一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料及其制备方法与流程

1.本发明属于纸基包装材料技术领域，尤其涉及一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料及其制备方法。


背景技术：

2.塑料食品包装由于其低成本、高阻隔性、高化学稳定性等特性，在食品包装中占有统治地位。但由于塑料包装的化学惰性，使其自然降解时间长达几十至几百年，加上塑料包装的回收困难，回收率不到10％，塑料包装对环境产生的污染已经严重影响到了人类的正常生活。
3.而纸产品正是替代塑料制品的主要产品之一。
4.相比于塑料包装，纸基包装材料由于其结构中存在大量的孔隙，氧气可自由通过。在纸基包装材料中添加氧气阻隔性能可以降低氧气通过率，从而有效缓解食品由于氧化作用引起的劣变过程。
5.国内市场中阻隔氧气的纸基材料均是在基纸上淋膜一层塑料薄膜，用来替代塑料包装，减少塑料的用量，但材料中的塑料薄膜仍然会造成环境污染。由于高氧气阻隔性能对气体阻隔层要求很高，这对涂覆氧气阻隔层之前的纸基在平滑度、孔隙率等指标上的要求很高。目前还没有成熟的具有高氧气阻隔性能的无塑纸基食品包装材料面世。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料及其制备方法，本发明中的纸基包装材料能有效阻隔氧气/水蒸气的通过。
7.本发明提供一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料的制备方法，将浆料经过疏解、粗筛、打浆、混合、浓浆筛、杀菌、1#调配、冲浆、除砂、除气、 2#调配、上浆、精筛，得到的上网前浆料；
8.所述上网前浆料经过上网、脱水成形、压榨、1#干燥、表面施胶、2#干燥、软压光、涂布、3#干燥、压光、卷曲，得到高氧气阻隔率无塑纸基包装材料；
9.所述1#调配和2#调配至少选择其中一个步骤实施，所述1#调配使用施胶淀粉、烷基烯酮二聚体、松香胶和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶， 2#调配使用施胶淀粉、烯基琥珀酸酐、明矾和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶；
10.所述表面施胶采用防水剂作为施胶胶料；
11.所述涂布使用的涂布液包括壳聚糖、乙烯-乙烯醇共聚物、聚羟基脂肪酸酯和微纤化纤维素中的一种或几种。
12.优选的，所述浆料包括漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆、亚硫酸盐浆料、石磨木浆、热机械浆料、脱墨浆料和再生浆料中的一种或几种。
13.优选的，所述浆料为30～60wt％的漂白硫酸盐阔叶木浆和40～70wt％的漂白硫酸盐针叶木浆组成的混合浆料。
14.优选的，所述精筛后的浆料经过流浆箱后，再进行上网。
15.优选的，所述精筛后的浆料的浓度为2.5～4wt％；经所述流浆箱后的浆料的浓度为0.5～1wt％。
16.优选的，所述防水剂包括石蜡基防水剂、酯基防水剂、硅烷防水剂和含氟防水剂中的一种或几种。
17.优选的，所述石蜡基防水剂摆阔烷烃化合物、石蜡和羊毛脂，酯基防水剂包括动物或植物基天然油，硅烷防水剂包括硅氧烷化合物，含氟防水剂包括有机氟素类高分子聚合体。
18.优选的，1#干燥后，纸基的水分含量为4～10％，2#干燥后，纸基的水分含量为5～8％，3#干燥后，纸基的水分含量为3～6％。
19.优选的，表面施胶cobb值为30～45g/m2。
20.本发明提供如上文所述的制备方法制备得到的高氧气阻隔率无塑纸基包装材料。
21.本发明提供了一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料的制备方法，其特征在于，将浆料经过疏解、粗筛、打浆、混合、浓浆筛、杀菌、1#调配、冲浆、除砂、除气、2#调配、上浆、精筛，得到的上网前浆料；所述上网前浆料经过上网、脱水成形、压榨、1#干燥、表面施胶、2#干燥、软压光、涂布、3# 干燥、压光、卷曲，得到高氧气阻隔率无塑纸基包装材料；所述1#调配和2# 调配至少选择其中一个步骤实施，所述1#调配使用施胶淀粉、烷基烯酮二聚体、松香胶和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶，2#调配使用施胶淀粉、烯基琥珀酸酐、明矾和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶；所述表面施胶采用防水剂作为施胶胶料；所述涂布使用的涂布液包括壳聚糖、乙烯-乙烯醇共聚物、聚羟基脂肪酸酯和微纤化纤维素中的一种或几种。
