一种纳米纤维素增强食品包装纸及其制备方法与流程

本发明涉及食品包装纸制备，特别涉及一种纳米纤维素增强食品包装纸及其制备方法。

背景技术：

1、社会经济发展和居民可支配收入的提高促进了食品、餐饮行业的蓬勃发展，据统计，2021年中国食品包装材料需求量达5688万吨，且近3年平均增长率达40％以上。其中，食品包装纸和塑料是最重要的两类食品包装材料，相比塑料制品，食品包装纸具有绿色环保、功能多样、安全可靠、使用方便等特性，已成为快餐外卖食品包装的主要材料。

2、通常，食品包装纸除了必须符合食品卫生标准规定外，同时还须具有良好的阻隔性能(防水防油)和必要的机械强度。目前防水防油食品包装纸主要通过在纸张表面淋上pe或pp塑料薄膜或施涂含氟防水防油剂来实现对水和油的阻隔。然而，pe或pp淋膜产品存在不可降解、不可再制浆、回收困难等问题。随着人们环保意识的增强和食品消费观念的升级，食品包装材料的绿色化、安全化、规范化成为管理部门和消费者关注的焦点。

3、同时，“限塑令”、“禁塑令”的颁布和实施使得传统的难降解的淋膜食品包装纸面临淘汰的危机。在纸张表面施涂含氟防油剂虽有良好的防水防油效果，但含氟类防油剂在高温环境下分子链断裂会形成pfoa(全氟辛酸铵)和pfos(全氟辛烷磺酸盐)，这些物质会随食物链进入人体，从而引发癌症、甲状腺疾病、免疫系统抑制等各种疾病，当前，欧美部分国家已经开始禁止使用，我国也开始限制氟类防水防油剂的使用。所以，从满足食品安全和绿色环保的要求看，非淋膜的高性能无氟防油食品包装功能纸将成为食品包装纸领域的研发和应用热点。

4、近年来，随着纳米技术及纳米材料的发展，以木质纤维为原料的纳米纤维素的制备及应用已成为当前纤维素基功能材料的研究热点。纳米纤维素是直径小于100nm的超微细纤维，是纤维素的最小物理结构单元，具有高强度、高结晶度、超精细结构、高透明等特性，同时具有天然纤维素可降解、生物相容性及可再生性好的特性，在造纸、食品、化妆品、医学等领域有巨大的潜在应用前景。微晶或纳米纤维素良好的粘合性和成膜性，作为纸张增强剂时，当纳米纤维素用量为1％～2％，同时添加1％的阳离子淀粉，可使成纸抗张强度提高20％以上；若保持相同的强度性能，可使成纸定量减少8g/m2。纳米纤维素的开发与应用为食品包装纸的绿色增强和防水防油性能改善提供了有效途径。

技术实现思路

1、本发明设计出一种纳米纤维素增强食品包装纸及其制备方法，以开发食品包装纸的绿色增强和防水防油性能改善的新技术。

2、为解决上述问题，本发明公开了一种纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，包括：

3、s1，纳米纤维素颗粒的制备：通过tempo氧化体系对富含纤维素的原料进行处理后，配制成浓度为0.05～0.1wt％的纳米纤维素水悬浮液，然后通过喷雾干燥，得到纳米纤维素颗粒；

4、s2，纳米纤维素的改性：将所述步骤s1中制备得到的纳米纤维素颗粒和疏水改性剂混合，在真空下加热至100～130℃、保持3～5h后，将得到的产物分散于甘油溶液中，并加入适量氯化钠，在室温下超声分散均匀后，过滤、烘干、得到改性纳米纤维素；

5、s3，纳米纤维素的交联：将所述步骤s2中得到的改性纳米纤维素配置成浓度为0.2～0.3wt％的纳米纤维素水悬浮液，并加入交联剂，在60～80℃下进行交联反应0.5～2h后，过滤，得到交联后的纳米纤维素；

6、s4，表面施胶液的配置：将上述步骤s3中制备得到的纳米纤维素、壳聚糖和聚乙烯醇复配，制备成总含量为3～5wt％的表面施胶液，备用；

7、s5，纳米纤维素增强食品包装纸的制备：取适量浆料经碎解、磨浆后制成打浆度45～55°sr的浆料，之后将浆料输送至配浆池中，稀释成0.1～0.5wt％的上网浓度后，加入助剂，用长网造纸机抄制湿纸页，经压榨后，初步干燥，用表面施胶机涂敷表面施胶液后再烘干，即得纳米纤维素增强食品包装纸。

