一种一步法制备防水防油食品包装纸用多功能环保涂料的方法及应用

本发明属于食品包装和涂料，具体涉及一种一步法制备防水防油食品包装纸用多功能环保涂料的方法及应用。

背景技术：

1、食品包装是影响食品质量和安全的重要因素，其中具有防水防油以及抑菌性能的食品包装纸，不仅可以防止内部液体物质的渗漏，还可以抑制细菌的繁殖，达到延长食品保质期的效果。目前在防水防油食品包装纸领域主要通过在纸基表面淋覆一层塑料薄膜或施胶涂布含氟类防水防油剂来实现对水和油的阻隔。然而淋膜产品一直存在难降解、难回收等问题，而含氟类防水防油剂又存在对人体有害物质，难以满足绿色环保的要求。因此可再生、可降解且无毒的生物质材料被越来越广泛地用于制备纸张的防水防油涂料。一些多糖、蛋白质、脂质等生物质材料，因其具有很好的成膜性或具有极性基团，对液体和气体都具有很好的阻隔性能。然而单一物质或单一涂层都不能同时达到很好的防水防油效果，所以很多研究都致力于构建疏水和防油双涂层，但双层涂布相比于单层涂布操作难度和生产成本都明显增加，更难形成规模化生产。

2、本发明要解决的技术问题有以下几点：

3、1、解决防水防油纸含氟、难降解问题

4、目前在防水防油食品包装纸领域主要通过在纸基表面淋覆一层塑料薄膜或施胶涂布含氟类防水防油剂来实现纸张对液体的阻隔。然而淋膜的塑料包括可降解的高分子材料pla，一直存在常温难降解、难回收等问题，而含氟类防水防油剂不仅价格昂贵，而且具有潜在的健康危害和环境风险。因此可再生、可降解且无毒的生物质材料被广泛用于制备纸张的防水防油涂料是必然的趋势。

5、2、解决棕榈蜡乳化问题

6、蜡和油的乳化剂大致分为离子型和非离子型表面活性剂、天然乳化剂、固体微粒乳化剂、辅助乳化剂等，然而其中传统常用来乳化蜡的sds、tween80、span80等表面活性剂通常都具有用量较大，成本较高，环境友好性和生物相容性相对较差等缺点。

7、3、解决单层涂布难以同时具有较高防水、防油和抗菌性能问题

8、目前很多研究都致力于分别构建疏水和防油涂层来制备纸张的防水防油涂层，但双层涂布相比于单层涂布操作难度和生产成本都明显增加，更难形成规模化生产。而现阶段很少有单层涂布同时具有较高防水、防油和抗菌性能的多功能涂料来制备防水防油食品包装纸。

9、基于上述理由，提出本技术。

技术实现思路

1、基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种一步法制备防水防油食品包装纸用多功能环保涂料的方法及应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。

2、为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种一步法制备防水防油食品包装纸用多功能环保涂料的方法，所述方法具体包括如下步骤：

4、按配比将壳聚糖加入到乙酸溶液中，加热搅拌至澄清，得到酸性壳聚糖溶液；然后按配比将棕榈蜡加入到所述酸性壳聚糖溶液中，将所得混合液升温至80-100℃恒温高速搅拌乳化5-15min；乳化结束后，将所得乳化液迅速放入冷水中冷却至室温，得到所述的防水防油食品包装纸用环保涂料。

5、进一步地，上述技术方案，所述乙酸溶液中无水乙酸的质量分数优选为1-3wt％。

6、进一步地，上述技术方案，所述乙酸溶液由无水乙酸与去离子水配制而成，具体配制方法如下：将适量去离子水加入到1-3g无水乙酸中，磁力搅拌3-5min，得到质量分数约为1-3wt％的乙酸溶液。

