一种食品包装纸用可降解涂层及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及食品包装技术领域，具体为一种食品包装纸用可降解涂层及其制备工艺。本发明专利技术按照顺序将抗氧化层涂液、蛋白层涂液和疏水层涂液依次分层涂布于纸基材料表面，形成三层复合结构的可降解涂层。其中，上层的疏水层涂液由壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸和蜂蜡乳液混合而成；中间层的蛋白层涂液为蛋白粉和纳米淀粉晶的分散液；下层的抗氧化层涂液与纸基材料直接接触，由氧化淀粉、维生素C、花青素、洋葱汁混合而成。可降解涂层黏结力强，可以稳定地附着在纸基表面，有效阻隔水蒸汽、氧气，同时还能提高纸基材料的抗张强度。纸基材料的抗张强度。

【技术实现步骤摘要】
一种食品包装纸用可降解涂层及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及食品包装
，具体为一种食品包装纸用可降解涂层及其制备工艺。

技术介绍

[0002]传统的食品包装材料通常采用塑料等化学合成材料进行生产，这些材料长时间不易分解，对环境造成的污染也越来越受到关注。当前，生物可降解材料因其环境友好且可回收再利用的特点，受到越来越多的关注和应用。在食品包装领域中，使用生物可降解材料制备的纸张和涂层成为新兴和可持续的替代方案，被广泛应用于快餐盒、餐巾纸、纸巾等众多产品。
[0003]目前，制备生物可降解涂层的方法通常使用自然界产生的生物聚合物如壳聚糖、淀粉、蛋白质等天然有机物，独特的生物降解性和生物可接受性使其在可降解废弃物处理等领域得到广泛应用。但是，上述材料加工成为涂料后还存在一些问题，如防潮耐水性能差、附着能力欠佳等问题；因此，亟需专利技术一种新型的可降解涂层用于食品包装纸。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种食品包装纸用可降解涂层及其制备工艺，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种食品包装纸用可降解涂层及其制备工艺，包括以下步骤：
[0006]步骤1：取壳聚糖季铵盐、乳酸、催化剂辛酸亚锡、去离子水混合得到反应溶液，密封加热反应，冷却后使用丙酮抽滤、干燥得到壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸；
[0007]步骤2：取蜂蜡融化，加入吐温80溶液，搅拌乳化后冰水冷却、超声得到蜂蜡乳液；取壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸、蜂蜡乳液、去离子水混合搅拌，得到疏水层涂液；
[0008]步骤3：取蜡质玉米淀粉、硫酸溶液混合得到混合溶液；搅拌反应结束后，将产物多次离心水清洗，冷冻干燥得到淀粉纳米晶；取大豆分离蛋白粉、淀粉纳米晶、甘油分散于去离子水中，加入氢氧化钠调节pH至8～9得到蛋白层涂液；
[0009]步骤4：将氧化淀粉、维生素C、花青素、洋葱汁、去离子水混合，得到抗氧化层涂液；
[0010]步骤5：取食品包装纸放置于无菌、干燥的真空环境中，将抗氧化层涂液、蛋白层涂液和疏水层涂液依次涂覆、干燥，即可得到食品包装纸用可降解涂层。
[0011]进一步的，步骤1中，反应溶液中各组分含量，按重量计，50～60份壳聚糖季铵盐、70～90份乳酸、2～3份催化剂辛酸亚锡、100～120份去离子水。
[0012]进一步的，步骤1中，反应温度为100～120℃，反应时间为2～3h。
[0013]进一步的，步骤2中，蜂蜡乳液中各组分含量，按重量百分数计，20～40％蜂蜡、60～80％吐温80溶液。
[0014]进一步的，步骤2中，疏水层涂液中各组分含量，按重量百分数计，20～35％壳聚糖
季铵盐接枝聚乳酸、65～80％蜂蜡乳液。
[0015]进一步的，步骤3中，混合溶液中各组分含量，按重量计，20～25份蜡质玉米淀粉、100～120份硫酸溶液。
[0016]进一步的，步骤3中，蛋白层涂液中各组分含量，按重量计，5～6份蛋白粉、3～5份淀粉纳米晶、0.5～1份甘油，90～110份去离子水。
[0017]进一步的，步骤4中，抗氧化层涂液中各组分含量，按重量计，3～5份氧化淀粉、1～2份维生素C、1～1.5份花青素、8～17份洋葱汁、20～25份去离子水。
[0018]进一步的，步骤5中，抗氧化层涂液涂覆量为12～15g/m2、蛋白层涂液涂覆量为5～8g/m2、疏水层涂液涂覆量为5～8g/m2。
[0019]进一步的，步骤5中，干燥条件为在45～55℃下真空干燥20～30s。
[0020]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术制备的涂层中，原料均为生物可降解材料，能在自然条件下分解，无毒无害，对环境和人体友好；所述涂层不仅具有疏水、防氧化功能，有效防止食物变质，还能提高食品包装纸的抗张强度，实用性较强。
[0021]在疏水层中，聚乳酸含有大量疏水基团C＝O，能够与壳聚糖季铵盐的亲水基团
