一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法

技术领域

本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法。

背景技术

防油纸是一种能够防止油脂渗透的特种纸，主要包括淋膜纸、含氟防油剂涂布纸和非含氟防油剂涂布纸三类。由于淋膜纸存在不可回收和难以自然降解的问题，而含氟类防油剂在受热时会产生有毒的全氟辛磺酰胺，给人类健康带来危害。因此，非含氟类防油剂尤其是生物基可降解的非含氟类防油剂受到广泛关注和研究。纳米纤维素是以植物纤维为原料制备得到的直径为纳米级别的纤维，其小尺寸效应带来大的比表面积，具有较高的抗张强度、杨氏模量和阻隔性能，可用于制备非含氟类防油纸。

专利CN114808543A公开了一种含纳米纤丝纤维素复合涂层的高性能食品防油纸基材料的制备方法，是将Tempo氧化均质法制备的纳米纤丝纤维素悬浮液与海藻酸丙二醇酯溶液混合后涂布在食品包装纸原纸表面，在室温下充分干燥而得。该方法可提高纸张的防油性，防油等级最高达9级。但是涂料液中除了纳米纤丝纤维素，还需要添加海藻酸丙二醇酯溶液，组分较多且固含量较低，达到所需涂布量时会给涂布工艺带来压力，另外干燥方式为室温干燥，用时较长。专利CN111395044A公开了一种可生物降解的食品包装防油纸及其制备方法，是将纳米纤维素溶液和瓜尔胶溶液依次涂覆在纸张上，再在室温下干燥12-24h制得的。所得防油纸可生物降解，当两种溶液依次涂覆并重复三遍后，所得防油纸防油等级为10级。该方法所用溶液固含量较低且需要多次重复涂覆，工艺较为复杂，干燥方式为室温干燥，用时较长。专利CN111304967A公开了一种添加纳米纤维素的低定量食品包装纸及其制造方法，是将纳米纤维素分别添加到纸浆、表面施胶剂和表面涂布液中，表面施胶剂的组分为纳米纤维素、淀粉和防油剂，表面涂布液的组分为纳米纤维素和可食用明胶，所得防油纸的防油等级可达8级以上。该方法需要施胶和涂布，工艺较多，且需要添加防油剂才能达到8级以上的防油效果。

可见，纳米纤维素用于防油纸中时，主要用于表面涂布液中，并且需要复合其它物质，工艺较为复杂繁琐。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法。该方法实施过程中不需要表面施胶或表面涂布，干燥速度快，工艺简单，适合大规模生产，由该方法得到的无涂层防油纸采用的原料为百分之百的纸浆，不需要添加其它物质，防油等级可达10级以上，且耐热油。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)原料制备：将纸浆原料在打浆设备中进行第一次打浆得到浆料A，再进行第二次打浆得到浆料B，再进行第三次打浆得到浆料C，将浆料C在机械解离设备中解离得到浆料D；

(2)动态成形：将浆料A、B、C、D分别稀释至一定浓度，采用动态纸页成形器，在一定的转鼓速度和旋转喷浆压力下将浆料按顺序并间隔喷出，形成湿纸幅，再进行真空脱水；

(3)后处理：将脱水后的湿纸幅在烘缸中干燥，经压光后得到一种全纤维素基无涂层防油纸；

所得全纤维素基无涂层防油纸所用原料百分之百为纸浆，定量为10-100g/m

所述的纸浆原料为漂白或未漂的针叶浆、阔叶浆、棉浆、竹浆、麦草浆、麻浆、苇浆或蔗浆中的至少一种。

所述的打浆设备包括：槽式打浆机、锥形磨浆机、圆柱磨浆机、圆盘磨浆机、高浓磨浆机中的一种或多种组合；第一次和第二次打浆方式为长纤维粘状打浆，第三次打浆方式为短纤维粘状打浆。

所述的解离机械设备包括：盘磨机、精细研磨机、球磨机、高压均质机中的一种或多种组合；其中盘磨及精细研磨处理的浆料质量浓度为3-5wt％，磨盘之间的间隙为-100-0μm，磨盘转速为1500-2000rpm；球磨处理的浆料质量浓度为3-5wt％，速度为300-700rpm；高压均质处理的浆料质量浓度为0.5-1wt％，压力为500-1500Bar。

所述的浆料A的打浆度为10-50°SR；浆料B的打浆度为90-97°SR；浆料C的纤维平均直径为1-10μm，平均长度为200-600μm；浆料D的纤维平均直径为100-1000nm，平均长度为10-500μm，平均长径比≥100。

