具有增加的疏水性的含脂肪族化合物的生物基聚电解质络合物组合物制造技术

本发明专利技术涉及生物基聚电解质络合物(PEC)组合物，其适合作为纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料的粘合剂，所述PEC组合物包含阳离子生物聚合物，阴离子生物聚合物，酸和防腐剂，其中PEC的净电荷是阳离子的，阴离子聚合物和阳离子聚合物的电荷比≤1，阳离子生物聚合物是壳聚糖，阴离子生物聚合物是衍生自天然的聚阴离子，酸是布朗斯台德酸和/或路易斯酸，其中布朗斯台德酸选自任何有机和/或无机酸，其中路易斯酸选自任何阳离子单价或多价原子，阳离子和阴离子之间的重量比为1:0.1至1:20，阳离子与酸之间的重量比为1:0.01至1:30，壳聚糖的脱乙酰度为66‑100％，pH值小于7，其中所述组合物还包含一种或多种脂肪族化合物，以及其制备方法和用途。本发明专利技术还涉及制备PEC组合物的方法，PEC组合物的用途，以及用PEC组合物处理材料的方法。

Composition of Bio-based Polyelectrolyte Complexes Containing Aliphatic Compounds with Increased Hydrophobicity

The invention relates to a bio-based polyelectrolyte complex (PEC) composition suitable for use as an adhesive for fiber-based materials, textiles, weaving and non-woven materials. The PEC composition comprises cationic biopolymers, anionic biopolymers, acids and preservatives, in which the net charge of PEC is cationic, the charge ratio of anionic polymers to cationic polymers is less than 1, and cations. Biopolymers are chitosan. Anionic biopolymers are derived from natural polyanions. Acids are Bronstein acid and/or Lewis acid. Bronstein acid is selected from any organic and/or inorganic acid. Lewis acid is selected from any cationic monovalent or multivalent atom. The weight ratio between cations and anions is 1:0.1 to 1:20, and the weight between cations and acids is 1:0. The ratio is 1:0.01 to 1:30, the deacetylation degree of chitosan is 66 100%, and the pH value is less than 7. The composition also contains one or more aliphatic compounds, and its preparation method and application. The invention also relates to a method for preparing PEC compositions, the use of PEC compositions, and a method for treating materials with PEC compositions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增加的疏水性的含脂肪族化合物的生物基聚电解质络合物组合物