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OH发生反应，从而降低壳聚糖季铵盐的亲水性；将壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸与蜂蜡共混得到疏水层涂液，具有良好的水蒸汽阻隔效果。在蛋白层中，将蛋白层涂液的pH值控制在8～9，在该条件下大豆蛋白带负电荷，能够与疏水层中的季铵盐基团通过静电作用更好地结合，提高涂层之间的结合力；此外，在蛋白层溶液中加入淀粉纳米晶，有利于提高涂层的机械强度。在抗氧化层中，氧化淀粉具有更强的黏结力，维生素C、花青素、洋葱汁等组分具有还原性，能够有效防止氧气对食物的氧化，洋葱汁中还含有水溶性纤维和杀菌物质，既能提高与纸基纤维的结合效果，又能抑菌防霉，可以起到保鲜的功效。
[0022]需要进一步说明的是，使用壳聚糖季铵盐比选用壳聚糖具有更好的效果。壳聚糖季铵盐易溶于水，在催化剂的作用下通过羟基与乳酸发生接枝反应，降低亲水性的同时保留了阳离子季铵盐基团，能够通过静电作用与蛋白层更好地结合，提高粘附性；而壳聚糖溶解性差，尽管壳聚糖上的
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NH2同样带有正电性，能与蛋白层结合，但在接枝过程中，
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NH2会与乳酸发生反应后，壳聚糖的正电性减弱，疏水层与蛋白层的结合效果下降，涂层整体的附着性和力学强度降低。同时，还需对疏水层中各组分的用量进行限定。由于季铵盐基团的存在，壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸同样具有较强的亲水性，因此其与蜂蜡乳液共混时，按重量百分数计，将其用量控制在20％～35％，过量会降低疏水效果，影响纸基材料的性能。尽管聚乳酸被公认为是一种可降解塑料，但其在自然界中降解速度较慢，而壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸一方面能够减少聚乳酸的用量，在降解过程中，壳聚糖季铵盐分子会先被分解，实现“化整为零”的效果，提高降解速率。
[0023]此外，三个涂层的结构不是随机组合的。蛋白层和抗氧化层的防水效果较差，且水会对其造成影响，因此疏水层要作为最外层阻隔水汽。其次，蛋白层具有氧气阻隔效果，如果将其与抗氧化层调整位置，则氧气到达抗氧化层时会与还原性物质发生反应，造成还原性物质被快速消耗，抗氧化层出现缺陷，与蛋白层的黏结效果降低，层与层之间产生间隙，水汽等的渗入进一步瓦解蛋白层，最终彻底破坏涂层。抗氧化层中含有氧化淀粉，直接与纸基材料接触，黏结力较强；经过蛋白层阻隔后，少量的氧气与抗氧化层中的还原性组分反应，从而避免纸纤维被氧化。
具体实施方式
[0024]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]以下实施例中主要材料及其来源：壳聚糖季铵盐来自源叶生物，货号S26618；蜂蜡来自盛世蜡业，食品级；蜡质玉米淀粉来自中粮，支链淀粉含量95％；氧化淀粉来自松冠生物科技，食品级；A4纸来自青华纸业，70g/m2；大豆分离蛋白粉来自山松生物，分散型；吐温80溶液为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种食品包装纸用可降解涂层的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：取壳聚糖季铵盐、乳酸、催化剂辛酸亚锡、去离子水混合得到反应溶液，密封加热反应，冷却后使用丙酮抽滤、干燥得到壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸；步骤2：取蜂蜡融化，加入吐温80溶液，搅拌乳化后冰水冷却、超声得到蜂蜡乳液；取壳聚糖季铵盐接枝聚乳酸、蜂蜡乳液、去离子水混合搅拌，得到疏水层涂液；步骤3：取蜡质玉米淀粉、硫酸溶液混合得到混合溶液；搅拌反应结束后，将产物多次离心水清洗，冷冻干燥得到淀粉纳米晶；取大豆分离蛋白粉、淀粉纳米晶、甘油分散于去离子水中，加入氢氧化钠调节pH至8～9得到蛋白层涂液；步骤4：将氧化淀粉、维生素C、花青素、洋葱汁、去离子水混合，得到抗氧化层涂液；步骤5：取食品包装纸放置于无菌、干燥的真空环境中，将抗氧化层涂液、蛋白层涂液和疏水层涂液依次涂覆、干燥，即可得到食品包装纸用可降解涂层。2.根据权利要求1所述的一种食品包装纸用可降解涂层的制备工艺，其特征在于：步骤1中，反应溶液中各组分含量，按重量计，50～60份壳聚糖季铵盐、70～90份乳酸、2～3份催化剂辛酸亚锡、100～120份去离子水。3.根据权利要求1所述的一种食品包装纸用可降解涂层的制备工艺，其特征在于：步骤1中，反应温度为100～120℃，反应时间为2～3h。4.根据权利要求1所述的一种食品包装纸用可降解涂层的制备工艺，其特征在于：步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王以元，
申请(专利权)人：摩田材料科技兰溪有限公司，
类型：发明
国别省市：