可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂及其制备方法和应用，属于纸张涂层制备技术领域。将栲胶基环氧树脂与壳聚糖溶液在40～80℃下进行交联反应1～5h，制得可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂。本发明专利技术以水作为溶剂，使用大量廉价的栲胶基环氧树脂对壳聚糖进行改性，不仅实现了树皮在高端纸张涂料领域的高附加值利用，还为纸张防油、气体阻隔、机械性能和耐紫外老化性能的改善提供了一种简便、可持续、廉价的方法。制备的壳聚糖栲胶基防油剂作为纸张表面涂层，可显著改善纸张的防油、气体阻隔、机械性能和耐紫外线老化性能，且可生物降解涂层具有100％可再浆性能，涂布纸具备良好的可回收性。涂布纸具备良好的可回收性。涂布纸具备良好的可回收性。

【技术实现步骤摘要】
可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纸张涂层制备
，涉及纸张防油剂及其制备方法，具体涉及一种完全可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]食品包装市场巨大，其中纸制品由于其来源可再生、可生物降解、易于回收、价格低廉等优点，成为包装行业中占比最大份额的包装材料，约占食品包装行业销售总量的40％。然而，纸张是以植物纤维为主要原料制备而成的具有三维网状结构的材料，其多孔结构和较高的表面积能使得油脂能够轻易的透过纸张，从而导致纸张力学性能下降，影响纸质包装的应用。另外，纸张的多孔结构使其缺乏对水蒸气和氧气的阻隔能力，不利于内部产品长时间储存。因此，纸张防油和阻气性能的提高是纸包装行业发展的关键。目前，食品包装行业通常采用在纸张表面覆膜(聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等)或施涂低表面能的含氟类化学品(如氟丙烯酸酯、氟烷基聚合物等)来提高纸张的防油和阻气性能。然而，石油基塑料薄膜不可再生、不能生物降解且不利于纸张的回收利用，最终多以填埋处理，这不但浪费了大量可回用的纤维资源，而且给环境带来了危害；含氟类化学品在制备和使用过程中会产生对人体和环境有危害的全氟辛酸(PFOA)。因此，开发一种绿色环保可再浆的防油涂料成为纸包装工业发展的迫切课题。
[0003]壳聚糖是由天然多糖甲壳素脱乙酰基的产物，在自然界中储量极大，广泛存在于虾蟹的外壳，是一种可再生、可生物降解的材料。壳聚糖结构中存在大量的
‑
NH2和
‑r/>OH，能与纸张表面羟基形成氢键，且在酸性条件下氨基被质子化带正电，能与带负电的纸张纤维通过静电吸附作用，在纸张表面固化成膜。CN 106702812 A公开了一种涂布型纸张防油剂及其制备方法，CN 110685185 A公开了一种环境友好型纸张防油剂的制备方法，将壳聚糖涂布于纸张后能够提高纸张的防油、气体阻隔、抗菌和机械性能。然而，壳聚糖较高的价格和涂布量使其难以在纸张防油剂领域大规模应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术所要解决的第一技术问题在于提供一种完全可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂的制备方法；本专利技术所要解决的第二技术问题在于提供该方法制备得到的纸张防油剂；本专利技术所要解决的第三技术问题在于提供该完全可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂在作为纸张表面涂层中的应用。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂，结构式如下：
[0007][0008]式中，n＝1，2，3，4，5。
[0009]所述的可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂的制备方法，包括以下步骤：以栲胶粗品和环氧化合物为原料，在碱金属催化剂和有机溶剂的作用下，高温高压制备栲胶基聚醚多元醇；随后栲胶基聚醚多元醇在环氧氯丙烷、固碱和相转移催化剂的作用下进行环氧化反应，制备栲胶基环氧树脂；随后将所需量的栲胶基环氧树脂加入壳聚糖溶液中进行交联反应，制备壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂。
