一种改性汉麻纤维抑菌乳霜纸及其制备方法与流程

本发明涉及造纸，尤其涉及一种改性汉麻纤维抑菌乳霜纸及其制备方法。

背景技术：

1、乳霜纸是以针叶木浆、阔叶木浆等植物纤维为基材，经抄造、干燥、起皱后，于表面涂布甘油类保湿乳霜而制得的功能性擦拭用纸，因其良好的柔软性和保湿性能，广泛用于母婴护理、敏感肌护理及女性私密护理等场景。部分宣称具有抑菌功能的纸巾产品，通常通过在纸浆湿端添加杀菌剂或在成品纸表面涂布抑菌剂的方式实现抗菌效果。

2、然而，现有乳霜纸产品仍存在以下技术缺陷：其一，常规乳霜纸仅具备柔软、保湿功能，不具备抑菌能力。由于纸张中含有的甘油等保湿油脂成分及纤维本身吸附的水分，在储存和使用过程中易滋生细菌和霉菌，导致产品存在卫生安全隐患，用于婴幼儿、敏感肌肤及私密部位擦拭时可能引发皮肤刺激或过敏反应。其二，现有具备抑菌功能的纸巾多采用盐酸聚六亚甲基胍、苯扎氯铵、尼泊金酯、甲基异噻唑啉酮等化学合成抑菌剂，该类成分对皮肤黏膜具有一定刺激性，难以满足母婴及敏感人群对低刺激、高安全性的使用需求。

3、汉麻纤维天然含有萜烯类等活性成分，具有公认的抑菌、抗菌特性，且对皮肤温和无刺激，具备作为天然抑菌功能材料引入纸制品的潜力；同时汉麻纤维独有的中空内腔且表面多级微孔复合结构，形成三维毛细吸附通道，相比实心木浆纤维具备更强的乳液吸附容量与物理锁存能力。已有研究尝试将汉麻纤维引入纸制品领域以赋予纸张天然抑菌功能。

4、但原生汉麻纤维存在诸多固有缺陷，制约其在乳霜纸原纸中的应用：其一，原生汉麻纤维手感偏硬，单纤维粗、有刺感，直接用于纸张抄造会导致纸张手感粗糙，不适合作为乳霜纸原纸使用；其二，未经深度脱胶的汉麻纤维含有大量果胶、木质素，这些杂质会影响纤维的分散性和纸张的匀度，同时使纸张偏黄、偏硬；其三，原生汉麻单纤维线密度较大，与木浆纤维的结合力弱，直接混抄时易导致纸张强度下降和纤维分布不均。上述问题使得原生汉麻纤维无法直接用于乳霜纸原纸的湿法抄造。

5、此外，现有常规汉麻纸仅依靠物理孔隙吸附乳霜，纤维表面活性基团少，乳霜仅简单附着在纤维表面，擦拭时极易脱落流失，长效保湿能力不足。现有汉麻纤维纸制品方案未解决纤维手感问题，且未与乳霜纸工艺结合，无法实现抑菌与保湿护肤功效的协同。

6、鉴于此，现有技术亟需一种既能够利用汉麻天然抑菌成分、无需添加化学抑菌剂，又能保证纸张柔软度、结合强度、抄造稳定性及长效保湿能力的乳霜纸及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种改性汉麻纤维抑菌乳霜纸的制备方法，通过超声紫外辐射碱处理、冷冻骤热膨化和复合酶解的协同改性，在保留汉麻纤维天然抑菌活性成分的同时使其均匀分布于原纸内部，赋予产品持久、低刺激的抑菌功能；冷冻骤热膨化疏松纤维分子排列、复合酶解去除刚性胶质，使柔软度显著提升，达到市售乳霜纸亲肤标准；复合酶解增生的亲水基团增强纤维间氢键结合力，配合打浆分丝帚化促进物理交织，使纸张强度优于或接近纯木浆产品；乳霜配方不含化学抑菌剂和酒精，对皮肤刺激性极低。尤其重要的是，汉麻纤维天然中空微孔结构可物理截留乳霜，复合酶解后表面高密度亲水基团与乳霜多元醇形成分子氢键，构建物理锁存与化学键合双重锁润体系，相较纯木浆纸仅靠简单物理吸附，本发明乳霜与原纸结合强度显著提升，保湿成分不易脱落流失，且微孔结构使乳霜均匀渗透至纸层内部，避免局部油腻。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一方面，提供了一种改性汉麻纤维抑菌乳霜纸的制备方法，包括以下步骤：