8、进一步的，所述步骤s1包括：

9、s11，制备氧化纤维素：首先将纤维浆料粉碎、搅拌均匀，然后采用tempo氧化体系对所述纤维浆料进行氧化处理，后经抽滤洗涤获得氧化纤维素；

10、s12，制备纳米纤维素悬浮液：上述步骤s11制备得到的氧化纤维素依次通过超声分散和高压均质化处理，配制成浓度为0.05～0.1wt％的纳米纤维素水悬浮液，并将其ph调节至4～6；

11、s13，制备纳米纤维素颗粒：将所述步骤s12制备得到的纳米纤维素水悬浮液喷雾干燥，得到粒径≤3um的纳米纤维素颗粒。

12、进一步的，在所述步骤s11中，所述tempo氧化体系为tempo/naclo/nabr氧化体系，其中，2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、溴化钠、次氯酸钠的质量比为0.01～0.03：0.1～0.3：0.3～0.5。

13、进一步的，在所述步骤s2中，所述疏水改性剂为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、六甲基二硅氮烷或十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

14、进一步的，在所述步骤s2中，所述甘油溶液为甘油和水按照(0.8～1)：1的体积比混合后配置而成的溶液。

15、进一步的，在所述步骤s3中，所述交联剂为甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、戊二醛中的一种或多种，所述交联剂的添加量为所述纳米纤维素颗粒重量的0.1～0.2倍。

16、进一步的，在所述表面施胶液中，所述纳米纤维素、壳聚糖和聚乙烯醇的质量比为1：(3～5)：(2～6)。

17、进一步的，在所述步骤s5中，按照重量份计，所述助剂包括：

18、丙烯酰胺接枝共聚淀粉           10～30份；

19、分散剂                         1～2份；

20、抗菌剂                         0.5～1份。

21、进一步的，在所述步骤s5中，所述助剂的添加量和稀释后的浆料的重量比为(0.3～5)：100。

22、一种纳米纤维素增强食品包装纸，所述食品包装纸为上述制备方法制备得到的食品包装纸。

23、本申请所述的纳米纤维素增强食品包装纸及其制备方法具有绿色、环保，制备得到的纸张强度高、防水防油性能好的优点。

技术特征：

1.一种纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

3.根据权利要求2所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤s11中，所述tempo氧化体系为tempo/naclo/nabr氧化体系，其中，2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、溴化钠、次氯酸钠的质量比为0.01～0.03：0.1～0.3：0.3～0.5。

4.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述疏水改性剂为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、六甲基二硅氮烷或十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述甘油溶液为甘油和水按照(0.8～1)：1的体积比混合后配置而成的溶液。

6.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述交联剂为甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、戊二醛中的一种或多种，所述交联剂的添加量为所述纳米纤维素颗粒重量的0.1～0.2倍。

7.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，在所述表面施胶液中，所述纳米纤维素、壳聚糖和聚乙烯醇的质量比为1：(3～5)：(2～6)。

8.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤s5中，按照重量份计，所述助剂包括：

9.根据权利要求8所述的纳米纤维素增强食品包装纸的制备方法，其特征在于，在所述步骤s5中，所述助剂的添加量和稀释后的浆料的重量比为(0.3～5)：100。

10.一种纳米纤维素增强食品包装纸，其特征在于，所述食品包装纸为上述权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的食品包装纸。

技术总结
本发明提供了一种纳米纤维素增强食品包装纸及其制备方法，包括：S1，纳米纤维素颗粒的制备；S2，纳米纤维素的改性；S3，纳米纤维素的交联；S4，表面施胶液的配置；S5，纳米纤维素增强食品包装纸的制备，本发明所述的纳米纤维素增强食品包装纸及其制备方法具有绿色、环保，制备得到的纸张强度高、防水防油性能好的优点。

技术研发人员：胡丁根,郭小峰,马龙虎,姚华,张露,金依芸
受保护的技术使用者：华邦古楼新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12