CN114108382B - 一种防潮阻氧性包装纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及包装材料技术领域，具体公开了一种防潮阻氧性包装纸，包括：包装纸基层；阻隔层，所述阻隔层设于所述包装纸基层的一侧且由所述阻隔涂料涂覆固化而成；所述阻隔涂料包括下列重量份的物质：聚乳酸3～8份；六氟异丙醇溶液45～50份；硅烷偶联剂1～2份。制备方法包括以下制备步骤：S1、阻隔层制备；S2、防潮层制备；S3、干燥处理。本申请选用聚乳酸膜作为阻隔层，对包装纸基层进行包覆改性，能通过聚乳酸薄膜对包装纸基层形成良好的阻隔效果，进一步提高了其防潮阻氧性。

Description

一种防潮阻氧性包装纸及其制备方法
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，尤其涉及一种防潮阻氧性包装纸及其制备方法。
背景技术
纸包装材料具有资源丰富、价格低廉和容易降解等特点，纸制品腐化后，可回收用于纸张再生，同时也减少了空气污染，净化了环境。与塑料、金属、玻璃其他包装材料相比，纸包装材料是最有前途的绿色包装材料之一。
随着纸质包装材料的进一步优化，提高其阻隔性能的技术要求与日俱增，由于纸张本身是一种非匀质材料，其纤维素基本单元中的羟基使得纤维素本身具有亲水性，另外纤维网络的多孔结构，使得气体可由孔隙中透过，这些特性限制了纸张对水蒸气、氧气等的阻隔性能。赋予纸基材料阻隔性能的方法主要包括内部加工以及后处理。内部加工指的是在纸张制造之前通过提高打浆度，以增强纤维、填料和胶料间的结合力，提高纸张的机械及阻隔性能。
针对上述中的相关技术，发明人认为，现有的阻隔性纸张通常通过内部加工的方法使纸张获得阻隔性能。然而内部加工使纸产品的回收再制浆变得困难，且内部加工后的纸张的阻隔效果不佳，无法有效隔绝氧气和水蒸气。
发明内容
为了改善现有纸质包装材料的防潮阻氧性不佳的缺陷，本发明提供一种防潮阻氧性包装纸及其制备方法，采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供了一种防潮阻氧性包装纸，采用如下技术方案：
一种防潮阻氧性包装纸，包括：
包装纸基层；
阻隔层，所述阻隔层设于所述包装纸基层的一侧且由所述阻隔涂料涂覆固化而成；
所述阻隔涂料包括下列重量份的物质：
聚乳酸3～8份；
六氟异丙醇溶液45～50份；
硅烷偶联剂1～2份。
通过采用上述技术方案，本申请选用聚乳酸为包覆层主要材料，通过聚乳酸膜作为阻隔层，由于聚乳酸与传统的聚乙烯和聚丙烯相比，具有更为优异的加工性能，所以本申请通过聚乳酸薄膜有对包装纸基层形成良好的阻隔效果，在此基础上，本申请通过选用硅烷偶联剂，有效改善聚乳酸阻隔层和包装纸基层之间的结合强度，从而形成更为紧密的形态，进一步提高了其防潮阻氧性。
进一步地，所述阻隔涂料还包括25～30重量份的角蛋白-氢氧化钠溶液。
通过采用上述技术方案，本申请选用角蛋白为阻隔涂料中的改性材料，由于单纯采用塑料包覆膜作为阻隔层，需要添加大量增塑剂等材料，而角蛋白为天然高分子材料，将其作为添加材料使用后，阻隔层可以有效阻碍水汽的透过，通过蛋白质具有良好的致密结构，有效改善阻隔层的致密性能，从而进一步提高了其防潮阻氧性。
进一步地，所述阻隔涂料还包括3～5重量份的戊二醛。
通过采用上述技术方案，本申请通过对角蛋白进行交联改性，戊二醛反应活性高，反应速度快、交联后的产物稳定，可以和角蛋白分子上的氨基反应，使大分子链相互连接形成一定的网络结构，从而使分子内和分子间的相互作用增强，进而使羽毛角蛋白膜的结构更加致密、均匀，进一步提高了阻隔层的防潮阻氧性。
进一步地，所述一种防潮阻氧性包装纸还包括防潮层，所述防潮层设于所述包装纸基层的另一侧且由所述防潮包覆液包覆固化而成，所述防潮包覆液包括下列重量份物质：
水15～20份；
苯丙乳液35～50份；
