基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层及其制备方法

1.本发明属于废弃物回收再利用和有机纳米材料提取及涂层制备领域，具体涉及一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层，还涉及一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法。


背景技术：

2.包装是实现商品价值和使用价值的一种手段，与人们的生活密切相关。近年来，包装行业得到迅速发展。包装材料，作为包装的重要组成部分，直接影响产品的质量、展示效果、货架寿命等。塑料，因质轻、耐用、成本低、加工方便、生产技术成熟等优点，在包装材料中得到广泛应用，例如常见的聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等。对于塑料包装而言，透明性是进行产品展示的前提条件，阻隔性则与产品的货架寿命密切相关。因此，对于包装基材透明性、阻隔性等的研究是开发高性能包装基材的重要研究方向。塑料包装虽给生活带来了便利，然而，它的不可降解性也产生了严重的环境生态问题。因此，对于阻隔性绿色透明包装材料的研发意义重大。
3.纤维素作为自然界中含量最丰富的天然碳水化合物聚合物，具有可再生、可生物降解、安全性高等特点。处于纳米尺度的纤维素，即纳米纤维素，作为一种纳米级生物质基高分子材料，除了具有纤维素的特性外，还拥有独特的宏观理化性质，例如，纳米尺寸效应、高透明度、高弹性模量、无毒、生物相容性等，被广泛应用于生物医学、复合材料、食品包装等各个领域。纳米纤维素富含羟基，极易形成分子内与分子间氢键，在氢键的驱动下，纳米纤维可进行自组装形成纳米纤维素薄膜。纳米纤维素薄膜，是一种无毒、可降解、透明度高、阻隔性优异的天然高分子材料，因此，在制备阻隔性可降解材料方面具有巨大的前景。
4.本专利以印刷包装废纸为原料制备纳米纤维素，通过简单的物理静置涂覆法，实现基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备，既达到了废纸再生资源化的目的，又提供了一种生产绿色阻隔纳米纤维素涂层的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层，该涂层透明度高，具有良好的氧气及水蒸气阻隔性。
6.本发明的另一个目的是提供一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，该方法实现印刷包装废纸的再生资源化，开拓基于包装基材的功能性可降解纳米纤维素涂层的生产途径。
7.本发明所采用的技术方案是，一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层，按重量百分比由以下组分组成：印刷包装废纸0.2％～0.86％、脱墨剂0.04％～0.17％、质量浓度为55％～63％的硫酸15.61％～63.91％、去离子水34.32％～83.97％、包装基材0.36％～0.96％，上述组分重量百分比之和为100％。
8.本发明的特征还在于，
9.印刷包装废纸为办公室a4纸、白卡纸或瓦楞纸。
10.包装基材为pe、pp或pet。
11.本发明所采用的另一个技术方案是，一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
12.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：印刷包装废纸0.2％～0.86％、脱墨剂0.04％～0.17％、质量浓度为55％～63％的硫酸15.61％～63.91％、去离子水34.32％～83.97％、包装基材、0.36％～0.96％，上述组分重量百分比之和为100％；
13.步骤2，对称量好的印刷包装废纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡30min～60min，使用水力碎浆机脱墨疏解10min～15min，清洗油墨和其它杂质，在70℃～80℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
14.步骤3，取质量浓度为55％～63％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维中，在45℃～50℃的水浴环境中，230r/min～270r/min的转速下，强力搅拌45min～60min，得到纳米纤维素的悬浮液；
15.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置60min～90min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥48h～72h，得到纳米纤维素粉末；
16.步骤5，取去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素的粉末中，冰浴超声分散15min～30min，取出试样，震荡10s～20s，继续超声分散10min～20min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
17.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；
18.步骤7，向实验装置倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥90min～120min；
19.步骤7，将直径为5cm～10cm的包装基材置于图1的实验装置中，即置于砂芯滤头中，
20.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至20℃～60℃，干燥60min～120min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥120min～180min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
21.本发明的特征还在于，
22.步骤6中，所述实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯、砂芯滤头及装有沙子的容器，砂芯滤头下端固定设置在装有沙子的容器内，由包装基材制成的包装基板设置在砂芯过滤杯与砂芯滤头之间，使用夹子将砂芯过滤杯、包装基板和砂芯滤头固定连接在一起。
23.步骤6中，包装基板为直径为5cm～10cm的圆形基板。
24.步骤7中，向实验装置的砂芯过滤杯中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液。
25.本发明的有益效果是：本发明基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层，该涂层透明度高，具有良好的氧气及水蒸气阻隔性；本发明方法以印刷包装废纸为原料，通过酸性水解法制备纳米纤维素，通过搭建简单的实验平台，制备基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备，既实现了印刷包装废纸的再生资源化，又开拓了一种基于包装基材的功
能性可降解纳米纤维素涂层的简单生产途径，实现了从印刷包装废弃物到印刷包装材料开发的闭合途径，具有一定的经济、环境和社会效益。
附图说明
26.图1是本发明实施例1、实施例3以及实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的红外光谱图(波长500
‑
2000cm
‑1)；