22.本发明具有如下有益效果：
23.(1)本发明所述制备过程为湿法造纸过程，是造纸行业主流的造纸方法，适用性广，可操作性强。
24.(2)本发明所述1#调配、2#调配与表面施胶过程均是为了在纸基上涂覆水溶性阻隔材料之前，胶料均匀分布在纸基中，形成均匀、稳定的疏水层，防止之后涂布液向纸基内部渗透，使涂布液在纸基上形成均匀的阻隔层，同时可以有效降低水溶性阻隔材料的用量。
25.(3)本发明所述涂布过程是在纸上涂敷水溶性的氧气阻隔层。所使用的涂布液为可降解的水溶性涂布液，可随纸基一同进行生物降解。该纸基包装材料具有较高的氧气阻隔性能，可以替代部分用于生鲜食品的不可降解的塑料食品包装产品。
26.(4)本发明制备的纸基包装材料的阻隔层使用的是水溶性的涂布液，对比与塑料包装产品，具有更好的回收性能。
具体实施方式
27.本发明提供了一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料的制备方法，将浆料经过疏解、粗筛、打浆、混合、浓浆筛、杀菌、1#调配、冲浆、除砂、除气、 2#调配、上浆、精筛，得到的上网前浆料；
28.所述上网前浆料经过上网、脱水成形、压榨、1#干燥、表面施胶、2#干燥、软压光、涂布、3#干燥、压光、卷曲，得到高氧气阻隔率无塑纸基包装材料；
29.所述1#调配和2#调配至少选择其中一个步骤实施，所述1#调配使用施胶淀粉、烷基烯酮二聚体、松香胶和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶，2#调配使用施胶淀粉、烯基琥珀酸酐、明矾和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶；
30.所述表面施胶采用防水剂作为施胶胶料；
31.所述涂布使用的涂布液包括壳聚糖、乙烯-乙烯醇共聚物、聚羟基脂肪酸酯和微纤化纤维素中的一种或几种。
32.在本发明中，所述浆料包括化学浆料、机械浆料、木纤维、非木纤维类浆料中的一种或几种；所述化学浆料优选为漂白硫酸盐阔叶木浆、漂白硫酸盐针叶木浆和亚硫酸盐浆料中的一种或几种；所述机械浆料优选为石磨木浆和热机械浆料中的一种或几种；所述木纤维或非木纤维类浆料包括脱墨浆料和再生浆料中的一种或几种。
33.本发明优选将两种或多种浆料单独打浆后进行混合，优选的，本发明中使用漂白硫酸盐针叶木浆与漂白硫酸盐阔叶木浆组成的混合浆料，在所述混合浆料中，所述漂白硫酸盐针叶木浆的质量分数优选为30～60wt％，更优选为 40～50％，如30wt％，35wt％，40wt％，45wt％，50wt％，55wt％，60wt％，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述漂白硫酸盐阔叶木浆的质量分数优选为40～70wt％，更优选为50～60wt％，如40wt％，45wt％，50wt％， 55wt％，60wt％，65wt％，70wt％，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
34.本发明对所述浆料的来源没有特殊的限制，可以是市售商品，也可按照现有的常规制备方法自行制备。
35.在本发明中，所述疏解、粗筛、打浆、混合、浓浆筛、杀菌均为本领域技术人员所熟知的操作过程，采用本领域的相关常规操作即可，本发明对此不再进行赘述。
36.在本发明中，所述1#调配使用施胶淀粉、烷基烯酮二聚体(akd)、松香胶和沉淀碳酸钙填料(pcc填料)中的一种或几种进行施胶，在1#调配时加入的施胶剂，在使用之前是需要对施胶剂进行除杂除气的处理，而且施胶剂体系较稳定，不会除杂除气过程中发生反应；2#调配使用施胶淀粉、烯基琥珀酸酐(asa)、明矾和沉淀碳酸钙填料(pcc填料)中的一种或几种进行施胶；2#调配时加入的这几种施胶剂，施胶体系均不够稳定，在浆内时间太长容易发生反应，因此，需要在2#调配时加入。在本发明中，所述1#调配与2#调配根据施胶剂的配料不同，选择其中一个步骤进行，但当1#调配使用松香胶作为施胶剂时，2#调配需要加入明矾与松香胶形成施胶体系。
37.本发明通过1#调配或2#调配施胶可以减少表面施胶步骤施胶液向纸张中的迁移，确保分层效果。
38.在本发明中，所述冲浆、除砂、除气分别采用冲浆泵、除砂器、除气罐进行。本发明对于所述冲浆泵、除砂器、除气罐的规格参数不进行限定。对于所述冲浆、除砂、除气具体操作不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
39.在本发明中，所述上浆和精筛分别采用上浆泵、纸机筛进行，本发明对于所述上浆泵、纸机筛的规格参数不进行限定。对于所述上浆、精筛具体操作不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
