用于纤维素表面的可生物降解的衍生化的方法技术

本发明专利技术描述了用一组合物处理纤维素材料的方法，该组合物为这些材料提供改善的疏水性能而不损害它们的可生物降解性。本公开的方法提供纤维素材料上存在的羟基基团的酯化作用，其中这类羟基基团被庞大的有机链“掩蔽”，包括，本公开内容提供由该方法制得的产品。因此而处理的材料表现出更高的疏水性、屏障功能以及机械性能，以及用于需要这些性能的任何应用中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于纤维素表面的可生物降解的衍生化的方法本专利技术背景
本专利技术主要涉及处理含纤维素化合物的材料的方法，更具体地，涉及使用一组合物使存在的羟基基团酯化而使纤维素基材料疏水性增强的方法，其中这种组合物有益于修饰/覆盖纤维素基材料(包括包装产品)的表面。
技术介绍
纤维素材料在工业中应用广泛，可用作膨胀剂、吸附剂和印刷成分。由于它们具有高热稳定性、良好的氧气隔绝功能和化学/机械回弹性，相对于其他来源的材料，它们的应用是优选的(参见例如Aulinetal.,Cellulose(2010)17:559-574)。更重要的是，这些材料分散在环境中是完全可生物降解的，并且是完全无毒的。纤维素及其衍生物是环境友好型技术方案的可选材料，可以应用于例如食品和一次性物品的包装。然而纤维素的许多优势却被材料的亲水性抵消，这种材料具有较高的水亲和力并易于水化(参见例如Aulinetal.,Langmuir(2009)25(13):7675-7685)。尽管这对于应用于例如吸附剂和纸巾而言是有利的，但当需要对含水材料(例如食品)进行安全包装时，这会成为问题。长期储存食品(尤其是含有大量水分的现成食物)放在纤维素托盘中会出现问题，因为它们会浸水，并最终在纤维的水合作用下破裂。在行业中通常通过在纤维素纤维上涂覆某种疏水性有机材料解决这个问题，例如涂覆树脂或聚合物，其会使下层的亲水纤维与内容物中的水之间形成物理屏蔽。例如，PVC等材料常用于该目的，它们会物理结合(即喷涂)到待处理的表面上。当采用膜将食品封装在容器中时会遇到相似问题。该膜甚至需要比容器本身更严格的性能要求。除了能够抵抗机械应力，该膜必须足够薄从而可以去掉，并且理论上应该是透明、耐热且不透气的(例如CO2和氧气)、无毒以及疏水的。同样，目前行业内的解决方案是使用聚合物和树脂形式的塑料。对更环保以及可再生的包装方案的需求给塑料的使用笼罩了一层阴影。已经设计出新材料，它们源自自然资源或半合成的资源，因此是可再生和/或可生物降解的。材料，例如聚乳酸(PLA)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)，是目前用于可生物降解“塑料”的金标准。然而，它们存在热不稳定性和水敏感性等缺点，这严重限制了它们在包装行业中的用途。需要设计一种涂层，其同时是耐热的和疏水的，但不会牺牲其生物可降解性。
技术实现思路
本公开文件涉及处理纤维素材料的方法，包括利用一组合物处理含纤维素的材料，该组合物提供改善的疏水性能同时保持了纤维素成分的可生物降解性。本公开的方法采用酯化纤维素上存在的羟基基团，而并不需要使用路易斯酸或单独的催化剂将所述羟基转化成酯基，其中这种羟基基团被庞大的有机链“掩蔽”(masked)。该涂层可应用于预制材料。在一些实施方式中，公开了用于处理含纤维素(或纤维质的)材料的表面的方法，包括将包含具有式(I)或(II)的烷酸衍生物的组合物涂覆到表面：R-CO-X式(I)X-CO-R-CO-X1式(II)，其中R是直链、支链或脂环烃的烃基，其具有6-50个碳原子，并且其中X和X1独立的为Cl、Br或O(CO)OR，其中当烷酸衍生物包括式(II)时，X或X1是相同或不同的；一碱，和一第一溶剂，加热涂覆在表面上的组合物；用第二溶剂漂洗该表面；干燥漂洗后的表面；其中组合物至少酯化一部分存在于纤维素材料的羟基基团。一方面，与未经处理的含纤维素的材料相比，该经过处理的含纤维素的材料表现出更强的疏水性。一方面，碱是有机碱。