纸基包装材料的研究进展、应用现状及展望

纸基包装材料作为最具应用前景的绿色可持续材料之一，近年来相关研究和产业化应用发展迅速。本文从我国新版“限塑令”下包装行业和造纸行业面临的新机遇与挑战的角度出发，系统性地探讨了纸基包装材料的研究进展及应用现状，特别是纸基包装材料中近年来的研究应用热点材料——纸基复合包装材料和纸浆模塑包装材料；重点阐述了纸基复合包装材料的复合工艺进展及分离回收利用技术、纸浆模塑制品在关键应用性能如表面性能和阻隔性能方面的研究进展，并对纸浆模塑制品的应用现状及发展趋势进行了分析；为拓展纸基包装材料的应用领域和开发功能化纸基包装材料的创新技术及产业化提供了研究方向和思路。  

金属-多酚网络的组装、功能特性及其在食品领域中的应用研究进展

多酚与金属离子形成的金属-多酚网络(metal-polyphenol network,MPN)能发挥金属与多酚的协同效应,既具有金属离子赋予的特定功能,又具有多酚结构对各种表面的高亲和力,能吸附在纳米材料和生物界面等多种表面上,且结构更加稳定。近年来MPN发展迅猛,在很多领域都得到了广泛的应用。本文首先概述了MPN的组装机制和组装原材料(主要是单宁酸和铁离子),简要介绍了一步共混沉积法和层层组装法两种组装方法及常见的表征方法,详细论述了MPN的抗菌性、抗氧化性、吸附性和pH值响应性等功能特性及其在食品领域的应用等,并对MPN的未来发展趋势进行了展望。  

金属-多酚网络/纤维素微纤丝复合物的制备及其抗氧化性和稳定性研究

利用Fe³⁺和单宁酸（TA）制备金属-多酚网络（MPN），并用于纤维素微纤丝（CMF）的功能化改性，以制备CMF-MPN复合物，探讨CMF与MPN制备条件对CMF-MPN复合物抗氧化性和稳定性等的影响。结果表明，MPN可赋予CMF抗氧化性，当TA与Fe³⁺质量比为4∶1、pH值为3制备的MPN添加量为2%（相对于绝干CMF质量）时，所得CMF-MPN复合物的DPPH清除率达97.0%；热重分析结果表明，CMF-MPN复合物残余质量相对于CMF提高了8.13%，但最大热降解温度略有下降；傅里叶变换红外光谱分析结果表明，CMF与MPN间的吸附为物理吸附；以CMF为载体可以提高MPN结构的稳定性，放置60天后仍能保持初始抗氧化性的80%左右，具有缓慢持续释放抗氧化因子的性能，这为开发绿色食品保鲜包装材料提供了新思路。  

无氟有机硅乳液改善纸浆模塑包装材料防水防油性能研究

以竹材化学浆和针叶木化学浆为原料制备纸浆模塑包装材料，分别将无氟有机硅乳液（En和B9）及阳离子淀粉（CS）复配改性的无氟有机硅乳液（CE3/1-B9）喷涂于纸浆模塑包装材料表面，并对喷涂前后纸浆模塑包装材料的防水防油及耐温性能进行评价。结果表明，未改性的En和B9均不能使纸浆模塑包装材料同时具有较好的防水防油及耐温性能；当有机硅乳液总用量为5 g/m²时，喷涂CE3/1-B9的纸浆模塑包装材料水接触角在5 min内仅降低7°，吸水性（Cobb30值）由508 g/m²降至3 g/m²，防油等级（Kit值）为8~9，耐温性能大幅提升；喷涂CE3/1-B9纸浆模塑餐碗的水接触角在5 min内仅降低4°~5°，Cobb30值为5~10 g/m²，Kit值为6~8，且具备较好的耐温性能。  

多糖聚合物涂层对纸基包装材料水蒸气阻隔性能的研究进展

纸基包装材料在一定湿度环境中具有较高的水蒸气渗透性，这极大地限制了其在食品包装领域的广泛应用。多糖聚合物涂层的纸基包装材料充分利用多糖聚合物良好的成膜性能和生物相容性及木质纤维材料优异的强度性能，在水蒸气高阻隔材料领域具有一定的应用潜力。本文介绍了4种常用多糖聚合物（纤维素、淀粉、壳聚糖和海藻酸盐）的理化性质，从传质小分子性质（极性和非极性）考虑，分析了多糖聚合物本身的结构特点及其在水蒸气阻隔方面存在的问题；重点探讨了通过化学改性（酯化、醚化、接枝和交联等）和使用有机/无机纳米填料（纤维素纳米晶、纳米黏土和纳米金属氧化物等）提高多糖聚合物涂层水蒸气阻隔性能的研究进展；最后，提出了多糖聚合物涂层纸基包装材料的未来研究方向及发展趋势。  

