CN111172805A - 一种生物质基阻隔涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物质基阻隔涂层的制备方法，具体是指以生物质基材料微纤化纤维素为主要原料并适合基材表面涂布的生物质基阻隔涂层的制备方法。本方法第一步首先将微纤化纤维素在高剪切条件下制备成1～5％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入生物质胶黏剂、流变改性剂和颜料分散液制得阻隔涂料分散液；第二步是将所制备的阻隔涂料通过刮棒、刮刀、喷雾和帘式涂布方式涂布在基材表面形成具有高阻隔性涂层，优选的涂布方式是帘式涂布。所获得的阻隔涂层具有优良的阻隔性能和良好的生物可降解性能。
Description
技术领域
本发明属于造纸工业中纸张涂布，具体涉及一种生物质基阻隔涂层的制备方法。
背景技术
在包装行业中，发展减量化、重复使用、循环利用、可降解等原则的绿色包装以取代传统包装成为包装产业发展的必然趋势。生物质基包装材料因为原材料来源于动植物等生物质资源，从原料采集、材料加工、产品制造、产品使用、废弃物回收再生、焚烧处理等均对人体无害和不产生环境污染，在促进绿色包装发展过程中将扮演重要角色。
纸质包装材料作为生物质基包装材料的一种，具有质轻、价格低廉、废弃后易回收利用、易自然降解等特点，符合绿色包装所要求的3R1D原则。纸质包装材料因为具备优良的保护性能如隔热、遮光、防潮和防尘等以及良好的加工储运性能而广泛应用于工业包装和食品包装。纸质包装材料虽然诸多独特的优势，但纸质包装材料从成型结果上看属于多孔性网络结构材料，为了获得良好的阻隔性能如阻氧阻水汽性能还需要通过表面涂布或与其他材料如塑料、铝箔等复合。
发明申请专利CN201811087439.7“一种高阻隔涂布白卡纸及其制备方法”公开了一种高阻隔涂布白卡纸，其所属的方法就是在白卡纸表面涂布阻隔涂层，所述的阻隔涂层由苯乙烯、丁二烯、聚丙烯酸丁酯、聚烯烃、丙烯酸异辛酯和瓷土组成。发明申请专利CN201910607589.4“一种水性高阻隔涂布液及其制造方法”，该专利公开的水性高阻隔涂布液包括羟基水溶性聚合物、纳米氧化物、石墨烯、有机硅氧烷类偶联剂和希盐酸和溶剂，通过发挥石墨烯与纳米氧化物的相互阻隔效应以及与水溶性聚合物的交联作用达到阻氧阻水蒸气的目的。发明申请专利CN201711458400.7“一种由木质素改性的生物胶黏剂制备的高阻隔涂布纸”，该专利以木质素磺酸钙经聚乙烯醇和聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)改性得到涂布液，经过涂布后得到具有阻隔性能优异的涂布纸。
从现有技术看，以表面涂布的方式让包装用纸具备良好的阻隔性能，所使用的涂料组成主要或大部分还是来源于石油基产品，这类涂层的存在无疑降低了纸类包装材料在生物降解和回收利用方面的困难。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种以生物质基材料微纤化纤维素为主要原料并适合基材表面涂布的生物质基阻隔涂层的制备方法。所采用的技术方案如下：
一种生物质基阻隔涂层的制备方法，所述的阻隔涂层的涂料包括微纤化纤维素，生物质胶黏剂，流变改性剂和颜料，其具体组成为：微纤化纤维素20～90份，生物质胶黏剂0～50份，流变改性剂1～15份，颜料5～50份。
进一步优选的，所述的阻隔涂层组成：微纤化纤维素50～90份，流变改性剂5～10份，颜料10～45份。
所述的阻隔涂层的制备方法为：(1)阻隔涂料的制备，微纤化纤维素在高剪切条件下制备成1～5％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入生物质胶黏剂、流变改性剂和颜料分散液，其中颜料分散液固含量为40～70％，最终涂料固含量为2～10％。(2)阻隔涂料涂布，所制备的阻隔涂料通过刮棒、刮刀、喷雾和帘式涂布方式涂布在基材表面形成具有高阻隔性涂层，优选的涂布方式是帘式涂布。
所述的微纤化纤维素以纸浆纤维为原料通过机械处理方式得到。特别的，所述的微纤化纤维素包括以玉米芯废渣为原料通过机械处理方式得到。所述的微纤化纤维素中位粒径为0.5～100μm。优选的微纤化纤维素经过化学预处理再进行机械处理得到，化学预处理的方式包括羧乙基处理和羧甲基处理。
所述的生物质胶黏剂包括淀粉、大豆蛋白。
所述的颜料包括瓷土、碳酸钙、滑石粉和钛白粉。
所述的流变改性剂包括羧甲基纤维素钠、瓜尔胶。
