焦　麗　馬金霞　戴紅旗

(南京林業(yè)大學(xué),江蘇省制漿造紙重點實驗室,江蘇南京,210037)

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氫氧化鈉-尿素-氧化鋅體系制備抗油抗菌紙的研究

焦麗馬金霞*戴紅旗

(南京林業(yè)大學(xué),江蘇省制漿造紙重點實驗室,江蘇南京,210037)

摘要：使用氫氧化鈉-尿素-氧化鋅水溶液選擇性溶解濾紙纖維,以制備自增強的抗油抗菌紙。探討了處理溫度和時間對紙張強度性能和抗油性能的影響,同時評價了制備的抗油抗菌紙對大腸桿菌和金黃色葡萄桿菌的抗菌性能。使用掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、X射線衍射儀(XRD)對紙張結(jié)構(gòu)進行表征,同時使用原子吸收分光光度計(AAS)和X射線光電子能譜(XPS)測定了紙張中氧化鋅的含量。結(jié)果表明，濾紙經(jīng)過處理后,紙張抗張指數(shù)和耐破指數(shù)均提高2倍,在24 h內(nèi)能夠完全阻止油脂滲透,對金黃色葡萄球菌具有明顯的抗菌效果,同時紙張中氧化鋅含量符合食品安全要求的范圍,此法制備的抗油抗菌高強度紙張具有作為食品包裝材料的潛力。

關(guān)鍵詞：氫氧化鈉-尿素-氧化鋅溶解體系;抗油;抗菌

隨著國家對可再生資源和可降解材料的日益關(guān)注和重視,越來越多的研究者將資源豐富的可再生資源作為研究對象,望以開發(fā)出環(huán)保價廉的材料。作為常用包裝材料之一的紙和紙板具有優(yōu)異的力學(xué)性能、價廉、環(huán)保等特點。但普通的紙和紙板因表面孔隙和內(nèi)部毛細管作用,油脂易于滲透,且易受微生物腐蝕[1-2]。因此，改善紙和紙板的抗油抗菌性能,對于擴大其作為包裝材料的應(yīng)用范圍具有重要意義。

通過表面涂布和高打漿度的方式改善紙張抗油的方法存在著環(huán)保、食品安全和成本問題[3- 6]。紙張抗油性能與其孔隙大小有關(guān),通過減少紙張孔隙可有效改善紙張抗油性能[7- 8]。纖維素纖維細胞壁由多層結(jié)構(gòu)組成,表面無序的低分子層易溶于纖維素溶劑[9]。溶解的纖維素填充在纖維孔隙間并吸附在未溶解且仍保留高結(jié)晶度和纖維長度的纖維素骨架上,從而降低紙張孔隙率，以改善紙張抗油性能和強度性能。

NaOH-尿素-ZnO體系不能完全溶解相對分子質(zhì)量較高(M>14×104)的纖維素,本研究利用該體系選擇性溶解濾紙纖維的無定形區(qū)(聚合度為860),溶解的纖維素填充于纖維孔隙間并吸附在保持紙張力學(xué)強度的未溶解纖維表面,從而形成良好界面和有效降低紙張孔隙率,以提高紙張抗油性能和強度性能；并通過NaOH-尿素-ZnO水溶液體系一步法制備自增強的抗油抗菌紙。

1實驗

1.1原料與儀器

濾紙：飛世爾牌,中細孔慢速定性P4級(聚合度為860)；NaOH、尿素、ZnO購于南京化學(xué)試劑有限公司,分析級。

WZL-300紙張力學(xué)強度測試儀，杭州輕通儀器開發(fā)公司；YQ-Z23A耐破度測定儀,中國杭州輕工檢測儀器廠；UItima TV多功能組合式X射線衍射(XRD)儀,日本株式會社理學(xué)；JSM-7600F掃描電子顯微鏡(SEM),日本電子株式會社；ZX0101007 360傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR),美國尼高力公司；TAS-990原子吸收分光光度計,北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；AXIS Ultra DLD X射線光電子能譜,英國。

