纤维质表面的生物基衍生化的方法技术

本发明专利技术描述了使用一种组合物处理纤维质材料的可调方法，所述组合物向所述材料提供增加的疏水性和/或疏脂性而不牺牲其生物降解性。所公开的方法提供糖脂肪酸酯在纤维质材料上的结合，包括公开内容提供通过所述方法制备的产物。如此处理的材料具有更高的疏水性、疏脂性、阻挡功能和机械性能，且可用于需要这些特征的任何应用中。

Bio-based Derivatization of Fibrous Surface

The present invention describes an adjustable method for treating fibrous materials using a composition that provides increased hydrophobicity and/or liposusceptibility to the material without sacrificing its biodegradability. The disclosed method provides a combination of sugar fatty acid esters on fibrous materials, including disclosure of products prepared by the method. The material thus treated has higher hydrophobicity, grease thinning, barrier function and mechanical properties, and can be used in any application requiring these characteristics.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维质表面的生物基衍生化的方法专利技术背景
概括而言，本专利技术涉及处理含纤维质化合物(cellulosic-compound)的材料，更具体地涉及利用与纤维素结合的生物基组合物使基于纤维素的材料更疏水/疏脂，其中所述组合物和方法用于改性基于纤维素的材料(包括纸张、纸板和包装产品)的表面。
技术介绍
纤维质材料在工业中作为填充剂、吸收剂和印刷组分具有广泛的应用。由于其高的热稳定性、良好的氧气阻挡功能和化学/机械弹性，其使用优于其他材料来源的使用(参见，例如，Aulin等人，Cellulose(2010)17:559-574；其全文以引证方式纳入本文)。非常实用的还有以下事实：这些材料在分散于环境中后完全可生物降解，且其完全无毒。纤维素及其衍生物是例如食品包装和一次性用品的应用中的环境友好型解决方案的选择材料。然而，纤维素的许多优点被材料的亲水性/亲脂性抵消，所述材料对水/脂肪显示出高的亲和力并且易于与水结合(参见，例如，Aulinetal.,Langmuir(2009)25(13):7675-7685；其全文以引用方式纳入本文)。虽然这对于例如吸收剂和织物的应用是有益的，但是当需要安全包装含水/脂质的材料(例如食品)时，它却成为问题。在纤维素托盘中长期储存食物、尤其是含有大量水和/或脂肪的现成膳食是有问题的，例如，由于所述纤维素托盘首先变得潮湿，然后最终损坏。此外，由于材料的高的相对孔隙度，可能需要多个涂层来弥补在纤维质表面上保持足够涂层的不足的效果，导致成本增加。在工业中，这个问题通常通过用某种疏水性有机材料/碳氟化合物、硅酮涂覆纤维素纤维来解决，这些物质会物理地保护下面的亲水性纤维素使其不受内容物中的水/脂质的伤害，包括防止纤维空隙中的芯吸、油脂流入褶痕，或允许释放附着材料。例如，诸如PVC/PEI/PE的材料常规地用于此目的，并且物理附着(即喷涂或挤出)在待处理的表面上。当通过薄膜将食品密封在其容器中时遇到类似的问题。这种薄膜需要具有甚至比容器本身更严格的性能。除了对机械应力的抵抗力之外，薄膜必须足够薄以便剥离，理想地应该是透明的、抗脂质/油脂的、耐热的，并且对气体如二氧化碳、氧气、水蒸气是非渗透的、无毒的并且是疏水的。再一次地，聚合物、碳氟化合物和树脂形式的塑料代表了行业目前的解决方案。期望设计一种疏水的和可堆肥的“绿色”生物基涂层，包括原纸/薄膜，其允许在所述纸的表面上保持涂层并防止芯吸到纤维空隙中，或在不牺牲生物降解性和/或可再循环性的情况下，以降低的成本减少材料对纤维质表面的粘附。
技术实现思路
