一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料及其制备方法与应用

1.本发明属于纸浆模塑包装材料技术领域，特别涉及一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.近些年来，相关环保的政策在接连推行实施，人们逐渐意识到塑料制品虽然使用方便，可它的危害却非常大，塑料制品因为自身结构原因自然降解时间周期非常长，有的塑料袋自然降解甚至需要数百年的时间。而纸包装材料拥有很多优势，这些优势是塑料无可比拟的，纸包装材料绿色环保，自然降解时间仅仅需要几十天就可以完全分解。纸浆模塑是纸成型行业的核心技术，也是这行业的顶梁柱，无论市面上有多少复杂的纸包装，它都可以实现，包括蛋托、酒托、餐具及工包等，只要是纸包装，纸浆模塑都可以利用模具进行定型。纸包装占据市场规模，纸浆模塑也被推上风口浪尖，成为以纸代塑的理想材料。
3.纸浆模塑产品是将可纤维原料加工调配成一定比例浓度的浆料，依据产品设计、定制的模具，经真空吸附成型，利用模内干燥的原理形成不同种类和用途的环保纸制品。按照用途的不同，纸浆模塑产品可分为缓冲包装材料、餐饮具、农业制品、材料模塑制品等；纸浆模塑包装制品可以用于食品包装，在环保性上优于传统泡沫塑料制品。纸浆模塑发展空间很大，未来几年是纸浆模塑行业高速发展的黄金时期。此外，纳米纤维素特有的形态结构和表面性能使得纳米纤维素材料可以形成致密的网络结构进而提供优良的氧阻隔性能。


技术实现要素：

4.本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法。
5.本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料。
6.本发明的再一目的在于提供所述细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的应用。
7.本发明的目的通过下述技术方案实现：
8.一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，包括以下步骤：
9.(1)合成细菌纤维素：将细菌接种到发酵培养基中，于30～35℃、相对湿度40～50％(rh)条件下进行发酵，然后将发酵产物用稀碱溶液和水洗涤至中性，得到细菌纤维素(bc)颗粒；再将bc颗粒加水稀释后经疏解处理，得到bc溶液；
10.(2)配制bc/bf混合浆料：将竹浆(bf)原料加水稀释后经疏解分散处理，得到bf溶液；然后将bf溶液和步骤(1)中得到的bc溶液混合均匀后打浆至打浆度为25～30
°
sr，得到bc/bf混合浆料；
11.(3)配制bc/bf/cnf复配浆料：将植物纤维素纳米纤丝(cnf)悬浮液在搅拌条件下加入到步骤(2)中得到的bc/bf混合浆料中，混合均匀，得到bc/bf/cnf复配浆料；
12.(4)湿部添加助剂：将防水剂和湿强剂加入到步骤(3)中得到的bc/bf/cnf复配浆
料中，搅拌均匀，得到复合浆料；
13.(5)热压定型：将步骤(4)中得到的复合浆料进行纸浆模塑成型，经真空抽滤脱水制得纸浆模塑湿胚，接着热压定型，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装材料。
14.步骤(1)中所述的细菌为木醋杆菌、根癌土壤杆菌、芽孢八叠球菌和豌豆根瘤菌中的至少一种；优选为木醋杆菌；更优选为木醋杆菌atcc 700178。
15.步骤(1)中所述的细菌的接种量为体积百分比6.0～8.0％。
16.步骤(1)中所述的发酵培养基的组分如下：葡萄糖16.0～20.0g/l，蛋白胨4.0～6.0g/l，酵母膏4.0～6.0g/l，柠檬酸1.4～1.6g/l，na2hpo42.6～3.0g/l，mgso40.2～0.4g/l。
17.步骤(1)中所述的发酵的条件为：40～70r/min搅拌发酵5～8天。
18.步骤(1)中所述的稀碱溶液为浓度为0.02～0.08mol/l naoh或koh溶液；优选为浓度为0.02～0.08mol/l naoh溶液。
19.步骤(1)中所述的水为去离子水。
20.步骤(1)中所述的细菌纤维素颗粒尺寸为2*5mm，含水率为90～95％。
21.步骤(1)中所述的bc颗粒加水稀释优选为加水稀释至固含量为2.8～4.2wt％。
22.步骤(1)和(2)中所述的疏解为采用标准疏解机进行疏解。
23.步骤(1)中所述的疏解的条件为：转速20000～40000r/min，时间20～30min。
24.步骤(1)中所述的bc溶液的浓度为质量百分比1.3～2.2％。
25.步骤(1)中所述的bc溶液中的bc纤维的长度为350～2400nm，宽度为30～70nm。
26.步骤(2)中所述的竹浆(bf)原料加水稀释优选为加水稀释至固含量为3.3～4.6wt％。