1.2實驗方法

1.2.1抗油抗菌紙的制備

配制8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液(均為質(zhì)量分數(shù),下同),將濾紙浸漬在該溶液中30 s吸收飽和后取出,在一定溫度(25、0、-12、-18℃)下放置一定時間(30、60、120、180 min),使用去離子水清洗濾紙，以去除紙張表面殘余的NaOH和尿素,最后在0.1 MPa、100℃下干燥15 min。在溫度25℃、濕度50%下平衡24 h，然后測量紙張各項指標。

1.2.2紙張強度性能的測定

紙張抗張強度和耐破度分別按照TAPPI T 494 om— 01和TAPPI T 403 om— 02的方法進行測定。

1.2.3紙張抗油性能的測定

依據(jù)修訂版的TAPPI T-507—99柔性包裝材料的抗油性能測定方法進行測定。

1.2.4紙張孔隙率的測定

紙張孔隙率的測量采用介質(zhì)飽和法測定,在相同預(yù)處理條件下,乙醇飽和處理不同紙樣,8 h后取出紙樣,兩面附以濾紙并在一定壓力下吸收30 s后,迅速稱量質(zhì)量W1,之后將紙樣置于103℃恒溫箱中干燥至絕干W2,根據(jù)式(1)得到紙張孔隙率。

(1)

式中，W1為試樣飽和前的質(zhì)量；W2為試樣飽和后的質(zhì)量；V為紙張體積；d為乙醇密度。

1.2.5紙張微觀結(jié)構(gòu)的分析

(1)利用SEM分析紙張微觀結(jié)構(gòu)的變化,將抗油抗菌紙在105℃下干燥8 h,經(jīng)過切片和表面噴金后,在15.0 kV下觀察紙張的表面和橫截面形態(tài)。

(2)FT-IR分析,將制備的抗油抗菌紙放置在多功能反射頭上,測定紙張的紅外吸收光譜。

(3)采用UltimaIV型XRD儀分析濾紙纖維和經(jīng)NaOH-尿素-ZnO體系處理后紙樣纖維的結(jié)晶度變化,用鎳片消除Cu Kα輻射(40 kV,30 mA),衍射角2θ為5°～50°,步寬為0.02°,掃描速度為2°/min。本研究中纖維素的結(jié)晶度以結(jié)晶指數(shù)來衡量,采用Segal法計算纖維的結(jié)晶指數(shù)(見式(2))：

(2)

1.2.6紙張抗菌性能的測定

紙張抗菌性能的測定主要依據(jù)GB/T 20944.1—2007瓊脂平皿擴散法,采用革蘭氏染色陰性的大腸桿菌以及革蘭氏染色陽性的金黃色葡萄球菌測定紙張的抗菌性能。

1.2.7紙樣中ZnO含量和可釋放Zn2+含量的測定

紙樣中ZnO含量的測定依據(jù)HB 5219.1-21—1998中的原子吸收光譜分析法(AAS)測定鋅含量。首先繪制標準曲線,分別制備0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、4.8、6.0 mg/L Zn2+標準溶液。然后將2.000 g的紙樣在高溫爐575℃、4 h灰化后加入2 mL HCl和2 mL HNO3消解,過濾后在100 mL容量瓶中定容待測。

紙樣中可釋放Zn2+含量的測定過程為：將1 cm×1 cm的紙樣浸漬在5 mL去離子水中,在37℃振蕩器上放置20天,取出紙樣,在上述溶液中加入1 mL HCl和1 mL HNO3消解,過濾后在100 mL容量瓶中定容待測。

紙樣中Zn元素和O元素的化學(xué)結(jié)合價態(tài)通過XPS的測試結(jié)果進行確定。

2結(jié)果與討論

2.1處理溫度對紙張強度性能和抗油性能的影響

據(jù)文獻[17]報道,纖維素能夠快速溶解于在預(yù)凍(-12℃)的7%～10% NaOH-12%尿素- 0.25% ZnO溶液中,因其溶解過程是放熱反應(yīng),若溶解體系不進行預(yù)凍處理，即使溶液的成分相同,纖維素也不能溶解。在-12℃，纖維素能夠隨時間的延長不斷溶解,紙張性能隨之不斷變化。因此，本實驗探討不同處理溫度對紙張性能的影響。

