一种疏水纸张的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种疏水纸张的制备方法，首先经自由基聚合反应，将活性单体接枝到聚烯烃上，得到改性聚烯烃；再对改性聚烯烃进行乳化处理，得到改性聚烯烃乳液；最后将改性聚烯烃乳液与纸张涂料混合均匀得到复合乳液，将复合乳液涂布到纸张表面，再经干燥处理得到疏水纸张；本发明专利技术在不改变现有纸张生产工艺的前提下，提高纸张的疏水性，拓宽纸张使用温度范围，所述的方法成本低廉、可控性好，不含有任何氟硅化学品，纸张回收处理简便、环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种疏水纸张的制备方法
本专利技术涉及纸张加工的
，尤其涉及一种疏水纸张的制备方法。
技术介绍
纸张被广泛的运用于工业、农业、文化和包装等领域，食品纸质包装容易受潮而使食品变质；包装纸箱从冻库取出后恢复常温易受到水的浸润，使箱体的抗压强度和耐破度大大下降，因此疏水性纸张的开发是提升造纸业竞争力的重要方向。影响固体表面润湿性的主要因素是表面自由能和表面粗糙度，引入低表面能成分，并构筑一定粗糙结构是制备疏水表面的有效方法之一。传统的纸张防水处理主要是对纸张表面覆膜或施胶剂氟/硅改性，有机硅/氟碳化合物具有优良的化学稳定性、耐候性、耐腐蚀性等优点，在聚合物分子链中引入较长的含硅/氟基团，硅烷基和氟烷基会自动的向涂膜表面迁移，在涂膜表层富集硅/氟元素能够显著的降低涂膜表面能。人们在有机硅、有机氟提高固体表面疏水效果方面做了大量的实验和创新，证明了有机硅/氟碳化合物在降低涂膜表面能方面的优越性和可行性，但是同样存在着一些列问题。有机硅改性涂膜的水接触角一般在100°左右，而且其耐水性时间较短，经过较长时间的浸泡会使表面疏水效果大大降低；有机氟价格昂贵，提高了企业生产的成本；单体、中间体等氟硅材料生产过程中往往会产生比较多的污染物，给环境带来不利；另外有机氟/硅材料的生产一般生产工序繁多、生产工艺控制要求较高。这些都限制了氟/硅材料的发展。蜡质的表面能较低，无需氟化处理就可以具有一定的疏水效果。公开号为CN101168947A的中国专利文献公开了一种超疏水纸及制备方法，将未加工的普通纸张浸滞于石蜡溶液中，然后干燥即得超疏水纸张。该专利文献中所使用的石蜡熔点低，降低了纸张的使用温度范围，其使用温度在0℃～40℃，同时纸张表面附着大量石蜡也影响到纸张的印刷性能和降低了纸张的光泽度。公开号为CN103711030A的中国专利文献公开了一种超疏水纸张的制备方法，将两种或两种以上的低熔点蜡热融混合，乳化后涂布于纸张表面，经热处理后形成亚微米—微米微观结构，产生超疏水现象。但该专利文献中所使用蜡的熔点较低，使得该疏水纸张的使用温度范围受到限制，虽然已较上面一个专利文献中公开的使用温度有所升高，但一般低于80℃。当使用温度高于此温度范围时，会破坏疏水纸张表面已经形成的亚微米—微米微观结构，从而破坏其疏水性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纸张表面疏水改性的方法，在不改变现有纸张生产工艺的前提下，提高纸张的疏水性和使用温度范围，所述的方法成本低廉、可控性好，不含有任何氟硅化学品，纸张回收处理简便、环境友好，适用于工业化连续生产。本专利技术公开了一种疏水纸张的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚烯烃在溶剂中充分溶解，得到聚烯烃溶液，经自由基聚合反应，将活性单体接枝到聚烯烃上，得到改性聚烯烃；所述的活性单体选自含有、或水解后含有羧基和酰胺基团的不饱和有机化合物中的至少一种；所述活性单体与聚烯烃的质量比为80～150:100。(2)对改性聚烯烃进行乳化处理，得到改性聚烯烃乳液；(3)将改性聚烯烃乳液与纸张涂料混合均匀得到复合乳液，将复合乳液涂布到纸张表面，再经干燥处理得到疏水纸张。所述改性聚烯烃乳液与纸张涂料的质量比为0.5～20:100。本专利技术中利用聚烯烃的疏水性能，通过将聚烯烃均匀分布于纸张涂料中，再涂布于纸张表面并产生微米级突出结构。但鉴于聚烯烃(尤其是聚乙烯和聚丙烯)极性低，其它物质在其表面只能形成较弱的色散力，使得其难以与纸张涂料混合的技术问题，本专利技术首先对所述聚烯烃进行改性并乳化形成乳液，再采用乳液共混法将改性聚丙烯蜡乳液均匀分散于纸张涂料中，得到复合乳液，最后将复合乳液涂布于纸张表面，经过干燥处理后在纸张表面形成胶膜，复合乳液中的聚烯烃在胶膜表面形成稳定的微米级“海岛型”突起结构，从而产生疏水现象。优选地，步骤(1)中所述聚烯烃为聚丙烯蜡(WPP)，其数均分子量为3000～5000，软化点为108℃～110℃。聚丙烯蜡作为低分子量的聚丙烯，相对于聚丙烯，其分子量分部窄，软化点低，更有利于乳化处理；与聚乙烯蜡等其它蜡质相比，聚丙烯蜡软化点高，将其运用于纸张表面疏水处理拓宽了纸张的使用温度范围，并且聚丙烯蜡兼顾无毒、无腐蚀、硬度高、结晶度高、耐湿、耐油脂、光洁度好等优点。本专利技术中，由于在WPP分子链上引入了极性基团，增强了WPP的极性，使得分子间作用力增强，从而使得化学改性之后的WPP(MWPP)的软化点上升至114℃～117℃。