27.步骤(2)中所述的疏解的条件为：转速5000～10000r/min，时间10～20min。
28.步骤(2)中所述的bf溶液的浓度为质量百分比2.1～2.9％。
29.步骤(2)中所述的bf溶液中的bf纤维的长度为1560～4870nm，宽度为80～520nm。
30.步骤(2)中所述的bc溶液中的bc纤维与bf溶液中的bf纤维的质量比为(5～7)：(3～5)。
31.步骤(2)中所述的打浆为采用pfi磨进行打浆。
32.步骤(2)中所述的打浆的条件为：打浆转数5000～8000转，打浆浓度2.0～4.0wt％。
33.步骤(3)中所述的植物纤维素纳米纤丝的直径为20～80nm，长度为260～750nm；优选为以针叶木浆为原料，通过机械研磨制备得到；其中，机械研磨的条件为：先在0和-20μm间隙下各研磨10次，转速为1000rpm；再将磨盘间隙调至-50μm研磨20次，转速为1400rpm；最后将磨盘间隙调至-100μm研磨15次，转速为1600rpm。
34.步骤(3)中所述的植物纤维素纳米纤丝的加入量为占bc/bf/cnf复配浆料质量的2.0～5.0％。
35.步骤(3)中所述的植物纤维素纳米纤丝(cnf)悬浮液的浓度为质量百分比3.0～6.0％。
36.步骤(3)中所述的搅拌的转速为3000～6000r/min；优选为6000r/min。
37.步骤(4)中所述的防水剂为阳离子丙烯酸酯聚合物。
38.步骤(4)中所述的防水剂的加入量占bc/bf/cnf复配浆料(绝干)质量的2.0～4.0％。
39.步骤(4)中所述的湿强剂为聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂。
40.步骤(4)中所述的湿强剂的加入量占bc/bf/cnf复配浆料(绝干)质量的4.0～7.0％。
41.步骤(4)中所述的搅拌的转速为3000～6000r/min；优选为3000r/min。
42.步骤(5)中所述的复合浆料的浓度为质量百分比0.2～0.4％。
43.步骤(5)中所述的真空抽滤脱水通过如下步骤实现：在真空度为-0.03～-0.04mpa的条件下抽吸负压下脱水10～20s，至含水率60～70％。
44.步骤(4)中所述的热压定型条件为：压强40～70kg/cm2，温度160～240℃，时间10～30s。
45.所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，还可以包括进一步切边处理，制得细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的步骤。
46.一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料，通过上述任一项所述的制备方法制备得到。
47.所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料在制备纸浆模塑包装制品中的应用。
48.所述的纸浆模塑包装制品包括用于生鲜或果蔬类的纸浆模塑包装制品。
49.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
50.(1)本发明采用微生物发酵合成细菌纤维素的设备和操作简单，原料丰富，合成周期短，相比于木浆更廉价，适宜于规模化的大生产。
51.(2)本发明所用细菌纤维素、竹浆、植物纤维素纳米纤丝均为可降解的生物基材料，由这些原料制备的纸浆模塑可自然降解或回收利用，属于环保型包装材料，能实现以纸代塑用于生鲜、果蔬类包装材料领域，符合绿色低碳可持续发展理念。
52.(3)本发明制备的纸浆模塑制品是由三种纤维原料合理复配而获得的，充分利用不同纤维的优势：bf纤维长而高强，能显著提高物理强度；bc纤维细致柔软，能保证纤维之间紧密结合；植物纤维素纳米纤丝具有纳米尺度、高长径比、大比表面积、高阻隔等特性，能够很好地填充在bc纤维与bf纤维之间，改善不同纤维之间界面结合力，使长纤维与短纤维能紧密连接，提高纤维素纸的机械强度和氧气阻隔性能，制得的纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：35～40g/m2；厚度：0.635～0.872mm；抗张指数：51.4～60.2n
·
m/g；耐破指数：4.23～4.95kpa
·
m2/g；接触角：105～123
°
；氧气透过率：0.58～0.72cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
53.(4)本发明通过不同尺度的长纤维和纳米纤维复合，充分发挥各自优势，制备流程简单，构建了绿色环保纸浆模塑包装材料，为新型纸浆模塑材料的开发提供了理论依据和应用参考，将推动绿色包装产业实现低碳发展。
附图说明