3、对汉麻原料依次进行超声水煮、酸浸、在含硫酸镁的碱性处理液中进行超声紫外辐射碱处理、冷冻骤热膨化处理、复合酶解深度脱胶和打浆分丝帚化，得到改性汉麻纤维；

4、将所述改性汉麻纤维与针叶木浆、阔叶木浆混合配浆，并添加造纸助剂，经抄造形成湿纸幅，再经压榨脱水、烘缸干燥和起皱，得到原纸；

5、将保湿乳霜涂布于所述原纸表面，经熟化，得到所述抑菌乳霜纸。

6、通过上述技术方案，超声水煮使纤维润胀疏松，初步去除水溶性杂质；酸浸进一步去除金属离子等杂质；含硫酸镁的碱性处理液中进行的超声紫外辐射碱处理，利用碱性处理液充分浸润纤维，处理液中游离态镁离子与纤维素表面羟基形成配位键，在纤维素表面形成金属络合物膜，避免紫外辐射对纤维分子结构的破坏，同时产生过氧化氢对纤维中的色素进行消色处理，提升白度；冷冻骤热膨化处理中，纤维表面胶质在骤冷骤热过程中产生形变剥离，胶质内部形成大量裂纹，同时热蒸汽进入纤维内部使纤维素分子排列变得疏松，纤维更易弯曲，显著提升柔软度；复合酶解通过生物酶进一步分解残留果胶和木质素，使纤维表面生成大量羟基、羧基亲水基团，显著提升纤维与木浆纤维的氢键结合能力；打浆分丝帚化使纤维产生大量细纤丝，增强纤维缠绕交织能力。

7、改性后的汉麻纤维与针叶木浆、阔叶木浆混合，其中针叶木长纤构成三维网络骨架，阔叶木短纤填充空隙赋予柔软度，改性汉麻纤维作为功能性组分嵌入网络中。涂布的保湿乳霜在低温熟化过程中缓慢渗透、均匀铺展，形成润滑层。因此，超声紫外辐射碱处理脱除胶质并提升白度，冷冻骤热膨化疏松纤维分子排列提升柔软度，复合酶解生成亲水基团增强结合力，打浆分丝帚化增强物理交织；改性汉麻纤维的中空多孔结构用于物理吸附锁存乳霜保湿成分，纤维表面羟基、羧基亲水基团与乳霜中甘油、丙二醇等多元醇形成分子间氢键，实现物理微孔锁存与化学亲水键合的双重锁润机制。

8、进一步地，所述复合酶解深度脱胶为：以木质素酶和果胶酶复配的复合酶液进行酶解，木质素酶与果胶酶的质量比为7:7~9:9，酶液与纤维质量比为30:1~34:1，酶解温度为54℃~56℃，酶解时间为118~120min。

9、通过上述技术方案，果胶酶催化断裂果胶分子中α-1,4糖苷键，将不溶性的高分子果胶降解为水溶性的低聚半乳糖醛酸和半乳糖醛酸单体。木质素酶催化氧化断裂木质素分子中的β-o-4醚键和c-c键，将大分子木质素降解为小分子片段。两种酶协同作用，在纤维表面产生温和的生物刻蚀效应，将碱处理和冷冻骤热膨化后残余的果胶和木质素彻底清除，同时在纤维表面原位生成新的羟基和羧基亲水基团。54~56℃为两种酶的最适作用温度窗口，118~120min的酶解时间确保反应充分进行。