27.图2是本发明实施例1、实施例3以及实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的红外光谱图(波长500
‑
4000cm
‑1)；
28.图3是本发明实施例1制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层在500nm视野下的扫描电镜图；
29.图4是本发明实施例3制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层在500nm视野下的扫描电镜图；
30.图5是本发明实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层在500nm视野下的扫描电镜图；
31.图6是本发明实施例1制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层在1μm视野下的扫描电镜图；
32.图7是本发明实施例3制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层在1μm视野下的扫描电镜图；
33.图8是本发明实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层在1μm视野下的扫描电镜图；
34.图9是本发明实施例1、实施例2以及实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的透气度变化图；
35.图10是本发明实施例3、实施例4以及实施例5制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的水蒸气透过率变化趋势图；
36.图11是本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4以及实施例5制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的透光率图；
37.图12是纯pet的接触角图；
38.图13是实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的接触角图；
39.图14是实施例5制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的接触角图；
40.图15是本发明中制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置的结构示意图。
41.图中，1.砂芯过滤杯，2.包装基板，3.夹子，4.砂芯滤头，5.装有沙子的容器。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
43.本发明提供一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层，按重量百分比由以下组分组成：印刷包装废纸0.2％～0.86％、脱墨剂0.04％～0.17％、质量浓度为55％～63％的硫酸15.61％～63.91％、去离子水34.32％～83.97％、包装基材0.36％～0.96％，上述组分重量百分比之和为100％。
44.印刷包装废纸为办公室a4纸、白卡纸或瓦楞纸。
45.包装基材为pe、pp或pet。
46.本发明还提供一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
47.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：印刷包装废纸0.2％～0.86％、脱墨剂0.04％～0.17％、质量浓度为55％～63％的硫酸15.61％～63.91％、去离子水34.32％～83.97％、包装基材、0.36％～0.96％，上述组分重量百分比之和为100％；
48.步骤2，对称量好的印刷包装废纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡30min～60min，使用水力碎浆机脱墨疏解10min～15min，清洗油墨和其它杂质，在70℃～80℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
49.步骤3，取质量浓度为55％～63％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维中，在45℃～50℃的水浴环境中，230r/min～270r/min的转速下，强力搅拌45min～60min，得到纳米纤维素的悬浮液；
50.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置60min～90min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥48h～72h，得到纳米纤维素粉末；
51.步骤5，取去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素的粉末中，冰浴超声分散15min～30min，取出试样，震荡10s～20s，继续超声分散10min～20min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
52.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；
53.步骤6中，实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材制成的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
54.步骤6中，包装基板2为直径为5cm～10cm的圆形基板。
55.步骤7，向实验装置倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥90min～120min；
56.步骤7中，向实验装置的砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液。
57.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至20℃～60℃，干燥60min～120min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥120min～180min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
58.其中：印刷包装废纸，收集办公室废打印a4纸、废卡纸、废瓦楞；脱墨剂由质量分数为30％的双氧水(h2o2)、氢氧化钠(naoh)、硅酸钠(nasio3)、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和op
‑
10配置而成，双氧水(h2o2)，分析纯，山西同杰化学试剂有限公司；氢氧化钠(naoh)，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；硅酸钠(nasio3)，分析纯，天津市耀华化学试剂有限责任公司；十二烷基苯磺酸钠，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；op
‑
10，分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂；硫酸(h2so4)，优级纯，四川西陇化工有限公司；去离子水，分析纯，东莞市纳百川水处理设备有限公司；包装基材pet，美国杜邦原材料，上海华东复合绝缘滤布筛网厂；包装基材pe、pp，东莞市美邦包装材料有限公司。
59.实施例1