圖1和圖2分別為處理溫度對紙張強度性能、孔隙率及緊度的影響。表2為處理溫度對紙張抗油性能的影響。

圖1　處理溫度對紙張強度性能的影響

圖2　處理溫度對紙張孔隙率和緊度的影響

處理溫度/℃油脂污染面積比例/%4h8h24h2586/4.397/3.3100/0560/3.076.5/2.194.5/3.2-120/00/00/0-180/00/00/0

2.2處理時間對紙張強度性能和抗油性能的影響

將濾紙置于預(yù)凍的NaOH-尿素-ZnO溶液中,隨時間的延長,濾紙纖維逐漸溶解,首先溶解是在濾紙纖維中的無定形區(qū),隨溶解時間的延長,纖維素中的結(jié)晶區(qū)也逐漸溶解,纖維素中的結(jié)晶區(qū)對紙張強度性能起到重要作用。本實驗探討不同處理時間對紙張性能的影響。圖3、圖4和表2分別為處理時間對紙張強度性能、緊度、孔隙率以及紙張抗油性能的影響。

由圖3、圖4和表2可知,隨處理時間的延長,紙張的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)及緊度增大,孔隙率逐漸降低；處理時間120 min時，在24 h內(nèi)油脂無法滲入紙張內(nèi)部。首先,濾紙浸漬水溶液后,濾紙纖維中纖維素表面的無定形區(qū)低分子鏈不斷潤脹,無定形區(qū)氫鍵逐漸被破壞形成溶解纖維,隨處理時間的延長,部分結(jié)晶區(qū)也被溶解[10,20]。溶解的纖維填充在濾紙纖維

圖3　處理時間對紙張強度性能的影響

圖4　處理時間對紙張緊度和孔隙率的影響

處理時間/min油脂污染面積比例/%4h8h24h3067/3.3589/2.1495/4.456032.5/1.6351/0.8976/3.289011.5/0.5816/0.6722/0.791200/00/00/01500/00/00/01800/00/00/0

圖5　濾紙和抗油抗菌紙的SEM圖像

孔隙間并吸附在未溶解的纖維表面,在水中凝固再生后,大量氫鍵重排從而形成良好的界面,有效減少了濾紙纖維間的孔隙和提高紙張強度[21]。由于濾紙纖維的強度性能主要取決于纖維素的結(jié)晶度,處理時間繼續(xù)延長,結(jié)晶度降低,紙張的強度性能隨之降低[22]。處理120～150 min的紙張表現(xiàn)出的強度是原紙強度的3倍,且在24 h內(nèi)完全可以阻止油脂的滲透。

2.3紙張微觀結(jié)構(gòu)的分析

為了分析紙張在-12℃中處理120 min時強度性能和抗油性能增強的原因,對抗油抗菌紙微觀結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果如圖5所示。從圖5可看出，濾紙表面和橫截面結(jié)構(gòu)疏松,孔隙較大。但經(jīng)過-12℃的8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液處理120 min后,紙張表面和橫截面結(jié)構(gòu)致密、孔隙較少。這表明在8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液中，濾紙纖維無定形區(qū)和部分結(jié)晶區(qū)溶解填充在濾紙纖維孔隙間和吸附在未溶解的纖維素骨架上,在水中再生后,形成大量氫鍵，減少了孔隙，使結(jié)構(gòu)致密。此外，介質(zhì)飽和法測定紙張的孔隙率由61.0%降到15.4%。

