一种高阻隔包装牛皮纸及其制备方法与应用

本发明涉及包装材料，特别涉及一种高阻隔包装牛皮纸及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着“限塑令”和“禁塑令”政策的升级，以及塑料在包装制品中用量下调要求，生物基可降解材料成为研究的热点。当前国内外面临传统不可降解塑料包材在自然环境中难以降解，处理困难，不符合绿色低碳发展等现状，而市场上大多可降解塑料材质因柔韧性较差、冲击强度、断裂伸长率和阻隔性能均低与常用树脂塑料，应用范围受限。纸包材具有可降解、可回收、运输方便等优势，但普通纸质包装也因纸质本身阻隔水分、蒸汽、油脂、气体和气味等弱点在市场上应用领域仍然狭窄。

2、牛皮纸是一种常见的包装纸材料，通过化学纸浆生产的纤维纸，长纤维为纸张提供强度，其机械强度比普通包装纸要高，用途非常广，在医药、食品、日化、军工等领域据有较好的应用，可部分替代塑料或其它高分子材料包装。目前市场上已有牛皮纸用于药品包装，但是仍然存在机械强度、阻隔性能和抗菌能力有限，难以直接用于药材包装。基于“碳达峰碳中和”和现代绿色包装的可持续发展理念，研究高阻隔包装牛皮纸具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高阻隔包装牛皮纸的制备方法。

2、本发明的另一目的在于提供所述制备方法制备得到的高阻隔包装牛皮纸。

3、本发明的再一目的在于提供所述高阻隔包装牛皮纸的应用。

4、本发明的目的通过下述技术方案实现：

5、一种高阻隔包装牛皮纸的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)纤维浆料复配：将漂白硫酸盐马尾松纤维(pf)和构树皮纤维(tf)分别进行打浆处理，然后经充分分散处理后得到pf分散液和tf分散液，再将pf分散液和tf纤维分散液混合均匀，得到pf/tf混合浆料；

7、(2)添加功能助剂：将植物纤维素纳米纤丝(cnf)和抗菌壳聚糖(ac)在搅拌条件下分别加入到步骤(1)中得到的pf/tf混合浆料中，混合均匀，得到pf/tf/cnf/ac复配浆料；

8、(3)抄造处理：将步骤(2)得到的pf/tf/cnf/ac复配浆料抄造成型、脱水、烘干处理，得到纸样a；

9、(4)表面喷涂：在步骤(3)所得纸样a正反表面喷涂表面施胶剂，再进行红外线干燥，得到纸样b；

10、(5)热轧处理：将步骤(4)得到的纸样b进行湿热压处理，接着干燥，得到高阻隔包装牛皮纸。

11、步骤(1)中所述的打浆处理均采用pfi磨进行打浆处理。

12、步骤(1)中所述的漂白硫酸盐马尾松纤维的长度为2～10mm，直径为32～45μm；构树皮纤维的长度为3～15mm，直径为28～40μm。

13、步骤(1)中，将漂白硫酸盐马尾松纤维进行打浆处理的条件是：浆转数为6000～8000转，打浆浓度为2.0～3.0％，打浆度为50～60°sr；将构树皮纤维进行打浆处理的条件是：打浆转数为7000～10000转，打浆浓度为1.0～3.0％，打浆度为45～55°sr。

14、步骤(1)中所述的分散处理中漂白硫酸盐马尾松纤维以质量百分比1.0～2.0％的浓度在转速为3000～5000r/min中分散10～20min；构树皮纤维以质量百分比1.0～2.0％的浓度在转速为4000～6000r/min中分散15～25min。

15、步骤(1)中，混合体系中，漂白硫酸盐马尾松纤维与构树皮纤维的绝干质量比为(5～7)：(3～5)；

16、步骤(2)中所述的植物纤维素纳米纤丝的直径为30～80nm，长度为200～760nm；优选为以马尾松木浆为原料，通过机械研磨和高压均质制备得到；其中，机械研磨的条件为：0和-50μm间隙下各研磨5次，转速为1000±100rpm；-80μm间隙下研磨10次，转速为1500±100rpm；然后-100μm间隙下研磨15次，转速为2000±200rpm；高压均质的条件为：温度为25℃，操作压力为200mpa，循环5次。

