纳米纤维素食品包装纸涂料及其制作方法、食品包装纸与流程

文档序号：24625201发布日期：2021-04-09 20:32阅读：213来源：国知局

本发明涉及涂料领域，特别是涉及一种食品包装水性涂料及其制作方法、食品包装纸。

背景技术：

纳米纤维素包括纳米尺度的纤维素晶体和纤维素纳米纤维。纤维素纳米晶体是天然纤维素经过处理后，纤维素中的无定形区及低结晶度的结晶区被破除，而得到的一种规则棒状的纤维素结晶体，长大约50-60nm，直径大约5-10nm。棒状的纳米纤维素晶体的晶区分子链取向良好，密度较大，并且具有高比表面积、高表面能、多羟基结构，易与分子间产生强烈的氢键作用，与高分子材料复合应用时可形成较致密的薄膜结构，具有较好的阻隔性能和力学性能。刚硬的棒状结构也赋予了纳米纤维素晶体良好的流变性能。已有大量关于纳米纤维素晶体在水性体系中作为复合增强剂、阻隔剂、保水剂和流变剂方面的应用研究。

相比于纳米微晶纤维素，纤维素纳米纤丝(cnf)不仅具有很高的结晶度，还保留了微细纤维的外形，同时经过高度微细纤维化后，其比表面积显著增大且分子表面裸露出大量的极性羟基，从而具有较高的保水值、粘结能力、分散性能。cnf所具有的超高比表面积、高亲和性、表面毡状的网状结构赋予其极高的功能特性，作为复合材料的增强剂或涂料流变剂、保水剂方面亦有研究。但是已有研究中，cnf需要有与其相搭配的高分子特殊组分，涂料固含量低，涂料功能性不同，配方存在较大差异。

造纸涂料随着造纸机的车速越来越快，对涂料的高固含、高流变性提出了新的要求。食品卡涂料除了高运行性、功能性之外，还有更多的安全、环保性要求。

技术实现要素：

本申请主要解决的技术问题是提供一种纳米纤维素食品包装纸涂料及其制备方法、食品包装纸，以增加涂层的亲水性、提升涂层水性喷码的功能，使涂料能快速干燥。

为解决上述问题，本申请提供了一种纳米纤维素食品包装纸涂料，包括：按原料总质量100份计，原料组成包括：gcc30-70份、瓷土20-50份、煅烧土5-20份、胶黏剂12-15份、耐水化剂0.1-0.7份、润滑剂0.1-0.5份、氢氧化钠0.05-0.1份、纳米纤维素0.01-0.6份。

优选的，所述胶粘剂包括丁苯胶乳、苯丙胶乳、生物胶乳中的至少两种。

优选的，所述耐水化剂为pape、papu、硅铝系列中的任意一种。

优选的，所述涂料原料包括研磨碳酸钙、瓷土、煅烧土、沉淀碳酸钙中的任意三种。

优选的，所述纳米纤维素为固含量2-6％的纳米原纤化纤维素，其中，所述纳米原纤化纤维素的宽为10-30nm，长为100-10000nm。

本申请还提供了一种纳米纤维素食品包装纸涂料的制作方法，包括：获取固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液；将固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液和瓷土依次加入碳酸钙溶液中，制得涂料原料；依次向所述涂料原料中加入润滑剂、胶黏剂、耐水化剂、消泡剂、杀菌剂、以及纳米原纤化纤维素，制得食品包装水性涂料。

优选的，所述获取固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液的步骤包括：向清水中加入所述纳米原纤化纤维素；向加入所述纳米原纤化纤维素的溶液中添加氢氧化钠，制备强碱性溶液；向所述强碱性溶液中添加0.1-0.3％的分散剂；向加入分散剂之后的溶液中添加煅烧土粉末，搅拌得到固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。

优选的，所述强碱性溶液的ph为10-12。

其中，所述100份涂料原料中包含30-70份碳酸钙、20-50份瓷土以及5-20份煅烧土。

本申请还公开了一种食品包装纸，其包括纸基体，所述纸基体的至少一个外表面涂布有由上述任意一实施例所述的纳米纤维素食品包装纸涂料层。

本申请的有益效果是：通过纳米原纤化纤维素取代聚丙烯酸类的化学增稠剂，能适当地增加涂层的亲水性、提升涂层水性喷码性能，使喷码油墨能够快速干燥，同时也需要有合适的表面极性，能满足印刷的湿强度和水性油墨快速润湿需求的平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请纳米纤维素食品包装纸涂料的制作方法一实施例的流程示意图；