60.一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，包括以下步骤：
61.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：办公室a4纸0.20％、脱墨剂0.04％、质量浓度59％的硫酸15.61％、去离子水83.79％、包装基材pet0.36％，上述组分重量百分比之和为100％；
62.步骤2，对称量好的办公室a4纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡30min，使用水力碎浆机脱墨疏解15min，清洗油墨和其它杂质，在70℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
63.步骤3，取质量浓度59％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维，在45℃的水浴环境中，230r/min的转速下，强力搅拌60min，得到纳米纤维素的悬浮液；
64.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置60min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥72h，得到纳米纤维素粉末；
65.步骤5，取去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素的粉末中，冰浴超声分散15min，取出试样，震荡10s，继续超声分散15min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
66.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材pet制成的直径为10cm的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
67.步骤7，向砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥90min；
68.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至60℃，干燥60min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥120min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
69.实施例2
70.一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，包括以下步骤：
71.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：办公室a4纸0.36％、脱墨剂0.07％、质量浓度59％的硫酸26.86％、去离子水72.10％、包装基材pet0.61％，上述组分重量百分比之和为100％；
72.步骤2，对称量好的办公室a4纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡30min，使用水力碎浆机脱墨疏解15min，清洗油墨和其它杂质，在70℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
73.步骤3，取质量浓度59％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维，在45℃的水浴环境中，230r/min的转速下，强力搅拌60min，得到纳米纤维素的悬浮液；
74.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置60min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥72h，得到纳米纤维素粉末；
75.步骤5，取一定量的去离子水，加入步骤4所得的纳米纤维素粉末，冰浴超声分散30min，取出试样，震荡20s，继续超声分散20min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
76.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的
容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材pet制成的直径为10cm的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
77.步骤7，向砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥100min；
78.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至60℃，干燥80min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥160min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
79.实施例3
80.一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，包括以下步骤：
81.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：白卡0.47％、脱墨剂0.09％、质量浓度59％的硫酸35.36％、去离子水63.17％、包装基材pet 0.81％，上述组分重量百分比之和为100％；
82.步骤2，对称量好的白卡进行粉碎，加入脱墨剂浸泡45min，使用水力碎浆机脱墨疏解12min，清洗油墨和其它杂质，在75℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
83.步骤3，取质量浓度59％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维，在45℃的水浴环境中，230r/min的转速下，强力搅拌60min，得到纳米纤维素的悬浮液；
84.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置75min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥60h，得到纳米纤维素粉末；
85.步骤5，取一定量的去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素的粉末中，冰浴超声分散30min，取出试样，震荡20s，继续超声分散20min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
86.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材pet制成的直径为10cm的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
87.步骤7，向砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥120min；
88.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至60℃，干燥120min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥180min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