本专利技术涉及环境友好、可再生和可生物降解的生物基聚电解质络合物(PEC)组合物。PEC组合物包含壳聚糖作为阳离子聚合物，由衍生自天然的聚阴离子表示的阴离子聚合物(尤其是多糖)，和一种或多种添加剂。本专利技术的PEC组合物适合作为纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料的粘合剂。用本专利技术的PEC组合物处理纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料提供了具有更高干强度和/或湿强度的材料，即具有更高的干和/或湿拉伸指数。得益于它们所含有的一种或多种添加剂，本专利技术的PEC组合物可以将添加剂的特定性质转移到处理过的材料上，例如疏水性。专利技术背景PEC是在带相反电荷的颗粒之间形成的缔合络合物，例如聚合物-聚合物，聚合物-药物和聚合物-药物-聚合物。这些络合物是由于带相反电荷的聚离子之间的静电相互作用而形成的，从而避免使用化学交联剂(S.Lankalapalli，2009)。基于来源，PEC被分类为天然聚电解质、合成聚电解质和化学改性的生物聚合物。本专利技术的PEC组合物包含生物来源的有机分子(即生物聚合物)，其由衍生自天然的聚阴离子表示，该聚阴离子是天然聚电解质或化学改性的生物聚合物。因此，PEC不包含合成聚合物和合成聚电解质，因此本专利技术的PEC组合物是生物基PEC组合物。EP0723047涉及用于造纸的PEC悬浮液。然而，PEC悬浮液不包含壳聚糖作为阳离子。相反，阳离子是合成聚合物，例如丙烯酰胺与二烯丙基二甲基氯化铵的共聚物。因此，EP0723047中的PEC不是生物基PEC。更重要的是，没有数据或参考文献提及(i)处理过的材料的湿强度的任何增加，(ii)对处理过的材料的拉伸刚度的影响，和/或(iii)PEC在几个月的时间内的稳定性。EP1918455涉及通过使用具有负净电荷的PEC生产纤维网。此外，PEC不包含壳聚糖作为阳离子。相反，阳离子是合成聚合物，例如丙烯酸类聚合物、聚丙烯酰胺和酰氨基-胺聚合物。因此，根据EP1918455的PEC不是生物基的。US8993505、US9012389和US9273220涉及PEC，用于降低污染倾向，减少清洁工作并减少微生物挑战。然而，PEC不完全是生物来源的，因为它们除生物聚合物外还包含合成聚合物，例如(i)US8993505的权利要求1中公开的二烯丙基二甲基氯化铵“DADMAC”的均聚物，(ii)US9012389的权利要求1中公开的丙烯酸的均聚物或丙烯酸的无规共聚物，(iii)US9273220中公开的下列阴离子单体的均聚物或共聚物：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐、衣康酸、苯乙烯磺酸和丙烯酰胺丙磺酸。因此，根据US8993505、US9012389和US9273220的PEC不是生物基的。更重要的是，没有数据或参考文献提及(i)处理过的材料的干强度和湿强度的任何增加，(ii)对处理过的材料的拉伸刚度的影响，和/或(iii)PEC在几个月的时间内的稳定性。因此，US8993505、US9012389和US9273220都不具有与本专利技术相同的作用或目的。US2013216592涉及由生物聚合物组成的PEC。然而，PEC是颗粒形式而不是溶液形式。更重要的是，没有数据或参考文献提及(i)处理过的材料的干强度和湿强度的任何增加，(ii)对处理过的材料的拉伸刚度的影响，和/或(iii)PEC在几个月的时间内的稳定性。因此，US2013216592不具有与本专利技术相同的作用或目的。US6936746涉及PEC固体材料体系。因此，PEC是固体材料形式而不是溶液形式。此外，US6936746没有提及PEC的净电荷。此外，US6936746也没有提及阳离子聚合物和阴离子聚合物之间的电荷比。更重要的是，没有数据或参考文献提及(i)处理过的材料的干强度和湿强度的任何增加，(ii)对处理过的材料的拉伸刚度的影响，和/或(iii)PEC在几个月的时间内的稳定性。因此，US6936746不具有与本专利技术相同的作用或目的。此外，由于稳定性问题，现有技术中描述的PEC组合物的具体实施方式具有0.04％PEC的浓度。因此，还需要具有更高浓度的PEC的PEC组合物。专利技术目的本专利技术的一个目的是克服上述组合物的缺陷和缺点，并提供环境友好、可再生和可生物降解的生物基PEC组合物。本专利技术的另一个目的是将疏水性转移到用PEC组合物处理过的材料上。本专利技术的另一个目的是将机械性能(干强度、湿强度、拉伸刚度和/或拉伸软度)转移到用PEC组合物处理过的材料上。本专利技术的另一个目的是提供一种稳定至少1.5个月的生物基PEC组合物。本专利技术的另一个目的是提供一种生物基PEC组合物，其包含至少0.04重量％、优选至少1.5％重量的PEC，更优选至少4重量％的PEC，最优选4-10重量％的PEC。本专利技术的另一个目的是提供一种不发霉的生物基PEC组合物。本专利技术的另一个目的是提供一种生物基PEC组合物，其包含具有低成本的阴离子生物聚合物。