淀粉3～5份；
纳米气凝胶颗粒3～8份。
通过采用上述技术方案，本申请进一步优化了防潮阻氧性包装纸的结构，在防潮阻氧性包装纸另一侧再设置有防潮层，能有效改善单一阻隔层只能简单隔绝氧气，不能有效防潮的效果。通过纳米气凝胶颗粒具有的良好的孔隙结构，水汽分子主要依靠毛细管作用力被吸附到多孔的纳米气凝胶颗粒的孔隙中。与此同时，孔隙中的空气压力会阻止水分进入到微孔结构中，在吸附压力作用下。即随着真空度的增加，孔隙中的空气被尽可能地抽出，在降低空气阻力的同时增加压力差，使水分的吸附量增加，从而有效将纸张的水汽释放，进一步改善了防潮阻氧性包装纸的防潮效果。
进一步地，所述纳米气凝胶颗粒为纤维素接枝纳米氧化硅气凝胶颗粒。
通过采用上述技术方案，本申请将无机气凝胶与有机的纤维素材料有机结合，一方面，该复合材料具有气凝胶材料的多孔隙结构，具有良好排湿性能，能有效保持包装纸材料的干燥。另一方面，纤维素材料具有优异的韧性强度，能改善单一使用气凝胶材料作为防潮层的力学性能，同时改善该防潮层与包装纸之间的结合强度，从而提高防潮阻氧性包装纸实际使用性能。
进一步地，所述纳米气凝胶颗粒采用以下方案制成：
（1）取氧化纳米纤维素并置于去离子水中，超声分散，收集分散浆液；
（2）将分散浆液、N-羟基琥珀酰亚胺和脂肪胺，搅拌混合，收集得混合凝胶液；
（3）取混合凝胶液置于硅酸钠溶液中，搅拌混合并静置，过滤收集得滤饼；
（4）将滤饼浸泡至盐酸中，静置后洗涤至中性后，用无水乙醇冲洗，超临界干燥，破碎后研磨过筛，制备得纳米气凝胶颗粒。
通过采用上述技术方案，本申请通过对纤维素改性处理，一方面，通过对氧化纳米纤维素接枝脂肪胺改性，使氧化纳米纤维素与胺基反应形成酰胺键。由此减少了羟基亲水基团的含量，导致亲水性降低，另一方面，纳米纤维素上引入了脂肪长链具有很强的疏水性，并且接枝的脂肪长链可以对纳米纤维素表面的亲水基团形成覆盖，因而改性后其疏水性能大幅提高，进一步改善了防潮阻氧性包装纸的防潮性能。
第二方面，本申请提供了一种防潮阻氧性包装纸的制备方法，采用如下技术方案：
一种防潮阻氧性包装纸的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、阻隔层制备：对包装纸基层干燥，在对其表面涂覆阻隔涂料，干燥固化，控制阻隔层厚度为0.015～0.020mm；
S2、防潮层制备：对包装纸基层的另一表面涂覆防潮包覆液，干燥固化，控制防潮层厚度为0.001～0.0015mm；
S3、干燥处理：待防潮层与阻隔层均干燥完成后，经裁剪包装，即可制备得一种防潮阻氧性包装纸。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化阻隔层和防潮层的制备步骤和厚度，一方面改善了双层结构的防潮阻氧性包装纸的防潮阻氧性能，另一方面，三层结构的设计，能对包装纸材料形成良好的包覆结构，提高其使用寿命。
进一步地，所述阻隔涂料采用以下方案制成：将聚乳酸、六氟异丙醇溶液和硅烷偶联剂搅拌混合后，得聚乳酸溶液，再取角蛋白-氢氧化钠溶液与戊二醛混合交联，得交联液，将聚乳酸溶液与交联液搅拌混合，制备得阻隔涂料。
通过采用上述技术方案，本申请优化了阻隔涂料的制备步骤，通过先将角蛋白交联后，再与聚乳酸复合的技术方案，有效提高了阻隔涂料的致密结构，从而有效改善了包装纸材料的抗氧化性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
第一、本申请选用聚乳酸为包覆层主要材料，通过聚乳酸膜作为阻隔层，由于聚乳酸与传统的聚乙烯和聚丙烯相比，具有更为优异的加工性能，所以本申请通过聚乳酸薄膜有对包装纸基层形成良好的阻隔效果，在此基础上，本申请通过选用硅烷偶联剂，有效改善聚乳酸阻隔层和包装纸基层之间的结合强度，从而形成更为紧密的形态，进一步提高了其防潮阻氧性。