為分析經(jīng)過8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液處理后,紙張纖維素分子基團和結(jié)晶度的變化,對抗油抗菌紙和濾紙進行了FT-IR掃描,結(jié)果如圖6所示。從圖6可知,抗油抗菌紙在3400 cm-1處出現(xiàn)了分子內(nèi)羥基伸縮振動特征峰,特征峰變寬和向低波數(shù)方向移動,表明纖維素分子鍵間氫鍵增多。濾紙纖維表面無定型區(qū)和部分結(jié)晶區(qū)溶解,分子間和分子內(nèi)氫鍵被破壞,在水中再生時大量的分子間氫鍵重新生成。此外，經(jīng)過8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液處理后,濾紙纖維的一些特征峰出現(xiàn)偏移。如濾紙纖維特征峰從1430、1111和895 cm-1處偏移至1420、1007和893 cm-1處。這表明經(jīng)過處理后,纖維素結(jié)晶區(qū)由Ⅰ向Ⅱ轉(zhuǎn)變。吸收峰由1430 cm-1處偏移至1420 cm-1處表明纖維素Ⅱ和無定形區(qū)增多。吸收峰由895 cm-1處偏移至893 cm-1處表明纖維素晶體Ⅰ的減少[23-24]。因此，通過FT-IR譜圖可知，濾紙纖維經(jīng)8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液處理后結(jié)晶區(qū)減少,無定形區(qū)增多,分子間氫鍵增多,有效減少了紙張孔隙,在溶解纖維和未溶解纖維之間形成良好界面,減少應(yīng)力集中，進而提高紙張強度。

圖7為濾紙和抗油抗菌紙的XRD圖。由圖7可知,濾紙纖維在14.7°、16.6°、22.7°處顯示3個最強峰,是纖維素Ⅰ晶型的特征峰；抗油抗菌紙在12.3°、20.3°、22.0°處顯示出3個最強峰,是纖維素Ⅱ晶型的特征峰[16]。由此可知，纖維素在8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液中發(fā)生了纖維素晶型的轉(zhuǎn)變,結(jié)晶度由80%下降到53%。濾紙纖維在8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液中無定形區(qū)潤脹溶解后,部分結(jié)晶區(qū)也被溶解,導(dǎo)致結(jié)晶指數(shù)降低。溶解纖維的無定形區(qū)增加、游離羥基增多和填充在未溶解纖維骨架中的結(jié)合面積增大,有利于紙張緊度、抗張指數(shù)和耐破指數(shù)的提高。

圖6　濾紙和抗油抗菌紙的FT-IR圖

圖7　濾紙和抗油抗菌紙的XRD圖

圖8　濾紙和抗油抗菌紙對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果

圖9　濾紙和抗油抗菌紙的XPS圖

2.4紙張抗菌性能評價

圖8為濾紙和抗油抗菌紙對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果。如圖8所示,經(jīng)8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液處理后的紙樣在黑暗和光照下對金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出相似大小的抑菌環(huán),但對大腸桿菌的效果卻不明顯。A.Azam等[25]研究發(fā)現(xiàn)，ZnO顆粒對金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出的抑菌環(huán)比對大腸桿菌表現(xiàn)出的抑菌環(huán)大,這可能是因為大腸桿菌比金黃色葡萄球菌具有更強的抗殺力。水溶液中含有4.45×10-5～1.25×10-3mmol/L ZnO顆粒在黑暗條件下才對大腸桿菌表現(xiàn)出明顯的抑菌性。在本實驗中,大腸桿菌周圍沒有出現(xiàn)明顯的抑菌環(huán)，可能因為紙樣中ZnO含量少和大腸桿菌具有較高的抗殺力。ZnO的抗菌機理目前還有爭議。ZnO抗菌機理有以下幾種情況：光催化ZnO釋放活性氧(ROS)損壞DNA、細胞膜、細胞蛋白等導(dǎo)致細胞死亡；ZnO與水反應(yīng)產(chǎn)生活性氧產(chǎn)物如H2O2、HO·等,也屬于光催化產(chǎn)生的ROS；Zn2+溶出造成糖酵解跨膜質(zhì)子轉(zhuǎn)移和耐酸性；ZnO吸附在細菌細胞壁表面或在細胞質(zhì)內(nèi)累積造成細胞膜和內(nèi)部細胞成分(如DNA)受損。為了研究紙樣中Zn2+的溶出對抗菌效果的影響,測定了紙樣中Zn2+的溶出量,但通過FAAS沒有檢測到從紙樣中溶出Zn2+表現(xiàn)出的吸收峰,表明ZnO能夠牢固在紙張纖維表面[15,26-30]。

