一种阻隔疏水纸基涂料的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种阻隔疏水纸基涂料的制备方法包括以下步骤：(1)制备改性纳米纤维素：水解正己基三甲氧基硅烷、制取醇类溶剂，搅拌后加入纳米纤维素纤维。(2)制备阻隔疏水纸基涂料：在水性丙烯酸酯乳液中加入改性纳米纤维素进行机械共混。本发明专利技术公开了实施上述方法的阻隔疏水纸基涂料，其包括改性纳米纤维素及水性丙烯酸酯乳液，本发明专利技术还公开了该涂料的应用方法，本发明专利技术提供的方法具有绿色环保、制造工艺简易、成本低、效率高等优点；所得涂料具有优良的疏水和阻隔空气的性能，扩大了食品包装纸在食品包装中的应用。此外，本发明专利技术应用方法简便，应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种阻隔疏水纸基涂料的制备方法及应用
本专利技术属于水性涂料
，特别涉及应用于一种阻隔疏水纸张涂料的制备方法及应用。
技术介绍
在纸、塑料、玻璃、金属四大包装材料中，纸质包装材料可生物降解，最具有环保特性，其消耗量占包装材料总消耗量的50％。但是纸张本身疏松多孔并不具备阻隔性，这就需要对纸张进行后加工，使其具有阻隔性能。通常纸张获得阻隔性的方法有浸渍加工、复合技术和阻隔性涂布，前两种方法对纸张的回用较为困难，所以目前的发展趋势是采用阻隔性涂料进行涂布。而阻隔性涂布通常有挤出式涂布、涂蜡以及水性聚合物涂布，其中挤出式涂布和涂蜡方法中的纸张不可回收，而水性聚合物涂布的涂料主要有三类：合成类聚合物、生物聚合物和聚合物/纳米粘土复合材料。为了满足环境友好的需求，可再生和可生物降解的天然生物聚合物涂布，如淀粉、壳聚糖、蛋白、纳米纤维素等已成为近年来纸基涂布材料研究的热点。其中淀粉成膜较脆、亲水、阻隔性能低于纳米纤维素。壳聚糖亲水，产量低于纳米纤维素、阻隔性能也低于纳米纤维素。而蛋白仅阻隔油不阻隔小分子气体。因此纳米纤维素在纸基涂布材料中具有良好的应用前景。纳米纤维素主要具有资源丰富、可再生、机械强度高、阻隔性强、大的长径比和比表面积、弹性模量高等优点。但其表面存在大量的羟基基团，使其具有强亲水性和强极性，从而限制了它作为纸基涂布材料的推广应用。近年来，为了获得阻隔疏水纸基涂料，对纳米纤维素进行疏水改性后涂布的研究已成为一大热点。专利CN201810193953.2报道了一种纳米纤丝纤维素表面疏水改性方法，该方法采用烯基琥珀酸酐或烷基烯酮二聚体，取代纳米纤维素中的部分羟基、羧基等亲水性基团，接枝在纳米纤维素表面，从而达到改变纳米纤维表面能的目的，使其由超亲水转变为疏水，最大的接触角达到118°，但其操作过程中使用了有毒有害的有机溶剂，将造成对环境的污染。专利CN201710000299.4报道了一种疏水改性纳米纤维素的制备方法，该方法采用丙烯酰胺与纳米纤维素反应，并在有机溶剂体系与疏水性化合物进行反应，得到疏水改性的羧乙基纤维素，可应用于纸基包装，但其操作过程中使用了有毒有害的有机溶剂，因此将造成对环境的污染。专利CN201710734678.6报道了一种通过化学键键合的KH560修饰纳米纤维素晶体的方法，该方法采用KH560环氧基的开环与纳米纤维素表面的羟基发生反应，使得KH560通过化学键键合至纳米纤维素晶体的表面，得到疏水改性的样品，但其操作过程极为复杂，反应条件苛刻，很难控制。为此，有必要提供一种新型的阻隔疏水纸基涂料及其制备方法来克服上述技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的上述的不足，本专利技术目的之一在于，提供一种工艺简易，制备过程环保无污染，较易施工，成本低的阻隔疏水纸基涂料的制备方法；同时，本专利技术还提供了一种阻隔疏水纸基涂料的应用方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种阻隔疏水纸基涂料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)制备改性纳米纤维素：(1.1)按照重量百分比制备如下组分的