第二、本申请进一步优化了防潮阻氧性包装纸的结构，在防潮阻氧性包装纸另一侧再设置有防潮层，能有效改善单一阻隔层只能简单隔绝氧气，不能有效防潮的效果。通过纳米气凝胶颗粒具有的良好的孔隙结构，水汽分子主要依靠毛细管作用力被吸附到多孔的纳米气凝胶颗粒的孔隙中。与此同时，孔隙中的空气压力会阻止水分进入到微孔结构中，在吸附压力作用下。即随着真空度的增加，孔隙中的空气被尽可能地抽出，在降低空气阻力的同时增加压力差，使水分的吸附量增加，从而有效将纸张的水汽释放，进一步改善了防潮阻氧性包装纸的防潮效果。
第三、本申请通过对纤维素改性处理，一方面，通过对氧化纳米纤维素接枝脂肪胺改性，使氧化纳米纤维素与胺基反应形成酰胺键。由此减少了羟基亲水基团的含量，导致亲水性降低，另一方面，纳米纤维素上引入了脂肪长链具有很强的疏水性，并且接枝的脂肪长链可以对纳米纤维素表面的亲水基团形成覆盖，因而改性后其疏水性能大幅提高，进一步改善了防潮阻氧性包装纸的防潮性能。
第四、本申请优化了阻隔涂料的制备步骤，通过先将角蛋白交联后，再与聚乳酸复合的技术方案，有效提高了阻隔涂料的致密结构，从而有效改善了包装纸材料的抗氧化性能。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
若无特殊说明，本申请的制备例、实施例和对比例的原料均能通过市售购得。
制备例
阻隔涂料制备
制备例1
一种阻隔涂料1：
取聚乳酸3kg，六氟异丙醇溶液45kg和硅烷偶联剂1kg，搅拌混合并收集得混合液，制备得阻隔涂料1。
制备例2
一种阻隔涂料2：
取聚乳酸5kg，六氟异丙醇溶液47kg和硅烷偶联剂2kg，搅拌混合并收集得混合液，制备得阻隔涂料2。
制备例3
一种阻隔涂料3：
取聚乳酸8kg，六氟异丙醇溶液50kg和硅烷偶联剂2kg，搅拌混合并收集得混合液，制备得阻隔涂料3。
制备例4
一种阻隔涂料4：
取聚乳酸8kg，六氟异丙醇溶液50kg、25kg质量分数5％的角蛋白-氢氧化钠溶液和硅烷偶联剂2kg，搅拌混合并收集得混合液，制备得阻隔涂料4。
制备例5
一种阻隔涂料5：
取聚乳酸8kg，六氟异丙醇溶液50kg、30kg质量分数5％的角蛋白-氢氧化钠溶液和硅烷偶联剂2kg，搅拌混合并收集得混合液，制备得阻隔涂料4。
制备例6
一种阻隔涂料6：
取聚乳酸8kg，六氟异丙醇溶液50kg、30kg质量分数5％的角蛋白-氢氧化钠溶液、3kg戊二醛和硅烷偶联剂2kg，先将聚乳酸、六氟异丙醇溶液和硅烷偶联剂搅拌混合后，得聚乳酸溶液，再取角蛋白-氢氧化钠溶液与戊二醛混合交联，得交联液，将聚乳酸溶液与交联液搅拌混合，制备得阻隔涂料6。
制备例7
一种阻隔涂料7：
取聚乳酸8kg，六氟异丙醇溶液50kg、30kg质量分数5％的角蛋白-氢氧化钠溶液、5kg戊二醛和硅烷偶联剂2kg，先将聚乳酸、六氟异丙醇溶液和硅烷偶联剂搅拌混合后，得聚乳酸溶液，再取角蛋白-氢氧化钠溶液与戊二醛混合交联，得交联液，将聚乳酸溶液与交联液搅拌混合，制备得阻隔涂料7。
制备例8
纳米气凝胶颗粒
（1）取1kg氧化纳米纤维素并置于10L去离子水中，超声分散，收集分散浆液；
（2）将1.5kg分散浆液、350gN-羟基琥珀酰亚胺和450g脂肪胺，搅拌混合，收集得混合凝胶液；
（3）取1kg混合凝胶液置于5kg重量分数5％硅酸钠溶液中，搅拌混合并静置，过滤收集得滤饼；
（4）将滤饼浸泡至0.1mol/L盐酸中，静置后用去离子水洗涤至中性后，用无水乙醇冲洗，超临界干燥，破碎后研磨过筛，制备得纳米气凝胶颗粒。
制备例9
防潮包覆液制备
取15kg水、35kg苯丙乳液、3kg淀粉和3kg纳米气凝胶颗粒，搅拌混合并研磨分散，得防潮包覆液1。
制备例10
防潮包覆液制备
取17kg水、42kg苯丙乳液、4kg淀粉和5kg纳米气凝胶颗粒，搅拌混合并研磨分散，得防潮包覆液2。
制备例11
防潮包覆液制备
取20kg水、50kg苯丙乳液、5kg淀粉和8kg纳米气凝胶颗粒，搅拌混合并研磨分散，得防潮包覆液3。
实施例
实施例1
