[发明专利]纤维质表面的生物基衍生化的方法

说明书

本发明描述了使用一种组合物处理纤维质材料的可调方法，所述组合物向所述材料提供增加的疏水性和/或疏脂性而不牺牲其生物降解性。所公开的方法提供糖脂肪酸酯在纤维质材料上的结合，包括公开内容提供通过所述方法制备的产物。如此处理的材料具有更高的疏水性、疏脂性、阻挡功能和机械性能，且可用于需要这些特征的任何应用中。

发明背景

技术领域

概括而言，本发明涉及处理含纤维质化合物(cellulosic-compound)的材料，更具体地涉及利用与纤维素结合的生物基组合物使基于纤维素的材料更疏水/疏脂，其中所述组合物和方法用于改性基于纤维素的材料(包括纸张、纸板和包装产品)的表面。

背景技术

纤维质材料在工业中作为填充剂、吸收剂和印刷组分具有广泛的应用。由于其高的热稳定性、良好的氧气阻挡功能和化学/机械弹性，其使用优于其他材料来源的使用(参见，例如，Aulin等人，Cellulose(2010)17:559-574；其全文以引证方式纳入本文)。非常实用的还有以下事实：这些材料在分散于环境中后完全可生物降解，且其完全无毒。纤维素及其衍生物是例如食品包装和一次性用品的应用中的环境友好型解决方案的选择材料。

然而，纤维素的许多优点被材料的亲水性/亲脂性抵消，所述材料对水/脂肪显示出高的亲和力并且易于与水结合(参见，例如，Aulin et al.,Langmuir(2009)25(13):7675-7685；其全文以引用方式纳入本文)。虽然这对于例如吸收剂和织物的应用是有益的，但是当需要安全包装含水/脂质的材料(例如食品)时，它却成为问题。在纤维素托盘中长期储存食物、尤其是含有大量水和/或脂肪的现成膳食是有问题的，例如，由于所述纤维素托盘首先变得潮湿，然后最终损坏。此外，由于材料的高的相对孔隙度，可能需要多个涂层来弥补在纤维质表面上保持足够涂层的不足的效果，导致成本增加。

在工业中，这个问题通常通过用某种疏水性有机材料/碳氟化合物、硅酮涂覆纤维素纤维来解决，这些物质会物理地保护下面的亲水性纤维素使其不受内容物中的水/脂质的伤害，包括防止纤维空隙中的芯吸、油脂流入褶痕，或允许释放附着材料。例如，诸如PVC/PEI/PE的材料常规地用于此目的，并且物理附着(即喷涂或挤出)在待处理的表面上。

当通过薄膜将食品密封在其容器中时遇到类似的问题。这种薄膜需要具有甚至比容器本身更严格的性能。除了对机械应力的抵抗力之外，薄膜必须足够薄以便剥离，理想地应该是透明的、抗脂质/油脂的、耐热的，并且对气体如二氧化碳、氧气、水蒸气是非渗透的、无毒的并且是疏水的。再一次地，聚合物、碳氟化合物和树脂形式的塑料代表了行业目前的解决方案。

期望设计一种疏水的和可堆肥的“绿色”生物基涂层，包括原纸/薄膜，其允许在所述纸的表面上保持涂层并防止芯吸到纤维空隙中，或在不牺牲生物降解性和/或可再循环性的情况下，以降低的成本减少材料对纤维质表面的粘附。

发明内容

本申请的公开内容涉及处理纤维质材料的方法，其包括用提供增加的疏水性和/或疏脂性且同时保持纤维质组分的生物降解性/可再循环性的组合物处理含纤维素的材料。所公开的方法提供糖脂肪酸酯(saccharide fatty acid ester,SFAE)在纤维素上的结合，并且不需要使用有机载体、碱或单独的催化剂来结合所述糖脂肪酸酯。结合反应可应用于纤维质纤维或预成型材料。

在实施方案中，公开了包含与基于纤维素的材料结合的SFAE的组合物，其中SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，并且其中水接触角在不存在任何二级疏水物的情况下实现，或者其中当基于纤维素的材料潮湿时SFAE以足够的浓度存在以对破裂力产生实质性抵抗，其中抵抗在不存在任何二级湿强度添加剂的情况下实现。在相关方面，糖脂肪酸酯含有至少一种糖和至少一种包含8至30个碳的脂族基团，并且SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料与未结合SFAE的相同材料相比是疏水的。在另一方面，SFAE可释放地或不可释放地结合至基于纤维素的材料。