纳米级纸质餐饮具防水剂及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种用于纸质餐饮具的防水剂。其特征在于它是由一种季铵化三聚物、辅助乳化剂、苯乙烯衍生物及（甲基）丙烯酸酯共聚的纳米级微乳液，其生产方法是首先制得季铵化三聚物，然后与辅助乳化剂、苯乙烯衍生物及（甲基）丙烯酸酯发生共聚，得到一种稳定的、胶体分散的、非常透明的、对人体无毒无害的纳米级高分子合成树脂的水乳液，此水乳液即为纸质餐饮具防水剂，它成膜后可在纤维表面形成一层防水膜，从而赋予纸质餐饮具良好的防水性能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用在纸质餐具上的纳米级防水剂以及这种防水剂的生产方法。
技术介绍
为了消除一次性塑料餐具给环境造成的“白色污染”，近年来人们开始大量使用可降解的植物纤维型餐饮具，它包括麦杆纤维餐具，甘蔗渣餐具，木浆纤维餐具等。衡量纸质餐饮具质量的重要参数是强度、防水性及防油性，其中保证其防水防油性的方法是在纸质餐具成形和定形之前加入防水防油剂，加入的防水防油剂必须要满足无毒、无腐蚀、易分散等条件，还应当考虑使纸质餐具成形后有较好的光洁度，成本也不能太高。目前适用于纸质餐饮具行业的防水剂主要有乳化石蜡，有机硅防水剂，有机氟高分子及苯乙烯—丙烯酸酯共聚物乳液等四种类型。乳化石蜡虽然具有较好的防水性能，但其较难乳化，乳液的稳定性差，且仅仅适用于表面处理，因而目前较难推广。有机硅防水剂的防水效果极好，无毒无蚀，但其价格昂贵，且成膜温度高，在纤维表面形成的薄膜易被空气透过，因而影响了纸质餐具的综合质量。有机氟高分子具有较好的防水抗油效果，但目前主要依赖进口，其价格相当昂贵，且在200℃以上的高温时容易分解出有害物质。苯乙烯—丙烯酸酯共聚物乳液为采用常规乳液聚合方法得到的高分子水溶性树脂，成膜后光泽度高，但其防水性比上述几种产品差，因而用量较大，且其胶乳粒径大，乳液稳定性较差，因而目前还处于试用阶段。
技术实现思路
本专利技术人经过研究和探索，提供了一种防水效果好，乳液稳定性高，易降解，成本低，符合食品卫生要求的纸质餐饮具防水剂及其生产方法。本纸质餐具防水剂是由一种季铵化三聚物与辅助乳化剂、苯乙烯衍生物以及(甲基)丙烯酸酯共聚的纳米级合成树脂的水乳液。上面所述的季铵化三聚物由甲基丙烯酸二甲氨乙酯、甲基苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯组成，三种物质在三聚物中的质量含量为甲基丙烯酸二甲氨乙酯10％—40％甲基苯乙烯 45％—75％甲基丙烯酸甲酯 4％—35％ 上面所述的辅助乳化剂可以选择低聚合非离子型辅助乳化剂，也可以选择低分子量阳离子型辅助乳化剂，辅助乳化剂的质量含量占纸质餐饮具防水剂乳液的3％—15％。其中低聚合非离子型辅助乳化剂为烷烃与脂肪酸的反应产物，例如环氧乙烷与肉桂酸、硬脂酸、油酸、蓖麻油的反应产物；阳离子型的如苯甲基—十二烷基—二甲基氯化铵等。这里非离子型乳化剂的分子式可以表示如下R1—X—(CH2—CH2—0)n—H式中X表示0，NH或COOR16—30个碳原子的高级脂肪烃基，环脂肪烃基，芳烃基n≥2的整数所述的阳离子辅助乳化剂的分子式可表示如下 式中R2和R3指具有6—20个碳原子的高级脂肪烷基或芳烃基R4和R5指含1—6个碳原子的低级脂肪烷基y—指一个卤素离子上述的苯乙烯衍生物和(甲基)丙烯酸酯混合物的质量为辅助乳化剂总量的2—4倍。上面所述的纸质餐饮具防水剂的生产方法如下生产季铵化三聚物中间体在反应釜中加入一定的醇类溶剂，通氮气驱氧，在偶氮类引发剂(或有机过氧类引发剂)的作用下使甲基丙烯酸二甲氨乙酯、甲基苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯发生共聚，反应温度为60—100℃，三聚物形成后加入季铵化剂使其阳离子化，并加入酸调节pH值至2—5，制得均一、透明的高分子表面活性剂中间体。上面所述的季铵化剂可为对甲苯磺酸、氯醋酸丁酯或环氧氯丙烷，所述的酸为盐酸或醋酸。所述的引发剂可在过氧化二苯甲酰，过氧化十二酰，过氧化二异丙苯，过氧化苯甲酸特丁酯，偶氮二异庚腈，偶氮二异丁腈中选择。生产防水剂将去离子水加入反应釜中，然后加入第一步得到的中间体与辅助乳化剂，搅拌均匀，得到稳定的微乳液体系，升温至50—98℃，缓慢滴加苯乙烯衍生物和(甲基)丙烯酸酯混合单体，在过氧化物类引发剂的引发下反应10—20小时，使之得到一种体系稳定的，胶体分散的，非常透明的高分子树脂水乳液，经减压蒸馏将残余单体及溶剂去除，即可得到平均粒径小于100nm的纳米级纸质餐饮具防水剂。