40.在本发明中，所述精筛后的浆料的浓度优选为2.5～4wt％，更优选为 3～3.5wt％，如2.5wt％，2.6wt％，2.7wt％，2.8wt％，2.9wt％，3wt％，3.1wt％， 3.2wt％，
3.3wt％，3.4wt％，3.5wt％，3.6wt％，3.7wt％，3.8wt％，3.9wt％， 4wt％，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；在本发明中，精筛后的浆料经过流浆箱后，再进行上网，经过所述流浆箱后的浆料的浓度优选为 0.5～1wt％，更优选为0.6～0.9wt％，如0.5wt％，0.6wt％，0.7wt％，0.8wt％， 0.9wt％，1wt％，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
41.在本发明中，所述上网、脱水成形、压榨、1#干燥均可按照本领域常用的相关操作进行，本发明与这些步骤中所涉及的参数不进行具体限定。
42.在本发明中，所述1#干燥后，成型纸基的水分含量优选为4～10％，更优选为5～9％，如4％，4.5％，5％，5.5％，6％，6.5％，7％，7.5％，8％，8.5％， 9％，9.5％，10％，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
43.在本发明中，所述表面施胶所使用的胶料为防水剂，所述防水剂优选包括石蜡基防水剂(主要成分为石蜡、羊毛脂、乳化剂)、酯基防水剂(主要成分为动物或植物基天然油)、硅烷防水剂(主要成分为硅氧烷或硅氧烷化合物)以及含氟防水剂(主要成分为有机氟素类高分子聚合体)中的一种或几种；在本发明中，所述表面施胶cobb值优选为30～45g/m2，更优选为35～40 g/m2。
44.本发明所述表面施胶过程所使用的设备为辊式施胶装置，具体参数不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
45.在本发明中，经2#干燥后，纸基的水分含量优选为5～8％，更优选为6～7％。
46.在本发明中，所述涂布过程可以是机内涂布或机外涂布，所使用的涂布工艺为辊式涂布、刮刀涂布、膜转移涂布、帘式涂布的其中一种，具体参数不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
47.在本发明中，但所述涂布过程为机外涂布的方式，则跳过2#干燥、软压光、涂布步骤，直接进行3#干燥、压光、卷曲步骤，制成纸基备用。
48.在本发明中，所述涂布液具有阻隔作用，优选包括壳聚糖、乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)、聚羟基脂肪酸酯(pha)、微纤化纤维素(mfc)中的一种或几种。
49.在本发明中，所述3#干燥后纸基的含水量优选为3～6％，更优选为4～5％；所述压光过程的主要作用是对阻隔层进行整饰，降低孔隙率，提高阻隔性能。
50.压光后的纸基经卷曲成型，水分含量为3～7％。本发明对所述2#干燥、3# 干燥、压光、卷曲的具体参数不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
51.本发明还提供了一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料，按照上文所述的制备方法制成。本发明中的高氧气阻隔率无塑纸基包装材料可代替塑料包装应用于食品包装领域，尤其是生鲜食品的包装。
52.在本发明中，所述高氧气阻隔率无塑纸基包装材料的孔隙率优选为 18～31％，透气度为3～15ml/min，氧气透过量为15.6～105.3ml/(m2·
24h
·
1atm)。
53.本发明提供了一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料的制备方法，其特征在于，将浆料经过疏解、粗筛、打浆、混合、浓浆筛、杀菌、1#调配、冲浆、除砂、除气、2#调配、上浆、精筛，得到的上网前浆料；所述上网前浆料经过上网、脱水成形、压榨、1#干燥、表面施胶、2#干燥、软压光、涂布、3# 干燥、压光、卷曲，得到高氧气阻隔率无塑纸基包装材料；所述1#调配和2# 调配至少选择其中一个步骤实施，所述1#调配使用施胶淀粉、烷基烯酮二聚体、松香
胶和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶，2#调配使用施胶淀粉、烯基琥珀酸酐、明矾和沉淀碳酸钙填料中的一种或几种进行施胶；所述表面施胶采用防水剂作为施胶胶料；所述涂布使用的涂布液包括壳聚糖、乙烯-乙烯醇共聚物、聚羟基脂肪酸酯和微纤化纤维素中的一种或几种。