10、进一步地，所述打浆分丝帚化控制打浆度50°sr~60°sr。在盘磨机的剪切和挤压作用下，纤维细胞壁的外层发生撕裂和剥离，暴露出细胞壁内部由微细纤维组成的网状结构。分丝帚化使单根纤维的表面积增大数倍至数十倍，表面暴露的羟基数量也随之倍增，为后续与木浆纤维的氢键结合提供更多的结合位点。50°sr～60°sr的打浆度使纤维充分分丝帚化但又不过度切断，纤维平均长度控制在1.2mm~2.2mm。

11、进一步地，所述超声水煮为：68℃~72℃、30khz~40khz，料液比1:38~1:42，处理98~102min；所述酸浸为：48℃~52℃、2.4g/l~2.7g/l硫酸溶液浸泡89~91min。超声波的物理空化效应产生的微射流和冲击波作用于纤维表面，使纤维细胞壁发生润胀，纤维间的非结构性连接被打开，同时将附着于纤维表面的水溶性杂质和部分低分子量果胶从纤维表面剥离，进入水相。68~72℃的温度范围使纤维细胞壁充分润胀，同时避免过高温度导致纤维素发生热降解或汉麻中萜烯类抑菌活性成分的过度挥发。氢离子渗透进入纤维细胞壁的非结晶区，与纤维素分子链上的羟基形成氢键，削弱纤维素分子链间的结合力，使纤维细胞壁进一步润胀疏松，为后续处理中化学试剂和生物酶的渗透提供通道。同时，酸性环境可溶解部分矿物质和金属离子杂质，减少后续碱处理中金属离子对纤维素造成的不良影响。

12、进一步地，所述超声紫外辐射碱处理中：紫外辐射波长270nm~290nm，超声频率38khz~42khz，处理8~12min。所述碱处理中的碱性处理液包含硫酸镁、硅酸钠、三聚磷酸钠、亚硫酸钠和氢氧化钠。氢氧化钠提供的强碱性环境使纤维中的果胶和木质素发生碱性水解，酯键断裂后生成水溶性小分子而溶出。紫外辐射产生的光量子能量可激活纤维表面的化学键，加速碱液对胶质的水解反应速率，同时紫外光激发水分子和溶解氧产生羟基自由基等活性氧物种，对纤维中的色素基团进行氧化消色。超声波的物理振荡作用促进碱性处理液在纤维束内部的渗透和扩散，并将反应生成的降解产物从反应界面及时移除。硫酸镁在碱性条件下生成的氢氧化镁胶体与纤维素表面形成配位键，在纤维素表面形成金属络合物膜，避免紫外辐射对纤维分子主链的直接攻击和损伤。

13、进一步地，所述改性汉麻纤维、针叶木浆和阔叶木浆的质量比为10~20:20~25:55~70；所述改性汉麻纤维平均长度1.2mm~2.2mm，所述针叶木浆纤维长度2.8mm~3.4mm、打浆度26°sr~30°sr，所述阔叶木浆纤维长度0.9mm~1.2mm、打浆度22°sr~26°sr。纸张的物理性能由纤维网络的结构决定；针叶木纤维细长、壁厚、柔韧性好，主要作为骨架纤维以提供湿强度和抗张强度。阔叶木纤维短、壁薄、宽度大，主要作为填充纤维以提供柔软度和匀度。改性汉麻纤维兼具功能性抑菌和锁水双重角色，但其本质仍为草本纤维，刚性较强、韧性相对不足。10%～20%的汉麻添加比例是在不破坏针叶木骨架和阔叶木填充结构完整性的前提下，三类纤维在三维空间中形成互补型网络结构。

14、进一步地，所述造纸助剂包括湿强剂、分散剂和柔软剂中的至少一种；

15、和/或，所述湿强剂为pae湿强剂，添加量为纤维总质量的0.5%~1.5%；

16、和/或，所述分散剂为聚丙烯酸钠，添加量为纤维总质量的0.2%~0.5%；

17、和/或，所述柔软剂为有机硅柔软剂，添加量为纤维总质量的0.3%~0.8%；

18、通过上述技术方案，聚酰胺环氧氯丙烷树脂pae分子中的氮杂环丁烷鎓基团和环氧基团在纸张干燥过程中与纤维素羟基发生交联反应，在纤维间形成不溶于水的三维交联网络，显著提高纸页湿态下的强度。聚丙烯酸钠作为阴离子型高分子分散剂，吸附于纤维表面后通过静电排斥作用阻止纤维间的非选择性聚集，尤其对刚性的汉麻纤维具有定向分散效果。有机硅柔软剂分子中的硅氧烷主链具有极低的表面能和极高的链段柔顺性，吸附于纤维表面后降低纤维之间的摩擦系数，同时赋予纤维表面滑爽的触感。