本专利技术的特点在于采用溶液聚合和微乳液聚合相结合的两步合成路线，溶液聚合的目的在于合成一种由甲基丙烯酸二甲氨乙酯、甲基苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯组成的化学均一的季铵化三聚物，此季铵化三聚物是一种特殊的高分子表面活性剂，可与低聚合非离子型辅助乳化剂或低分子量阳离子型辅助乳化剂在微泡中经成核、聚结、团聚及热处理后制成0/W型热力学稳定的、各向同性的微乳液体系，并使苯乙烯衍生物和(甲基)丙烯酸酯在过氧化物催化的作用下在此微乳液体系中发生共聚，得到一种稳定的，胶体分散的，非常透明的，平均胶乳粒径为50～100nm的高分子合成树脂的水乳液，此水乳液即为纸质餐饮具防水剂，它成膜后可在纤维表面形成一层防水膜，从而赋予纸质餐饮具良好的防水性能。此外，在形成微乳液体系的过程中，辅助乳化剂的加入起着非常关键的作用，它能提高季铵化三聚物的均一性和乳液的稳定性。本专利技术与现有技术及同类产品相比具有以下优点采用由甲基丙烯酸二甲氨乙酯、甲基苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯组成的季铵化三聚物中间体作为乳化剂，由于此季铵化三聚物是一种特殊的高分子表面活性剂，它能通过自身的传递反应而引发聚合物的嫁接反应(即接枝共聚反应)，使在微乳液体系中发生聚合的苯乙烯衍生物和(甲基)丙烯酸酯共聚物能嫁接在高分子量的三聚物乳化剂上，从而使防水剂乳液的稳定性明显提高。由溶液聚合得到的季铵化三聚物中间体可与低聚合非离子型辅助乳化剂或低分子量阳离子型辅助乳化剂配合使用，经特殊处理后制成热力学稳定的、各向同性的微乳液体系，利用微乳化技术可以合成一种化学均一的、胶体分散的、非常透明的苯乙烯衍生物和(甲基)丙烯酸酯共聚物水乳液，此水乳液系统属于一种热力学稳定体系，在存放过程中不易发生聚结而导致破乳和沉淀，因而大大提高了防水剂的保存期。另外，由于该防水剂胶乳粒径小于100nm，可以改善纸质餐饮具的外观表面性能，使其表面光洁度、平滑度及匀整度明显提高。本专利技术的防水剂具有良好的成膜性能(成膜温度低于100℃)，所形成的抗水膜均匀致密，因而具有优良的防水效果和抗透气性，同时能在一定程度上提高纸制品的物理强度，适用于纸质餐饮具的防水处理、重施胶纸张的浆内或表面施胶以及作涂布纸抗水剂。由包括苯乙烯衍生物在内的(甲基)丙烯酸酯共聚物作为食品包装纸和纸板的组份，已经在美国安全运行多年，利用本产品生产的纸质餐饮具也经我国有关卫生部门以及美国FDA的检测，结果均属无毒物质，可见，本专利技术符合食品卫生安全的要求。本产品使用的pH值范围广，可在酸性或弱碱性条件下应用，尤其在弱碱性(pH值8.5)条件下效果最佳。具体实施例方式合成实施例第一步中间体的合成将34公斤甲醇加入到300立升反应釜中，启动搅拌机，通入高纯度氮气以驱氧，然后升温至80—120℃，在此温度下滴加混合单体I(其中甲基丙烯酸二甲氨乙酯8—20公斤，甲基苯乙烯40—48公斤，甲基丙烯酸甲酯5—16公斤)及引发剂1—4公斤(BPO)，由于反应过程中有热量放出，为了避免釜内温度突然上升和放热过于集中，一方面要注意采取必要的强制降温措施，另一方面应适当延长滴加单体和引发剂的时间，同时注意单体与引发剂要匹配滴加，控制在4—8小时左右滴加完，再搅拌2—4小时，然后加入补充引发剂0.1—0.6公斤引发反应，继续搅拌反应2—8小时。待三聚物形成后，迅速降温至40—60℃，在30分钟内滴加入季铵化试剂(9公斤的氯醋酸丁酯)，然后继续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级纸质餐饮具防水剂，其特征在于它是由季铵化三聚物与辅助乳化剂、苯乙烯衍生物以及（甲基）丙烯酸酯共聚的纳米级微乳液：所述的季铵化三聚物是由甲基丙烯酸二甲氨乙酯、苯乙烯衍生物和（甲基）丙烯酸酯反应得到的聚合物，三种化合物的质量含量为：甲基丙烯酸二甲氨乙酯１０％－４０％，苯乙烯衍生物４５％－７５％，（甲基）丙烯酸酯．４－３５％；所述的辅助乳化剂质量含量为３％－１５％；所述的苯乙烯衍生物和（甲基）丙烯酸酯混合物的质量含量为乳化剂的２－４倍。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：艾近春，农斌，王双飞，宋海农，杨崎峰，许开绍，宾飞，
申请(专利权)人：广西南宁博世科工贸有限责任公司，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]