54.本发明具有如下有益效果：
55.(1)本发明所述制备过程为湿法造纸过程，是造纸行业主流的造纸方法，适用性广，可操作性强。
56.(2)本发明所述1#调配、2#调配与表面施胶过程均是为了在纸基上涂覆水溶性阻隔材料之前，胶料均匀分布在纸基中，形成均匀、稳定的疏水层，防止之后涂布液向纸基内部渗透，使涂布液在纸基上形成均匀的阻隔层，同时可以有效降低水溶性阻隔材料的用量。
57.(3)本发明所述涂布过程是在纸上涂敷水溶性的氧气阻隔层。所使用的涂布液为可降解的水溶性涂布液，可随纸基一同进行生物降解。该纸基包装材料具有较高的氧气阻隔性能，可以替代部分用于生鲜食品的不可降解的塑料食品包装产品。
58.(4)本发明制备的纸基包装材料的阻隔层使用的是水溶性的涂布液，对比与塑料包装产品，具有更好的回收性能。
59.为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高氧气阻隔率无塑纸基包装材料及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
60.实施例1
61.浆料配比为漂白硫酸盐针叶木浆、漂白硫酸盐阔叶木浆，配比为： 30％:70％。
62.上述两种浆配浆后，混合后浆料调配成浓度3.0％，浓浆筛、杀菌、1#调配、冲浆、除砂、除气、2#调配、上浆、精筛、上网脱水成形、压榨、1#干燥、表面施胶、2#干燥、涂布、3#干燥、压光、卷曲制成纸基包装材料，定量为120
±
5g/m2。在1#调配采用松香胶施胶，松香胶用量20
±
2kg/吨纸。2#调配加入明矾，明矾用量为15
±
5kg/吨纸，系统ph值控制为5.0
±
0.5。表面施胶采用石蜡基防水剂(石蜡：羊毛脂：乳化剂为5：2:1，质量比)进行表面施胶，施胶量控制在20.0
±
1.5g/m2。涂布液阻隔成分选择壳聚糖，壳聚糖固含量为1.0
±
0.1％，涂布量控制在5.5
±
0.5g/m2。
63.1#干燥后纸基水分含量为5.5
±
1.5％；表面施胶cobb值为35
±
5g/m2；2# 干燥为干燥至水分含量为5.5
±
1.0％；第三道干燥为干燥至水分含量为 4.0
±
1.0％。
64.实施例2
65.浆料配比为漂白硫酸盐针叶木浆、漂白硫酸盐阔叶木浆，配比为： 40％:60％。
66.上述两种浆配浆后，混合后浆料调配成浓度3.0％，浓浆筛、杀菌、1#调配、冲浆、除砂、除气、上浆、精筛、上网脱水成形、压榨、1#干燥、表面施胶、2#干燥、涂布、3#干燥、压光、卷曲制成纸基包装材料，定量为100
±
5g/m2。在1#调配采用akd施胶，akd用量10
±
2kg/吨纸。表面施胶采用酯基防水剂进行表面施胶，施胶量控制在4.5
±
1.0g/m2。涂布液阻隔成分选择evoh，乙烯醇含量为70％，evoh固含量为20
±
2％，涂布量控制在6.5
±
0.5g/m2。
67.1#干燥后纸基水分含量为5.5
±
1.5％；表面施胶cobb值为40
±
5g/m2；2# 干燥为干燥至水分含量为4.5
±
1.0％；第三道干燥为干燥至水分含量为 4.0
±
1.0％。
68.实施例3
69.浆料配比为漂白硫酸盐针叶木浆、漂白硫酸盐阔叶木浆，配比为： 50％:50％。
70.上述两种浆配浆后，混合后浆料调配成浓度3.0％，浓浆筛、杀菌、冲浆、除砂、除气、2#调配、上浆、精筛、上网脱水成形、压榨、1#干燥、表面施胶、2#干燥、涂布、3#干燥、压光、卷曲制成纸基包装材料，定量为120
±
5g/m2。在2#调配采用asa施胶，asa用量1.5kg/吨纸。表面施胶采用石蜡基防水剂 (石蜡：羊毛脂：乳化剂为5：2:1，质量比)进行表面施胶，施胶量控制在 5.0
±
1.5g/m2。涂布液阻隔成分选择evoh与mfc的混合物，evoh乙烯醇含量为65％，mfc加入浓度为5.0
±
1.0pph，混合物固含量为18
±
1％，涂布量控制在5.0
±
0.5g/m2。
71.1#干燥后纸基水分含量为5.5
±
1.5％；表面施胶cobb值为40
±
5g/m2；2# 干燥为干燥至水分含量为5.0
±
1.0％；第三道干燥为干燥至水分含量为 4.0
±
1.0％。
72.对实施例1～3所得到的纸基材料进行功能性检测，其中包括物理性能检测与氧气阻隔性能检测，结果如表1所示。
73.表1本发明实施例得到的纸基材料的性能检测
[0074][0075][0076]
样品的氧气透过量根据国标gb/t19789-2021《包装材料塑料薄膜和薄片氧气透过性试验库仑计检测法》测试，测试环境为温度23℃，湿度0％rh。
[0077]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。