本申请的公开内容涉及处理纤维质材料的方法，其包括用提供增加的疏水性和/或疏脂性且同时保持纤维质组分的生物降解性/可再循环性的组合物处理含纤维素的材料。所公开的方法提供糖脂肪酸酯(saccharidefattyacidester,SFAE)在纤维素上的结合，并且不需要使用有机载体、碱或单独的催化剂来结合所述糖脂肪酸酯。结合反应可应用于纤维质纤维或预成型材料。在实施方案中，公开了包含与基于纤维素的材料结合的SFAE的组合物，其中SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，并且其中水接触角在不存在任何二级疏水物的情况下实现，或者其中当基于纤维素的材料潮湿时SFAE以足够的浓度存在以对破裂力产生实质性抵抗，其中抵抗在不存在任何二级湿强度添加剂的情况下实现。在相关方面，糖脂肪酸酯含有至少一种糖和至少一种包含8至30个碳的脂族基团，并且SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料与未结合SFAE的相同材料相比是疏水的。在另一方面，SFAE可释放地或不可释放地结合至基于纤维素的材料。在另一方面，SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，其中水接触角在不存在任何二级疏水物的情况下实现，并且其中当基于纤维素的材料潮湿时SFAE以足够的浓度存在以对破裂力产生实质性抵抗，其中抵抗在不存在任何二级湿强度添加剂的情况下实现。在一个方面，SFAE作为涂层结合在基于纤维素的材料上，SFAE在基于纤维素的材料的表面上以至少0.1g/m2的涂层重量存在。在另一方面，当基于纤维素的材料是含有纤维素纤维的溶液时，SFAE以所存在的总纤维的至少0.025％(重量/重量)的浓度存在。在一个方面，脂族基团获自天然来源。在相关方面，天然来源为含油种子，且SFAE为蔗糖大豆油脂肪酸酯(sucrosesoyate)。在另一个相关方面，脂族基团含有所有饱和键或饱和键和不饱和键的混合物。在另一方面，基于纤维素的材料还包含微纤化纤维素(MFC)、纳米纤化纤维素或纤维素纳米晶。在另一方面，所述组合物可包含聚乙烯醇(PvOH)、聚乳酸、粘土、滑石、淀粉、乙二醛(glyoxyl)、醇溶谷蛋白及其组合。在一个方面，糖脂肪酸酯为单、二、三、四、五、六、七、八酯或其混合物，并且任选地，所述组合物包含一种或多种具有饱和的脂族基团或具有饱和和不饱和脂肪酸的组合的糖脂肪酸酯。在另一方面，所述组合物是可生物降解的和/或可堆肥的。在相关方面，含纤维素的材料包括纸、纸板、纸浆、用于食物储存的纸箱、用于食物储存的袋子、运输袋(shippingbag)、用于咖啡或茶的容器、茶袋、培根板(baconboard)、尿布、杂草块/阻隔织物或薄膜、地膜、植物盆、填充珠粒、气泡包装(bubblewrap)、吸油材料、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、堆肥袋、剥离纸、餐具、用于盛放热饮或冷饮的容器、杯子、纸巾、盘子、充碳酸气的液体的储存瓶、绝缘材料、未充碳酸气的液体的储存瓶、用于包装食物的薄膜、垃圾处理容器、食物处理器具、杯盖、织物纤维、水储存和输送器具、用于酒精或非酒精饮料的储存和输送器具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具的内件或外件、窗帘、室内装饰品、薄膜、盒子、薄片、托盘、管道、水管、药品包装、服装、医疗设备、避孕用具、野营装备、模塑的纤维质材料及其组合。在一个方面，糖脂肪酸酯含有一个或多个选自醚、酯、硫代、氨基、二氧磷基或其组合的官能团。在一个实施方案中，公开了一种用于可调地使基于纤维素的材料衍生化以获得疏水和/或疏脂抗性的方法，包括使基于纤维素的材料与糖脂肪酸酯接触，以及将经接触的基于纤维素的材料暴露于热、辐射、催化剂或其组合足够的时间，以使糖脂肪酸酯与基于纤维素的材料结合。在相关方面，所述方法可包括除去过量的糖脂肪酸酯。在一个方面，所述方法可包括添加聚乙烯醇(PvOH)，其中PvOH和/或糖脂肪酸酯任选地作为乳液单独地或以组合方式加入。在另一方面，基于纤维素的材料包括微纤化纤维素(MFC)、纳米纤化纤维素或纤维素纳米晶。在一个方面，所得到的含纤维素的固体材料包含在产品中，所述产品包括纸、纸板、纸浆、用于食物储存的纸箱、堆肥袋、用于食物储存的袋子、剥离纸、运输袋、购物袋、杂草块/阻隔织物或薄膜、地膜、植物盆、填充珠粒、气泡包装、吸油材料、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、茶袋、用于咖啡或茶的容器、培根包装纸、绝缘材料、盖子、餐具、用于盛放热饮或冷饮的容器、杯子、盘子、充碳酸气的液体的储存瓶、未充碳酸气的液体的储存瓶、用于包装食物的薄膜、垃圾处理容器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含与基于纤维素的材料结合的糖脂肪酸酯(SFAE)的组合物，其中所述SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，并且其中所述水接触角在不存在任何二级疏水物的情况下实现，或者其中所述SFAE以足够的浓度存在以赋予当基于纤维素的材料潮湿时对破裂力的实质性抵抗，其中所述抵抗在不存在任何二级湿强度添加剂的情况下实现。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.01 US 62/382,690;2016.12.09 US 62/432,133;1.