所述的浆料稀释浓度为0.01-0.5％，转鼓速度为600-1700m/min，旋转喷浆压力为0.1-0.3Mpa。

所述的浆料喷出顺序为：A→B→C→D、A→B→D、A→C→D、B→C→D、B→D、C→D、D→A→B→C→D、D→A→B→D、D→A→C→D、D→B→C→D、D→B→D或D→C→D中的至少一种；各浆料之间间隔时间为0-120s。

所述的干燥温度为80-120℃，干燥时间1-15min；压光压力50-300N/mm，压光次数1-6次。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明提供的一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法，采用动态成形抄造而成，无需表面施胶或表面涂布过程，干燥速度快，工艺简单，可放大至具有多层网成形的造纸机上操作，适合大规模生产。由该方法得到的无涂层防油纸采用的原料为百分之百的纸浆，不需要添加其它物质，防油等级即可达10-12级，且将1mL 80℃的大豆油滴在防油纸表面10分钟后不渗透，具有耐热油性。

2.本发明提供的一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法，所用浆料为不同打浆度和机械解离程度的纸浆，通过调控纸浆原料种类、打浆条件(包括打浆浓度、打浆方式和打浆程度)、喷浆条件(浆料稀释浓度、转鼓速度、旋转喷浆压力、喷浆顺序和喷浆间隔)，构建了2-5层的多层结构。其中，打浆度较低、纤维尺寸较大的浆料A起了基底作用，纤维间的孔隙较大，可提供防油纸所需的厚度，同时降低防油纸的密度和成本；打浆度较高、纤维较细长的浆料B或浆料C起了支撑层的作用，它们形成的网络结构更加致密，在其表面喷浆料D，可减少浆料D的厚度和用量。同时，浆料C的纤维长度较浆料B更细小，用浆料C来制备浆料D，可使机械解离过程更加顺畅，并且能够降低解离能耗。多层结构中纤维尺寸更为细小的浆料D起了防油作用，其纤维间排列非常紧密，孔隙很小，减少了油脂渗透的机会。另外，浆料D所形成的致密表面具有细小的微观粗糙结构，可托起油滴，减少油滴与表面的接触面积，降低油在表面的润湿性能。

3.本发明提供的一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法，所有浆料在同一设备中抄造成形，其中的任一浆料都不需要在额外设备上加工成形后再复合。在同一设备中多层抄造成形的好处除了工艺更加简单外，各层之间的结合也非常牢固，不会出现干燥后分层或使用过程中折叠、揉搓而分层的情况。不同浆料之间通过调控喷浆条件使各层之间产生合理的纤维交织区域，该交织区域的厚度受到严格控制，即能够使相邻两层通过纤维交织形成的氢键而紧密结合在一起，同时又不会因交织厚度太深，导致纤维细小浆料过多渗透到纤维尺寸较大浆料的孔隙中，而导致在达到相同防油效果时纤维细小浆料的用量增加。因此，通过对浆料尺寸与喷浆条件的有效配合控制，实现了防油纸层间结合好、用料省、成本低、防油效果好的目标。

4.本发明提供的一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法，防油效果最好的浆料D是采用抄造的方式而不是采用涂布的方式构建的，其优点在于，在抄造过程中，浆料D中的大部分水分都旋转喷浆和后续真空脱水的过程中被脱除掉，干燥前湿纸幅中浆料D的固含量在15％以上，可直接进入烘缸干燥，且浆料D的含量相对比较少，干燥时间短。而通常采用的喷涂法或涂布法，一方面纳米纤维素的尺寸一定要小，否则会堵塞喷孔或影响涂布过程；另一方面纳米纤维素的浓度要低，否则涂料太过粘稠也不利于涂布过程的实施。一般涂布液中纳米纤维素的固含量不会高于2％，98％的水分含量不仅严重降低了干燥效率，同时也降低了单次涂布量，因此常需要多次涂布，工艺复杂。而本发明中的浆料D相对于纳米纤维素来说，其平均直径和长度都较大，在抄造时有利于快速滤水，通过抄造和脱水过程即可去除大部分水份，形成致密层，减少干燥时间，整个工艺过程简单、快速。

5.本发明提供的一种全纤维素基无涂层防油纸及其制备方法，所使用的原料仅为纸浆，整个工艺过程与抄纸过程接近，抄造时的白水可完全回用，不产生废水、废气；所得防油纸为百分之百的纤维素基材料，不含任何防油剂、胶粘剂、湿强剂等化学品，可被重新回收利用。因此，本发明提供的制备方法是一种绿色环保、环境友好的制备方法，所得防油纸可回收、可生物降解、健康安全、可接触食品，且具有优异的防油效果，适用于油条、麻花、薯条、爆米花、炸鸡等油性食品的包装。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为一种全纤维素基无涂层防油纸表面的扫描电子显微镜照片，放大倍数为×200(插图放大倍数为×10,000)，显示出较为致密的网状结构。