Berdan等[31-32]認為，Zn2+對于金黃色葡萄球菌的最低抑菌濃度不低于80 mg/L。由FAAS結(jié)果可知,紙樣中溶出的Zn2+含量低于Zn2+抑菌或殺菌的濃度(2 mg/L)。由此認為，紙樣中ZnO產(chǎn)生抗菌效果可能是由ZnO產(chǎn)生了活性氧類物質(zhì),如ZnO和水反應(yīng)產(chǎn)生HO·,當(dāng)2個HO·相結(jié)合時產(chǎn)生H2O2而具有抗菌性。

圖9為濾紙和抗油抗菌紙的XPS圖。由圖9可知,經(jīng)過8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液處理后,紙樣的XPS圖譜不僅出現(xiàn)了C1s和O1s峰,還出現(xiàn)了Zn 2p、Zn 3s、Zn 3p和Zn 3d峰,表明處理后紙樣中不僅含有C、O元素，還含有Zn元素。其中，Zn 2p3和Zn 2p1峰的結(jié)合能分別為1022.3 eV和1045.4 eV,相差22.9 eV,意味著存在ZnO[31-33]。

此外，使用FAAS測試了處理紙樣中保留的ZnO含量；每克纖維素中含有4.36 μg ZnO；由于ZnO含量較少,在FT-IR圖和XRD圖中沒有出現(xiàn)ZnO的特征峰。ZnO對老鼠的半數(shù)致死量大于2000 mg/kg[34-36],因此，紙樣中殘留的ZnO在安全使用范圍內(nèi),即制備的抗油抗菌紙具有作為食品包裝材料的潛力。

3結(jié)論

實驗采用NaOH-尿素-ZnO水溶液體系選擇性溶解濾紙纖維,制備自增強的抗油抗菌紙；主要探討了不同溶解條件對紙張抗油、抗菌、強度性能及其形態(tài)變化的影響。

(1)制備抗油抗菌紙的關(guān)鍵工藝是使用纖維素溶解體系在濾紙表面選擇性溶解，形成均勻基質(zhì)相吸附在未溶解纖維骨架上,溶解的纖維填充于纖維孔隙中增強纖維間的結(jié)合力和降低孔隙率,進而改善紙張的強度性能和抗油性能。

(2)使用8%NaOH-12%尿素- 0.25%ZnO水溶液體系在-12℃中處理濾紙120 min,制備得到的抗油抗菌紙具有最佳的強度性能、抗油及抗菌性能。該抗油抗菌紙的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)是未處理紙張的3倍,在24 h內(nèi)具有完全阻止油脂滲透的能力,且對金黃色葡萄球菌也具有明顯的抗菌效果。

參考文獻

[1]Khaoula khwaldia Elmira A-T, Stephane Desobry. Biopolymer coatings on paper packaging materials[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2010(9): 82.

[2]Cha D S, Chinnan M S. Biopolymer-Based Antimicrobial Packaging: A Review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2004, 44: 223.

[3]Ham-Pichavant F, Sèbe G, Pardon P, et al. Fat resistance properties of chitosan-based paper packaging for food applications[J]. Carbohydrate Polymers, 2005, 61: 259.

[4]Kjellgren H, G?llstedt M, Engstr?m G, et al. Barrier and surface properties of chitosan-coated greaseproof paper[J]. Carbohydrate Polymers, 2006, 65: 453.

[5]HENRIK KJELLGREN G E. The relationship between energy requirement and barrier properties in the production of greaseproof paper[J]. TAPPI JOURNAL, 2005(4): 8.