17、步骤(2)中所述的植物纤维素纳米纤丝的浓度为质量百分比3.0～4.0％。

18、步骤(2)中所述的植物纤维素纳米纤丝的加入量为pf/tf/cnf/ac复配浆料绝干质量的1.0～6.0％。

19、步骤(2)中所述抗菌壳聚糖为阳离子壳聚糖季铵盐，浓度为质量百分比1.0～3.0％。

20、步骤(2)中所述的抗菌壳聚糖的加入量为pf/tf/cnf/ac复配浆料绝干质量的1.0～4.0％。

21、步骤(2)中所述的搅拌的转速为4000～6000r/min。

22、步骤(3)中所述的抄造成型为采用斜网纸机抄造成型。

23、步骤(3)中所述的pf/tf/cnf/ac复配浆料的浆料浓度为质量百分比0.01～1.0％。

24、步骤(4)中所述的表面施胶剂为季铵型瓜尔胶，浓度为质量百分比1.0～2.0％，喷涂量为2.0～4.0g/m2。

25、所述的季铵型瓜尔胶是以瓜尔胶为原料，以三甲基氯化铵作为醚化剂进行季铵化改性制备得到；

26、具体包括如下步骤：

27、将瓜尔胶粉末均匀分散于75±3％的乙醇溶液中，然后加入0.7±0.3mol/lnaoh溶液在冰水浴中碱化处理15±1min，再缓慢滴入三甲基氯化铵，三甲基氯化铵与瓜尔胶粉末的绝干用量比为0.75±0.05，在62±2℃下反应2.2±0.2小时；接着调节反应体系的酸碱性，控制ph在中性范围，之后进行抽滤，再用63±3％的乙醇溶液冲洗多次，最后干燥、研磨、过筛得到季铵型瓜尔胶粉末。

28、步骤(4)中所述的红外线干燥是指在100～200℃下对纸样进行红外线干燥0.5～1小时。

29、步骤(5)中所述的湿热压条件为：温度为80～95℃，压力为16～18mpa，时间为30～60min。

30、步骤(5)中所述的干燥的条件为在30～40℃下干燥1～2小时。

31、一种高阻隔包装牛皮纸，通过上述制备方法制备得到。

32、所述的高阻隔包装牛皮纸的性能指标如下：定量：40～45g/m2；抗张强度：2.73～3.45kn/m；撕裂强度：681.2～756.4mn；氧气透过率：427～518cm3/m2·day·0.1mpa；水蒸气透过率：113～156g/m2·day；抑菌率：85～93％。

33、所述的高阻隔包装牛皮纸在包装材料中的应用。

34、所述的包装材料包括防霉包装材料；优选为用于药材类的防霉包装材料。

35、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

36、(1)本发明所用马尾松纤维、构树皮纤维、纤维素纳米纤丝、壳聚糖、瓜尔胶均为可降解的生物基材料，由这些原料制备的包装牛皮纸可自然降解或回收利用，属于环保型包装材料，能实现以纸代塑用于药材类防霉包装材料领域，符合碳中和碳达峰的绿色可持续发展理念。

37、(2)本发明制备的高阻隔包装牛皮纸是由三种纤维原料合理复配而获得的，充分利用不同纤维的优势：马尾松纤维长而高强，能显著提高成纸的物理强度；构树皮纤维细致柔软，纤维形态佳，能保证纤维之间紧密结合，此外构树皮纤维具有利湿杀虫的功效，利于提高牛皮纸抗菌效果；植物纤维素纳米纤丝具有纳米尺度、高长径比、大比表面积，能够很好地填充在马尾松纤维与构树皮纤维之间，改善不同纤维之间界面结合力，使长纤维与短纤维能紧密连接，提高牛皮纸的机械强度。

38、(3)本发明采用阳离子壳聚糖季铵盐有良好的抗菌性，能赋予牛皮纸抗菌特性，壳聚糖表面含有氨基，总体呈正电性，可与纤维素表面的羟基形成强烈的共价键和氢键链接，增加不同尺寸的纤维与壳聚糖的交联，一方面可以增加牛皮纸的强度，另一方面可以改善牛皮纸的孔结构，增加抗菌阻氧能力。

39、(4)本发明采用季铵型瓜尔胶在水中即可溶解，不仅可以直接作为纸张表面施胶剂，瓜尔胶与纤维素之间既存在氢键结合，对纤维具有良好的亲和性和吸附性，而且瓜尔胶具有一定的黏性和阻隔性，均匀涂布过程有利于使牛皮纸表面更加平滑，使涂布牛皮纸展现出良好的机械强度、韧性和阻隔性能。此外，季铵盐三甲基氯化铵的防霉特性在改性产物季铵型瓜尔胶中仍旧保留，使得季铵型瓜尔胶具有防霉抗菌功能。

40、(5)本发明采用超低浓度斜网纸机湿法成型技术，能解决纤维易絮聚问题，实现超低浓度下长与短纤维的均匀分散和成型，有利于提高牛皮纸的机械性能；同时采用湿热压处理有利于纤维软化交织，从而提高牛皮纸的匀度，使纸基材内部的各种纤维结合更加紧密，牛皮纸具有较强的韧性和致密性。

41、(6)本发明制备的高阻隔包装牛皮纸具有良好的机械性能、阻隔性能和抗菌性能，可用于药材类的防霉包装材料方面，将推动绿色包装产业实现低碳发展，可为碳中和碳达峰目标助力。