本专利技术的另一个目的是提供一种生物基PEC组合物，其适合作为纤维基材料、纺织品，织造和非织造材料以及纸浆、纸和纸板的粘合剂。本专利技术的另一个目的是提供一种在自来水中稳定的生物基PEC组合物。根据现有技术，水中的矿物质使PEC不稳定。本专利技术的另一个目的是提供一种生物基PEC组合物，其将来自添加剂的特定性能，例如湿拉伸强度、疏水性等，转移到纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料上。根据本专利技术的另一个目的是提供一种生物聚合物PEC组合物，其中非织造材料是矿物纤维，例如玻璃纤维或岩石纤维。本专利技术的另一个目的是提供一种制备上述生物基PEC组合物的方法。本专利技术的另一个目的是提供纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料，其具有(i)疏水性和(ii)高湿拉伸强度，和/或(iii)高干拉伸强度和/或(iv)软度和/或(v)刚度。上述目的的任何组合也是可能的。
技术实现思路
本专利技术的目的通过包含阳离子生物聚合物、阴离子生物聚合物、酸和防腐剂的生物基PEC组合物实现。表述“生物基”是表示PEC组合物是生物来源的。本专利技术的PEC组合物还包含一种或多种脂肪族化合物。脂肪族化合物在本文中被理解为任何油、脂肪、蜡和其它疏水化合物，其密度低于1g/cm3(即漂浮在水上)。本专利技术的PEC组合物还可包含一种或多种添加剂。虽然PEC组合物是生物来源的，但脂肪族化合物和添加剂可以彼此独立地是天然、半合成或合成来源的。PEC组合物的净电荷是阳离子的，阴离子聚合物和阳离子聚合物之间的电荷比≤1。此外，阳离子聚合物与阴离子聚合物之间的重量比为1:0.1至1:20。除非另有说明，否则本专利技术中的比例是重量比。本专利技术的PEC组合物包含壳聚糖，与其他阳离子如阳离子淀粉和阳离子纤维素相比，所述壳聚糖赋予更高的拉伸指数。因此，本专利技术的优选实施方式包含阳离子壳聚糖作为阳离子生物聚合物。组合物中壳聚糖的浓度为0.005-30％。此外，壳聚糖的脱乙酰度优选为66％-100％。脱乙酰度对于PEC组合物中壳聚糖的物理性质是重要的。作为衍生自天然的聚阴离子的阴离子生物聚合物可选自碱性木质素、木质素磺酸或多糖，例如羧甲基纤维素(CMC)，海藻酸(优选钠盐)，黄原胶，果胶，角叉菜胶和纳米晶体纤维素(NCC)和阿拉伯树胶。碱性木质素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生物基聚电解质络合物(PEC)组合物，其适合作为纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料的粘合剂，所述PEC组合物包含阳离子生物聚合物、阴离子生物聚合物、酸和防腐剂，其中：‑PEC的净电荷是阳离子的，‑阴离子聚合物和阳离子聚合物的电荷比≤1，‑阳离子生物聚合物是壳聚糖，‑阴离子生物聚合物是衍生自天然的聚阴离子，‑酸是布朗斯台德酸和/或路易斯酸，其中布朗斯台德酸选自任何有机和/或无机酸，其中路易斯酸选自任何阳离子单价或多价原子，‑阳离子与阴离子的重量比为1:0.1至1:20，‑阳离子与酸的重量比为1:0.01至1:30，‑pH小于7，和‑壳聚糖的脱乙酰度为66‑100％，其中所述组合物还包含一种或多种脂肪族化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.24 SE 1651136-2;2016.08.24 SE 1651137-01.生物基聚电解质络合物(PEC)组合物，其适合作为纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料的粘合剂，所述PEC组合物包含阳离子生物聚合物、阴离子生物聚合物、酸和防腐剂，其中：-PEC的净电荷是阳离子的，-阴离子聚合物和阳离子聚合物的电荷比≤1，-阳离子生物聚合物是壳聚糖，-阴离子生物聚合物是衍生自天然的聚阴离子，-酸是布朗斯台德酸和/或路易斯酸，其中布朗斯台德酸选自任何有机和/或无机酸，其中路易斯酸选自任何阳离子单价或多价原子，-阳离子与阴离子的重量比为1:0.1至1:20，-阳离子与酸的重量比为1:0.01至1:30，-pH小于7，和-壳聚糖的脱乙酰度为66-100％，其中所述组合物还包含一种或多种脂肪族化合物。2.如权利要求1所述的PEC组合物，其特征在于，所述PEC组合物适合作为粘合剂为所述纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料提供机械性能，其中所述机械性能选自干强度、湿强度、拉伸刚度和/或拉伸软度。3.