一种生物质基超疏水涂层及其制备与在防水包装中的应用制造技术

本发明专利技术属于防水涂层的技术领域，公开了一种生物质基超疏水涂层及其制备与在防水包装中的应用。方法：1)在酸性的条件下，将双醛纤维素与脂肪胺进行反应，获得脂肪胺衍生物；2)将脂肪胺衍生物与纳米颗粒分散于有机溶剂中，喷涂至基底上，热处理，获得超疏水涂层；所述脂肪胺为C

【技术实现步骤摘要】
一种生物质基超疏水涂层及其制备与在防水包装中的应用


[0001]本专利技术属于防水涂层的
，具体涉及一种生物质基环保型防水(超疏水)涂层及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由于一次性塑料制品的大量滥用且不可降解，对环境造成了极大的危害。因此，我们迫切的希望用自然界中产量丰富、可降解的纤维素材料作为基材，以替代塑料的应用。纤维素等天然高分子有产量大、可持续的优点，其分子链上的羟基，在分子间形成氢键给予了材料成型的基础，与水分子形成氢键则降低材料的强度。由此可见，阻隔水对纤维素材料的润湿是提高湿强度的关键。
[0003]构建超疏水涂层通常需要两个基本要素：1)低表面能物质2)粗糙结构。超疏水涂层的构建能够降低亲水材料的表面能，并提供给材料一些自清洁、防结冰等潜在效果。并且对亲水材料的疏水修饰可以极大的提高亲水材料的应用范围。
[0004]目前，有关超疏水涂层的现有技术主要有：
[0005]专利申请CN113372815A公开了一种生物质基超疏水涂层的制备方法和用途。该制备方法包括以下步骤：：将纤维素、壳聚糖、沸石和PTFE等微纳粒子、1H，1H，2H，2H
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全氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)和[3
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(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺(AS)分散在无水乙醇和乙酸的混合液中制备，将所得超疏水涂层液喷涂到基材上，干燥后得到超疏水涂层。
[0006]专利CN105153819A公开了一种用纳米纤维素模板法制备超疏水涂层的方法。该制备方法包括以下步骤：将纳米纤维素悬浮液制备成微细水珠，然后通过固气相分离方法将水珠中水分去除，保留纳米纤维素固体微米颗粒，将纳米纤维素基固体颗粒与表面改性剂和有机溶剂混合制备成涂料A液，再将由交联剂和有机溶剂制备成的B液与A液混合，得到纳米纤维素基超疏水涂料。
[0007]专利申请CN112608683A公开了一种木质素基超疏水涂层及其制备方法。其制备方法包括以下步骤：将木质素微纳米球悬浊液用三甲氧基(1H，1H，2H，2H
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十三氟正辛基)硅烷进行低表面能修饰，再将低表面能木质素微纳悬浊液与环氧树脂、固化剂混合得到超疏水胶粘剂预制液，将超疏水胶粘剂预制液涂覆在基底表面，固化后得到木质素基超疏水涂层。
[0008]上述方法制备的超疏水涂层效果良好，但制备过程较为繁琐，尤其是含氟硅烷和有机溶剂的大量使用会造成环境危害、不利于在食品接触包装中应用，使用更环保的原料以及反应体系符合未来发展的方向。