图2为一种全纤维素基无涂层防油纸(浆料喷出顺序为：A→B→D)横截面的扫描电子显微镜照片，显示出各层之间结合紧密。

图3为一种全纤维素基无涂层防油纸的数码照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1

(1)原料准备：将漂白阔叶浆在高浓磨浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A，其打浆度为35°SR，再进行第二次长纤维粘状打浆得到浆料B，其打浆度为97°SR，再进行第三次短纤维粘状打浆得到浆料C，其纤维平均直径为5μm，平均长度为400μm，将浆料C在精细研磨机中解离，浆料质量浓度为5wt％，磨盘之间的间隙为-100μm，磨盘转速为2000rpm，得到浆料D，其纤维平均直径为200nm，平均长度为50μm，平均长径比＝250；

(2)动态成形：将浆料B稀释至浓度为0.15％、浆料D稀释至浓度为0.1％，采用动态纸页成形器，在转鼓速度为1000m/min，旋转喷浆压力为0.2Mpa下，将浆料按B→D顺序并间隔5s喷出，形成湿纸幅，并真空脱水；

(3)后处理：将脱水后的湿纸在烘缸中105℃干燥5min，再在压力100N/mm下压光1次后得到一种全纤维素基无涂层防油纸；

所得全纤维素基无涂层防油纸所用原料百分之百为纸浆，定量为10g/m

实施例2

(1)原料准备：将漂白针叶浆在高浓磨浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A，其打浆度为50°SR，再进行第二次长纤维粘状打浆得到浆料B，其打浆度为97°SR，再进行第三次短纤维粘状打浆得到浆料C，其纤维平均直径为8μm，平均长度为550μm，将浆料C在高压均质机中解离，浆料质量浓度为0.8wt％，压力为800Bar，得到浆料D1，其纤维平均直径为500nm，平均长度为450μm，平均长径比＝900，将浆料D1在高压均质机中解离，浆料质量浓度为0.5wt％，压力为1200Bar，得到浆料D2，其纤维平均直径为200nm，平均长度为40μm，平均长径比＝200；

(2)动态成形：将浆料D1稀释至浓度为0.15％、浆料C稀释至浓度为0.18％、浆料D2稀释至浓度为0.09％，采用动态纸页成形器，在转鼓速度为1400m/min，旋转喷浆压力为0.15Mpa下，将浆料按D1→C→D2顺序喷出，D1与C间隔2s，C与D2间隔4s，形成湿纸幅，并真空脱水；

(3)后处理：将脱水后的湿纸在烘缸中105℃干燥5min，再在压力260N/mm下压光2次后得到一种全纤维素基无涂层防油纸；

所得全纤维素基无涂层防油纸所用原料百分之百为纸浆，定量为10g/m

实施例3

(1)原料准备：将未漂竹浆在槽式打浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A1，其打浆度为38°SR，将棉浆在圆盘磨浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A2，其打浆度为40°SR，再进行第二次长纤维粘状打浆得到浆料B，其打浆度为97°SR，再进行第三次短纤维粘状打浆得到浆料C，其纤维平均直径为4μm，平均长度为500μm，将浆料C在盘磨机中继续解离，浆料质量浓度为4％，磨盘之间的间隙为-50μm，磨盘转速为1500rpm，得到浆料D，其纤维平均直径为300nm，平均长度为50μm，平均长径比＝167；

(2)动态成形：将浆料A1稀释至浓度为0.2％、浆料B稀释至浓度为0.1％、浆料D稀释至浓度为0.1％，采用动态纸页成形器，在转鼓速度为1200m/min，旋转喷浆压力为0.2Mpa下，将浆料按A1→B→D顺序喷出，A1与B间隔5s，B与D间隔2s，形成湿纸幅，并真空脱水；