54.图1是本发明实施例1中提供的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的平视图。
具体实施方式
55.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
56.本发明实施例和对比例中涉及的竹浆(bf)取自制浆造纸工程国家重点实验室，其长度为1560～4870nm，宽度为80～520nm；其所用原料竹材取自江西安吉，由浆板经典型化学制浆过程得到(将原料经过醋酸预处理、硫酸盐法蒸煮、氧脱木素、冷碱抽提、双氧水漂白后得到竹浆)。
57.本发明实施例和对比例中涉及的植物纤维素纳米纤丝(cnf)悬浮液(浓度为质量百分比3.0～6.0％)以针叶木浆(购自佛山市顺德区维绿生态科技有限公司)为原料，通过机械研磨制备得到，其直径为20～80nm，长度为260～750nm；其中，机械研磨条件如下：先在0和-20μm间隙下各研磨10次，转速为1000rpm；再将磨盘间隙调至-50μm研磨20次，转速为1400rpm；最后将磨盘间隙调至-100μm研磨15次，转速为1600rpm。
58.本发明实施例和对比例中涉及的各种参数的检测依据国家标准检测方法以及行业标准进行，具体为：
59.①
定量(gb/t 451.2-2002)；
60.②
厚度(gb/t 20628.2-2006)；
61.③
抗张指数(gb/t 453-2002)；
62.④
耐破指数(gb/t 454-2002)；
63.⑤
水的接触角(gb/t 30447-2013)；
64.⑥
氧气透过率(gb/t 1038-2000)。
65.本发明实施例和对比例中涉及的木醋杆菌为木醋杆菌atcc 700178，购自美国典型培养物保藏中心(atcc)。
66.本发明实施例和对比例中涉及的防水剂为阳离子丙烯酸酯聚合物(路博润，美国)，和湿强剂为聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂(领创，山东)。
67.本发明对比例中的蔗渣浆原料取自制浆造纸工程国家重点实验室，其长度为470～1250nm，宽度为60～330nm；其所用原料蔗渣取自江西安吉，由浆板经典型化学制浆过程得到(原料经过醋酸预处理、硫酸盐法蒸煮、氧脱木素、冷碱抽提、双氧水漂白后得到蔗渣浆)。
68.实施例1
69.本实施例提供一种细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的制备方法，具体制备步骤如下：
70.(1)细菌纤维素合成及其再分散：将木醋杆菌接种(接种量6.0％，v/v)到发酵培养基(培养基的组分为：葡萄糖：16.0g/l，蛋白胨：4.0g/l，酵母膏：4.0g/l，柠檬酸：1.4g/l，na2hpo4：2.6g/l，mgso4：0.2g/l)中，在30℃、相对湿度(rh)40％的条件下动态发酵(搅拌速度为40～70r/min)5天合成细菌纤维素(bc)颗粒，并用大量0.02mol/l稀碱(naoh溶液)和去离子水清洗至中性。然后加水稀释至固含量为2.8wt％，再用标准疏解机以20000r/min的转速对bc颗粒(尺寸为2*5mm，含水率90％)分散处理20min)，得到bc溶液(浓度为1.3wt％)。
71.(2)bc/bf混合：将竹浆原料加水稀释至固含量为3.3wt％，然后采用标准疏解机以5000r/min的转速进行分散处理(10min)，得到bf溶液(浓度为2.1wt％)。然后将bf(长度：1560～4870nm，宽度：80～520nm)溶液和步骤(1)中的bc(长度：350～2400nm，宽度：30～70nm)溶液进行混合，体系中的bc纤维和bf纤维的质量比为5：3。再将混合浆料置于pfi磨中进行打浆处理，打浆转数为5000转，打浆浓度为2.0wt％，打浆度为25
°
sr，得到bc/bf混合浆料。
72.(3)湿部添加助剂：在高速搅拌(6000r/min)条件下向步骤(2)中得到的bc/bf混合浆料中加入质量浓度为3.0％的cnf悬浮液(直径：20～80nm，长度：260～750nm)，混合均匀，得到bc/bf/cnf复配浆料；其中，cnf(绝干)的加入量为占bc/bf/cnf复配浆料绝干质量的2.0％。然后加入防水剂(阳离子丙烯酸酯聚合物)和湿强剂(聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂)，防水剂的加入量为绝干浆质量的2.0％，湿强剂的加入量为绝干浆质量的4.0％；再用电动搅拌机(转速为3000r/min)搅拌10min，得到复合浆料。
73.(4)热压定型处理：将步骤(3)中得到的复合浆料以质量浓度为0.2％经过管道输送至纸浆模塑成型机，经真空抽滤脱水(真空度为-0.03mpa，抽吸负压下脱水10s)制得纸浆模塑湿胚(含水率70％)；接着在压强为40kg/cm2、温度为160℃条件下热压10s定型，再经过切边处理，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装制品。本实验制备的产品为碗状制品，其上口径176mm