技术实现思路

[0009]本专利技术目的在于提供一种环境友好、生物相容性好的生物质基防水(超疏水)涂层及其制备方法。本专利技术的制备方法简单、成本低廉，能够更好地解决生物质基材料防水性差的难题，增加生物质基材料在绿色包装领域的应用。
[0010]本专利技术的另一目的在于提供上述超疏水涂层的应用。所述超疏水涂层用于制备防
水包装。
[0011]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0012]一种生物质基超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)在酸性的条件下，将双醛纤维素与脂肪胺进行反应，获得脂肪胺衍生物；
[0014]2)将脂肪胺衍生物与纳米颗粒分散于有机溶剂中，涂覆至基底上，热处理，获得超疏水涂层。
[0015]所述脂肪胺为C
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的脂肪胺，优选为十八胺、正十七胺、十六胺、正十五胺、十四胺、十三胺、十二胺中一种以上。
[0016]所述酸性条件是指酸性溶液，酸性溶液的pH为3
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6；具体是指双醛纤维素与脂肪胺在酸性溶液的作用下进行反应。
[0017]所述酸性溶液为醋酸盐缓冲溶液。
[0018]所述双醛纤维素以双醛纤维素水溶液的形式使用；酸性溶液与双醛纤维素水溶液的体积比为(1～1.5)：1，双醛纤维素水溶液的质量浓度为1～3％。
[0019]所述双醛纤维素与脂肪胺的摩尔比为1：1
‑
1：6。双醛纤维素在计算摩尔比时，以脱水葡萄糖来计算相对分子质量。
[0020]所述反应的温度为50℃
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80℃，反应的时间为3h
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5h。
[0021]步骤1)中反应完后，采用乙醇进行沉淀，将沉淀经乙醇离心洗涤，干燥，获得脂肪胺衍生物。离心洗涤转速为6000rpm
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14000rpm。
[0022]步骤1)中涂覆的方法包括喷涂、涂布、浸渍。
[0023]步骤2)中，所述纳米颗粒包括有机纳米颗粒(纳米纤维素、纳米木质素、纳米壳聚糖等)和/或无机纳米颗粒(纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等)；所述纳米二氧化硅为亲水性纳米二氧化硅。
[0024]所述纳米颗粒的粒径为10nm
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1000nm。
[0025]步骤2)中所述脂肪胺衍生物和纳米颗粒的质量比为(1～3)：1。
[0026]步骤2)中所述有机溶剂为乙醇，所述乙醇为热乙醇，热乙醇温度为60℃
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78℃。(常温的乙醇达不到脂肪胺衍生物的玻璃化转变温度，没法将生脂肪胺衍生物很好的分散)。
[0027]步骤2)中，所述热处理的温度为80℃
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100℃，热处理的时间为0.5h
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2h。(热处理的目的和作用是去除溶剂，并使生物质基衍生物熔融，增强和基底的结合，热处理还能使疏水链向表面迁移，疏水链的引入会降低生物质基衍生物的熔融温度)
[0028]步骤2)中脂肪胺衍生物与有机溶剂的质量比为0.1：(6～15)。
[0029]步骤2)中所述分散为超声分散。
[0030]步骤1)中所述双醛纤维素是通过以下方法得到：是将天然生物质原料与高碘酸钠在水中进行避光氧化反应，终止反应后，进行透析，获得双醛纤维素。
[0031]天然生物质原料与高碘酸钠的摩尔比为1：0.5
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1：3，氧化的温度为10℃
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40℃，氧化的时间为1h
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72h。
[0032]所述天然生物质原料为纤维素、半纤维素、壳聚糖、淀粉、微晶纤维素中一种以上。
[0033]当生物质原料为壳聚糖、淀粉时，需要调节反应体系的pH为酸性，所述酸性是指pH为2～5；
[0034]当生物质原料为纤维素时，需要调节反应体系的pH为2～7。
[0035]当生物质原料为微晶纤维时，可以不用调节反应体系的pH。
[0036]透析完成后，加热溶解于水中，离心去除不溶物。加热溶解温度为80℃
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100℃，时间为0.5h
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5h。离心洗涤转速为6000rpm
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14000rpm。
[0037]步骤2)中所述基底包括食品包装材料基底、纸、纸板、纸塑、木材等等。
[0038]所述生物质基超疏水涂层用于制备防水包装，特别是纸基材料防水包装，尤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质基超疏水涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在酸性的条件下，将双醛纤维素与脂肪胺进行反应，获得脂肪胺衍生物；2)将脂肪胺衍生物与纳米颗粒分散于有机溶剂中，涂覆至基底上，热处理，获得超疏水涂层；所述脂肪胺为C
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的脂肪胺；步骤2)中所述脂肪胺衍生物和纳米颗粒的质量比为(1～3)：1。2.根据权利要求1所述生物质基超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述脂肪胺为十八胺、正十七胺、十六胺、正十五胺、十四胺、十三胺、十二胺中一种以上；所述双醛纤维素与脂肪胺的摩尔比为1：1
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1：6；双醛纤维素在计算摩尔比时，以脱水葡萄糖来计算相对分子质量。3.根据权利要求1所述生物质基超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述酸性条件是指酸性溶液，酸性溶液的pH为3
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6；具体是指双醛纤维素与脂肪胺在酸性溶液的作用下进行反应；所述酸性溶液为醋酸盐缓冲溶液。4.根据权利要求3所述生物质基超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述双醛纤维素以双醛纤维素水溶液的形式使用；酸性溶液与双醛纤维素水溶液的体积比为(1～1.5)：1，双醛纤维素水溶液的质量浓度为1～3％。5.根据权利要求1所述生物质基超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述反应的温度为50℃
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80℃，反应的时间为3h
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5h；步骤2)中，所述纳米颗粒包括有机纳米颗粒和/或无机纳米颗粒；所述有机纳米颗粒为纳米纤维素、纳米木质素、纳米壳聚糖中一种以上；所述无机颗粒为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙中一种以上；所述纳米二氧化硅为亲水性纳米二氧化硅。6.根据权利要求1所述生物质基超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述有机溶剂为乙醇，所述乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小慧，阚立军，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：