利用丙烯酸酯共聚物改善纸浆模塑包装材料防水防油性能研究

以竹化学浆和针叶木化学浆为原料制备纸浆模塑，通过辊涂或浸涂方式将改性的无氟丙烯酸酯共聚物应用于纸浆模塑材料表面，评价处理前后纸浆模塑材料的机械性能和防水防油性能。结果表明，与不添加助剂的纸浆模塑包装材料相比，利用3种丙烯酸酯共聚物均导致其机械性能略有降低，防水和防油性能显著提高；其中，Cobb值由无助剂添加时的508 g/m~2降低至15～18 g/m~2,5min后水接触角仍保持在较高水平，防油等级(Kit值)可达到8以上，但其耐热水热油性能相对较差。使用淀粉复配改性后的无氟丙烯酸酯共聚物可使纸浆模塑包装材料的Cobb值降至0.9～2.1 g/m~2，水接触角在5 min内的变化值仅为4.0°～8.2°，防油等级可达到10以上，另外其耐热水热油性能有显著改善。  

壳聚糖/聚乙烯醇改善纸基材料的水蒸气和氧气阻隔性能研究

研究了壳聚糖和聚乙烯醇在改善纸基材料水蒸气(极性气体)和氧气(非极性气体)阻隔性能上的应用效果，探讨了壳聚糖/聚乙烯醇不同质量比和不同复合方式(共混和分层)对纸基材料水蒸气和氧气阻隔性能、机械性能和涂层稳定性的影响。结果表明，随着壳聚糖和聚乙烯醇质量比的降低，纸基材料的水蒸气阻隔性能逐渐增强，同时氧气阻隔性能逐渐降低；壳聚糖/聚乙烯醇分层涂布纸的水蒸气和氧气透过量均低于壳聚糖/聚乙烯醇共混涂布纸。当壳聚糖和聚乙烯醇的质量比为1∶1时，壳聚糖/聚乙烯醇分层涂布纸的水蒸气透过量和氧气透过量分别为9.36 g/(m~2·d)和31.93cm~3/(m~2·d)；与纯壳聚糖涂布纸相比，水蒸气透过量降低了约92%，与壳聚糖/聚乙烯醇共混涂布纸相比，水蒸气透过量降低了约68%，氧气透过量降低了约67%。  

改善食品包装纸浆模塑材料的机械性能研究

为了拓展纸浆模塑餐具的纤维原料来源以及改善纸浆模塑材料的机械性能，本研究较系统地探讨了4种纤维原料的特性、打浆适应性、外添助剂及模压参数对纸浆模塑材料机械性能的影响。结果表明，与100%蔗渣浆相比，添加一定量的漂白化学竹浆、漂白化学针叶木浆、漂白化机阔叶木浆均能提升纸浆模塑材料的机械强度，其中阔叶木浆与蔗渣浆之间存在协同增效作用，相较于100%蔗渣浆，阔叶木浆与蔗渣浆以1∶1复配时使得纸浆模塑材料的抗张指数、耐破指数和挺度分别提高了22.0%、65.8%、12.4%；外添助剂中，改性淀粉的增强效果最好，相较于未添加助剂的蔗渣浆模塑材料，当其添加量为1.5%时，抗张指数、耐破指数、挺度分别提高了15.3%、28.3%、9.8%；纸浆模塑材料热压成型过程中，压力对其机械性能影响最大，实验条件下最佳模压参数为170℃、60 s、0.5 MPa。  

纸基材料水蒸气阻隔性能的研究现状及发展趋势

本课题从纸基材料（PBM）的多层级结构和物化改性方法的角度，系统阐述了PBM水蒸气阻隔性能的研究现状及发展趋势。首先，分析了水蒸气阻隔的特殊性及在PBM不同层级结构上的传输机制；其次，论述了PBM的3D网络内部结构修饰处理对水蒸气阻隔性能影响的研究进展；再次，基于PBM界面结构的改性研究，对比分析了各类阻隔性涂层对水蒸气阻隔性能的影响；最后重点总结了超疏水PBM的研究现状，分析了超疏水性能和水蒸气阻隔性能之间的协同对立关系，探讨了改善超疏水PBM水蒸气阻隔性能的必要性，并为超疏水PBM实现实际应用提出了研发思路和方向。  

PFI及超声波预处理对阔叶木溶解浆纤维性能及其黄化过程的影响

本研究对阔叶木溶解浆纤维进行PFI(磨浆)预处理和超声波(破碎)预处理,考察预处理前后对纤维长度和宽度、孔隙结构、表面形貌、纤维素结晶度和Fock反应性能的影响。结果表明,PFI预处理对纤维孔容、比表面积、纤维素结晶度和Fock反应性能影响较小,而超声波预处理(540 W/10 min)后,纤维的孔容由1.0×10-2cm3/g增加至2.2×10-2cm3/g,比表面积由5.358 m2/g增加至9.503 m2/g,纤维素结晶度从82.57%下降至76.38%,Fock反应性能由38.82%增加至49.80%。纤维在黄化试剂体系中的溶解历程主要是"鼓泡式"润胀-溶胀-溶解的过程,随着黄化反应的进行,纤维二重质均长度先下降后上升,二重质均宽度持续增加;细小纤维含量先增加后降低,纤维素结晶度不断降低,纤维素部分溶解;在黄化反应3 h过程中,纤维二重质均宽度由17.6μm增加至34.3μm,纤维素结晶度由76.38%下降至57.53%;纤维的二重质均长度在0~2 h时由0.826 mm下降至0.547 mm,3 h后增加至0.766 mm;细小纤维含量在0~2 h时由1.2%增加至6.2%,3 h后则降低至3.4%。