×
176mm，下口径185mm
×
185mm，高35mm，厚度0.635mm(图1)。
74.本实施例制备的细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：35g/m2；厚度：0.635mm；抗张指数：51.4n
·
m/g；耐破指数：4.23kpa
·
m2/g；接触角：105
°
；氧气透过率：0.72cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
75.实施例2
76.本实施例提供一种细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的制备方法，具体制备步骤如下：
77.(1)细菌纤维素合成及其再分散：将木醋杆菌接种(接种量7.0％，v/v)到发酵培养基(培养基的组分为：葡萄糖：18.0g/l，蛋白胨：5.0g/l，酵母膏：5.0g/l，柠檬酸：1.5g/l，na2hpo4：2.8g/l，mgso4：0.3g/l)中，在32℃、相对湿度(rh)44％的条件下动态发酵(搅拌速度为40～70r/min)6天合成细菌纤维素(bc)颗粒，并用大量0.04mol/l稀碱(naoh溶液)和去离子水清洗至中性。然后加水稀释至固含量为3.3wt％，再用标准疏解机以30000r/min的转速对bc颗粒(尺寸为2*5mm，含水率92％)分散处理25min，得到bc溶液(浓度为1.6wt％)。
78.(2)bc/bf混合：将竹浆原料稀释至固含量为3.7wt％，然后采用标准疏解机以7000r/min的转速进行分散处理(15min)，得到bf溶液(浓度为2.4wt％)。然后将bf(长度：1560～4870nm，宽度：80～520nm)溶液和步骤(1)中的bc(长度：350～2400nm，宽度：30～70nm)溶液进行混合，体系中的bc纤维和bf纤维的质量比为5：4。再将混合浆料置于pfi磨中进行打浆处理，打浆转数为6000转，打浆浓度为3.0wt％，打浆度为27
°
sr，得到bc/bf混合浆料。
79.(3)湿部添加助剂：在高速搅拌(6000r/min)条件下向步骤(2)中得到的bc/bf混合浆料中加入质量浓度为4.0％的cnf悬浮液(直径：20～80nm，长度：260～750nm)，混合均匀，得到bc/bf/cnf复配浆料；其中，cnf(绝干)的加入量为占bc/bf/cnf复配浆料绝干质量的3.0％。然后加入防水剂(阳离子丙烯酸酯聚合物)和湿强剂(聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂)，防
水剂的加入量为绝干浆质量的3.0％，湿强剂的加入量为绝干浆质量的5.0％；再用电动搅拌机(转速为4000r/min)搅拌15min，得到复合浆料。
80.(4)热压定型处理：将步骤(3)中得到的复合浆料以质量浓度为0.3％经过管道输送至纸浆模塑成型机，经真空抽滤脱水(真空度为-0.035mpa，抽吸负压下脱水15s)制得纸浆模塑湿胚(含水率68％)；接着在压强为50kg/cm2、温度为180℃条件下热压15s定型，再经过切边处理，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装制品。本实验制备的产品为碗状制品，其上口径176mm
×
176mm，下口径185mm
×
185mm，高35mm，厚度0.682mm。
81.本实施例制备的细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：37g/m2；厚度：0.682mm；抗张指数：54.2n
·
m/g；耐破指数：4.41kpa
·
m2/g；接触角：112
°
；氧气透过率：0.66cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
82.实施例3
83.本实施例提供一种细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的制备方法，具体制备步骤如下：
84.(1)细菌纤维素合成及其再分散：将木醋杆菌接种(接种量8.0％，v/v)到发酵培养基(培养基的组分为：葡萄糖：20.0g/l，蛋白胨：6.0g/l，酵母膏：6.0g/l，柠檬酸：1.5g/l，na2hpo4：2.8g/l，mgso4：0.4g/l)中，在35℃、相对湿度(rh)45％的条件下动态发酵(搅拌速度为40～70r/min)7天合成细菌纤维素(bc)颗粒，并用大量0.06mol/l稀碱(naoh溶液)和去离子水清洗至中性。然后加水稀释至固含量为3.7wt％，再用标准疏解机以40000r/min的转速对bc颗粒(尺寸为2*5mm，含水率94％)分散处理30min，得到bc溶液(浓度为1.8wt％)。
