[發明專利]一種無氟防水防油劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111503080.9
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114086421B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 劉明華;林娜;黃文婷
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: D21H21/14
• 分類號: D21H21/14;D21H21/16;C08G77/38;C08G77/388
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學俊

本發明公開了一種無氟防水防油劑及其制備方法和在紙漿模塑中的應用，屬于精細化工領域。海藻酸鈉與聚乙二醇發生交聯改性制備防油劑，聚二甲基硅氧烷衍生物經縮合改性制備防水劑；將防水劑和防油劑復配后得到無氟防水防油劑。該防水防油劑用于紙基材料表面施膠能滿足紙漿模塑食品包裝制品的防水防油需求，制備方法簡單易行，成本低廉且環保，對人體無毒害，防水防油效果優異，解決了目前防油紙制品存在防水防油性能差的問題，適合產業化生產。

技術領域

本發明屬于精細化工領域，具體涉及一種無氟防水防油劑及其制備方法和在紙漿模塑中的應用。

背景技術

隨著社會經濟的飛速發展，生活節奏不斷加快，旅游業的迅猛發展，人們對快餐食品的消費越來越多，使一次性餐具（飯盒、碗、盤、杯）的需求迅猛增長，其中塑料因其重量較輕便、價格低廉和阻隔性好在傳統食品包裝市場中占有相當大的市場。然而，由于塑料對人體健康是有危害的，在自然界中很難降解，對環境造成嚴重的污染。我國作為紙業大國，紙制品的應用極為廣泛，近年來紙制品逐漸部分取代了難以降解的塑料制品，廣泛應用于食品、餐飲等包裝領域。自2021年1月起，我國“禁塑令”全面落地，這將加速紙業的發展。因此，質優價廉且環境友好型的紙制品包裝材料己成為社會發展的必然趨勢。

紙漿模塑制品是指以一次植物纖維或廢紙再生纖維為主要原材料，利用造紙技術，通過模具造型、熱壓干燥等工藝制成的具有一定幾何空腔結構和緩沖能力的包裝紙制品。這類紙制品能被全部回收利用，廢棄物可自然降解，同時又具備良好的緩沖性能，是典型的綠色環保包裝產品，作為發泡塑料的主要替代品被廣泛應用于包裝領域。它主要以纖維素、半纖維素、木質素三大成分為主要組分，由于紙漿模塑制品有一定的孔隙而存在易吸水、透氣性高等不足，影響著紙漿模塑制品的阻隔性。雖然在紙漿模塑成型過程中會添加一定的化學劑如松香等，但是其在改善紙漿模塑的抗水和阻隔空氣性能還是有限的。因此，為了達到防油防水效果會采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯及等傳統的塑料包裝材料制成薄膜，但這些薄膜材料在自然界難以降解或者降解極其緩慢，給人類環境造成極大的污染。目前廣泛采用氟碳化合物作為防油劑，主要含有碳原子數為6~16的全氟烷基單體，全氟烷基中碳原子的鏈越長，其具備的防水防油性能也就越好。CN 106008793A提供了一種紙張防水防油用含氟共聚物及其分散液制備方法。將含氟單體、氨基單體、羥基單體及其它單體的自由基溶液共聚以制備含氟共聚物前體，將其陽離子化，再加水分散，最后通過減壓加熱蒸出有機溶劑獲得含氟共聚物分散液。制備原料中包含有多氟烷基的含氟單體，雖賦予其良好的防油性能，但用來制備含氟類防油劑的重要原料和中間體全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）具有生物累積性，低劑量的這些物質就可能引起生物的遺傳、生殖、發育、肝臟和心血管等疾病。此外，該制備方法在后期還需加水減壓蒸發除去有機溶劑，工序相對繁瑣，不利于環保。CN 101161930A提供了一種用于紙張或紙板的防水、防油整理方面的乳液及其制備方法。將雜氧全氟烷基（甲基）丙烯酸酯單體、高級脂肪醇（甲基）丙烯酸單體、（甲基）丙烯酸羥基酯類單體在乳化劑、鏈轉移劑、引發劑存在下乳液聚合得到的含氟共聚物乳液。雖具有優異的拒水拒油性能，乳液粒徑小，但使用的全氟烷基單體很難被降解，具有多種毒性，施加量大，成本高，不利于推廣應用。含氟類防油劑有毒有害、成本昂貴以及有機溶劑使用量大等問題限制了紙基材料的進一步應用，歐盟、加拿大環保組織以及美國國家環保局等已經限制PFOA/S的使用，長鏈的含氟烷基化合物（碳原子數大于6）也被限制用于紙品的防水防油劑中。因此需要開發無毒害、對環境友好的新型防油劑，解決當前含氟防水防油劑存在的問題與不足。

生物聚合物無污染、可降解，不會對食品和環境造成危害，保證了消費者的身體健康和環境的可持續發展。以生物聚合物為主要原料來制備環保型紙張防油劑是目前防油包裝制品研究領域的一個趨勢。目前各國正在研制無毒害、對環境友好的新型防油劑，其中以生物聚合物（如多糖、蛋白質、脂類等）和硅氧烷類化合物作為主要原料所制備的防水防油劑受到越來越多的關注。已有研究表明，乳清分離蛋白、玉米醇溶蛋白、大豆分離蛋白、殼聚糖等均具有一定的防油性能。由于多糖和大多數蛋白質的親水性，對水分缺乏排斥性而聚二甲基硅氧烷 （PDMS）是一種環保型疏水性材料，當它與可再生和可生物降解的多糖結合制備紙基材料涂層時，可以提供紙基材料優異的防水防油性能。