19、进一步地，所述保湿乳霜的原料，按重量份计，包括甘油70~90份、丙二醇3~6份、植物甾醇0.5~1.2份、非离子表面活性剂0.1~0.3份、去离子水10~20份；所述保湿乳霜中不含化学抑菌剂和酒精。甘油和丙二醇均为多元醇类保湿剂，其分子中的多个羟基通过氢键与水分子结合，具有较强的吸湿性和保水性，在纸张表面形成水库效应，持续向角质层释放水分。更重要的是，甘油和丙二醇分子中的羟基可与改性汉麻纤维表面的大量羟基、羧基亲水基团发生分子间氢键缔合，形成稳定的纤维-乳霜界面结合层。植物甾醇具有与皮肤胆固醇相似的甾体骨架结构，能够嵌入皮肤角质层的脂质双分子层中，修复受损的皮肤屏障，同时提供润滑和舒缓效果。非离子表面活性剂降低乳霜体系的界面张力，确保各组分均匀分散，并在涂布过程中赋予乳霜良好的铺展性和润湿性。该配方不包含任何化学抑菌剂和酒精，从源头上消除了刺激性源，同时不干扰亲水基团与保湿组分的键合作用。

20、进一步地，所述涂布为双面辊涂，涂布速度80m/min~100m/min，涂布量为所述原纸质量的25%~35%；所述熟化在10℃~40℃条件下进行24~72h。双面辊涂确保纸张两面均具有保湿功能。低温熟化过程中，乳霜充分渗入汉麻纤维中空微孔完成物理吸附，同时纤维表面亲水基团与甘油、丙二醇完成氢键缔合，提升乳霜附着牢固度。

21、最后，提供了一种改性汉麻纤维抑菌乳霜纸，其是由上述的制备方法制得。

22、有益效果

23、本发明以改性汉麻纤维的天然抑菌活性为核心，不添加任何化学合成抑菌剂和酒精。抑菌成分源自汉麻自身所含的萜烯类等活性成分，在改性过程中得到保留，且均匀分布于原纸纤维网络内部，不同于表面附着的化学抑菌剂，抑菌效果更持久。

24、原生汉麻纤维粗硬、挺度高，直接用于造纸会导致成品手感粗糙。本发明通过冷冻骤热膨化处理使纤维分子排列疏松、更容易弯曲，配合复合酶解去除刚性胶质，改性后汉麻纤维柔软度显著提升。复合酶解增加纤维表面亲水基团，增强汉麻纤维与木浆纤维的氢键结合力；打浆分丝帚化促进纤维间的物理交织缠绕。

25、汉麻纤维天然中空内腔且表面多级微孔构成三维毛细吸附网络，可物理截留、储存大量乳霜保湿组分；同时经复合酶解改性后纤维表面生成高密度羟基、羧基亲水基团，能与乳霜中甘油、丙二醇等多元醇形成稳定分子氢键，构建物理微孔锁存与化学亲水键合双重结合体系。相较于纯木浆乳霜纸仅依靠简单物理吸附，本发明乳霜与原纸结合强度显著提升，擦拭、摩擦过程中保湿成分不易快速脱落流失，润肤持久度大幅提升；且微孔结构可使乳霜均匀渗透至纸层内部，不会出现局部油腻、乳霜分布不均的问题。通过对汉麻纤维长度及各浆料配比的精准控制，配合聚丙烯酸钠分散剂的定向分散作用，有效避免了刚性汉麻纤维在浆料中的絮聚和缠结，消除了纸面麻点和克重波动，生产工艺稳定可控，适合规模化连续生产。