85.(2)bc/bf混合：将竹浆原料稀释至固含量为4.1wt％，然后采用标准疏解机以8000r/min的转速进行分散处理(20min)，得到bf溶液(浓度为2.7wt％)。然后将bf(长度：1560～4870nm，宽度：80～520nm)溶液和步骤(1)中的bc(长度：350～2400nm，宽度：30～70nm)溶液进行混合，体系中的bc纤维和bf纤维的质量比为6：4。再将混合浆料置于pfi磨中进行打浆处理，打浆转数为7000转，打浆浓度为3.0wt％，打浆度为28
°
sr，得到bc/bf混合浆料。
86.(3)湿部添加助剂：在高速搅拌(6000r/min)条件下向步骤(2)中得到的bc/bf混合浆料中加入质量浓度为5.0％的cnf悬浮液(直径：20～80nm，长度：260～750nm)，混合均匀，得到bc/bf/cnf复配浆料；其中，cnf(绝干)的加入量为占bc/bf/cnf复配浆料绝干质量的4.0％。然后加入防水剂(阳离子丙烯酸酯聚合物)和湿强剂(聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂)，防水剂的加入量为绝干浆质量的3.5％，湿强剂的加入量为绝干浆质量的6.0％；再用电动搅拌机(转速为5000r/min)搅拌30min，得到复合浆料。
87.(4)热压定型处理：将步骤(3)中得到的复合浆料以质量浓度为0.3％经过管道输送至纸浆模塑成型机，经真空抽滤脱水(真空度为-0.038mpa，抽吸负压下脱水18s)制得纸浆模塑湿胚(含水率65％)；接着在压强为60kg/cm2、温度为200℃条件下热压25s定型，再经过切边处理，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装制品。本实验制备的产品为碗状制品，上口径176mm
×
176mm，下口径185mm
×
185mm，高35mm，厚度0.783mm。
88.本实施例制备的细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：38g/m2；厚度：0.783mm；抗张指数：58.5n
·
m/g；耐破指数：4.72kpa
·
m2/g；接触角：118
°
；氧气透过率：0.63cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
89.实施例4
90.本实施例提供一种细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的制备方法，具体制备步骤如下：
91.(1)细菌纤维素合成及其再分散：将木醋杆菌接种(接种量8.0％，v/v)到发酵培养基(培养基的组分为：葡萄糖：20.0g/l，蛋白胨：6.0g/l，酵母膏：6.0g/l，柠檬酸：1.6g/l，na2hpo4：3.0g/l，mgso4：0.4g/l)中，在35℃、相对湿度(rh)50％的条件下动态发酵(搅拌速度为40～70r/min)8天合成细菌纤维素(bc)颗粒，并用大量0.08mol/l稀碱(naoh溶液)和去离子水清洗至中性。然后加水稀释至固含量为4.2wt％，再用标准疏解机以40000r/min的转速对bc颗粒(尺寸为2*5mm，含水率95％)分散处理30min，得到bc溶液(浓度为2.2wt％)。
92.(2)bc/bf混合：将竹浆原料稀释至固含量为4.6wt％，然后采用标准疏解机以10000r/min的转速进行分散处理(20min)，得到bf溶液(浓度为2.9wt％)。然后将bf(长度：1560～4870nm，宽度：80～520nm)溶液和步骤(1)中的bc(长度：350～2400nm，宽度：30～70nm)溶液进行混合，体系中的bc纤维和bf纤维的质量比为7：5。再将混合浆料置于pfi磨中进行打浆处理，打浆转数为8000转，打浆浓度为4.0wt％，打浆度为30
°
sr，得到bc/bf混合浆料。
93.(3)湿部添加助剂：在高速搅拌(6000r/min)条件下向步骤(2)中得到的bc/bf混合浆料中加入质量浓度为6.0％的cnf悬浮液(直径：20～80nm，长度：260～750nm)，混合均匀，得到bc/bf/cnf复配浆料；其中，cnf(绝干)的加入量为占bc/bf/cnf复配浆料绝干质量的5.0％。然后加入防水剂(阳离子丙烯酸酯聚合物)和湿强剂(聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂)，防水剂的加入量为绝干浆质量的4.0％，湿强剂的加入量为绝干浆质量的7.0％；再用电动搅拌机(转速为6000r/min)搅拌30min，得到复合浆料。