在一相关方面，有机碱包括氮杂环丙烷、吖丁啶、哌嗪、哌啶、吡啶、二联吡啶、三联吡啶、二氢吡啶、吗啉、N-烷基吗啉、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、1,8-二氮杂双环癸烷、1,8-二氮杂双环癸烯、二甲基化戊胺、三甲基化戊胺、嘧啶、吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、吲哚、二氢吲哚、茚酮、苯并茚酮(benzindazones)、咪唑、苯并咪唑、咪唑啉酮、咪唑啉、恶唑、异恶唑、恶唑啉、恶二唑、噻二唑、咔唑、喹啉、异喹啉、萘啶、三嗪、三唑、四唑、三乙胺、吡唑、吡唑啉，以及它们的组合。在另一方面，第一和第二溶剂包括戊烷、己烷、庚烷、辛烷、石油醚、石脑油、煤油、汽油、石蜡油、苯、甲苯、二甲苯、1,3,5-三甲基苯、乙苯、二乙苯、二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、氯苯、四氯化碳、四溴乙烯、环戊烷、环己烷、甲基环己烷、苯甲醚(甲基苯基醚)、叔丁基甲基醚、二苄醚、二乙醚、二氧杂环己烷、二苯醚、甲基乙烯基醚、四氢呋喃、三异丙基醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、二甘醇一丁醚、二甘醇一甲醚、1,2-二甲氧基乙烷(DME、乙二醇二甲醚)、乙二醇一丁醚、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、三乙二醇单甲醚、丙酮、二异丁基甲酮、甲基丙基酮、甲基乙基酮、甲基异丁基甲酮、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯，以及它们的组合。在一方面，纤维素基材料包括一纤维素，其选自由纳米纤维、纤维素纳米纤维、晶须或微纤维、微纤维化纤维素或纳米纤维纤维素、棉或棉混合物、甘蔗纤维素以及它们的组合组成的组。在一相关方面，纤维素基材料包括用于食物存储的纸盒、购物袋、进食用具、盛放热或冷饮料的容器、杯子、盘子、用于存储食品的袋子、用于碳酸液体存储的瓶子、用于非碳酸液体存储的瓶子、包裹食物的膜、垃圾处理容器、食物处理工具、织物纤维(例如棉或棉混合物)、水存储和运输工具、用于酒精或非酒精饮料存储和运输的工具、用于电子产品的外包装或屏幕、家具的内部或外部部件、窗帘、室内装潢品，以及它们的组合。在一些实施方式中，公开了用于处理含纤维素(或纤维质的)的材料表面的方法，包括将包含衍生化试剂的组合物涂覆到表面上，该衍生化试剂包括酰氯化物、酰溴化物、酰碘化物、酸酐、烯酮、二烯酮、氯碳酸酯、碳酸酯、2,5-二酮恶唑烷、靛红酸酐(isatinicanhydride)、异氰酸酯、氯化胺甲醯、硫氰酸酯、硫代氨基甲酰氯(thiocarbamoylchlorides)、磺酰氯、磺酸酐、N-氨基磺酰氯、亚磺酸氯(sulfinicacidchlorides)、N-氯亚磺酰胺，以及它们的组合；一种碱；以及一第一溶剂，加热表面上涂覆的组合物；用第二溶剂漂洗该表面；干燥漂洗后的表面；其中获得的纤维素基材料的表面具有大约100°的水接触角。在一个相关的方面，该组合物酯化至少一部分存在于纤维素材料的羟基，并且酯化的羟基基团在温度高达至少约200℃时是稳定的。在一方面，酯化的羟基基团在温度为约-100℃至约250℃之间是稳定的。在进一步的一个相关方面，纤维素基材料的表面具有约60°至约120°的水接触角。在另一个有关的方面，表面处理在温度为约200℃至约250℃之间是化学稳定的。在一方面，酯化的羟基基团在温度为约-100℃至约250℃之间是稳定的。在进一步的一个相关方面，经处理的表面的水蒸气渗透性在约10Barrer单位至约20Barrer单位之间。在进一步的方面，经处理的表面的氧渗透性在约10Barrer单位至约20Barrer单位之间。在另一个有关的方面，存在于纤维素表面的由组合物酯化的羟基基团的部分为约35至约40％、约40％至约50％、约50％至约60％、约60％至约70％、约70％至约80％、约80％至约90％，以及约90％至约100％。在一些实施方式中，存在的羟基基团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理含纤维素材料的表面的方法，包括：将一组合物涂覆到所述表面，所述组合物包含：具有式(I)或式(II)的烷酸衍生物：R‑CO‑X      式(I)X‑CO‑R‑CO‑X1(II)  式(II)，其中R是直链、支链或脂环烃的烃基，其具有6‑50个碳原子，并且其中X和X1独立的为Cl、Br或O(CO)OR；一碱；和一第一溶剂；加热涂覆在所述表面上的组合物；用一第二溶剂漂洗所述表面；以及干燥所述经过漂洗的表面，其中所述组合物酯化至少一部分存在于材料纤维素上的羟基基团。