有益效果：采用本方法制备的阻隔涂层，以生物质可降解组分取代阻隔涂层中常用的石油基不可降解成分，有效改善了涂层的可降解性，克服了纸类包装材料在生物降解和回收利用方面的困难。采用微纤化纤维素作为主要阻隔成分，不仅使得阻隔涂层具备良好的生物可降解性，而且通过优化与颜料组合配比可使得阻隔涂层具备优良的阻氧、阻油性能。
附图说明
图1为实施例中所得阻隔涂料的流变性能。
图2为实施例中的水接触角测试结果。
图3为实施例中的油接触角测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
所述的微纤化纤维素以竹浆纤维为原料，经过羧乙基化预处理后再机械研磨的方式得到，所得的微纤化纤维素中位粒径为68.9微米，微纤化纤维素的羧基含量为0.91mmol/g。所述的流变改性剂为羧甲基纤维素钠，在搅拌条件下制备成5％的分散液。所述的颜料为瓷土，在高速分散条件下制成55％的分散液。
一种生物质基阻隔涂层的制备方法包括：(1)将90份微纤化纤维素在高速剪切的条件下制备成2.5％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入5份羧甲基纤维素钠和5份颜料分散液，在此条件下继续剪切混合10min即制得固含量为2.67％的阻隔涂料。该阻隔涂料的高剪切流变性如图1所示。(2)以涂布白卡纸为涂布基材，在其表面进行阻隔涂料涂布，采用帘式涂布进行涂布，所得涂层的涂布量为15g/m2所得涂层以及涂布基材涂布白卡纸的阻隔性能如表1所示。
实施例2
所述的微纤化纤维素以玉米芯废渣纤维为原料，经过羧甲基化预处理后再机械研磨的方式得到，所得的微纤化纤维素中位粒径为71.8微米，微纤化纤维素的羧基含量为0.84mmol/g。所述的流变改性剂为羧甲基纤维素钠，在搅拌条件下制备成5％的分散液。所述的颜料为瓷土，在高速分散条件下制成55％的分散液。
一种生物质基阻隔涂层的制备方法包括：(1)将80份微纤化纤维素在高速剪切的条件下制备成3.0％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入10份羧甲基纤维素钠和10份颜料分散液，在此条件下继续剪切混合10min即制得固含量为3.47％的阻隔涂料。该阻隔涂料的高剪切流变性如图1所示。(2)以涂布白卡纸为涂布基材，在其表面进行阻隔涂料涂布，采用帘式涂布进行涂布，所得涂层的涂布量为20g/m2所得涂层以及涂布基材涂布白卡纸的阻隔性能如表1所示。
实施例3
所述的微纤化纤维素以玉米芯废渣纤维为原料，经过羧甲基化预处理后再机械研磨的方式得到，所得的微纤化纤维素中位粒径为25.7微米，微纤化纤维素的羧基含量为0.84mmol/g。所述的生物质胶黏剂为涂布级改性淀粉，在90℃条件下高温糊化制备得到30％的悬浮液。所述的流变改性剂为羧甲基纤维素钠，在搅拌条件下制备成5％的分散液。所述的颜料为瓷土，在高速分散条件下制成55％的分散液。
一种生物质基阻隔涂层的制备方法包括：(1)将60份微纤化纤维素在高速剪切的条件下制备成3.0％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入10份涂布淀粉、10份羧甲基纤维素钠和20份颜料分散液，在此条件下继续剪切混合10min即制得固含量为4.40％的阻隔涂料。该阻隔涂料的高剪切流变性如图1所示。(2)以涂布白卡纸为涂布基材，在其表面进行阻隔涂料涂布，采用帘式涂布进行涂布，所得涂层的涂布量为15g/m2所得涂层以及涂布基材涂布白卡纸的阻隔性能如表1所示。
实施例4
所述的微纤化纤维素以玉米芯废渣纤维为原料，经过羧甲基化预处理后再机械研磨的方式得到，所得的微纤化纤维素中位粒径为25.7微米，微纤化纤维素的羧基含量为0.84mmol/g。所述的生物质胶黏剂为涂布级改性淀粉，在90℃条件下高温糊化制备得到30％的悬浮液。所述的流变改性剂为羧甲基纤维素钠，在搅拌条件下制备成5％的分散液。所述的颜料为瓷土，在高速分散条件下制成55％的分散液。
一种生物质基阻隔涂层的制备方法包括：(1)将60份微纤化纤维素在高速剪切的条件下制备成3.0％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入10份涂布淀粉、10份羧甲基纤维素钠和20份颜料分散液，在此条件下继续剪切混合10min即制得固含量为4.40％的阻隔涂料。该阻隔涂料的高剪切流变性如图1所示。(2)以涂布白卡纸为涂布基材，在其表面进行阻隔涂料涂布，经过三次刮棒涂布，所得涂层的涂布量为14g/m2所得涂层以及涂布基材涂布白卡纸的阻隔性能如表1所示。