如权利要求1或2所述的PEC组合物，其特征在于，PEC组合物适合作为粘合剂为所述纤维基材料、纺织品、织造和非织造材料提供疏水性。4.如权利要求1所述的PEC组合物，其特征在于，PEC:脂肪族化合物的重量比为1:0.01至1:50，优选为1:0.05至1:20，更优选为1:0.1至1:10，最优选为1:0.5至1:1。5.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，所述一种或多种脂肪族化合物彼此独立地选自下组：天然油，合成油，液体蜡，液体树脂，脂肪酸，脂肪醇，脂肪硅烷，脂肪硅氧烷，脂肪胺，脂肪酰胺，脂肪环氧化物，脂肪亚胺，脂肪醛，脂肪酰亚胺，脂肪硫醇，脂肪硫酸酯，脂肪酯，脂肪酮，其他类型的脂质，优选自天然油，液体蜡和/或脂肪酸，以及它们的混合物。6.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，所述阴离子聚合物选自下组：碱性木质素，木质素磺酸和多糖，优选自下组：羧甲基纤维素(CMC)，海藻酸，果胶，角叉菜胶，阿拉伯树胶和纳米晶体纤维素(NCC)，更优选自下组：羧甲基纤维素，海藻酸，碱性木质素，NCC和阿拉伯树胶，最优选为羧甲基纤维素；其中阴离子的浓度为0.005-30％，海藻酸和木质素磺酸优选以其钠盐形式存在。7.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，所述酸的浓度为0.01-30重量％，所述酸选自下组：乙酸，乙酰水杨酸，己二酸，苯磺酸，樟脑磺酸，柠檬酸，二羟基富马酸，甲酸，乙醇酸，乙醛酸，盐酸，乳酸，苹果酸，丙二酸，马来酸，扁桃酸，草酸，对甲苯磺酸，邻苯二甲酸，丙酮酸，水杨酸，硫酸，酒石酸和琥珀酸，优选柠檬酸，草酸和酒石酸，更优选柠檬酸，最优选柠檬酸一水合物。8.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，PEC组合物还包含水，所述水选自自来水、蒸馏水和/或去离子水。9.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，PEC组合物的pH值低于6.5。10.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，所述pH值优选在1.8-4的范围内。11.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其包含至少0.04重量％的PEC，优选至少1.5重量％的PEC，更优选至少4重量％的PEC，最优选4-10重量％的PEC。12.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，阴离子的浓度为0.005-30重量％，优选为0.05-10重量％，更优选为0.75-2重量％。13.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，壳聚糖的浓度为0.005-30重量％，优选为0.05-10重量％，更优选为0.75-2重量％。14.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，酸的浓度为0.01-30重量％，优选为1-20重量％，更优选为9-12重量％。15.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，所述组合物包含一种或多种选自下组的添加剂：非水溶性增塑剂，水溶性增塑剂，消泡剂，发泡剂，润湿剂，聚结剂，催化剂，表面活性剂，乳化剂，保存剂，交联剂，流变改性剂，填料，非离子聚合物，染料，颜料，其中所述添加剂的浓度为0-99重量％，优选为0-50重量％，更优选为0-30重量％。16.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其中所述防腐剂选自杀真菌剂，杀细菌剂，药物防腐剂，化妆品防腐剂和/或食品防腐剂，其中所述食品防腐剂选自苯甲酸，苯甲酸钠，羟基苯甲酸盐及其衍生物，乳酸，丙酸和丙酸钠，二氧化硫和亚硫酸盐，山梨酸和山梨酸钠，抗坏血酸，抗坏血酸钠，丁基化羟基甲苯，丁基化羟基茴香醚，没食子酸和没食子酸钠和生育酚，其中杀真菌剂或杀细菌剂选自1,2-苯并异噻唑啉-3-酮，其中化妆品防腐剂选自2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，其中药物防腐剂选自2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇。17.