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.25 US 13/531,9391.一种用于处理固体含纤维素材料的表面的方法，包括：将一溶剂组合物涂覆到所述表面，所述组合物包含：具有式(I)或式(II)的烷酸衍生物：R-CO-X式(I)X-CO-R-CO-X1(II)式(II)，其中R是直链、支链或脂环烃的烃基，其具有10-40个碳原子，并且其中X和X1独立的为Cl、Br或O(CO)OR；一碱；和一第一溶剂；加热涂覆在所述表面上的溶剂组合物；用一第二溶剂漂洗所述表面；以及干燥经过漂洗的表面，其中所述组合物酯化至少一部分存在于所述固体含纤维素材料的表面上的羟基基团。2.根据权利要求1所述的方法，其中与未经所述处理的固体含纤维素材料的表面相比，经过处理的固体含纤维素材料的表面表现出更强的疏水性。3.根据权利要求1所述的方法，其中碱是非亲核的。4.根据权利要求3所述的方法，其中碱是有机的。5.根据权利要求4所述的方法，其中有机碱选自包括氮杂环丙烷、吖丁啶、哌嗪、哌啶、吡啶、二联吡啶、三联吡啶、二氢吡啶、吗啉、N-烷基吗啉、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、1,8-二氮杂双环癸烷、1,8-二氮杂双环癸烯、二甲基化戊胺、三甲基化戊胺、嘧啶、吡咯、吡咯烷、吡咯烷酮、吲哚、二氢吲哚、茚酮、苯并茚酮、咪唑、苯并咪唑、咪唑啉酮、咪唑啉、恶唑、异恶唑、恶唑啉、恶二唑、噻二唑、咔唑、喹啉、异喹啉、萘啶、三嗪、三唑、四唑、三乙胺、吡唑、吡唑啉，以及它们的组合的组。6.根据权利要求1所述的方法，其中第一和第二溶剂选自包括戊烷、己烷、庚烷、辛烷、石油醚、石脑油、煤油、汽油、石蜡油、苯、甲苯、二甲苯、1,3,5-三甲基苯、乙苯、二乙苯、二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、氯苯、四氯化碳、四溴乙烯、环戊烷、环己烷、甲基环己烷、苯甲醚(甲基苯基醚)、叔丁基甲基醚、二苄醚、二乙醚、二氧杂环己烷、二苯醚、甲基乙烯基醚、四氢呋喃、三异丙基醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、二甘醇一丁醚、二甘醇一甲醚、1,2-二甲氧基乙烷(DME，乙二醇二甲醚)、乙二醇一丁醚、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、三乙二醇单甲醚、丙酮、二异丁基甲酮、甲基丙基酮、甲基乙基酮、甲基异丁基甲酮、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯，以及它们的组合的组。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体含纤维素材料包括一纤维素，其选自由纳米纤维、晶须或微纤维、微纤维化纤维素或纳米纤维纤维素、甘蔗纤维素、棉或棉混合物，以及它们的组合组成的组。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体含纤维素材料选自由用于食物存储的袋子、进食用具、杯子、盘子、用于碳酸液体存储的瓶子、用于非碳酸液体存储的瓶子、织物纤维、用于电子产品的外包装或屏幕、家具的内部或外部部件、窗帘、室内装潢品、膜、盒子、薄板、托盘、管子、衣物、医疗设备、模制的纤维素材料，以及它们的组合组成的组。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述烷酸衍生物选自由酰氯化物、酰溴化物、酰碘化物、酸酐、烯酮、二烯酮、氯碳酸酯、碳酸二酯、2,5-二酮恶唑烷、靛红酸酐、异氰酸酯、氯化胺甲醯、硫氰酸酯、硫代氨基甲酰氯、磺酰氯、磺酸酐、N-氨基磺酰氯、亚磺酸氯、N-氯亚磺酰胺，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·特里詹特，
申请(专利权)人：雅格纳有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB