淀粉复合物的制备及其在纸张阻隔涂布中的应用

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纸和纸板因具有质轻,易于携带及运输、有良好的强度和印刷适性、易于加工、成本低、可回收利用、优异的生物降解性等特点而被广泛的应用于各个领域。但由于纤维的亲水性和纸张结构的多孔性使其对水蒸气、氧气和油脂的阻隔性能很差。面对资源短缺、日益严峻的环境问题和食品安全问题的挑战,水性聚合物涂布逐渐代替浸渍加工、纸塑复合、蒸镀复合、挤出式涂布和涂蜡等方法成为当前纸张获得阻隔性途径的主要趋势。而淀粉作为一种可再生和可生物降解的天然生物聚合物,具有一定的氧气和油脂阻隔性,利用其涂布有望替代合成类聚合物来达到很好的阻隔性能。本文系统地研究了淀粉复合物在纸张阻隔涂布中的应用,为以后的应用和研究奠定基础。首先采用有机铬对氧化醋酸酯淀粉进行交联改性以增加膜层的疏水作用、解决膜层发脆和发粘的问题,并将其应用于白牛皮纸涂布。结果表明,交联淀粉涂布后,纸张表面变得光滑,粗糙度和透气度随着涂布量的增加而降低,涂布量达到3.21g/m~2时可有效测出氧气透过率。随着涂布量的增加,涂布纸的阻油性能、机械强度和光泽度增加,白度下降。由于交联淀粉的亲水性,涂布纸的表面吸水值、动态渗透性能和水蒸气阻隔性能较原纸变化不大。另外,随着有机铬用量的增加,涂布纸的油脂阻隔性能增加;氧气和水蒸气阻隔性能、抗水渗透性能、机械性能先增加后降低;白度和光泽度降低。其次,分别采用壳聚糖、PVA和瓜尔胶与淀粉复配以提高淀粉聚合物的阻隔性能,并将复合物用于白牛皮纸涂布。随着壳聚糖、PVA和瓜尔胶用量的增加,复合物的粘度都有不同程度的上升;涂布纸的光学性能、机械性能变化不大;油脂阻隔性能和氧气阻隔性能增加,其中淀粉/壳聚糖复合物涂布纸的油脂和氧气阻隔性能最好,壳聚糖用量为20%时,纸张的防油提高了4个等级,氧气透过率降低了89.7%。由于壳聚糖、PVA和瓜尔胶的亲水作用,涂布纸的表面吸水值、抗水渗透性能和水蒸气透过率都变化不大。再次,为了更进一步提高淀粉基聚合物的阻隔性能,采用GO和PVA与淀粉进行复配并应用于烟卡纸涂布。随着GO用量的增加,淀粉/PVA/GO复合物的粘度和稳定性增加,涂布纸的氧气阻隔性能显著提高,根据GO用量的不同,相同涂布量下,涂布纸的氧气透过率最多降低了81.5%。由于GO的亲水性,其对涂布纸的水蒸气透过率的影响不大。有机铬的添加使得涂布纸的水蒸气和氧气阻隔性能进一步提高,有机铬用量为4%,不同涂布量下,水蒸气和氧气透过率分别最多降低了6.9%和40.8%。由于GO和有机铬本身的固有的颜色,GO和有机铬的添加均会对纸张的白度产生负面影响。最后,针对淀粉/PVA/GO复合物水蒸气阻隔性能的不足,采用改性聚氨酯复涂,以期获得氧气和水蒸气阻隔性能都很优异的纸张。结果表明,改性聚氨酯单独涂布烟卡纸时,可以显著的提高水蒸气阻隔性能和抗水渗透性能,当改性聚氨酯涂布量为5.06g/m~2时,纸张的水蒸气透过率、Cobb60和Max分别较原纸降低了81.0%、97.0%和增加了70.5倍。通过淀粉/PVA/GO复合物和改性聚氨酯双层涂布同时获得了良好的氧气和水蒸气阻隔性能。当淀粉/PVA/GO复合物和改性聚氨酯涂布量分别为4.05g/m~2和5.06g/m~2时,涂布纸的氧气水蒸气透过率分别降至65cm~3/m~2·24h·0.1MPa和285.05 g/m~2·24h。获得很强的抗水渗透性能的同时,仍保持着很好的印刷适性。
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