一种铜离子抗菌包装纸制备方法

技术领域

本发明涉及纸制品制备技术领域，具体为一种铜离子抗菌包装纸制备方法。

背景技术

传统的塑料食品包装袋具有良好的防水效果，通过真空包装也可有效抑制细菌生成而被大量使用。但此类包装袋难以降解，随着社会发展人们的环保意识及要求越来越高，需要一种易于降解的环保型包装袋。

由于食品在储存和运输过程中需要预防微生物、化学污染物、氧气、湿气、光线等不利因素的干扰，因此对于纸质食品包装袋的抗菌和防水性能具有一定的要求，这对于延长食品的保存时间、保证食品质量和安全具有重要的意义。现有技术有采用在生产工艺流程中加入抗菌剂，如季胺盐类、醇类、有机金属类、咪唑类等有机抗菌剂，通过化学反应，破坏细胞膜，使蛋白质变性，代谢受阻，从而起到杀菌、防腐及防霉等作用，但是有机抗菌剂毒性大，会产生生物耐药性、耐热性差、容易水解、有效期短、易迁移等缺点。或者采用银离子抗菌剂，银系抗菌剂虽然抗菌能力强，但存在易变色、抗霉菌效果差、在纸浆中分散性不好、成本较高等缺点，且不适于长时间接触人体，难以广泛应用于抗菌纸产品。现有技术采用的纸质食品包装袋相对于传统塑料包装袋抗菌性和防水性较差，且生产成本大大提高，且经过化学药品处理具有一定的毒性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种铜离子抗菌包装纸制备方法，针对市面上存在的纸质食品包装袋的防水和抗菌效果较差，提供一种成本较低、低毒性的铜离子抗菌包装纸制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，包含以下步骤：

S1：铜离子溶液制备：将0.1～0.5重量份的硫酸铜颗粒加入储罐中溶解，加入1～5重量份的氨基酸，调节pH值为7～7.5，陈化1～3h后备用；

S2：改性木浆制备:将植物油、发酵剂和蒸馏水倒入发酵罐中搅拌5～10min混合均匀，保鲜膜封口后在25～30℃常温下静置1～2周得到发酵物，保鲜膜预留若干透气孔；将木质浆料、发酵物、和质量份数为10～20％质量分数的硫酸溶液倒入反应釜，在600～700r/min的转速，100～130℃条件下反应1～2h，得到改性木浆；

S3：将S2所得改性木浆加入储罐中，再加入质量份数为0.5％～5％的铜离子溶液保持10～20min的搅拌，在60～80℃下进行铜离子接枝2～6h；

S4：将S3中所得接枝浆料进行脱水、压浆、烘干得到抗菌纸张。

采用上述技术方案，植物油价格低廉易获取，通过发酵剂对植物油进行发酵，所得产物在酸性溶液下催化发生酯化反应得到脂肪酸酯，脂肪酸酯和木质浆料结合得到改性木浆；脂肪酸酯的疏水性赋予改性木浆耐水性能。铜离子可以影响微生物的蛋白质和酶，通过和细菌外膜接触导致外膜破裂使细菌失去活性，具有天然的抑菌性能，通过自制的铜离子溶液对改性后的木浆进行铜离子接枝实现共价键结合，赋予改性木浆抑菌性能。制得的包装纸不仅具有一定的防水性能，还具有良好的抗菌性能。

进一步的，S22中木质浆料的制备方法如下：

(1)将木头或树皮分选后进行粉碎，清水冲洗后置于加入质量份数为3％～5％的氢氧化钠溶液中蒸煮2～6小时活化，蒸煮温度为60～80℃；

(2)将(1)中所得的活化木质纤维进行清水冲洗，至pH值为7～7.5；

(3)将(2)中所得产物加入调节至一定的浓度，通过盘磨机进行高浓打浆30～60min；

将(3)中所得产物在筛浆机中进行筛选和收集得到木质浆料。

进一步的，S4中的接枝浆料清洗后进行铜离子含量检测，直至浆料的铜离子含量为0.03～0.08％，调节接枝浆料的pH值至6～7。

采用上述技术方案，保证铜离子和木质浆料具有良好的接枝稳定性。

进一步的，S21所用植物油为天竺葵油、扁柏油、杜松子油、月桂油、野橘油、山茶油的其中一种。

由于上述植物油富含酮、萜、醛、醇等活性物质，因其具有增强免疫、抑菌、抗病毒等活性而被广泛的应用于药物、抗菌剂、抗病毒剂等产品中，采用上述技术方案，在赋予包装纸防水性能的基础上，进一步增强了抑菌性能。