原料：纳米纤维素纤维：5-40％正己基三甲氧基硅烷：20-60％醇类溶剂：15-30％水：10-25％；(1.2)制备水解液：先将醇类溶剂和水高速搅拌，加热到一定温度时，加入正己基三甲氧基硅烷，冷凝回流，恒温反应，高速搅拌的转速为800～1500转/分钟，加热的温度为30～80℃，恒温反应的时间为2～5h，得到水解液；(1.3)制备改性纳米纤维素：步骤(1.2)完毕后，将纳米纤维素纤维滴加到上述溶液中，然后启动磁力搅拌加热器，磁力搅拌的时间为2～6小时，搅拌动作完毕后初步得到改性纳米纤维素；(1.4)过滤、包装：搅拌动作完毕后，用200～400目的尼龙滤网过滤，将其装入防潮密闭容器中，进行包装，得到改性纳米纤维素；其中，所述的纳米纤维素纤维还可以为纳米纤维素晶体，所述的纳米纤维素纤维粒径为2-50nm。其中纳米纤维素晶体、纳米纤维素纤维的固含量1～10wt％；(2)制备阻隔疏水纸基复合涂料：(2.1)按照重量百分比制备如下组分的原料：改性纳米纤维素：5～20％水性丙烯酸酯乳液：50～95％；(2.2)制备涂料：先将步骤(1)已制备的改性纳米纤维素和水性丙烯酸酯乳液混合，然后放入高速分散机以实现均匀混合，启动高速分散机，该高速分散机的转速设定为800～1600转/分钟，分散时间为10～30分钟，分散动作完毕后进行研磨以实现标准的细度和较窄的粒度分布范围，该高速分散机的转速设定为1200～2000转/分钟，研磨时间为1～3小时，研磨动作完毕后，得到涂料；(2.3)包装：将制得的涂料装入防潮的容器中，进行包装。其中，步骤(1)所述的纳米纤维素纤维还可以为纳米纤维素晶体。其中，步骤(1)所述的醇类溶剂为乙醇，异丙醇，正丁醇中的一种或多种混合而成的混合物。步骤(2)所述的水性丙烯酸酯乳液为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种混合而成的混合物。一种实施前述制备方法的阻隔疏水纸基涂料，其特征在于，其由如下重量百分比的组分的原料制得：改性纳米纤维素：5～20％水性丙烯酸酯乳液：50～95％；其中所述的改性纳米纤维素由如下重量百分比组分的原料制得：纳米纤维素纤维：5-40％正己基三甲氧基硅烷：20-60％醇类溶剂：15-30％水：10-25％；所述的纳米纤维素纤维还可以是粒径为2-50nm、分散液状的纳米纤维素晶体。所述的醇类溶剂为乙醇，异丙醇，正丁醇中的一种或多种混合而成的混合物。所述的水性丙烯酸酯乳液为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种混合而成的混合物。前述的阻隔疏水纸基涂料的应用方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)涂覆乳液：将乳液通过浸涂、辊涂、幕涂、喷涂、刷涂中的一种或多种结合的方式对所需涂覆的纸基材进行涂覆动作,使基材的表面形成一层均匀的涂膜；(2)固化：涂覆动作完毕，在温度为80～120℃下，涂层固化附着在纸基材上，固化时间为1.5～2h,使该基材的表面形成一层厚度为10～30μm的保护膜。本专利技术提供的阻隔疏水纸基涂料，首先采用正己基三甲氧基硅烷对纳米纤维素为粒径进行表面改性处理，再将改性后的纳米纤维素加入到丙烯酸酯乳液中，由于改性的纳米纤维素与丙烯酸酯乳液具有较高的相容性，因此，可形成分散均匀的阻隔疏水纸基涂料。整个操作过程简便、工艺容易控制、且反应稳定，所得纸基涂料涂膜后测试，发现疏水性得到显著提高，除此之外，阻隔空气的性能也显著提高。有关本专利技术的机理，纳米纤维素的直径在2-50nm范围内，有大的比表面积和丰富的羟基，具有形成氢键的能力，经在纸基上涂布固化，可形成强大的三维网络结构，能阻隔CO2、O2等气体分子的通过，具有良好的阻隔功能。但是由于其结构具有丰富的羟基，所以形成的涂层具有较高的亲水性，无法阻止水的入侵。为此，本专利技术首先将正己基三甲氧基硅烷进行水解，形成Si-OH，然后与纳米纤维素混合分散，促使表面的Si-OH与纳米纤维素表面的C-OH发生脱水反应形成Si-O-C键，使长碳链的正己基三甲氧基硅烷接枝到纳米纤维素的三维网络上，从而形成更加强大的三维网络。