一种应用于食品包装纸的防油抗菌涂层的制备方法
阅读说明：本技术 一种应用于食品包装纸的防油抗菌涂层的制备方法 (Preparation method of oil-proof antibacterial coating applied to food packaging paper ) 是由 王利强 王飞杰 马淑凤 李江阔 张新昌 宋会民 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种应用于食品包装纸的防油抗菌涂层的制备方法,属于食品包装技术领域。其将羧甲基壳聚糖和抗菌剂溶于去离子水中加热搅拌,得到羧甲基壳聚糖溶液；将羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中抗菌搅拌,得到羧甲基纤维素钠溶液；将羧甲基壳聚糖溶液和羧甲基纤维素钠溶液按比例复配得到放油液；在放油液中加入增塑剂,分散均匀消泡后即得应用于食品包装纸的防油抗菌涂层。本发明制备所得的防油抗菌涂层可应用于食品包装纸,所得包装纸防油性能好,有较强的抑菌性能,组分均为食品级,所以安全卫生性好,还具备良好的机械性能,废弃物有较好的降解性,对环境无污染。(The invention relates to a preparation method of an oil-proof antibacterial coating applied to food packaging paper, and belongs to the technical field of food packaging. Dissolving carboxymethyl chitosan and an antibacterial agent in deionized water, heating and stirring to obtain a carboxymethyl chitosan solution; dissolving sodium carboxymethylcellulose in deionized water, and stirring for resisting bacteria to obtain sodium carboxymethylcellulose solution; compounding a carboxymethyl chitosan solution and a sodium carboxymethyl cellulose solution according to a proportion to obtain an oil discharge liquid; and adding a plasticizer into the oil drainage solution, and dispersing uniformly and defoaming to obtain the oil-proof antibacterial coating applied to the food packaging paper. The oil-proof antibacterial coating prepared by the invention can be applied to food packaging paper, the obtained packaging paper has good oil-proof performance and stronger antibacterial performance, and the components are all food-grade, so the coating has good safety and sanitation, good mechanical performance, good degradability of wastes and no pollution to the environment.)
技术领域
本发明涉及一种应用于食品包装纸的防油抗菌涂层的制备方法，属于食品包装技术领域。
背景技术
在生活多元化的今天，含油物质在食品、工业产品以及医药行业应用也越来越广泛。因此在包装材料选择上除必要的机械强度外还要有良好的油脂阻隔性能。石油基化合物由于其分子间隙小，阻隔性好，大多不易与油脂互溶，因此常做防油材料。这些合成高分子聚合物应用性较广，尽管具备优异的防油性能，但在自然条件下降解能力较弱。对“白色污染”的关注度持续升高，人们更倾向于使用降解性能良好的纸包装材料。但是纸本身具有多毛细孔结构，纸的透气度很大，所以未加工处理过的纸很容易被油脂润湿。提高纸张防油性能的方法与工艺直接关系到环保和人类健康，因此防油纸的研究得到了相关学者的广泛关注。
羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，在壳聚糖分子上引入了羧甲基等官能团，虽然破坏了壳聚糖的二次结构，但是保留了壳聚糖的许多性质如抗菌性强，放有效果好，是一种两性聚电解质等。羧甲基壳聚糖是近年来出现的一种化工合成物，在医药、化工、环保、保健品及其包装方面都有重要的意义，但成本相对较高。羧甲基纤维素钠亲水性较强，但是常温下水溶液粘度较大，温度升高会降低溶液粘度，一般做增稠剂，常用于食品领域。纳米氧化钛是一种性能良好的抗菌剂,其抗菌原理是纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果，可以抑制极多类的酶的活性，导致微生物死亡。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种应用于食品包装纸的防油抗菌涂层的制备方法，可增强包装纸的防油性、抗菌性、阻气性和机械强度等。
本发明的技术方案，一种应用于食品包装纸的防油抗菌涂层的制备方法，将羧甲基壳聚糖和抗菌剂溶于去离子水中加热搅拌，得到羧甲基壳聚糖溶液；将羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中抗菌搅拌，得到羧甲基纤维素钠溶液；将羧甲基壳聚糖溶液和羧甲基纤维素钠溶液按比例复配得到放油液；在放油液中加入增塑剂，分散均匀消泡后即得应用于食品包装纸的防油抗菌涂层。
作为本发明的优选实施例中，羧甲基壳聚糖溶液的制备过程如下：将1～7g羧甲基壳聚糖和0.2～3g抗菌剂溶解于90～110mL去离子水中，加热至40～55℃并搅拌1～2h，即得羧甲基壳聚糖溶液。
作为本发明的优选实施例中，所述抗菌剂具体为纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米银中的一种或者几种组合。
作为本发明的优选实施例中，所述抗菌剂的添加量为0.5～3g。
作为本发明的优选实施例中，所述羧甲基壳聚糖用量为2.6～7g。
作为本发明的优选实施例中，所述羧甲基纤维素钠溶液的制备过程如下：将1.5～3g羧甲基纤维素钠溶解于90～120g去离子水中，加热至40～60℃并搅拌1.5～3h，即得羧甲基纤维素钠溶液。
作为本发明的优选实施例中，将所得的羧甲基壳聚糖溶液和羧甲基纤维素钠溶液按照1～5:1～5比例进行复配制得放油液。
作为本发明的优选实施例中，所述增塑剂具体为甘油、卵磷脂、聚丙烯酸中的一种或几种。
作为本发明的优选实施例中，增塑剂的添加量为放油液的1～5％；将溶液用震荡和/或离心的方法分散均匀。
作为本发明的优选实施例中，震荡频率为60～180rpm/min，时间为30～90min；离心速率为3000～4500rpm/min，时间为10-15min。
作为本发明的优选实施例中，所述消泡方法为离心和/或超声脱气。
作为本发明的优选实施例中，离心速率为3000～5000rpm/min，时间为5-10min；超声脱气时间为20～60min。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明涂层涂布到纸或纸板上后，可用做餐盒等纸质食品包装，与现有大多数餐盒和食品包装纸相比，所有材料中不含有石油基化合物，所以废弃物回收处理方便；
2、本发明中的羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素钠均为环保可降解材料，纳米氧化钛对人体无毒，化学稳定性很好。未采用含氟防油剂，所以不许担心会产生全氟辛烷磺酸等有害物质。所用材料均为食品级，绿色安全，所以材料的环保性和降解性优越。
3、本发明涂层涂布到纸或纸板上后，阻隔性提高，防油性满足防油包装纸的要求；羧甲基壳聚糖和纳米氧化钛均有良好的抑菌性，涂层的抑菌性能较好。
具体实施方式
实施例1
(1)羧甲基壳聚糖溶液的制备：称取3.5g羧甲基壳聚糖于烧杯中，再向其中加入0.8g纳米氧化钛，加入102mL去离子水后，用磁力搅拌器加热至42℃，搅拌70min，即得羧甲基壳聚糖溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液的制备：称取2.2g羧甲基纤维素钠于烧杯中，向其中加入95mL的去离子水，用磁力搅拌器加热至40℃，搅拌120min，即得羧甲基纤维素钠溶液；