94.(4)热压定型处理：将步骤(3)中得到的复合浆料以质量浓度为0.4％经过管道输送至纸浆模塑成型机，经真空抽滤脱水(真空度为-0.04mpa，抽吸负压下脱水20s)制得纸浆模塑湿胚(含水率60％)；接着在压强为70kg/cm2、温度为240℃条件下热压30s定型，再经过切边处理，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装制品。本实验制备的产品为碗状制品，上口径176mm
×
176mm，下口径185mm
×
185mm，高35mm，厚度0.872mm。
95.本实施例制备的细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：40g/m2；厚度：0.872mm；抗张指数：60.2n
·
m/g；耐破指数：4.95kpa
·
m2/g；接触角：123
°
；氧气透过率：0.58cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
96.对比例1
97.本对比例提供一种细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的制备方法，具体制备步骤如下：
98.(1)细菌纤维素合成及其再分散：将木醋杆菌接种(接种量6.0％，v/v)到发酵培养基(培养基的组分为：葡萄糖：16.0g/l，蛋白胨：4.0g/l，酵母膏：4.0g/l，柠檬酸：1.4g/l，na2hpo4：2.6g/l，mgso4：0.2g/l)中，在30℃、相对湿度(rh)40％的条件下动态发酵(搅拌速度为40～70r/min)5天合成细菌纤维素(bc)颗粒，并用大量0.02mol/l稀碱(naoh溶液)和去离子水清洗至中性。然后加水稀释至固含量为2.8wt％，再用标准疏解机以20000r/min的转速对bc颗粒(尺寸为2*5mm，含水率90％)分散处理20min，得到bc溶液(浓度为1.3wt％)。再将bc(长度：350～2400nm，宽度：30～70nm)溶液在pfi磨中进行打浆处理，打浆转数为5000
转，打浆浓度为2.0wt％，打浆度为25
°
sr，得到bc浆料。
99.(2)湿部添加助剂：在高速搅拌(6000r/min)条件下向步骤(2)中得到的bc浆料中加入质量浓度为3.0％的cnf悬浮液(直径：20～80nm，长度：260～750nm)，混合均匀，得到bc/cnf复配浆料；其中，cnf(绝干)的加入量为占bc/cnf复配浆料绝干质量的2.0％；然后加入防水剂(阳离子丙烯酸酯聚合物)和湿强剂(聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂)，防水剂的加入量为绝干浆质量的2.0％，湿强剂的加入量为绝干浆质量的4.0％；再用电动搅拌机(转速为3000r/min)搅拌10min，得到复合浆料。
100.(3)热压定型处理：将步骤(3)中得到的复合浆料以质量浓度为0.2％经过管道输送至纸浆模塑成型机，经真空抽滤脱水(真空度为-0.03mpa，抽吸负压下脱水10s)制得纸浆模塑湿胚(含水率70％)；接着在压强为40kg/cm2、温度为160℃条件下热压10s定型，再经过切边处理，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装制品。本实验制备的产品为碗状制品，上口径176mm
×
176mm，下口径185mm
×
185mm，高35mm，厚度0.615mm。
101.本对比例制备的细菌纤维素基纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：35g/m2；厚度：0.615mm；抗张指数：47.1n
·
m/g；耐破指数：3.84kpa
·
m2/g；接触角：94
°
；氧气透过率：0.68cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
102.对比例2
103.本对比例提供一种纤维素基纸浆模塑包装制品的制备方法，具体制备步骤如下：
104.(1)将竹浆原料稀释至固含量为3.3wt％，然后采用标准疏解机以5000r/min的转速分散处理10min，得到bf溶液(浓度为2.1wt％)。然后将bf(长度：1560～4870nm，宽度：80～520nm)溶液在pfi磨中进行打浆处理，打浆转数为5000转，打浆浓度为2.0wt％，打浆度为25
°
sr，得到bf浆料。
105.(2)湿部添加助剂：在高速搅拌条件下向步骤(2)中得到的bf浆料中加入质量浓度为3.0％的cnf悬浮液(直径：20～80nm，长度：260～750nm)，混合均匀，得到bf/cnf复配浆料；其中，cnf(绝干)的加入量为占bf/cnf复配浆料绝干质量的2.0％。然后加入防水剂(阳离子丙烯酸酯聚合物)和湿强剂(聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂)，防水剂的加入量为绝干浆质量的2.0％，湿强剂的加入量为绝干浆质量的4.0％；再用电动搅拌机(转速为3000r/min)搅拌10min，得到复合浆料。
