一种外包装用秸秆基抑菌纸及其制备方法

1.本发明涉及制浆造纸领域，具体涉及一种外包装用秸秆基抑菌纸及其制备方法。


背景技术：

2.目前，农业秸秆的利用存在低值化、利用不彻底，利用成本高等不足。秸秆纸的生产可以缓解农业秸秆的堆积和处理压力，提高农业废弃物的经济价值，达到“变废为宝”的效果。银作为一种重金属元素，具有广谱抑菌性和生物相容性，纳米银颗粒是银的一种纳米材料，因为其较大的比表面积，有着更优异的抑菌效果。
3.然而，秸秆纤维自身糖分含量较高，容易受到细菌和真菌侵害，纳米银粒子的常用制备方法较为复杂，成本较高，这些都极大的限制了纳米银粒子在秸秆纸上的开发和利用，


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供了一种以农业废弃物南粳46秸秆为原料的外包装用秸秆基抑菌纸，拥有比普通纸更低的原料成本，更环保的原料来源和生产过程，绿色无毒，更好的抑菌性，作为外包装用纸，极大的提升了产品的环保价值、实用价值和附加值。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
6.一种外包装用秸秆基抑菌纸及其制备方法，其特征在于：克重为100g/m2，主要原料为秸秆纤维和抑菌改性物质，所述秸秆纤维和抑菌改性物质在外包装用秸秆基抑菌纸中质量占比为300∶1，所述秸秆纤维和抑菌改性物质均匀混合，并包括如下步骤：
7.s1：修剪秸秆，去除叶子，获得长度为4cm～6cm的秸秆段；
8.s2：使用低共熔溶剂完全浸润秸秆段12小时，捞出沥干；
9.s3：使用100℃水蒸气汽蒸秸秆段；
10.s4：将0.03倍秸秆段质量的氢氧化钠溶液(质量分数为3％)和秸秆段一起倒入搅拌机中搅拌均匀，然后进行磨浆，获得纤维长度为1～2mm的的秸秆浆料；
11.s5：对秸秆浆料进行抑菌改性处理，得到经过抑菌改性的湿浆料；
12.s6：利用纸页成型机对经过抑菌改性的湿浆料进行抄纸并干燥成型，获得成品外包装用秸秆基抑菌纸。
13.作为进一步改进，所述的秸秆为南粳46水稻秸秆。该原料选取的有益在于南粳46水稻在作者所在区域有广泛的种植面积广泛，原料来源充足和运输储存成本低廉，一定程度上解决了秸秆废弃物处理问题。
14.作为进一步改进，所述s2中的低共熔溶剂的氢键供体为尿素，氢键受体为食品级氯化胆碱。该原料选取的有益在于食品级氯化胆碱和尿素低毒至无毒，易被土壤微生物分解，提高作物发芽率，生根壮苗，尿素也有肥土无毒的效果，使用过后的低共熔溶剂可直接排放，可作为畜牧饲料二次利用，也可作为农业肥料，降低了制浆造纸过程中污水的排放、通过氢键结合也无需使用胶黏剂，降低了对环境的污染。
15.作为进一步改进，所述s2中的对秸秆用低共熔溶剂进行浸润。该生产操作的有益
之处在于浸润的处理方式让离子液存在于秸秆的内部，打开了秸秆纤维的结构，木质素-碳水化合物复合体(lcc)变得蓬松，从而使木质素大量的保存在秸秆纤维体内，提高了低共熔溶剂利用率。
16.作为进一步改进，所述的外包装用秸秆基抑菌纸在生产过程耦合了清洁机械制浆，采用了湿法造纸工艺。该工艺的有益之处在于解决了制浆造纸过程中带来的环境污染，充分利用了秸秆纤维，使其资源化。
17.作为进一步改进，所述s5中对秸秆浆料进行抑菌改性处理的方法为：用质量分数为0.51％的硝酸银溶液完全浸泡秸秆浆料0.6小时，捞出沥干后混入质量分数为0.4％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液用量为40-50倍秸秆浆料质量，进行85℃恒温反应1小时后，用蒸馏水清洗至中性。该改进的有益效果在于使用原位还原的方法在秸秆基纸上均匀的负载粒径适中的纳米银颗粒，确保秸秆基纸的抑菌性能，提高秸秆基纸的产品附加值。
18.本发明与现有产品相比，具有如下的优点和有益效果：
19.本发明是一种外包装用秸秆基抑菌纸及其制备方法，作为外包装用纸有抑菌作用，充分利用农作物生产的地域性降低原料获取的难度、保证了原料供应的稳定性、减少了原料运输储存的成本、缓解了秸秆废弃物的处理问题，提高了水稻秸秆的利用附加值；能够在外包装用秸秆基抑菌纸上均匀的负载粒径适中的纳米银颗粒，可以保证外包装用秸秆基抑菌纸的抑菌性能；能够提高秸秆纤维的利用效率、简单有效的控制纳米银粒子的生成，可以降低生产过程中的环境污染。
附图说明
20.图1是本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸和市售秸秆基包装纸进行紫外吸光度测试的结果图
21.图2是本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸和市售秸秆基包装纸的x-射线衍射分析结果图
22.图3是利用冷场发射电子扫描显微镜在30000倍下对本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸和市售秸秆基包装纸进行观察拍照的图
23.图4是本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸和市售秸秆基包装纸的抑菌环测试结果图
24.附图标记：3-1：市售秸秆基包装纸；3-2：本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸；
25.a0：金黄色葡萄糖球菌组的空白对照样；a1：金黄色葡萄糖球菌组的市售秸秆基包装纸；a2：金黄色葡萄糖球菌组的本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸；
26.b0：大肠杆菌的空白对照样；b1：大肠杆菌的市售秸秆基包装纸；b2：大肠杆菌的本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸；
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，而不是全部的实施例。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。
28.实施例1
29.一种外包装用秸秆基抑菌纸及其制备方法，其特征在于：克重为100g/m2，主要原料为秸秆纤维和抑菌改性物质，所述秸秆纤维和抑菌改性物质在外包装用秸秆基抑菌纸中质量占比为300∶1，所述秸秆纤维和抑菌改性物质均匀混合，并包括如下步骤：
30.s1：修剪秸秆，去除叶子，获得长度为4cm～6cm的秸秆段，取秸秆段100g；
31.s2：使用3g低共熔溶剂完全浸润100g秸秆段12小时，捞出沥干；
32.s3：使用100℃水蒸气汽蒸秸秆段；
33.s4：将3g的氢氧化钠溶液(质量分数为3％)和100g秸秆段一起倒入搅拌机中搅拌均匀，然后进行磨浆，600r/min磨3轮，900r/min磨4轮，获得纤维长度为1～2mm的的秸秆浆料；
34.s5：对秸秆浆料进行抑菌改性处理，用1l的40mmol/l的硝酸银溶液完全浸泡秸秆浆料 36min，捞出沥干后混入1l质量分数为0.4％的氢氧化钠溶液，进行85℃恒温反应1小时后，用蒸馏水清洗至中性。得到经过抑菌改性的湿浆料；
35.s6：每次取20g湿浆料，利用纸页成型机对经过抑菌改性的湿浆料进行抄纸，并干燥成型，获得成品，直径为10cm，质量为3.2g。
36.将实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸进行相关理化测试，并和市售秸秆基包装纸进行对比，其中原样为市售秸秆基包装纸，40mmol/l为本实施例1得的外包装用秸秆基抑菌纸，具体如下：
37.1、紫外吸光度测试
38.对市售秸秆基包装纸和本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸进行紫外吸光度测试，将两种纸分别置于两个烧杯中，加入蒸馏水捣烂，磁力搅拌6h，的离心处理(8000r/min，20min)，取离心后的上清液进行紫外吸光度测试，波长范围为250nm～1000nm，去除背景影响，结果如说明书附图1所示。
39.通过上述实验可以看出：和市售秸秆基包装纸相比，实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸在波长422nm处形成了特征吸收峰，根据纳米银独特的非线性光学效应，纳米银会以等离子体共振的形式在波长420nm左右形成特征吸收峰，实验结果证明实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸存在市售秸秆基包装纸上所没有的纳米银粒子。
40.2、x-射线衍射分析
41.对市售秸秆基包装纸和本发明所制备的外包装用秸秆基抑菌纸进行x-射线衍射分析，扫描范围30
°
～90
°
，扫描步长为0.02，辐射管电压为40kv，辐射管电流为40ma，结果如附图2所示。
42.通过上述实验可以看出：和市售秸秆基包装纸相比，实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸在2θ＝38.08
°
、44.42
°
、64.64
°
和77.28
°
处有四个较为明显的特征衍射峰，结合jcpds 卡04-0783的数据，这四个特征峰分别对应了面心立方晶系单质ag(111)、ag(200)、ag (220)、ag(311)晶面的衍射峰，实验结果证明实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸存在市售秸秆基包装纸上所没有的面心立方晶系单质银。
43.3、微观形貌和元素分析
44.利用冷场发射电子扫描显微镜在30000倍对市售秸秆基包装纸和实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸进行观察，结果如附图3所示(附图3-1图为市售秸秆基包装纸，附图
3-2 为外包装用秸秆基抑菌纸).
45.并对附图3所示区域进行元素分析，结果如下表所示：
[0046][0047]
通过上述实验可以看出：市售秸秆基包装纸上不存在银元素，实施例1所得外包装用秸秆基抑菌纸上存在纳米银粒子，箭头处所指即为纳米银粒子，经测量纳米银粒子的粒径在 20-70nm范围内，实验结果证明实施例1所得外包装用秸秆基抑菌纸上负载了纳米银粒子。
[0048]
4、抑菌性测试
[0049]
用抑菌圈法测试对比市售秸秆基包装纸和实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸的抑菌效果，目标菌群为金黄色葡萄糖球菌(革兰氏阳性)和大肠杆菌(革兰氏阴性)，菌悬液浓度为106cfu/ml，样品尺寸为用打孔器从市售秸秆基包装纸和实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸上取得的直径1cm的圆片，抑菌环测试的结果如附图4(a.金黄色葡萄糖球菌；b.大肠杆菌；0.空白对照组；1.市售秸秆基包装纸；2.实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸)和下表所示：
[0050][0051]
通过上述实验可以看出：市售秸秆基包装纸没有抑菌效果，实施例1所得的外包装用秸秆基抑菌纸对金黄色葡萄糖球菌和大肠杆菌均有抑制生长的作用实验结果证明实施例1所得外包装用秸秆基抑菌纸具有抑菌效果。
[0052]
还需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。