89.实施例4
90.一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，包括以下步骤：
91.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：瓦楞0.20％、脱墨剂0.04％、质量浓度59％的硫酸15.61％、去离子水83.79％、包装基材pet 0.36％，上述组分重量百分比之和为100％；
92.步骤2，对称量好的瓦楞纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡60min，使用水力碎浆机脱墨疏解15min，清洗油墨和其它杂质，在80℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
93.步骤3，取质量浓度59％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维，在45℃的水浴环
境中，230r/min的转速下，强力搅拌60min，得到纳米纤维素的悬浮液；
94.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置90min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥72h，得到纳米纤维素粉末；
95.步骤5，取一定量的去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素的粉末中，冰浴超声分散25min，取出试样，震荡20s，继续超声分散10min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
96.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材pet制成的直径为10cm的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
97.步骤7，向砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥120min；
98.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至60℃，干燥60min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥120min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
99.实施例5
100.一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，包括以下步骤：
101.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：瓦楞纸0.47％、脱墨剂0.09％、质量浓度59％的硫酸35.36％、去离子水63.27％、包装基材pet 0.81％，上述组分重量百分比之和为100％；
102.步骤2，对称量好的瓦楞纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡60min，使用水力碎浆机脱墨疏解15min，清洗油墨和其它杂质，在80℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
103.步骤3，取质量浓度59％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维，在45℃的水浴环境中，230r/min的转速下，强力搅拌60min，得到纳米纤维素的悬浮液；
104.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置90min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥72h，得到纳米纤维素粉末；
105.步骤5，取一定量的去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素的粉末中，冰浴超声分散30min，取出试样，震荡20s，继续超声分散20min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
106.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材pet制成的直径为10cm的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
107.步骤7，向砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥120min；
108.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至60℃，干燥120min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥180min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
109.实施例6
110.一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，包括以下步骤：
111.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：白卡0.56％、脱墨剂0.11％、质量浓度63％的硫酸42.00％、去离子水56.37％、包装基材pe 0.96％，上述组分重量百分比之和为100％；
112.步骤2，对称量好的白卡纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡45min，使用水力碎浆机脱墨疏解12min，清洗油墨和其它杂质，在75℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
113.步骤3，取质量浓度63％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维，在48℃的水浴环境中，260r/min的转速下，强力搅拌45min，得到纳米纤维素的悬浮液；
114.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置75min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥60h，得到纳米纤维素粉末；
115.步骤5，取一定量的去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素的粉末中，冰浴超声分散25min，取出试样，震荡15s，继续超声分散15min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
116.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材pe制成的直径为5cm的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
117.步骤7，向砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥110min；