一种防潮阻氧性包装纸：
S1、阻隔层制备：对包装纸基层干燥，在对其表面涂覆阻隔涂料1，45℃下干燥固化，控制阻隔层厚度为0.015mm；
S2、干燥处理：待阻隔层均干燥完成后，经裁剪包装，即可制备得一种防潮阻氧性包装纸。
实施例2
一种防潮阻氧性包装纸：
S1、阻隔层制备：对包装纸基层干燥，在对其表面涂覆阻隔涂料1，45℃下干燥固化，控制阻隔层厚度为0.015mm；
S2、防潮层制备：对包装纸基层的另一表面涂覆防潮包覆液1，45℃下干燥固化，控制防潮层厚度为0.001mm；
S3、干燥处理：待防潮层与阻隔层均干燥完成后，经裁剪包装，即可制备得一种防潮阻氧性包装纸。
实施例3～10
一种防潮阻氧性包装纸：与实施例2的区别在于，实施例3～10分别采用了制备例2～7中的阻隔涂料2～7代替实施例1中的阻隔涂料1和制备例10～11制备的防潮包覆液2～3，其余制备步骤和操作步骤均与实施例2相同，具体制备方案如下表表1所示。
表1实施例3～10防潮阻氧性包装纸成分配比表
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实施例11
一种防潮阻氧性包装纸：与实施例10的区别在于，实施例11中采用的阻隔层厚度为0.020mm，其余制备步骤和操作步骤均与实施例10相同。
实施例12
一种防潮阻氧性包装纸：与实施例11的区别在于，实施例12中采用的防潮层厚度为0.0015mm，其余制备步骤和操作步骤均与实施例11相同。
对比例
对比例1：一种包装纸，与实施例1相比，包装纸中中未添加阻隔层，采用0.5mol/L聚乙烯醇溶液涂覆与包装纸表面，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。
对比例2：一种防潮阻氧性包装纸，与实施例1相比，胶粘剂中采用二氧化硅溶胶代替实施例1中的阻隔涂料，其余组分和制备步骤均与实施例1相同。
性能检测试验
分别对实施例1～12、对比例1～2中制备的防潮阻氧性包装纸测试其使用的性能。
检测方法/试验方法
抗氧化性能测定：移取3mL的大豆油置于50mL瓶中，用制备的涂膜食品包装纸封口，周边用封口膜密封。于45℃恒温箱中放置，每天揭膜取油样，依据GB/T5538-2005测定过氧化值，其中，过氧化值以每千克样品中活性氧的含量来表示。
防潮性：试样选取无褶皱、无污渍及针孔且厚度均匀的试样，在透湿杯底部加入二分之一的二次蒸馏水，放入一个黑色密封圈，将试样放到黑色密封圈上，然后再放入另一个黑色密封圈，将试样密封，最后再放入白色的密封圈，并将压盖拧紧。将装夹好的透湿杯一一放到实验腔内相应大盘上。实验条件为：温度为３８℃，相对湿度为90％，每种样品测试３次，结果取平均值。
表2实验例1～12和对比例1～2的性能表征
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将实施例1、实施例2～4、实施例5～6、实施例7～8、实施例9～10和实施例11～12设置为6组，结合对比例1～2和表2进行性能分析。
（1）将实施例1和对比例1～2进行对比，由表2数据分析可以看出，实施例1技术方案中的抗氧防潮性能明显优于对比例1～2中的材料，说明本申请技术方案选用聚乳酸膜作为阻隔层，由于聚乳酸与传统的聚乙烯和聚丙烯相比，具有更为优异的加工性能，本申请通过聚乳酸薄膜有效对包装纸基层进行包覆改性，能通过聚乳酸薄膜对包装纸基层形成良好的阻隔效果，在此基础上，本申请通过选用硅烷偶联剂，有效改善聚乳酸阻隔层和包装纸基层之间的结合强度，从而形成更为紧密的形态，进一步提高了其防潮阻氧性。