图2是本申请图1步骤s10一实施例的流程示意图；

图3是本申请食品包装纸以实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的每一个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请公开了一种纳米纤维素食品包装纸涂料，按原料总质量100份计，原料组成包括：gcc30-70份、瓷土20-50份、煅烧土5-20份、胶黏剂12-15份、耐水化剂0.1-0.7份、润滑剂0.1-0.5份、氢氧化钠0.05-0.1份、纳米纤维素0.01-0.6份。其中，gcc为重质碳酸钙的缩写。

在本实施例中，涂料原料包括研磨碳酸钙、瓷土、煅烧土、沉淀碳酸钙中的任意三种。胶黏剂包括丁苯胶乳、苯丙胶乳、生物胶乳中的至少两种。耐水化剂为pape、papu、硅铝系列中的任意一种。

在本实施例中，纳米纤维素选取固含量为2-6％的纳米原纤化纤维素，纳米原纤化纤维素是一种宽度为10-30nm、长度为100-10000nm的纳米纤维素。

需要说明的是，实验表明：当涂料中的颜料为100％研磨碳酸钙时，纳米原纤化纤维素对涂料的增稠效果作用不明显，对涂料粘度无法起到调节作用。因此，涂料的原材料全为研磨碳酸钙时，添加纳米原纤化纤维素无法对涂料起到增稠作用。当涂料颜料为瓷土、煅烧土时，纳米原纤化纤维素能对涂料起到明显的增稠作用。因此，纳米原纤化纤维素对含有瓷土、煅烧土的涂料粘度具有调节作用。在本实施例中，涂料的原材料至少包括研磨碳酸钙、瓷土、煅烧土、沉淀碳酸钙中的任意三种是指至少包括瓷土、煅烧土两种以及研磨碳酸钙或者沉淀碳酸钙中的任意一种。

请参阅图1，图1为本申请一种纳米纤维素食品包装纸涂料的制作方法流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

s10：获取固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。

其中，获取固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液的步骤包括：。

固含量指的是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。本实施例中，固含量50-60％是指煅烧土和纳米原纤化纤维素的总量。

为了使纳米原纤化纤维素溶液中的水分能够充分应用，同时充分发挥纳米原纤化纤维素的分散作用，提高食品涂料的固含量，利用纳米原纤化纤维素溶液来分散煅烧土，制备固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。具体制备过程请进一步参阅图2，图2为图1步骤s10一实施例的流程示意图，如图2所示，获取50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液的步骤如下：

步骤s101：向清水中加入纳米原纤化纤维素。

向清水中加入纳米原纤化纤维素粉末，边加入边搅拌，以充分溶解纳米原纤化纤维素，形成纳米原纤化纤维素溶液。在其他实施例中，纳米原纤化纤维素的添加量可以根据涂料要求来设定，在本实施例中，纳米原纤化纤维素的最佳加入量为涂料原料的0.01-0.6％。

在本申请中使用的纳米原纤化纤维素是一种宽为10-30nm、长为100-10000nm的纳米纤维素。在本实施例中是一种能很好地取代聚丙烯酸类的化学增稠剂。在适当地调整涂层的亲水性的同时，提升涂层水性喷码的功能。

步骤s102：向加入纳米原纤化纤维素的溶液中添加氢氧化钠，制备强碱性溶液。

向纳米原纤化纤维素溶液中添加氢氧化钠，使纳米原纤化纤维素溶液呈强碱性，优选的，使纳米原纤化纤维素溶液的ph在10-12之间。

步骤s103：向强碱性溶液中添加0.1-0.3％的分散剂。

制得碱性纳米原纤化纤维素溶液之后，向该溶液中添加0.1-0.3％的分散剂，使纳米原纤化纤维素充分溶解。分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂，可分散一些难于溶解于液体的无机、有机颜料的固体及液体颗粒，同时也能防止颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的两亲性试剂。在本实施例中，加入分散剂的作用除了使未溶解的纳米原纤化纤维素充分溶解外，还包括使后续步骤s104中加入的煅烧土也能充分溶解。

步骤s104：向加入分散剂之后的溶液中添加煅烧土粉末，搅拌得到固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。

在步骤s104中，向上述溶液中边搅拌边加入预备量的煅烧土粉末，分散30分钟得到固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。其中，煅烧土粉末的添加量是根据涂料的组成成分进行添加的。

在本实施例中，通过上述依次向清水中添加纳米原纤化纤维素、氢氧化钠、分散剂以及煅烧土粉末，能使煅烧土粉末充分溶解于水中，与纳米原纤化纤维素充分混合均匀，得到50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。