118.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至20℃，干燥120min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥180min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
119.实施例7
120.一种基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的制备方法，包括以下步骤：
121.步骤1，按重量百分比分别称取以下组分：白卡0.86％、脱墨剂0.17％、质量浓度55％的硫酸63.91％、去离子水34.32％、包装基材pe 0.74％，上述组分重量百分比之和为100％；
122.步骤2，对称量好的白卡纸进行粉碎，加入脱墨剂浸泡45min，使用水力碎浆机脱墨疏解12min，清洗油墨和其它杂质，在75℃下烘干，使用万能粉碎机粉碎，得到较细的脱墨废纸纤维；
123.步骤3，取质量浓度55％的硫酸，加入步骤2所得的脱墨废纸纤维，在50℃的水浴环境中，270r/min的转速下，强力搅拌50min，得到纳米纤维素的悬浮液；
124.步骤4，将纳米纤维素悬浮液稀释10倍，静置75min，抽滤洗涤至中性，冷冻干燥60h，得到纳米纤维素粉末；
125.步骤5，取一定量的去离子水，加入至步骤4所得的纳米纤维素粉末，冰浴超声分散20min，取出试样，震荡15s，继续超声分散20min，得到再分散性纳米纤维素悬浮液；
126.步骤6，采用砂芯过滤器的部分组成装置，搭建制备基于包装基材的纳米纤维素涂层的实验装置；实验装置包括由上至下依次设置的砂芯过滤杯1、砂芯滤头4及装有沙子的容器5，砂芯滤头4下端固定设置在装有沙子的容器5内，由包装基材pp制成的直径为8cm的包装基板2设置在砂芯过滤杯1与砂芯滤头4之间，使用夹子3将砂芯过滤杯1、包装基板2和
砂芯滤头4固定连接在一起，具体结构如图15所示。
127.步骤7，向砂芯过滤杯1中倒入步骤5制得的再分散性纳米纤维素悬浮液，将整个实验装置置于电热鼓风干燥箱中，在80℃的温度下干燥100min；
128.步骤8，将鼓风干燥箱的温度调至40℃，干燥100min，关闭鼓风干燥箱，自然降温至室温，取出试样，室温干燥160min，制得基于包装基材的纳米纤维素涂层。
129.图1和图2分别展示了本发明实施例1、实施例3以及实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的红外光谱图。观察图1发现，所有试样均在1713cm
‑1、1409cm
‑1、1239cm
‑1、723cm
‑1处出现峰值，这些峰分别代表c＝o、苯环骨架c＝c和c—o—c的伸缩振动，以及苯环—ch—面外弯曲振动，均为包装基材pet的红外特征峰。另外，图1在900cm
‑1处出现峰值，该峰代表了c—h的振动(异头碳的振动)，这是纤维素中脱水葡萄糖单元间β
‑
糖苷键的特征峰。图2在3725cm
‑1处出现
‑
oh的伸缩振动峰。β
‑
糖苷键以及
‑
oh特征峰的出现，证实了本专利成功制备了基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层。图3、图4、图5分别展示了本发明实施例1、实施例3以及实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层在500nm视野下扫描电镜图，图6、图7、图8则为1μm视野下的扫描电镜图。在500nm的视野下可清楚观察到pet基材表面形成的相互缠结、纵横交错的纳米纤维素网络结构，其中，纳米纤维素的长度在100～300nm之间，直径在20nm左右，呈棒状，证明纳米纤维素分子在氢键的驱动下可自组装形成宏观纳米纤维素涂层。另外，在1μm的视野下，实施例1只能观察到小部分纳米纤维素的形貌，而实施例3可看到大部分紧密缠结在一起的纳米纤维形貌，实施例4则能观察到纵横交错的纳米纤维形貌，说明以废弃瓦楞制备的纳米纤维素尺寸最大，其次是白卡，最后是a4纸张，并且纳米纤维素网络的致密程度也依此降低。
130.图9提供了实施例1、实施例2以及实施例4制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的透气度变化图，分析发现，实施例1、2、4的透气量明显低于未经纳米纤维素涂覆的纯pet包装基材的透气量，实施例2的透气量低于实施例1，实施例1的透气量低于实施例4，说明纳米纤维素涂层可提高包装基材的阻氧性，随着纳米纤维素浓度的提升，制备的基于包装基材的纳米纤维素涂层的阻氧性越好，并且阻氧性随纳米纤维素涂层制备原料的不同而不同，其中，以a4纸张制备的基于包装基材的纳米纤维素涂层的阻氧性优于废弃瓦楞纸。纳米纤维素富含羟基，极易在分子内与分子间氢键的驱动下形成致密的网络结构，因此，当纳米纤维素涂覆在包装基材表面时，纳米纤维素相互缠结的网络结构一定程度上延长了气体分子的渗透路径，阻碍了气体分子的渗透性。图10展示了实施例3、实施例4以及实施例5制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的水蒸气透过率变化趋势图，分析发现，实施例3、4、5的水蒸气透过率明显低于未经纳米纤维素涂覆的纯pet包装基材的水蒸气透过率，实施例5的水蒸气透过率下降了21.7％，说明纳米纤维素涂层可提高包装基材的阻湿性。实施例5的水蒸气透过率比实施例4有大幅度下降，实施列3的水蒸气透过率远远高于实施例5，说明随着纳米纤维素浓度的提升，制备的基于包装基材的纳米纤维素涂层的水蒸气透过率越低，阻湿性越好，并且阻湿性与制备纳米纤维素涂层的原料密切相关，以废弃瓦楞制备的基于包装基材的纳米纤维素涂层的阻湿性优于废白卡。图11展示了实施例1、实施例2、实施例3、实施例4以及实施例5制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的透光率图。观察发现，实施例1、2、3、4以及实施例5的可见光透过率均低于未经纳米纤维素涂覆的纯pet包装基材的可见光透过率，其中，实施例1和实施例4的可见光透过率与纯pet
的差距最小，意味着纳米纤维素涂层在包装基材表面的涂覆会影响包装基材的透明度。实施例1的可见光透过率高于实施例2，实施例4的可见光透过率高于实施例5，说明随着纳米纤维素浓度的增大，制备的基于包装基材的纳米纤维素涂层的透明度下降，此外，实施例1的可见光透过率高于实施例4，实施例3的可见光透过率高于实施例5，说明纳米纤维素涂层的制备原料直接影响其透明度，即以a4纸制备的基于包装基材的纳米纤维素涂层的透明度最高，其次是白卡，最后是瓦楞。透明度是广泛用于间接测量纤维素纳米纤维尺寸和分散性的重要手段，如果纤维素颗粒不是纳米级或纳米尺寸较大，光散射性便增强，透明度便降低，雾度增加。因此，根据透明度可推断出以a4纸制备的纳米纤维素的尺寸最小，其次是白卡，最后是瓦楞，该结论与扫描电镜的结论相一致。另外，扫描电镜显示，a4纸制备的基于包装基材的纳米纤维素涂层的致密性最高，其次是白卡，最后是瓦楞，因此，当相同数量的可见光照向纳米纤维素涂层时，致密性高的薄膜，对光的散射和吸收减少，透过率提高。
131.图12为纯pet的接触角，图13和图14分别为实施例4和实施例5制备的基于包装基材的绿色阻隔纳米纤维素涂层的接触角。观察发现，实施例4和实施例5的接触角均小于纯pet，并且实施例5的接触角小于实施例4，即含有大量亲水性羟基基团的纳米纤维素涂层的涂覆会直接影响包装基材的表面亲水性，并且纳米纤维素浓度越大，包装基材表面的亲水基团越多，基于包装基材的纳米纤维素涂层的亲水性越好。
132.综上，本发明方法可成功制备一种基于包装基材的纳米纤维素涂层，该涂层制备工艺简单，成本低，并且阻隔性好，透明度可与纯包装基材相媲美，便于实际推广应用。另外，本专利涂层的制备原料为印刷包装废纸，旨在应用于印刷包装材料领域，实现了从印刷包装废弃物到印刷包装材料开发的闭合途径，具有一定的经济、环境和社会效益。