一种包含与基于纤维素的材料结合的糖脂肪酸酯(SFAE)的组合物，其中所述SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，并且其中所述水接触角在不存在任何二级疏水物的情况下实现，或者其中所述SFAE以足够的浓度存在以赋予当基于纤维素的材料潮湿时对破裂力的实质性抵抗，其中所述抵抗在不存在任何二级湿强度添加剂的情况下实现。2.根据权利要求1所述的组合物，其中SFAE可释放地或不可释放地结合至基于纤维素的材料。3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，其中所述水接触角在不存在任何二级疏水物的情况下实现，并且其中所述SFAE以足够的浓度存在以赋予当基于纤维素的材料潮湿时对破裂力的实质性抵抗，其中所述抵抗在不存在任何二级湿强度添加剂的情况下实现。4.根据权利要求1所述的组合物，其中糖脂肪酸酯含有至少一种糖和至少一种包含6至30个碳的脂族基团，并且其中所述糖为选自以下的二糖：棉子糖、麦芽葡萄糖、包含半乳糖的二糖、蔗糖、包含葡萄糖的二糖、包含果糖的二糖、麦芽糖、乳糖、包含甘露糖的二糖、包含赤藓糖的二糖、异麦芽糖、异麦芽酮糖、海藻糖、海藻酮糖、纤维二糖、昆布二糖、壳二糖及其组合。5.根据权利要求1所述的组合物，其中当所述SFAE作为涂层结合在基于纤维素的材料上时，SFAE在基于纤维素的材料的表面上以至少0.1g/m2的涂层重量存在。6.根据权利要求1所述的组合物，其中当基于纤维素的材料是含有纤维素纤维的溶液时，SFAE以所存在的总纤维的至少0.025％(重量/重量)的浓度存在。7.根据权利要求1所述的组合物，其中脂族基团从天然来源获得。8.根据权利要求7所述的组合物，其中天然来源为含油种子，并且其中所述SFAE为蔗糖大豆油脂肪酸酯，其中脂肪酸链选自油酸、亚油酸、亚麻酸及其组合。9.根据权利要求1所述的组合物，其中脂族基团含有所有饱和键或含有饱和键和不饱和键的混合物。10.根据权利要求1所述的组合物，其中基于纤维素的材料还包含微纤化纤维素(MFC)、纳米纤化纤维素或纤维素纳米晶。11.根据权利要求1所述的组合物，其还包含选自以下的化合物：聚乙烯醇(PvOH)、聚乳酸、粘土、滑石、淀粉、乙二醛、醇溶谷蛋白及其组合。12.根据权利要求1所述的组合物，其中糖脂肪酸酯为单、二、三、四、五、六、七、八酯或其混合物，并且任选地，其中所述组合物包含一种或多种饱和的糖脂肪酸酯或具有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的组合的糖脂肪酸酯。13.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物是可生物降解的或可堆肥的。14.根据权利要求1所述的组合物，其中基于纤维素的材料选自纸、纸板、纸浆、用于食物储存的纸箱、盖子、用于食物储存的袋子、杂草块/阻隔织物或薄膜、地膜、植物盆、填充珠粒、气泡包装、吸油材料、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、运输袋、绝缘材料、膜、培根板、尿布、茶袋、用于茶或咖啡的容器、堆肥袋、剥离纸、餐具、用于盛放热饮或冷饮的容器、杯子、盘子、充碳酸气的液体的储存瓶、未充碳酸气的液体的储存瓶、用于包装食物的薄膜、垃圾处理容器、食物处理器具、织物纤维、水储存和输送器具、用于酒精或非酒精饮料的储存和输送器具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具的内件或外件、窗帘、室内装饰品、薄膜、盒子、薄片、托盘、管道、水管、服装、医疗设备、避孕用具、药品包装、野营装备、模塑的纤维质材料及其组合。15.根据权利要求1所述的组合物，其中糖脂肪酸酯含有一个或多个选自醚、酯、硫代、氨基、二氧磷基或其组合的官能团。16.一种用于可调地使基于纤维素的材料衍生化以获得疏水和/或疏脂抗性的方法，包括：a)使基于纤维素的材料与糖脂肪酸酯接触，和b)将经接触的基于纤维素的材料暴露于热、辐射、催化剂或其组合足够的时间，以使糖脂肪酸酯与基于纤维素的材料结合。17.根据权利要求16所述的方法，还包括除去过量的糖脂肪酸酯。18.根据权利要求16所述的方法，还包括添加聚乙烯醇(PvOH)，其中PvOH和/或糖脂肪酸酯任选地作为乳液单独地或以组合方式加入。19.根据权利要求16所述的方法，其中基于纤维素的材料包含微纤化纤维素(MFC)、纳米纤化纤维素或纤维素纳米晶。20.根据权利要求16所述的方法，其中所得到的含纤维素的固体材料为选自以下的产品：纸、纸、培根板、绝缘材料、纸浆、用于食物储存的纸箱、堆肥袋、用于食物储存的袋子、剥离纸、运输袋、杂草块/阻隔织物或薄膜、地膜、植物盆、填充珠粒、气泡包装、吸油材料、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、膜、餐具、茶袋、用于咖啡或茶的容器、用于盛放热饮或冷饮的容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·斯宾德，M·A·比洛多，D·A·巴沙姆，N·S·巴斯，
申请(专利权)人：HS制造集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US