[发明专利]一种无氟防水防油剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无氟防水防油剂及其制备方法和在纸浆模塑中的应用，属于精细化工领域。海藻酸钠与聚乙二醇发生交联改性制备防油剂，聚二甲基硅氧烷衍生物经缩合改性制备防水剂；将防水剂和防油剂复配后得到无氟防水防油剂。该防水防油剂用于纸基材料表面施胶能满足纸浆模塑食品包装制品的防水防油需求，制备方法简单易行，成本低廉且环保，对人体无毒害，防水防油效果优异，解决了目前防油纸制品存在防水防油性能差的问题，适合产业化生产。

技术领域

本发明属于精细化工领域，具体涉及一种无氟防水防油剂及其制备方法和在纸浆模塑中的应用。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，生活节奏不断加快，旅游业的迅猛发展，人们对快餐食品的消费越来越多，使一次性餐具（饭盒、碗、盘、杯）的需求迅猛增长，其中塑料因其重量较轻便、价格低廉和阻隔性好在传统食品包装市场中占有相当大的市场。然而，由于塑料对人体健康是有危害的，在自然界中很难降解，对环境造成严重的污染。我国作为纸业大国，纸制品的应用极为广泛，近年来纸制品逐渐部分取代了难以降解的塑料制品，广泛应用于食品、餐饮等包装领域。自2021年1月起，我国“禁塑令”全面落地，这将加速纸业的发展。因此，质优价廉且环境友好型的纸制品包装材料己成为社会发展的必然趋势。

纸浆模塑制品是指以一次植物纤维或废纸再生纤维为主要原材料，利用造纸技术，通过模具造型、热压干燥等工艺制成的具有一定几何空腔结构和缓冲能力的包装纸制品。这类纸制品能被全部回收利用，废弃物可自然降解，同时又具备良好的缓冲性能，是典型的绿色环保包装产品，作为发泡塑料的主要替代品被广泛应用于包装领域。它主要以纤维素、半纤维素、木质素三大成分为主要组分，由于纸浆模塑制品有一定的孔隙而存在易吸水、透气性高等不足，影响着纸浆模塑制品的阻隔性。虽然在纸浆模塑成型过程中会添加一定的化学剂如松香等，但是其在改善纸浆模塑的抗水和阻隔空气性能还是有限的。因此，为了达到防油防水效果会采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯及等传统的塑料包装材料制成薄膜，但这些薄膜材料在自然界难以降解或者降解极其缓慢，给人类环境造成极大的污染。目前广泛采用氟碳化合物作为防油剂，主要含有碳原子数为6~16的全氟烷基单体，全氟烷基中碳原子的链越长，其具备的防水防油性能也就越好。CN 106008793A提供了一种纸张防水防油用含氟共聚物及其分散液制备方法。将含氟单体、氨基单体、羟基单体及其它单体的自由基溶液共聚以制备含氟共聚物前体，将其阳离子化，再加水分散，最后通过减压加热蒸出有机溶剂获得含氟共聚物分散液。制备原料中包含有多氟烷基的含氟单体，虽赋予其良好的防油性能，但用来制备含氟类防油剂的重要原料和中间体全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）具有生物累积性，低剂量的这些物质就可能引起生物的遗传、生殖、发育、肝脏和心血管等疾病。此外，该制备方法在后期还需加水减压蒸发除去有机溶剂，工序相对繁琐，不利于环保。CN 101161930A提供了一种用于纸张或纸板的防水、防油整理方面的乳液及其制备方法。将杂氧全氟烷基（甲基）丙烯酸酯单体、高级脂肪醇（甲基）丙烯酸单体、（甲基）丙烯酸羟基酯类单体在乳化剂、链转移剂、引发剂存在下乳液聚合得到的含氟共聚物乳液。虽具有优异的拒水拒油性能，乳液粒径小，但使用的全氟烷基单体很难被降解，具有多种毒性，施加量大，成本高，不利于推广应用。含氟类防油剂有毒有害、成本昂贵以及有机溶剂使用量大等问题限制了纸基材料的进一步应用，欧盟、加拿大环保组织以及美国国家环保局等已经限制PFOA/S的使用，长链的含氟烷基化合物（碳原子数大于6）也被限制用于纸品的防水防油剂中。因此需要开发无毒害、对环境友好的新型防油剂，解决当前含氟防水防油剂存在的问题与不足。

生物聚合物无污染、可降解，不会对食品和环境造成危害，保证了消费者的身体健康和环境的可持续发展。以生物聚合物为主要原料来制备环保型纸张防油剂是目前防油包装制品研究领域的一个趋势。目前各国正在研制无毒害、对环境友好的新型防油剂，其中以生物聚合物（如多糖、蛋白质、脂类等）和硅氧烷类化合物作为主要原料所制备的防水防油剂受到越来越多的关注。已有研究表明，乳清分离蛋白、玉米醇溶蛋白、大豆分离蛋白、壳聚糖等均具有一定的防油性能。由于多糖和大多数蛋白质的亲水性，对水分缺乏排斥性而聚二甲基硅氧烷 （PDMS）是一种环保型疏水性材料，当它与可再生和可生物降解的多糖结合制备纸基材料涂层时，可以提供纸基材料优异的防水防油性能。