（2）将实施例1和实施例2～4和实施例9～10进行对比，由表2数据分析可以看出，实施例9～10技术方案中的抗氧防潮性能明显优于实施例1中的材料，说明本申请进一步优化了防潮阻氧性包装纸的结构，在防潮阻氧性包装纸另一侧再设置有防潮层，能有效改善单一阻隔层只能简单隔绝氧气，不能有效防潮的效果，通过纳米气凝胶颗粒具有的良好的孔隙结构，水汽分子主要依靠毛细管作用力被吸附到多孔的纳米气凝胶颗粒的孔隙中，与此同时，孔隙中的空气压力会阻止水分进入到微孔结构中，在吸附压力作用下，即随着真空度的增加，孔隙中的空气被尽可能地抽出，在降低空气阻力的同时增加压力差，使水分的吸附量增加，从而有效将纸张的水汽释放，进一步改善了防潮阻氧性包装纸的防潮效果。
（3）将实施例2～4和实施例5～6和实施例7～8进行对比，由表2数据分析可以看出，实施例7～8技术方案中的抗氧防潮性能明显优于实施例2～4中的材料，说明通过戊二醛对角蛋白进行交联改性，使大分子链相互连接形成一定的网络结构，从而使分子内和分子间的相互作用增强，进而使羽毛角蛋白膜的结构更加致密、均匀，从而进一步提高了阻隔层的防潮阻氧性。
（4）将实施例2～4和实施例11～12进行对比，由表2数据分析可以看出，实施例11～12技术方案中的抗氧防潮性能明显优于实施例2～4中的材料，说明优化阻隔层和防潮层的制备步骤和厚度，一方面改善了双层结构的防潮阻氧性包装纸的防潮阻氧性能，另一方面，三层结构的设计，能对包装纸材料形成良好的包覆结构，提高其使用寿命。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种防潮阻氧性包装纸，其特征在于，包括：
包装纸基层；
阻隔层，所述阻隔层设于所述包装纸基层的一侧且由阻隔涂料涂覆固化而成；和
防潮层，所述防潮层设于所述包装纸基层的另一侧且由防潮包覆液包覆固化而成；
其中，所述阻隔涂料包括下列重量份的物质：
聚乳酸3～8份；
六氟异丙醇溶液45～50份；和
硅烷偶联剂1～2份；
其中，所述防潮包覆液包括下列重量份物质：
水15～20份；
苯丙乳液35～50份；
淀粉3～5份；
纳米气凝胶颗粒3～8份；
所述纳米气凝胶颗粒采用以下方案制成：
（1）取氧化纳米纤维素并置于去离子水中，超声分散，收集分散浆液；
（2）将分散浆液、N-羟基琥珀酰亚胺和脂肪胺，搅拌混合，收集得混合凝胶液；
（3）取混合凝胶液置于硅酸钠溶液中，搅拌混合并静置，过滤收集得滤饼；
（4）将滤饼浸泡至盐酸中，静置后洗涤至中性后，用无水乙醇冲洗，超临界干燥，破碎后研磨过筛，制备得纳米气凝胶颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种防潮阻氧性包装纸，其特征在于，所述阻隔涂料还包括25～30重量份的角蛋白-氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求2所述的一种防潮阻氧性包装纸，其特征在于，所述阻隔涂料还包括3～5重量份的戊二醛。
4.根据权利要求1所述的一种防潮阻氧性包装纸，其特征在于，所述纳米气凝胶颗粒为纤维素接枝纳米氧化硅气凝胶颗粒。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的一种防潮阻氧性包装纸的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1、阻隔层制备：对包装纸基层干燥，在对其表面涂覆阻隔涂料，干燥固化，控制阻隔层厚度为0.015～0.020mm；
S2、防潮层制备：对包装纸基层的另一表面涂覆防潮包覆液，干燥固化，控制防潮层厚度为0.001～0.0015mm；
S3、干燥处理：待防潮层与阻隔层均干燥完成后，经裁剪包装，即可制备得一种防潮阻氧性包装纸。
6.根据权利要求5所述的一种防潮阻氧性包装纸的制备方法，其特征在于，所述阻隔涂料采用以下方案制成：将聚乳酸、六氟异丙醇溶液和硅烷偶联剂搅拌混合后，得聚乳酸溶液，再取角蛋白-氢氧化钠溶液与戊二醛混合交联，得交联液，将聚乳酸溶液与交联液搅拌混合，制备得阻隔涂料。
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