[6]Raheem D. Application of plastics and paper as food packaging materials-an overview[J]. Emirates Journal of Food and Agriculture, 2012, 25: 177.

[7]Ma Jinxia, Zhou xiaofan, Xiao Huining. Effect of NaOH/urea solution on enhancing grease resistance and strength of paper[J]. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 2014, 29: 246.

[8]Kjellgren H. Barrier properties of greaseproof paper[D]. Karlstad: Karlstad University, 2005.

[9]Bruno Medronho B L. Brief overview on cellulose dissolution/regeneration interactions and mechanisms[J]. Advance in Colloid and Interface Science, 2014(222): 502.

[10]Cai J, Zhang L, Chang C, et al. Hydrogen-bond-induced inclusion complex in aqueous cellulose/LiOH/urea solution at low temperature[J]. Chemphyschem, 2007(8): 1572.

[11]劉睿, 韓卿, 錢威威. 纖維在NaOH-尿素體系中的溶解性能[J]. 中國造紙, 2015, 34(7): 18.

[12]吳翠玲, 李新平, 秦勝利. 纖維素溶劑研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J]. 中國造紙學(xué)報, 2004, 19(2): 171.

[13]龍柱, 鄧海波, 李中石, 等. 4種天然纖維素在氫氧化鈉-尿素-水體系中的溶解差異[J]. 中國造紙學(xué)報, 2012, 27(3): 43.

[14]Yang Quanling, Qi Haisong, Lue Ang, et al. Role of sodium zincate on cellulose dissolution in NaOH/urea aqueous solution at low temperature[J]. Carbohydrate Polymers, 2011, 83: 1185.

[15]He L, Liu Y, Mustapha A, et al. Antifungal activity of zinc oxide nanoparticles againstBotrytiscinereaandPenicilliumexpansum[J]. Microbiol Res, 2011, 166: 207.

[16]Wang Y, Deng Y. The kinetics of cellulose dissolution in sodium hydroxide solution at low temperatures[J]. Biotechnol Bioeng, 2009, 102: 1398.

[17]Cai Jie, Zhang Lina, Liu Shilin, et al. Dynamic Self-Assembly Induced Rapid Dissolution of Cellulose at Low Temperatures[J]. Macromolecules, 2008, 41: 9345.

[18]Zhang S, Li F-X, Yu J-y, et al. Dissolution behaviour and solubility of cellulose in NaOH complex solution[J]. Carbohydrate Polymers, 2010, 81: 668.

[19]Wei Yuping, Cheng Fa, Hou Guili, et al. Amphiphilic cellulose-Surface activity and aqueous[J]. Reactive & Functional Polymers, 2008, 68: 981.

[20]王志杰, 王李. NaOH-尿素體系對棉纖維潤脹性能的影響[J]. 中國造紙, 2015, 34(8): 24.

[21]Zhang Lina, Mao Yuan, Zhou Jinping, et al. Effects of Coagulation Conditions on the Properties of Regenerated Cellulose Films Prepared in NaOH/Urea Aqueous Solution[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2005, 44: 522.

[22]Brahim S B, Cheikh R B. Influence of fibre orientation and volume fraction on the tensile properties of unidirectional Alfa-polyester composite[J]. Composites Science and Technology, 2007, 67: 140.

[23]Oh S Y, Yoo D I, Shin Y, et al. FTIR analysis of cellulose treated with sodium hydroxide and carbon dioxide[J]. Carbohydrate Research, 2005, 340: 417.

[24]Carrillo F, Colom X, Suol J J, et al. Structural FTIR analysis and thermal characterisation of lyocell and viscose-type fibres[J]. European Polymer Journal, 2004, 40: 2229.

[25]Azam A, Ahmed A S, Oves M, et al. Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive and Gram-negative bacteria: a comparative study[J]. Int J Nanomedicine, 2012, 7: 6003.