7、进一步地，上述技术方案，所述壳聚糖与无水乙酸的质量比为1：1，也就是说，在所述酸性壳聚糖溶液中，壳聚糖的质量分数与无水乙酸的质量分数相同。

8、进一步地，上述技术方案，所述加热搅拌的温度优选为40-50℃。

9、进一步地，上述技术方案，所述棕榈蜡与壳聚糖的质量比为3:7-9:1。

10、进一步地，上述技术方案，所述乳化的温度优选为90℃，乳化的时间优选为10min。

11、进一步地，上述技术方案，所述高速搅拌乳化采用的是高速分散机乳化，高速分散机的转速为8000-12000r/min，较优选为10000r/min的转速。

12、进一步地，上述技术方案，所述冷水优选为冰水混合物，且水浴用水温度为0℃。

13、本发明的第二个目的在于提供上述所述方法制备得到的防水防油食品包装纸用多功能环保涂料。

14、本发明的第二个目的在于提供上述所述防水防油食品包装纸用多功能环保涂料在制备防水防油食品包装纸中的应用。

15、一种防水防油食品包装纸，包括纸张本体(原纸)，所述纸张本体一面涂有防水防油层，所述防水防油层是利用上述所述防水防油食品包装纸用多功能环保涂料涂覆后干燥制得。

16、进一步地，上述技术方案，所述防水防油层定量为5-10g/m2。

17、进一步地，上述技术方案，所述纸张本体优选为白色卡纸。

18、进一步地，上述技术方案，所述干燥的温度为90-100℃，干燥的时间为5-15min。

19、本发明采用的各原料所起的作用以及涉及的反应机理如下：

20、壳聚糖在酸性环境中由于氨基的存在而带有一定的正电性，而棕榈蜡的成分中含有高级脂肪酸。在高速分散的状态下，壳聚糖可以有效吸附在棕榈蜡液滴表面，在水和蜡的界面上稳定存在，使其无法凝结和团聚在一起，在冷水中快速冷却后形成微米级的棕榈蜡颗粒。此外，壳聚糖不仅是一种天然高分子抗菌材料，其溶液具有一定的粘度和抗菌性能，因此在乳液中还可以充当稳定剂、抗菌剂，提高了乳液的稳定性以及延长了乳液的储存时间。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、(1)本发明仅以天然可再生、可降解、无毒的生物质材料壳聚糖和棕榈蜡为主要原料制备防水防油乳液，原料种类少且绿色环保，在使用过程中不会对人体造成危害，在自然环境中易降解、无残留，不会引起环境污染。

23、(2)本发明采用的壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，其分子上含有亲水的氨基及羟基基团又含有疏水的乙酰基，在酸性体系中氨基带正电，使其不仅有良好的防油、抗菌性能，还能作为表面活性剂吸附在油水界面。本发明直接以作为防油抗菌剂的壳聚糖作为乳化剂乳化棕榈蜡，不需要额外添加乳化剂，节省了原料，而且减少了操作步骤，最终降低了生产成本，而且所制得的乳液粒径小、稳定性好。

24、(3)本发明采用一定量的壳聚糖乳化棕榈蜡得到的乳液，棕榈蜡颗粒呈多分散性地分布在壳聚糖乳液中。涂布后较高的干燥温度使得乳液发生了相分离，棕榈蜡颗粒在涂层上表面发生了凝聚和团聚，致使单次涂布后的涂层高温干燥后具有比双层涂布更好的效果。位于涂层下层的壳聚糖形成了均匀连续的薄膜为涂层提供良好的防油性能，其中有一部分渗入纸张提高了涂层与纸张的结合强度。而位于涂层上层的棕榈蜡在经过鼓式干燥器干燥后形成了一层平整的蜡膜，在降低了表面能的同时提高了纸张的防水性能，其一部分渗入壳聚糖薄膜提高了与壳聚糖薄膜的结合强度。

25、(4)本发明采用单层涂布制备防水防油食品卡纸，简化了操作，用较低的涂布量达到较好的防水、防油和抑菌效果，降低了生产成本。涂布量在5-10g/m2时，cobb60值可达5-9g/m2，防油等级可达11～12级，水接触角可达130°以上，抑菌率达到90％以上。