106.(3)热压定型处理：将步骤(3)中得到的复合浆料以质量浓度为0.2％经过管道输送至纸浆模塑成型机，经真空抽滤脱水(真空度为-0.03mpa，抽吸负压下脱水10s)制得纸浆模塑湿胚(含水率70％)；接着在压强为40kg/cm2、温度为160℃条件下热压10s定型，再经过切边处理，得到纤维素基纸浆模塑包装制品。本实验制备的产品为碗状制品，上口径176mm
×
176mm，下口径185mm
×
185mm，高35mm，厚度0.623mm。
107.本对比例制备的纤维素基纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：35g/m2；厚度：0.623mm；抗张指数：46.2n
·
m/g；耐破指数：3.65kpa
·
m2/g；接触角：84.7
°
；氧气透过率：1.25cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
108.对比例3
109.本对比例提供一种纤维素基纸浆模塑包装制品的制备方法，具体制备步骤如下：
110.(1)sf/bf混合：将蔗渣浆原料加水稀释至固含量为2.8wt％，再采用标准疏解机以20000r/min的转速分散处理20min，得到sf溶液(浓度为1.3wt％)；将竹浆原料加水稀释至
固含量为3.3wt％，然后采用标准疏解机以5000r/min的转速进行分散处理10min，得到bf溶液(浓度为2.1wt％)。然后将sf(长度：180～1300nm，宽度：85～270nm)溶液和bf(长度：1560～4870nm，宽度：80～520nm)溶液进行混合，体系中的sf纤维和bf纤维的质量比为5：3。再将混合浆料置于在pfi磨中进行打浆处理，打浆转数为5000转，打浆浓度为2.0wt％，打浆度为25
°
sr，得到sf/bf混合浆料。
111.(2)湿部添加助剂：在高速搅拌(6000r/min)条件下向步骤(2)中得到的sf/bf混合浆料中加入质量浓度为3.0％的cnf悬浮液(直径：20～80nm，长度：260～750nm)，混合均匀，得到sf/bf/cnf复配浆料；其中，cnf(绝干)的加入量为占sf/bf/cnf复配浆料绝干质量的2.0％。然后加入防水剂(阳离子丙烯酸酯聚合物)和湿强剂(聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂)，防水剂的加入量为绝干浆质量的2.0％；湿强剂的加入量为绝干浆质量的4.0％；再用电动搅拌机(转速为3000r/min)搅拌10min，得到复合浆料。
112.(3)热压定型处理：将步骤(3)中得到的复合浆料以质量浓度为0.2％经过管道输送至纸浆模塑成型机，经真空抽滤脱水(真空度为-0.03mpa，抽吸负压下脱水10s)制得纸浆模塑湿胚(含水率70％)；接着在压强为40kg/cm2、温度为160℃条件下热压10s定型，再经过切边处理，得到纤维素基纸浆模塑包装制品。本实验制备的产品为碗状制品，上口径176mm
×
176mm，下口径185mm
×
185mm，高35mm，厚度0.630mm。
113.本对比例制备的纤维素基纸浆模塑包装制品的性能指标如下：定量：35g/m2；厚度：0.630mm；抗张指数：48.2n
·
m/g；耐破指数：3.95kpa
·
m2/g；接触角：91.3
°
；氧气透过率：0.91cm3/m2·
day
·
0.1mpa。
114.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)合成细菌纤维素：将细菌接种到发酵培养基中，于30～35℃、相对湿度40～50％条件下进行发酵，然后将发酵产物用稀碱溶液和水洗涤至中性，得到细菌纤维素bc颗粒；再将bc颗粒加水稀释后经疏解处理，得到bc溶液；(2)配制bc/bf混合浆料：将竹浆原料加水稀释后经疏解分散处理，得到bf溶液；然后将bf溶液和步骤(1)中得到的bc溶液混合均匀后打浆至打浆度为25～30
°