实施例5
所述的微纤化纤维素以漂白针叶木浆纤维为原料，经过羧乙基化预处理后再机械研磨的方式得到，所得的微纤化纤维素中位粒径为65微米，微纤化纤维素的羧基含量为1.19mmol/g。所述的流变改性剂为羧甲基纤维素钠，在搅拌条件下制备成5％的分散液。所述的颜料为滑石粉，在高速分散条件下制成50％的分散液。
一种生物质基阻隔涂层的制备方法包括：(1)将70份微纤化纤维素在高速剪切的条件下制备成2.0％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入10份涂布淀粉、5份羧甲基纤维素钠和15份颜料分散液，在此条件下继续剪切混合10min即制得固含量为2.73％的阻隔涂料。该阻隔涂料的高剪切流变性如图1所示。(2)以涂布白卡纸为涂布基材，在其表面进行阻隔涂料涂布，经过三次刮棒涂布，所得涂层的涂布量为16g/m2所得涂层以及涂布基材涂布白卡纸的阻隔性能如表1所示。
实施例6
所述的微纤化纤维素以玉米芯废渣纤维为原料，未经过化学预处理直接经机械研磨的方式得到，所得的微纤化纤维素中位粒径为16.3微米，微纤化纤维素的羧基含量为0.14mmol/g。所述的生物质胶黏剂为涂布级改性淀粉，在90℃条件下高温糊化制备得到30％的悬浮液。所述的流变改性剂为羧甲基纤维素钠，在搅拌条件下制备成5％的分散液。所述的颜料为瓷土，在高速分散条件下制成55％的分散液。
一种生物质基阻隔涂层的制备方法包括：(1)将60份微纤化纤维素在高速剪切的条件下制备成3.0％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入10份涂布淀粉、10份羧甲基纤维素钠和20份颜料分散液，在此条件下继续剪切混合10min即制得固含量为4.40％的阻隔涂料。该阻隔涂料的高剪切流变性如图1所示。(2)以涂布白卡纸为涂布基材，在其表面进行阻隔涂料涂布，经过三次刮棒涂布，所得涂层的涂布量为15g/m2所得涂层以及涂布基材涂布白卡纸的阻隔性能如表1所示。
表1
本发明按照上述具体实施进行实施，获得了比较好的阻隔效果。
Claims (9)
1.一种生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于：(1)阻隔涂料的制备，微纤化纤维素在高剪切条件下制备成1～5％的悬浮液，然后降低剪切速率条件下依次加入生物质胶黏剂、流变改性剂和颜料分散液形成阻隔涂料分散液；(2)阻隔涂料涂布，所制备的阻隔涂料分散液通过表面涂布方式涂布在基材表面形成具有高阻隔性涂层。
2.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的阻隔涂层的涂料包括微纤化纤维素，生物质胶黏剂，流变改性剂和颜料，其具体组成为：微纤化纤维素20～90份，生物质胶黏剂0～50份，流变改性剂1～15份，颜料5～50份。
3.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的颜料分散液固含量为40～70％，所述涂料分散液固含量为2～10％。
4.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的表面涂布方式刮棒涂布、刮刀涂布、喷雾涂布和帘式涂布。
5.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的微纤化纤维素以玉米芯废渣为原料通过机械处理方式得到，所述的微纤化纤维素中位粒径为0.5～100μm。
6.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的微纤化纤维素以纸浆纤维为原料通过机械处理方式得到。
7.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的生物质胶黏剂包括淀粉、大豆蛋白。
8.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的颜料包括瓷土、碳酸钙、滑石粉和钛白粉。
9.根据权利要求1所述的生物质基阻隔涂层的制备方法，其特征在于所述的流变改性剂包括羧甲基纤维素钠、瓜尔胶。
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