由于疏水性长碳链的正己基三甲氧基硅烷的加入，使纳米纤维素具有了一定的疏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻隔疏水纸基涂料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)制备改性纳米纤维素：(1.1)按照重量百分比制备如下组分的原料：纳米纤维素纤维：5‑40％正己基三甲氧基硅烷：20‑60％醇类溶剂：15‑30％水：10‑25％；(1.2)制备水解液：先将醇类溶剂和水高速搅拌，加热到一定温度时，加入正己基三甲氧基硅烷，冷凝回流，恒温反应，高速搅拌的转速为800～1500转/分钟，加热的温度为30～80℃，恒温反应的时间为2～5h，得到水解液；(1.3)制备改性纳米纤维素：步骤(1.2)完毕后，将纳米纤维素纤维滴加到上述溶液中，然后启动磁力搅拌加热器，磁力搅拌的时间为2～6小时，搅拌动作完毕后初步得到改性纳米纤维素；(1.4)过滤、包装：搅拌动作完毕后，用200～400目的尼龙滤网过滤，将其装入防潮密闭容器中，进行包装，得到改性纳米纤维素；其中，所述的纳米纤维素纤维还可以为纳米纤维素晶体，所述的纳米纤维素纤维粒径为2‑50nm，其中纳米纤维素晶体、纳米纤维素纤维的固含量1～10wt％；(2)制备阻隔疏水纸基复合涂料：(2.1)按照重量百分比制备如下组分的原料：改性纳米纤维素：5～20％水性丙烯酸酯乳液：50～95％；(2.2)制备涂料：先将步骤(1)已制备的改性纳米纤维素和水性丙烯酸酯乳液混合，然后放入高速分散机以实现均匀混合，启动高速分散机，该高速分散机的转速设定为800～1600转/分钟，分散时间为10～30分钟，分散动作完毕后进行研磨以实现标准的细度和较窄的粒度分布范围，该高速分散机的转速设定为1200～2000转/分钟，研磨时间为1～3小时，研磨动作完毕后，得到涂料；(2.3)包装：将制得的涂料装入防潮的容器中，进行包装。...

【技术特征摘要】
1.一种阻隔疏水纸基涂料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)制备改性纳米纤维素：(1.1)按照重量百分比制备如下组分的原料：纳米纤维素纤维：5-40％正己基三甲氧基硅烷：20-60％醇类溶剂：15-30％水：10-25％；(1.2)制备水解液：先将醇类溶剂和水高速搅拌，加热到一定温度时，加入正己基三甲氧基硅烷，冷凝回流，恒温反应，高速搅拌的转速为800～1500转/分钟，加热的温度为30～80℃，恒温反应的时间为2～5h，得到水解液；(1.3)制备改性纳米纤维素：步骤(1.2)完毕后，将纳米纤维素纤维滴加到上述溶液中，然后启动磁力搅拌加热器，磁力搅拌的时间为2～6小时，搅拌动作完毕后初步得到改性纳米纤维素；(1.4)过滤、包装：搅拌动作完毕后，用200～400目的尼龙滤网过滤，将其装入防潮密闭容器中，进行包装，得到改性纳米纤维素；其中，所述的纳米纤维素纤维还可以为纳米纤维素晶体，所述的纳米纤维素纤维粒径为2-50nm，其中纳米纤维素晶体、纳米纤维素纤维的固含量1～10wt％；(2)制备阻隔疏水纸基复合涂料：(2.1)按照重量百分比制备如下组分的原料：改性纳米纤维素：5～20％水性丙烯酸酯乳液：50～95％；(2.2)制备涂料：先将步骤(1)已制备的改性纳米纤维素和水性丙烯酸酯乳液混合，然后放入高速分散机以实现均匀混合，启动高速分散机，该高速分散机的转速设定为800～1600转/分钟，分散时间为10～30分钟，分散动作完毕后进行研磨以实现标准的细度和较窄的粒度分布范围，该高速分散机的转速设定为1200～2000转/分钟，研磨时间为1～3小时，研磨动作完毕后，得到涂料；(2.3)包装：将制得的涂料装入防潮的容器中，进行包装。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：施利毅，杭建忠，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31