方法所制得的改性纳米碳酸钙。
一种如上所述的改性纳米碳酸钙的应用，所述改性纳米碳酸钙可应用于食品保鲜膜上，获得抗菌保鲜膜。所述抗菌保鲜膜由以下重量份的原料制得：聚乙烯树脂80份、改性纳米碳酸钙8份、环氧大豆油2份、抗氧剂0.1份、麦饭石4份、钙锌复合稳定剂2份、纳米二氧化硅3份、邻苯二甲酸二辛酯1份以及聚己二酸丙二醇酯1份。对所述抗菌保鲜膜的拉伸强度、断裂伸长率、氧气透过量、水蒸气透过量以及相对抑菌率进行测量，测量数据如表1所示。
实施例2
一种纳米碳酸钙的改性方法，包括以下步骤：
(1)取浆：将纳米碳酸钙浆料输送至设有搅拌装置的活化池中；其中，所述纳米碳酸钙浆料的制备方法包括以下步骤：
A1.制备Ca(OH)2悬浮液：将CaO放入消化池，并加水消化，获得质量浓度为16％以及温度为25℃的Ca(OH)2悬浮液。
A2.碳化：将步骤A1获得的所述Ca(OH)2悬浮液加入到碳化反应器中；然后，向所述碳化反应器中加入分散剂；接着，向所述碳化反应器中输入体积浓度为80％的CO2气体进行碳化反应，并通过所述搅拌装置进行搅拌；最后，待碳化率达到10％时停止碳化，获得纳米碳酸钙浆料。
(2)热浆：将所述活化池中的纳米碳酸钙浆料加热至70℃，并进行保温。
(3)改性：将改性剂加入到经步骤(2)加热的所述纳米碳酸钙浆料中进行表面处理，并通过所述搅拌装置持续搅拌，所述搅拌装置的搅拌速度为1000rpm。所述改性剂由以下重量份的原料制得：丙氨酸30份、十八胺12份、辛胺8份、羧甲基壳聚糖10份、香茅草7份、纳米二氧化钛4份、松香树脂6份、辛基酚聚氧乙烯醚2份以及双二甲氨基乙基醚2份。所述改性剂与纳米碳酸钙的质量比为：1:20。待表面处理2小时，获得改性浆料。
(4)制得成品：将步骤(3)中获得的所述改性浆料进行压滤、干燥以及粉碎后，即可获得改性纳米碳酸钙。所述干燥包括一级干燥和二级干燥；所述一级干燥的温度为120℃，并使得压滤产物的含水量降至20％。所述二级干燥的温度为80℃，并使得压滤产物的含水量降至0.4％以下。所述粉碎是通过涡流粉碎机进行粉碎。
一种如上所述的纳米碳酸钙的改性方法所制得的改性纳米碳酸钙。
一种如上所述的改性纳米碳酸钙的应用，所述改性纳米碳酸钙可应用于食品保鲜膜上，获得抗菌保鲜膜。所述抗菌保鲜膜由以下重量份的原料制得：聚乙烯树脂100份、改性纳米碳酸钙16份、环氧大豆油6份、抗氧剂0.5份、麦饭石8份、钙锌复合稳定剂6份、纳米二氧化硅5份、邻苯二甲酸二辛酯2份以及聚己二酸丙二醇酯2份。对所述抗菌保鲜膜的拉伸强度、断裂伸长率、氧气透过量、水蒸气透过量以及相对抑菌率进行测量，测量数据如表1所示。
实施例3
一种纳米碳酸钙的改性方法，包括以下步骤：
(1)取浆：将纳米碳酸钙浆料输送至设有搅拌装置的活化池中；其中，所述纳米碳酸钙浆料的制备方法包括以下步骤：
A1.制备Ca(OH)2悬浮液：将CaO放入消化池，并加水消化，获得质量浓度为13％以及温度为23℃的Ca(OH)2悬浮液。
A2.碳化：将步骤A1获得的所述Ca(OH)2悬浮液加入到碳化反应器中；然后，向所述碳化反应器中加入分散剂；接着，向所述碳化反应器中输入体积浓度为70％的CO2气体进行碳化反应，并通过所述搅拌装置进行搅拌；最后，待碳化率达到9％时停止碳化，获得纳米碳酸钙浆料。
(2)热浆：将所述活化池中的纳米碳酸钙浆料加热至65℃，并进行保温。
(3)改性：将改性剂加入到经步骤(2)加热的所述纳米碳酸钙浆料中进行表面处理，并通过所述搅拌装置持续搅拌，所述搅拌装置的搅拌速度为900rpm。所述改性剂由以下重量份的原料制得：丙氨酸25份、十八胺10份、辛胺6份、羧甲基壳聚糖7份、香茅草5份、纳米二氧化钛3份、松香树脂4份、辛基酚聚氧乙烯醚1.5份以及双二甲氨基乙基醚1.5份。所述改性剂与纳米碳酸钙的质量比为：1:25。待表面处理1.5小时，获得改性浆料。
(4)制得成品：将步骤(3)中获得的所述改性浆料进行压滤、干燥以及粉碎后，即可获得改性纳米碳酸钙。所述干燥包括一级干燥和二级干燥；所述一级干燥的温度为110℃，并使得压滤产物的含水量降至18％。所述二级干燥的温度为75℃，并使得压滤产物的含水量降至0.4％以下。所述粉碎是通过涡流粉碎机进行粉碎。
一种如上所述的纳米碳酸钙的改性方法所制得的改性纳米碳酸钙。