(3)后处理：将脱水后的湿纸在烘缸中105℃干燥7min，再在压力200N/mm下压光4次后得到一种全纤维素基无涂层防油纸；

所得全纤维素基无涂层防油纸所用原料百分之百为纸浆，定量为20g/m

实施例4

(1)原料准备：将漂白苇浆在锥形磨浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A1，其打浆度为40°SR，将漂白麻浆在圆柱磨浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A2，其打浆度为45°SR，再进行第二次长纤维粘状打浆得到浆料B，其打浆度为96°SR，再进行第三次短纤维粘状打浆得到浆料C，其纤维平均直径为8μm，平均长度为500μm，将浆料C在精细研磨机中解离，浆料质量浓度为5％，磨盘之间的间隙为-100μm，磨盘转速为1800rpm，得到浆料D1，其纤维平均直径为350nm，平均长度为200μm，平均长径比＝571，将浆料D1在高压均质机中解离，浆料质量浓度为1wt％，压力为1300Bar，得到浆料D2，其纤维平均直径为150nm，平均长度为60μm，平均长径比＝400；

(2)动态成形：将浆料A1稀释至浓度为0.25％、浆料B稀释至浓度为0.18％、浆料D1稀释至浓度为0.1％、浆料D2稀释至浓度为0.1％，采用动态纸页成形器，在转鼓速度为1150m/min，旋转喷浆压力为0.15Mpa下，将浆料按D1→A1→B→D2顺序喷出，D1与A1间隔1s，A1与B间隔6s，B与D2间隔2s，形成湿纸幅，并真空脱水；

(3)后处理：将脱水后的湿纸在烘缸中105℃干燥10min，再在压力300N/mm下压光4次后得到一种全纤维素基无涂层防油纸；

所得全纤维素基无涂层防油纸所用原料百分之百为纸浆，定量为40g/m

实施例5

(1)原料准备：将未漂白麦草浆在槽式打浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A1，其打浆度为32°SR，将未漂白蔗浆在高浓磨浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A2，其打浆度为50°SR，再进行第二次长纤维粘状打浆得到浆料B，其打浆度为95°SR，再进行第三次短纤维粘状打浆得到浆料C，其纤维平均直径为7μm，平均长度为400μm，将浆料C在精细研磨机中解离，浆料质量浓度为4％，磨盘之间的间隙为-100μm，磨盘转速为1500rpm，得到浆料D1，其纤维平均直径为320nm，平均长度为160μm，平均长径比＝500，将浆料D1在高压均质机中解离，浆料质量浓度为1wt％，压力为800Bar，得到浆料D2，其纤维平均直径为200nm，平均长度为70μm，平均长径比＝350；

(2)动态成形：将浆料A1稀释至浓度为0.23％、浆料C稀释至浓度为0.15％、浆料D1稀释至浓度为0.1％、浆料D2稀释至浓度为0.1％，采用动态纸页成形器，在转鼓速度为1350m/min，旋转喷浆压力为0.25Mpa下，将浆料按D1→A1→C→D2顺序喷出，D1与A1间隔2s，A1与C间隔10s，C与D2间隔4s，形成湿纸幅，并真空脱水；

(3)后处理：将脱水后的湿纸在烘缸中110℃干燥10min，再在压力200N/mm下压光3次后得到一种全纤维素基无涂层防油纸；

所得全纤维素基无涂层防油纸所用原料百分之百为纸浆，定量为60g/m

实施例6

(1)原料准备：将漂白阔叶浆在高浓磨浆机中进行第一次长纤维粘状打浆得到浆料A，其打浆度为30°SR，再进行第二次长纤维粘状打浆得到浆料B，其打浆度为93°SR，再进行第三次短纤维粘状打浆得到浆料C，其纤维平均直径为10μm，平均长度为600μm，将浆料C在高压均质机中解离，浆料质量浓度为0.5wt％，压力为1000Bar，得到浆料D1，其纤维平均直径为1000nm，平均长度为500μm，平均长径比＝500，将浆料D1浓缩至质量浓度为3％，在球磨机中继续解离，速度为700rpm，得到浆料D2，其纤维平均直径为300nm，平均长度为40μm，平均长径比＝130；

(2)动态成形：将浆料A稀释至浓度为0.3％、浆料B稀释至浓度为0.2％、浆料C稀释至浓度为0.17％、浆料D1稀释至浓度为0.12％、浆料D2稀释至浓度为0.1％，采用动态纸页成形器，在转鼓速度为1500m/min，旋转喷浆压力为0.3Mpa下，将浆料按D1→A→B→C→D2顺序喷出，D1与A间隔2s，A与B间隔30s，B与C间隔10s，C与D2间隔7s，形成湿纸幅，并真空脱水；

(3)后处理：将脱水后的湿纸在烘缸中120℃干燥15min，再在压力300N/mm下压光6次后得到一种全纤维素基无涂层防油纸；

所得全纤维素基无涂层防油纸所用原料百分之百为纸浆，定量为100g/m

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。