如前述权利要求中任一项所述的PEC组合物，其特征在于，PEC组合物包含0.005-10重量％的防腐剂，优选0.005-1.5重量％的防腐剂，更优选0.005-0.5重量％的防腐剂。18.如权利要求13所述的PEC组合物，其特征在于，所述非水溶性增塑剂是天然基的，优选自下组：异山梨醇酯，异山梨醇二酯，菜籽油甲酯，低聚酯酰胺及其混合物。19.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述天然油是植物油，优选自下组：葵花籽油，大豆油，玉米油，棉籽油，棕榈油，油棕榈油，棕榈仁油，妥尔油，松油，花生油，菜籽油，红花油，芝麻油，米糠油，椰子油，芥花籽油，鳄梨油，橄榄油，亚麻籽油，葡萄籽油，落花生油，米糠油，紫苏油，椿油，大麻籽油，桐油，木棉油，茶籽油，杏仁油，芦荟油，杏核油，猴面包树油，金盏花油，玉米油，月见草油，葡萄油，葡萄籽油，榛子油，荷荷巴油，澳洲坚果油，天然油，印度楝树油，非氢化油，部分氢化油，芝麻油，环氧化植物油，例如环氧化大豆油，环氧化脂肪酸甲酯，优选自葵花籽油，大豆油，妥尔油，玉米油，菜籽油，椰子油和棕榈油，最优选葵花籽油。20.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述天然油是精油，优选自从以下中提取的油：大茴香，罗勒，安息香，佛手柑，黑胡椒，樟脑，胡萝卜，雪松，德国洋甘菊，摩洛哥洋甘菊，罗马洋甘菊，肉桂叶，丁香芽，丝柏，莳萝，蓝桉，费特哥，茴香，乳香，生姜，大冷杉，葡萄柚，葡萄籽，榛子，牛膝草，荷荷巴，杜松，杜松子，薰衣草，柠檬，柠檬草，梅利莎，山萨沃里，桃金娘红，橙花，绿花白千层，广藿香，薄荷，松树，红桃金娘，急救花精，玫瑰天竺葵，迷迭香，檀香木，西班牙马郁兰，甜马郁兰，甜百里香，万寿菊，茶树，百里香红，百里香甜，依兰。21.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述天然油是动物油，优选自下组：动物脂肪或油，鲸油，猪油，牛脂，鱼或鲸油，鱼肝油，乳脂，羊毛油，羊毛脂，绵羊油，骨油，精制猪油，鹅脂，优选自鱼油和骨油。22.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述天然油是聚合的天然油，优选自如权利要求17所述的任何聚合油，例如聚合的大豆油。23.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述合成油选自下组：纯的或掺混的来自矿物源的高级烷烃的轻质混合物，例如矿物油，白油，液体石蜡和液体石油，全合成油，聚-α-烯烃(PAO)油，第V族基油，第I、II、II+和III类矿物基油，半合成油，如矿物油和合成油的混合物，优选自液体石蜡和矿物油，更优选自液体石蜡。24.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述液体蜡是熔点低于40℃的植物蜡，优选自下组：蜂蜡，羊毛蜡，昆虫分泌蜡，诸如中国蜡，小烛树蜡，地蜡，水稻(大米)糠蜡，日本蜡，碳蜡，菲舍尔-托品蜡，巴西棕榈蜡，蜡叶油椰蜡，荷荷巴蜡，乔诺巴酯，植物蜡(巴西蜡棕)，鲸蜡酯，鲸蜡可可(可可)籽黄油，棕榈蜡，杨梅蜡，蓖麻蜡，西班牙蜡，日本蜡，米糠蜡，大豆蜡，牛脂树蜡，更优选自蜜蜡，羊毛蜡，小烛树蜡，巴西棕榈蜡，荷荷巴蜡，棕榈蜡，蓖麻蜡和大豆蜡。25.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述液体蜡是熔点低于40℃的合成蜡和/或石油蜡，优选自下组：石蜡，褐煤蜡，不定形蜡，地蜡，泥炭蜡，微晶蜡。26.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述液体树脂在0-35℃的温度下是液体，并且是天然树脂，优选自下组：松香树脂，松树脂的甲酯，松树脂，妥尔树脂，云杉树脂，松香树脂，松香甲酯，氢化的松香树脂的甲酯，虫胶，树胶树脂，油树脂，聚树脂。27.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述液体树脂在0-35℃的温度下是液体，并且是石油和/或合成树脂，优选自下组：沥青岩，乌塔树脂，环氧树脂，甲基丙烯酸甲酯，缩醛树脂。28.如权利要求4所述的PEC组合物，其特征在于，所述脂肪酸是直链或支链C4-C40羧酸，优选自下组：己酸，辛酸，癸酸，月桂酸，肉豆蔻酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·爱丁，M·温曼，
申请(专利权)人：有机点击股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE