可降解餐具常用助剂盘点,防油、防水少不了!
2021-07-16
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植物纤维环保餐具的主要原料是麦秸、稻草、稻壳、玉米秸秆、苇秆、蔗渣等天然再生性植物纤维,属废弃农作物的再利用,因而成本低、安全、无毒、无污染,可自然降解为土壤肥料。植物纤维快餐盒已成为世界上**的环保餐具。 


植物纤维原料的化学组成较为复杂,但主要是由纤维素、半纤维素、木素及少量其它成分组成的。

而纤维素、半纤维素等成分均易于与水发生反应,这造成植物纤维-纸餐具容易吸水。中式餐饮多油水,在植物纤维-纸餐具的生产中需要将加入防水、防油助剂,已达到防止渗漏的目的。除此之外,植物纤维餐具还要加入其它助剂(如助留剂、增强剂等),使所制得的餐具产品满足实际使用需要。


一、中式餐饮:

炒菜类:温度高,汤水多

煲汤类:温度高、汤水多

炒饭炒面类:温度高,油水多

果粒饮料:饮料中有水果果粒珍珠奶茶类:温度高(80摄氏度),有珍珠状颗粒
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相关阅读:20年降解制品厂的行业洞见,安徽恒鑫:《PLA改性在餐饮具领域的技术分享》

01
防油剂

防水防油剂通常是指能降低纸张表面张力的一类助剂。从造纸的角度看,防水防油剂作为表面活性剂,其主要功能是通过改变纸张的表面张力(表面能),降低液体对它们的润湿作用。

1.氟类化合物

氟类化合物是*早被应用在纸张防油领域的防油剂,纸包装材料被氟类化合物改性后,对油脂的阻隔性能得到明显改善,且外观和性能仍满足使用要 求。

含氟类防油剂主要是指碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代后形成的碳氟链或氧杂碳氟链表面活性剂。主要有两种类型,一种是含氟碳基的磷酸酯盐,另一种是侧链上含有氟碳基的聚丙烯酸酯类聚合物。


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虽然含氟防油剂曾是应用*广泛的纸张防油 剂,但近年的研究发现,在其合成过程中使用的全氟辛烷磺酸盐/酯和全氟辛酸铵单体是严重的有机污染物,对自然环境和生物体有极大危害。欧洲早在 2006 年就已出台相关规定,对这些物质加以严格管控和限制。

随着防油效果更好以及无氟新型防油剂的出现,含氟防油剂在未来可能会被逐渐淘汰。

2.淀粉、壳聚糖等天然化合物

淀粉是由葡萄糖分子单体聚合而成的天然高分子化合物,不仅来源广泛、成本较低、成膜性好,还 与其他天然高聚物有良好的相容性,且安全环保。作为施胶剂,淀粉和各种改性淀粉均被大量应用于造纸行业,也多被用于纸包装材料的防油处理。

有研究者使用有机铬对氧化醋酸酯淀粉进行改性,改善了淀粉膜的疏水性能;再分别以壳聚糖、聚乙烯醇和瓜尔胶与淀粉复配成复合防油剂,用于涂覆牛皮纸,实验结果表明,涂布纸的防油性能和氧气阻隔性能得到明显改善。

虽然淀粉基防油剂在食品包装防油领域的研究成果较多,但淀粉亲水,可能使得防油纸防油不防水。因此,有研究者将淀粉与其他材料复合,优化其防水防油效果。


如有研究者以木薯淀粉和露地豆花青素为原料制备了食品包装膜,花青素可均匀分布于木薯淀粉中,二者分子间形成氢键,使得包装膜结构较为致密,水蒸气透过率降低了 37.0%,拉伸强度提升了7.5%;

壳聚糖是甲壳素脱 N-乙酰基的产物,外观为白色或淡黄色的半透明状粉末,可溶于大多数稀酸,进而配制成溶液使用。其分子内含有羟基、氨基和乙酰氨基,化学性质比较活泼,具有生物降解性、良好的安全性能、防油性能和抑菌性能能等。

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与淀粉类似,壳聚糖由于分子中存在羟基,因此易亲水。有研究者使用溶剂浇铸法,以柠檬酸和甘油为交联剂和增塑剂,制得了一种新型壳聚糖食品包装膜。对比纯壳聚糖包装膜,其对水蒸气的阻隔性有明显提升。

3.其他类型防油剂

除了上述几大类防油剂外,还有一些辅助防油添加剂(如羧甲基纤维素、海藻酸盐和生物蛋白等)被用于纸质食品包装的防油研究。

如有研究者使用海藻酸钠、羧甲基纤维素钠和海藻酸丙二醇酯制备了一种无氟无毒防油纸,*大防油等级可达9 级,且由于防油剂涂层完全覆盖原纸表面,在一定程度上渗透到了纸张纤维中,因此,防油纸的抗张强度比未涂布纸提高了 48.0%。

02
防水剂

*广泛用于纸用防水剂的化学药剂当首推石蜡。石蜡以烷烃蜡、微晶蜡等石油类石蜡为主,也使用各种合成蜡。


石油类石蜡是相对分子质量大约在300~700的烃类物质。当用于憎水目的时,通常是用乳化剂及保护胶体进行乳化处理的所谓石蜡乳液,可作为浆内添加、涂布、含浸、喷雾等方法进行加工。


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石蜡类作为防水剂,性能、价格两方面都合适,因而被广泛用作防水剂。石蜡的主体是烃类石蜡,单独使用涂面发脆,缺乏柔软性,耐热性也差,气温高,纸就会产生粘着现象。可采取混入微晶蜡、低相对分子质量聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物或异丁橡胶等来加以改善。

另外,目前市面上也出现了以纤维素等为主要原料的“超疏水”材料,水滴在超疏水材料表面通常会形成亮晶晶的球形水珠,水珠不能稳定地黏附在材料的表面,只要倾斜很小的角度,水珠便会从表面上滚落,同时把灰尘等污染物带走,从而保持材料表面的干净。

另外,聚乙烯PE乃至聚乳酸PLA淋膜技术,也是植物纤维制品提高自身防水性的主要工艺方法。塑料淋膜指以纸张为基材,在其表面淋覆一层塑料薄膜,也称作覆塑,这些高分子材料会在纸张表面形成致密的薄膜,防止水、油与纸张接触,进而达到防水防油的效果

参考阅读:疏水材料的秘密,不使用PE淋膜,纸杯如何做到防水?

03
其他助剂

1.PAE湿增强剂

聚酰胺环氧氯丙烷树脂PAE是目前应用*多的湿增强剂,其性能受到普遍的肯定。各种PAE衍生物的制备亦屡有报道。但单独使用PAE,在用量较高时湿强度增加不大,且会给纸张的抄造带来许多不良影响,如浆料易起泡、絮聚,揭纸困难,纸页均匀度差等。

2.阳离子淀粉增干强剂

阳离子淀粉在纸质餐具生产造纸中受到广泛的重视,其对纤维具有极强的吸附力,不可逆吸附可达到很高的比例,如季铵盐型淀粉,几乎可全部与纤维发生吸附。

阳离子淀粉在浆中与纤维填料和其它添加剂之间起着离子桥的作用,它还可以优先吸附于细小纤维上,从而提高细小纤维和填料的留着率,并且通过长纤维包围细小纤维,形成内聚网络, 改善纸的强度,也导致了*好的滤水性能。 

在实际应用中,如以提高强度为目的,可选择取代度较代的产品;如果是以助留助滤为主要目的,可选择取代度较高的阳离子淀粉。如果要兼顾增强和助留助滤作用,则可选择取代度为0.03~0.04的阳离子淀粉。



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