sr，得到bc/bf混合浆料；(3)配制bc/bf/cnf复配浆料：将植物纤维素纳米纤丝(cnf)悬浮液在搅拌条件下加入到步骤(2)中得到的bc/bf混合浆料中，混合均匀，得到bc/bf/cnf复配浆料；(4)湿部添加助剂：将防水剂和湿强剂加入到步骤(3)中得到的bc/bf/cnf复配浆料中，搅拌均匀，得到复合浆料；(5)热压定型：将步骤(4)中得到的复合浆料进行纸浆模塑成型，经真空抽滤脱水制得纸浆模塑湿胚，接着热压定型，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装材料。2.根据权利要求1所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的细菌纤维素颗粒尺寸为2*5mm，含水率为90～95％；步骤(1)中所述的bc溶液中的bc纤维的长度为350～2400nm，宽度为30～70nm；步骤(2)中所述的bf溶液中的bf纤维的长度为1560～4870nm，宽度为80～520nm；步骤(3)中所述的植物纤维素纳米纤丝的直径为20～80nm，长度为260～750nm。3.根据权利要求1所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的细菌为木醋杆菌、根癌土壤杆菌、芽孢八叠球菌和豌豆根瘤菌中的至少一种；步骤(4)中所述的防水剂为阳离子丙烯酸酯聚合物；步骤(4)中所述的湿强剂为聚酰胺聚环氧氯丙烷树脂。4.根据权利要求3所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的细菌为木醋杆菌atcc 700178。5.根据权利要求1所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的bc溶液中的bc纤维与bf溶液中的bf纤维的质量比为5～7：3～5；步骤(3)中所述的植物纤维素纳米纤丝的加入量为占bc/bf/cnf复配浆料质量的2.0～5.0％；步骤(4)中所述的防水剂的加入量占bc/bf/cnf复配浆料质量的2.0～4.0％；步骤(4)中所述的湿强剂的加入量占bc/bf/cnf复配浆料质量的4.0～7.0％；步骤(5)中所述的复合浆料的浓度为质量百分比0.2～0.4％。6.根据权利要求1所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的bc溶液的浓度为质量百分比1.3～2.2％；步骤(2)中所述的bf溶液的浓度为质量百分比2.1～2.9％；步骤(3)中所述的植物纤维素纳米纤丝悬浮液的浓度为质量百分比3.0～6.0％。7.根据权利要求1所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的细菌的接种量为体积百分比6.0～8.0％；步骤(1)中所述的发酵培养基的组分如下：葡萄糖16.0～20.0g/l，蛋白胨4.0～6.0g/
l，酵母膏4.0～6.0g/l，柠檬酸1.4～1.6g/l，na2hpo42.6～3.0g/l，mgso40.2～0.4g/l；步骤(1)中所述的发酵的条件为：40～70r/min搅拌发酵5～8天；步骤(1)中所述的稀碱溶液为浓度为0.02～0.08mol/l naoh或koh溶液；步骤(1)中所述的疏解的条件为：转速20000～40000r/min，时间20～30min；步骤(2)中所述的疏解的条件为：转速5000～10000r/min，时间10～20min；步骤(2)中所述的打浆的条件为：打浆转数5000～8000转，打浆浓度2.0～4.0wt％；步骤(3)中所述的搅拌的转速为3000～6000r/min；步骤(4)中所述的搅拌的转速为3000～6000r/min；步骤(5)中所述的真空抽滤脱水通过如下步骤实现：在真空度为-0.03～-0.04mpa的条件下抽吸负压下脱水10～20s，至含水率60～70％；步骤(4)中所述的热压定型条件为：压强40～70kg/cm2，温度160～240℃，时间10～30s。8.一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料，其特征在于：通过权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。9.权利要求8所述的细菌纤维素基纸浆模塑包装材料在制备纸浆模塑包装制品中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的纸浆模塑包装制品包括用于生鲜或果蔬的纸浆模塑包装制品。

技术总结
本发明公开了一种细菌纤维素基纸浆模塑包装材料及其制备方法与应用。该纸浆模塑包装材料的制备方法包括以下步骤：(1)将细菌接种到发酵培养基中，经发酵合成得到细菌纤维素(BC)颗粒，然后将其疏解分散得到BC溶液；(2)将竹浆原料经疏解分散处理得到BF溶液，然后与BC溶液混合后打浆，得到BC/BF混合浆料；(3)加入植物纤维素纳米纤丝悬浮液，得到BC/BF/CNF复配浆料，再添加防水剂和湿强剂，得到复合浆料；(4)将复合浆料进行纸浆模塑成型，得到细菌纤维素基纸浆模塑包装材料。本发明中制得的包装材料机械强度和氧气阻隔性能好，能够用于生鲜、果蔬类包装材料领域。果蔬类包装材料领域。果蔬类包装材料领域。


技术研发人员：程峥 肖乃玉 钟乐 张雪琴 郑梓烁 陈侯琴 黄鸿禧
受保护的技术使用者：仲恺农业工程学院
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/9/14