(3)复配：将羧甲基壳聚糖溶液和羧甲基纤维素钠溶液按照体积比4:5比例进行复配，得到放油液；加入放油液总质量2％的甘油，用60rpm的震荡速率将溶液分散均匀，然后用真空泵脱气5min，分散均匀消泡后即得应用于食品包装纸的防油抗菌涂层。
实施例2
(1)羧甲基壳聚糖溶液的制备：称取4g羧甲基壳聚糖于烧杯中，再向其中加入0.5g纳米氧化锌，加入96mL去离子水后，用磁力搅拌器加热至40℃，搅拌70min，即得羧甲基壳聚糖溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液的制备：称取2.5g羧甲基纤维素钠于烧杯中，向其中加入110mL的去离子水，用磁力搅拌器加热至40℃，搅拌150min，即得羧甲基纤维素钠溶液；
(3)复配：将羧甲基壳聚糖溶液和羧甲基纤维素钠溶液按照体积比5:4比例进行复配，加入放油液总质量2％卵磷脂，用70rpm的震荡速率将溶液分散均匀，然后用真空泵脱气8min，分散均匀消泡后即得应用于食品包装纸的防油抗菌涂层。
实施例3
(1)羧甲基壳聚糖溶液的制备：称取4.5g羧甲基壳聚糖于烧杯中，再向其中加入1g纳米银，加入110mL去离子水后，用磁力搅拌器加热至42℃，搅拌70min，即得羧甲基壳聚糖溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液的制备：称取2g羧甲基纤维素钠于烧杯中，向其中加入105mL的去离子水，用磁力搅拌器加热至40℃，搅拌110min，即得羧甲基纤维素钠溶液；
(3)复配：将羧甲基壳聚糖溶液和羧甲基纤维素钠溶液按照体积比2:3比例进行复配，加入放油液总质量3％甘油，用60rpm的震荡速率将溶液分散均匀，然后用真空泵脱气5min，分散均匀消泡后即得应用于食品包装纸的防油抗菌涂层。
实施例4
(1)羧甲基壳聚糖溶液的制备：称取5.5g羧甲基壳聚糖于烧杯中，再向其中加入0.6g纳米氧化钛，加入105mL去离子水后，用磁力搅拌器加热至42℃，搅拌90min，即得羧甲基壳聚糖溶液；
(2)羧甲基纤维素钠溶液的制备：称取2.1g羧甲基纤维素钠于烧杯中，向其中加入92mL的去离子水，用磁力搅拌器加热至40℃，搅拌120min，即得羧甲基纤维素钠溶液；
(3)复配：将羧甲基壳聚糖溶液和羧甲基纤维素钠溶液按照体积比3:2比例进行复配，加入放油液总质量2％的聚丙烯酸，用60rpm的震荡速率将溶液分散均匀，然后用真空泵脱气10min，分散均匀消泡后即得应用于食品包装纸的防油抗菌涂层。
应用实施例1
对实施例1-4制备所得一种应用于食品包装纸的防油抗菌涂层进行性能化测试。
1、将原纸和涂布后的纸张按照GB/T 10739-2002处理。使用以上各实施例所得涂料对纸张进行涂布，涂布机速度设定为40mm/s，涂布后用鼓风干燥箱干燥纸张，干燥温度设置为65℃。
2、防油等级测试采用油滴实验(Oil Kit Test-TAPPI T 559pm-96)：将测试溶液从2.54cm的高度低落到涂布纸上，15s后将溶液擦去，观察测试溶液的浸润情况，若有被浸润的区域，则说明涂布纸未达到该测试溶液代表的等级，每个样品测试五次，取平均值作为该纸品的抗油脂值。
3、纸张的抗菌型按GB/T 21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》和HG/T3950-2007《抗菌涂料》，采用24h内制得的防油抗菌剂进行涂布得到抗菌试样并检测对大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌的抑菌性能。
实施例的性能测试结果如表1所示。
表1
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
防油等级
7
8
7
10
大肠杆菌抑菌率
26.8％
31.2％
23.3％
35.2％
金黄色葡萄球菌抑菌率
39.6％
43％
36.7％
51.2％
从表1中可以看出随着羧甲基壳聚糖和羧甲基纤维素钠含量增加，防油等级也在逐渐增加，其中羧甲基壳聚糖占比越多的涂布纸，防油效果越佳，如果增加羧甲基纤维素钠所占比例，防油效果会降低。同样羧甲基壳聚糖和抗菌剂添加量越多，抗菌效果越显著。实施例4中各参数比例制备的涂布纸防油抗菌效果较佳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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