获取到50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液之后，按照涂料的原材料配比制备涂料。

s11：将固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液和瓷土依次加入碳酸钙溶液中，制得涂料原料。

在步骤s11中，向碳酸钙溶液中添加预先分散好的瓷土和煅烧土。其中，预先分散好的煅烧土为上述步骤s10中获取到的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。在本实施例中，瓷土可以也进行原先分散得到瓷土溶液再加入碳酸钙溶液中，在其它实施例中，也可以直接加入瓷土粉末，在此不作限定。

在本实施例中，碳酸钙为研磨碳酸钙或者沉淀碳酸钙中任意一种。

将碳酸钙、瓷土和煅烧土混合均匀得到涂料原料，在本实施例中，碳酸钙、瓷土和煅烧土分别占涂料原料的30-70％、20-50％以及5-20％。涂料原料按100份计，碳酸钙占30-70份，瓷土占20-50份，煅烧土占5-20份，如碳酸钙占30份，瓷土占50份，煅烧土占20份，在此只做举例说明，并不限定碳酸钙、瓷土和煅烧土具体占比，碳酸钙、瓷土和煅烧土的混合比例在上述范围内均可。

得到涂料原料之后，对上述涂料原料进行加工得到符合要求的水性涂料。

s12：依次向涂料原料中加入润滑剂、胶黏剂、耐水化剂、消泡剂、杀菌剂、以及纳米原纤化纤维素，制得固含量为60-65％的纳米纤维素食品包装纸涂料。

在s12步骤中，加入润滑剂之前还包括加入氢氧化钠对涂料原料进行分散，具体地，氢氧化钠的添加量占涂料原料的0.05-0.1％。然后依次加入润滑剂、胶黏剂、耐水化剂、消泡剂、杀菌剂、以及纳米原纤化纤维素。在本实施例中，润滑剂的添加量占涂料原料的0.1-0.5％，胶黏剂的添加量为12-15％，耐水化剂的添加量为0.1-0.7％，在其它实施例中，润滑剂、胶黏剂、耐水化剂、消泡剂、杀菌剂等辅助试剂的添加量可根据涂料实际生产需要进行添加。

加入适量的纳米原纤化纤维素，调制涂料粘度至符合要求范围内即可，在本实施例中，纳米原纤化纤维素的添加量为0.01-0.6％能使涂料粘度达到要求。

在本实施例中，涂料胶黏剂包括丁苯胶乳、苯丙胶乳、生物胶乳中的任意两种或三种。这是由于当涂料胶黏剂为100％的丁苯胶乳时，由于丁苯胶乳所含有的亲水性羧基含量较少，无法与纳米纤维素产生较强的相互作用，因此，加入纳米原纤化纤维素对涂料的粘度无明显的调节作用。而当涂料胶黏剂包含有生物胶乳时，由于具有与纤维素相类似的分子结构，非常易如纳米原纤化纤维素发生相互作用，且，由于生物胶乳是非球形结构，不会形成大絮团，与纳米纤维素相互作用后，具有增长分子链的作用，因此，加入纳米原纤化纤维素对涂料粘度有明显的调节作用。实验结果表明，虽然丁苯胶乳无法使纳米原纤化纤维素对涂料的增稠效果显现出来，但是可以增强涂料的其它物质的胶黏作用，因此，在本实施例中，涂料胶黏剂至少包括丁苯胶乳、苯丙胶乳、生物胶乳中的两种。本实施例还对涂料胶黏剂为100％的聚醋酸乙烯胶乳的涂料进行实验，当涂料胶黏剂为100％的聚醋酸乙烯胶乳时，由于胶乳会与纳米原纤化纤维素间会产生较强的氢键作用，产生微絮聚体而导致涂料粘度下降，因此，含有纳米原纤化纤维素的造纸涂料中不能含有聚醋酸乙烯胶乳。

本实施例的有益效果是：通过纳米原纤化纤维素取代聚丙烯酸类的化学增稠剂，能适当地增加涂层的亲水性、提升涂层水性喷码性能，使喷码油墨能够快速干燥，同时也需要有合适的表面极性，能满足印刷的湿强度和水性油墨快速润湿需求的平衡。

下面将结合具体实施例及比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。以gcc、瓷土、煅烧土为100份计，其中，gcc55份，瓷土35份、煅烧土10份。

实施例一

向清水中加入纳米原纤化纤维素，再向加入了纳米原纤化纤维素溶液中加入氢氧化钠使溶液呈ph为10-12的强碱性溶液，再向强碱性溶液中加入分散剂，最后向加入分散剂的溶液中加入煅烧土，配得固含量为50-60％的煅烧土纳米原纤化纤维素溶液。