一种如上所述的改性纳米碳酸钙的应用，所述改性纳米碳酸钙可应用于食品保鲜膜上，获得抗菌保鲜膜。所述抗菌保鲜膜由以下重量份的原料制得：聚乙烯树脂90份、改性纳米碳酸钙12份、环氧大豆油4份、抗氧剂0.3份、麦饭石6份、钙锌复合稳定剂4份、纳米二氧化硅4份、邻苯二甲酸二辛酯1.5份以及聚己二酸丙二醇酯1.5份。对所述抗菌保鲜膜的拉伸强度、断裂伸长率、氧气透过量、水蒸气透过量以及相对抑菌率进行测量，测量数据如表1所示。
对此，申请人还设计了本发明的对比例，具体如下：
对比例1
食品保鲜膜不填充改性纳米碳酸钙，测量其拉伸强度、断裂伸长率、氧气透过量、水蒸气透过量以及相对抑菌率，测量数据如表1所示。
对比例2
执行步骤(3)时，将所述改性剂换成常规的改性剂硬酯酸钠，其他处理均与实施例3相同；将通过硬酯酸钠改性的纳米碳酸钙填充至食品保鲜膜上，并对保鲜膜的拉伸强度、断裂伸长率、氧气透过量、水蒸气透过量以及相对抑菌率进行测量，测量数据如表1所示。
表1
由表1可知，实施例1、2、3获得的所述抗菌保鲜膜，其拉伸强度以及断裂伸长率均远高于对比例1、2获得的保鲜膜，说明所述抗菌保鲜膜的韧性相对传统的保鲜膜得到了明显的提高；实施例1、2、3获得的所述抗菌保鲜膜，其氧气透过量、水蒸气透过量均远高于对比例1、2获得的保鲜膜，说明所述抗菌保鲜膜的通透性更佳，有利于食品保鲜；实施例1、2、3获得的所述抗菌保鲜膜，其相对抑菌率远高于对比例1、2获得的保鲜膜，说明所述抗菌保鲜膜的抑菌效果更明显。因此，本发明可以有效解决传统纳米碳酸钙在保鲜膜中易发生团聚现象并因此导致韧性提高不明显的问题以及传统保鲜膜抗菌效果不明显的问题。本发明的制作工艺简单，设备投入低，具有良好的工业推广价值。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (3)
1.一种纳米碳酸钙的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取浆：将纳米碳酸钙浆料输送至设有搅拌装置的活化池中；
(2)热浆：将所述活化池中的纳米碳酸钙浆料加热至60-70℃，并进行保温；
(3)改性：将改性剂加入到经步骤(2)加热的所述纳米碳酸钙浆料中进行表面处理，并通过所述搅拌装置持续搅拌；所述改性剂由以下重量份的原料制得：丙氨酸20-30份、十八胺8-12份、辛胺4-8份、羧甲基壳聚糖4-10份、香茅草3-7份、纳米二氧化钛2-4份、松香树脂2-6份、辛基酚聚氧乙烯醚1-2份以及双二甲氨基乙基醚1-2份；待表面处理1-2小时，获得改性浆料；
(4)制得成品：将步骤(3)中获得的所述改性浆料进行压滤、干燥以及粉碎后，即可获得改性纳米碳酸钙；
步骤(1)中，所述纳米碳酸钙浆料的制备方法包括以下步骤：
A1.制备Ca(OH)2悬浮液：将CaO放入消化池，并加水消化，获得质量浓度为10-16％以及温度为20-25℃的Ca(OH)2悬浮液；
A2.碳化：将步骤A1获得的所述Ca(OH)2悬浮液加入到碳化反应器中；然后，向所述碳化反应器中加入分散剂；接着，向所述碳化反应器中输入体积浓度为60-80％的CO2气体进行碳化反应，并通过所述搅拌装置进行搅拌；最后，待碳化率达到8-10％时停止碳化，获得纳米碳酸钙浆料；
步骤(3)中，所述搅拌装置的搅拌速度为800-1000rpm；
步骤(3)中，所述改性剂与纳米碳酸钙的质量比为：1:20-30；
步骤(4)中，所述干燥包括一级干燥和二级干燥；所述一级干燥的温度为100-120℃，并使得压滤产物的含水量降至15-20％；所述二级干燥的温度为70-80℃，并使得压滤产物的含水量降至0.4％以下；
步骤(4)中，所述粉碎是通过涡流粉碎机进行粉碎。
2.一种由权利要求1任一项所述的纳米碳酸钙的改性方法所制得的改性纳米碳酸钙。
3.一种如权利要求2所述的改性纳米碳酸钙的应用，其特征在于：所述改性纳米碳酸钙可应用于食品保鲜膜上，获得抗菌保鲜膜；所述抗菌保鲜膜由以下重量份的原料制得：聚乙烯树脂80-100份、改性纳米碳酸钙8-16份、环氧大豆油2-6份、抗氧剂0.1-0.5份、麦饭石4-8份、钙锌复合稳定剂2-6份、纳米二氧化硅3-5份、邻苯二甲酸二辛酯1-2份以及聚己二酸丙二醇酯1-2份。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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