作为优选，步骤(1)中活性单体的结构式选自以下式中的一种：其中，R1选自H或CH3，R选自碳数为0～10的烷基，R2选自OH或NH2。进一步地，所述活性单体为作为优选，所述的活性单体与聚丙烯蜡的质量比为80～150:100；进一步优选为100～120:100。WPP分子链上接枝所述活性单体量过少使得MWPP乳化能力不足，但是WPP分子链上接枝所述活性单体量过多会导致MWPP的疏水性降低，最终影响得到的疏水纸张的疏水性。经化学接枝改性，WPP分子链上引入了极性基团，增强了WPP的极性，增强了MWPP的乳化能力；同时使得分子间作用力增强，MWPP软化点升高，通过控制活性单体与聚丙烯蜡的质量比，可以控制聚丙烯蜡上的接枝量，进而控制改性聚丙烯蜡软化点。将活性单体与聚丙烯蜡的质量比优选在100～120:100时，获得的改性聚丙烯蜡的软化点为114℃～117℃，再经过后续的乳化、与纸张涂料混合、涂覆干燥得到的纸张具有更好的疏水性能。作为优选，步骤(2)所述的乳化处理，具体为：(a)85℃～95℃下，将W/O型乳化剂与步骤(1)得到的改性聚烯烃混合均匀得到溶液Ⅰ；将O/W型乳化剂与水混合得到溶液Ⅱ；(b)将溶液Ⅰ加入到溶液Ⅱ中，搅拌均匀得到改性聚烯烃乳液；所述的W/O型乳化剂为Span20、Span40、Span60、Span65、Span80、Span85、TX-4、O-3、O-5中的至少一种，O/W型乳化剂为Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、TX-7、TX-10、O-8、O-9、O-10、O-15、O-20、O-30、OP-10、K12、SDBS中的至少一种。作为优选，所述的W/O型乳化剂为Span80，O/W型乳化剂为Tween20。作为优选，步骤(3)中，所述纸张涂料为任何可以运用于纸张表面涂布的施胶剂，可以为羧基丁苯胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳、聚氨酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、醋丙乳液、VAE乳液(即醋酸乙烯-乙烯共聚乳液)、顺醋共聚乳液、氯醋乳液(即氯乙烯-醋酸乙烯共聚乳液)、氯偏乳液(即氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液)、聚偏二氯乙烯乳液、纯丙乳液、苯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液，或以上乳液的改性物中的至少一种。所述改性聚烯烃乳液与纸张涂料的质量比为0.5～20:100，MWPP含量低于0.5wt％时纸张疏水效果不明显，MWPP含量高于20wt％时聚丙烯蜡用量过高，不利于控制成本，甚至会造成复合乳液粘度较大影响纸张表面涂布。进一步优选，所述的纸张涂料为羧基丁苯胶乳、聚氨酯乳液、纯丙乳液或聚醋酸乙烯酯乳液；所述改性聚烯烃乳液与纸张涂料的质量比为3～15:100。MWPP在上述范围内，与优选的几种纸张涂料混合后在用于纸张的涂覆，纸张将获得最佳的疏水效果。作为优选，步骤(3)所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疏水纸张的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)经自由基聚合反应，将活性单体接枝到聚烯烃上，得到改性聚烯烃；(2)对改性聚烯烃进行乳化处理，得到改性聚烯烃乳液；(3)将改性聚烯烃乳液与纸张涂料混合均匀得到复合乳液，将复合乳液涂布到纸张表面，再经干燥处理得到疏水纸张；所述改性聚烯烃乳液与纸张涂料的质量比为0.5～20:100。

【技术特征摘要】
1.一种疏水纸张的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)经自由基聚合反应，将活性单体接枝到聚烯烃上，得到改性聚烯烃；(2)对改性聚烯烃进行乳化处理，得到改性聚烯烃乳液；步骤(2)所述的乳化处理，具体为：(a)85℃～95℃下，将W/O型乳化剂与步骤(1)得到的改性聚烯烃混合均匀得到溶液Ⅰ；将O/W型乳化剂与水混合得到溶液Ⅱ；(b)将溶液Ⅰ加入到溶液Ⅱ中，搅拌均匀得到改性聚烯烃乳液；所述的W/O型乳化剂为Span20、Span40、Span60、Span65、Span80、Span85、TX-4、O-3、O-5中的至少一种，O/W型乳化剂为Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、TX-7、TX-10、O-8、O-9、O-10、O-15、O-20、O-30、OP-10、K12、SDBS中的至少一种；(3)将改性聚烯烃乳液与纸张涂料混合均匀得到复合乳液，将复合乳液涂布到纸张表面，再经干燥处理得到疏水纸张；所述改性聚烯烃乳液与纸张涂料的质量比为0.5～20:100；步骤(1)中，所述活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德海，肖圣威，杜治波，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33