进一步的，S21中所用发酵剂为枯叶或石灰的其中一种。材料低廉易获取。

进一步的，S21中所述植物油为30～40重量份，发酵剂1～2重量份，蒸馏水10～15重量份。

进一步的，步骤(1)中的木头或树皮选自针叶木或阔叶木中的其中一种。

进一步的，S4中的干燥温度为80～130℃，烘干时间30～60Min。

进一步的，S1中氨基酸为赖氨酸、甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸或天门冬氨酸的一种或多种。均为食品级，安全无风险。

本发明的有益效果：

本发明采用的植物油价格低廉易获取，通过发酵剂对植物油进行发酵，所得产物在酸性溶液下催化发生酯化反应得到脂肪酸酯，脂肪酸酯和木质浆料结合得到改性木浆；脂肪酸酯的疏水性赋予改性木浆耐水性能。通过自制的铜离子溶液对改性后的木浆进行铜离子接枝实现共价键结合，赋予改性木浆抑菌性能。本发明制得的包装纸不仅具有一定的防水性能，还具有良好的抗菌性能。

本发明所用的原料均为纯天然原料，不添加任何化学抗菌剂成分，制得的包装纸安装性能高，适用于食品级包装行业，有利于降低由于添加化学抗菌液导致的食品安全风险。

具体实施方式

下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种铜离子抗菌包装纸制备方法，包含以下步骤：

S1：铜离子溶液制备：将0.1重量份的硫酸铜颗粒加入储罐中溶解，加入1重量份的赖氨酸，调节pH值为7，陈化1h后备用；

S2:改性木浆制备:30重量份野橘油、1重量份枯叶和10重量份蒸馏水倒入发酵罐中搅拌5min混合均匀，保鲜膜封口后在25℃常温下静置1周得到发酵物，保鲜膜预留若干透气孔；将木质浆料、S21所得发酵物、和质量份数为10％的硫酸溶液倒入反应釜，在600r/min的转速，100℃条件下反应1h，得到改性木浆；

S3：将S2所得改性木浆加入储罐中，再加入质量份数为0.5％的铜离子溶液保持10min的搅拌，在60℃下进行铜离子接枝2h；

S4：将S3中所得接枝浆料进行脱水和压浆，检测铜离子含量为0.03％，调节接枝浆料的pH值为6，于80℃烘干30min得到抗菌纸张。

其中S22种的木质浆料制备方法如下：

(1)将木头或树皮分选后进行粉碎，清水冲洗后置于加入质量份数为3％的氢氧化钠溶液中蒸煮2小时活化，蒸煮温度为60℃；

(2)将(1)中所得的活化木质纤维进行清水冲洗，至pH值为7；

(3)将(2)中所得产物加入调节至一定的浓度，通过盘磨机进行高浓打浆30min；

将(3)中所得产物在筛浆机中进行筛选和收集得到木质浆料。

实施例2

本实施例提供一种铜离子抗菌包装纸制备方法，包含以下步骤：

与实施例1的差别之处在于：

S1：铜离子溶液制备：将0.3重量份的硫酸铜颗粒加入储罐中溶解，加入2重量份的赖氨酸，调节pH值为7，陈化2h后备用；

S2:改性木浆制备:35重量份野橘油、1重量份枯叶和10重量份蒸馏水倒入发酵罐中搅拌5min混合均匀，保鲜膜封口后在25℃常温下静置1周得到发酵物，保鲜膜预留若干透气孔；将木质浆料、S21所得发酵物、和质量份数为15％质量分数的硫酸溶液倒入反应釜，在650r/min的转速，110℃条件下反应1h，得到改性木浆；

S3：将S2所得改性木浆加入储罐中，再加入质量份数为2％的铜离子溶液保持10min的搅拌，在70℃下进行铜离子接枝3h；

S4：将S3中所得接枝浆料进行脱水和压浆，检测铜离子含量为0.05％，调节接枝浆料的pH值为6.5，于100℃烘干30min得到抗菌纸张。

实施例3

本实施例提供一种铜离子抗菌包装纸制备方法，包含以下步骤：

与实施例1的差别之处在于：

S1：铜离子溶液制备：将0.5重量份的硫酸铜颗粒加入储罐中溶解，加入5重量份的丙氨酸，调节pH值为7.5，陈化3h后备用；

S2:改性木浆制备:40重量份野橘油、2重量份枯叶和15重量份蒸馏水倒入发酵罐中搅拌5min混合均匀，保鲜膜封口后在30℃常温下静置2周得到发酵物，保鲜膜预留若干透气孔；将木质浆料、S21所得发酵物、和质量份数为20％的硫酸溶液倒入反应釜，在700r/min的转速，130℃条件下反应2h，得到改性木浆；

S3：将S2所得改性木浆加入储罐中，再加入质量份数为5％的铜离子溶液保持20min的搅拌，在80℃下进行铜离子接枝6h；

S4：将S3中所得接枝浆料进行脱水和压浆，检测铜离子含量为0.08％，调节接枝浆料的pH值为7，于130℃烘干60min得到抗菌纸张。

对比例1

本实施例提供一种铜离子抗菌包装纸制备方法，包含以下步骤：

与实施例1的差别之处在于：

S2：将S1所得木浆直接加入储罐中，再加入质量份数为0.5％的铜离子溶液保持10min的搅拌，在60℃下进行铜离子接枝2h。

其他同实施例1.

对比例2

本实施例提供一种包装纸制备方法，包含以下步骤：

与实施例2的差别之处在于：

S4：将S2中所得改性木浆进行脱水和压浆，于80℃烘干30min得到抗菌纸张。

其他同实施例2。

对比例3

本实施例提供一种铜离子抗菌包装纸制备方法，包含以下步骤：

与实施例3的差别之处在于：

其中S2种的木质浆料制备方法如下：

(1)将木头或树皮分选后进行粉碎，清水冲洗后置于加入质量份数为5％的氢氧化钠溶液中蒸煮6小时活化，蒸煮温度为80℃；

其他同实施例3。

试验例1防水性能测试

吸水率：将本发明制备的实施例产品1-3和对比例产品1-3放置在25℃的蒸馏水中，恒温浸泡5min后，计算其吸水率。

接触角测试：采用接触角测试仪(LSA60)对实施例产品1-3和对比例产品1-3表面的接触角进行测量，测试环境温度为27℃，环境相对湿度80％～85％，测试水滴大小为5uL，对产品表面选取5个点进行测量，得到平均值。

具体的测试结果如表1所示。

表1防水性能测试结果

参照表1，通过对实施例产品1-3和对比例产品1-3进行接触角和吸水率测试，可以看出：与没有进行改性的木浆制得的对比例1相比，其他实施例或对比例的接触角明显增大，且吸水率明显降低，证明本发明所得产品具有良好的防水性能。这是由于通过发酵剂对植物油进行发酵，所得产物在酸性溶液下催化发生酯化反应得到脂肪酸酯，脂肪酸酯的疏水性赋予改性木浆耐水性能。

试验例2抗菌性能测试

试验用菌落类型：金黄色葡萄球菌和大肠杆菌

测试方法：参照GB/T 20944.3，采用振荡法进行检测

各取3张本发明所制备的实施例产品1-3和对比例产品1-3(质量1g，大小10mm×10mm)，分别放入250ml的锥形瓶中，并分别依次加入100mlPBS缓冲液和1mL金黄色葡萄球菌悬浮液。在25℃的恒温下，于震荡床上以200r/min震荡30min。各移取1mL培养物以及培养前缓冲液ImL分别滴在平板计数琼脂上，然后将平板在35℃培养箱内培养24h,计算细菌的数量，算出抑菌率，并求取样品的平均值。

抑菌率＝(培养前平均菌落数-培养后平均菌落数)/培养前平均菌落

大肠杆菌培养和计算方法同上。

具体的测试结果如表2所示。

表2抗菌性能测试结果

参照表2，通过对实施例产品1-3和对比例产品1-3进行抗菌性能测试，可以看出：与没有进行铜离子接枝的对比例2相比，其他实施例或对比例的抑菌率均大于99％，抑菌效果良好。并且可以发现，对比例3的抗菌效果可以达到99.9以上，这是因为在5％的氢氧化钠溶液，80℃条件下蒸煮6小时，使得木浆活化更彻底，可以保证经过铜离子处理后具有更高的残留量，因此具有更好的抑菌效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。