[26]ByGuy Applerot A L, Rachel Dror, Nina Perkas, et al. Enhanced Antibacterial Activity of Nanocrystalline ZnO[J]. Advance Functional Material, 2009, 19: 842.

[27]Espitia P J P, Soares N d F F, Coimbra J S d R, et al. Zinc Oxide Nanoparticles: Synthesis, Antimicrobial Activity and Food Packaging Applications[J]. Food and Bioprocess Technology, 2012, 5: 1447.

[28]Raghupathi K R, Koodali R T, Manna A C. Size-dependent bacterial growth inhibition and mechanism of antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles[J]. Langmuir, 2011, 27: 4020.

[29]Xie Y, He Y, Irwin P L, et al. Antibacterial activity and mechanism of action of zinc oxide nanoparticles againstCampylobacterjejuni[J]. Appl Environ Microbiol, 2011, 77: 2325.

[30]Zhang L, Jiang Y, Ding Y, et al. Mechanistic investigation into antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanoparticles againstE.coli[J]. Journal of Nanoparticle Research, 2009, 12: 1625.

[31]Berdan Aydin Sevinc, Luke Hanley. Antibacterial activity of dental composites containing zinc oxide nanoparticles[J]. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, 2010, 94B: 22.

[32]Sawai J. Quantitative evaluation of antibacterial activities of metallic oxide powders(ZnO, MgO and CaO) by conductimetric assay[J]. Journal of Microbiological Methods, 2003, 54: 177.

[33]Chennakesavulu K, Reddy M M, Reddy G R, et al. Synthesis, characterization and photo catalytic studies of the composites by tantalum oxide and zinc oxide nanorods [J]. Journal of Molecular Structure, 2015, 1091: 49.

[34]Andre Nel, Tian Xia, Lutz Madler, et al. Toxic Potential of Materials at the Nanolevel [J]. Science, 2006, 311: 622.

[35]Lab S. Material Safety Data Sheet Zinc oxide MSDS[OL]. http://wwwsciencelabcom.2013.

[36]Stella W Y, Wong Priscilla. Toxicities of nano zinc oxide to five marine organisms: influences of aggregate size and ion solubility[J]. Anal Bioanal Chem, 2010， 396: 609.

(責(zé)任編輯：常青)

Preparation of Antibacterial and Oil-resistant Paper Using a NaOH-urea-ZnO Solution

JIAO LiMA Jin-xia*DAI Hong-qi

(DepartmentofPulpandPaperScienceandTechnology,NanjingForestryUniversity,Nanjing,JiangsuProvince, 210037) (*E-mail: jxma@njfu.edu.cn)

Abstract：The surface of filter paper was selective dissolved using NaOH-urea-ZnO (mass ratio of 8∶12∶0.25) aqueous solution. The effects of processing time and temperature on the mechanical properties of the paper were evaluated. The paper was characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). The content of ZnO in sample was measured by Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The oil-resistance and antibacterial properties of the produced paper were also investigated. The results showed that the tensile and burst strengths of the paper were 2 times higher than that of the original at an optimum processing condition. Meanwhile, the treated paper was completely oil-resistant within 24 h and demonstrated good antibacterial properties when exposed to Staphylococcus aureus. The residual zinc oxide content in the paper could meet the safety regulation of food packaging. The prepared antibacterial and oil-resistant paper has good potential to be packaging material.

Keywords：NaOH-urea-ZnO solvent; oil-resistant; antibacterial

中圖分類號：TS761

文獻標識碼：A

文章編號：1000- 6842(2016)01- 0013- 07

作者簡介：焦麗,女，1987年生；在讀博士研究生；主要研究方向：造紙化學(xué)品。*通信聯(lián)系人：馬金霞,E-mail:jxma@njfu.edu.cn。

收稿日期：2015-10-23

本課題得到國家自然科學(xué)基金(31470599)、江蘇省優(yōu)勢學(xué)科(PAPD)、南京林業(yè)大學(xué)博士論文創(chuàng)新基金和江蘇省創(chuàng)新工程(KYZZ15- 0254)的資助。