[0010]进一步的，将栲胶基环氧树脂与壳聚糖溶液在40～80℃下进行交联反应1～5h，制得所述可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂；壳聚糖中氨基基团与栲胶基环氧树脂中环氧基团的摩尔比为1∶0.125～1。
[0011]进一步的，壳聚糖溶液的浓度为1～3wt.％；壳聚糖溶液的溶剂为体积百分数为0.5～2％的乙酸溶液。
[0012]进一步的，所述栲胶基环氧树脂是以栲胶基聚醚多元醇、环氧氯丙烷、固碱和相转移催化剂为反应物，进行环氧化反应，反应结束后过滤，水洗中和，减压蒸馏除去水和环氧氯丙烷得到的；栲胶基聚醚多元醇的羟基、环氧氯丙烷和固碱的摩尔比为1∶6～20∶0.5～1.5；相转移催化剂的用量为反应物的总质量的0.05％～0.5％。
[0013]进一步的，环氧化反应的温度为30～80℃，环氧化反应的时间为2～6h。
[0014]进一步的，固碱为氢氧化钠或氢氧化钾；相转移催化剂选自苄基三乙基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十四烷基三甲基氯化铵中的一种。
[0015]进一步的，所述栲胶基聚醚多元醇是以栲胶粗品和环氧化合物为原料，在碱金属催化剂和有机溶剂的作用下，高温高压制备得到的；所述环氧化合物与栲胶粗品的质量比为2～10∶1；所述有机溶剂与与栲胶粗品的质量比为4～10∶1。
[0016]进一步的，所述栲胶基聚醚多元醇是将栲胶粗品、碱金属催化剂、有机溶剂加入反应釜中，N2置换反应釜内空气3次，缓慢升温至100～110℃，将栲胶粗品液化；随后在90～150℃下，通入所需量的环氧化合物进行开环加成反应，控制反应压力不超过0.8MPa，反应时间3～8h，开环反应结束后，经过精制处理得到的。
[0017]进一步的，所述栲胶粗品来源于黑荆树、毛杨梅或杨梅；所述环氧化合物为环氧丙
烷或环氧乙烷；所述有机溶剂选自二甲亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或1，4
‑
二氧六环中的一种；所述催化剂选自金属钠、甲醇钠、氢氧化钠、金属钾、甲醇钾或氢氧化钾中的一种。
[0018]所述的可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂在作为纸张表面涂层中的应用。
[0019]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术以水作为溶剂，利用栲胶基环氧树脂与壳聚糖交联制备高性能纸张涂料，实现了树皮在高端纸张涂料领域的高附加值利用，具有绿色可持续、工艺简单、性能优异、价格低廉等特点。高度交联的栲胶基环氧树脂和壳聚糖在纸张表面形成致密的薄膜，堵塞纤维之间的孔洞，阻塞油脂、水蒸气和氧气向纸张内部渗透；栲胶基环氧树脂结构中的刚性苯环和柔性烷基链有效地提升了纸张的强度和柔性，且大量的苯环赋予涂层良好的紫外线屏蔽能力，有效地保护纸张免于紫外线老化。可生物降解涂层具有100％可再浆性能，涂布纸具备良好的可回收性。大量添加的廉价栲胶基环氧树脂有助于降低涂料的成本，涂料具有很好的实用性。
附图说明
[0021]图1为栲胶粗品、栲胶基聚醚多元醇和栲胶基环氧树脂的红外光谱图；
[0022]图2为栲胶粗品和栲胶基聚醚多元醇的核磁氢谱图；
[0023]图3为栲胶基聚醚多元醇和栲胶基环氧树脂的核磁氢谱图；
[0024]图4为壳聚糖和壳聚糖栲胶基防油剂的核磁氢谱图；
[0025]图5为涂布纸再浆性能测试图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。
[0027]以下实施例中所使用的供试原料及试剂为：杨梅栲胶粗品，工业级，广西武鸣栲胶厂提供；环氧丙烷、环氧乙烷、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、DMF由扬州晨化新材料股份有限公司提供；环氧氯丙烷为工业级，安徽新远本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂，其特征在于，结构式如下：式中，n＝1，2，3，4，5。2.根据权利要求1所述的可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂的制备方法，其特征在于，将栲胶基环氧树脂与壳聚糖溶液在40～80℃下进行交联反应1～5h，制得所述可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂；壳聚糖中氨基基团与栲胶基环氧树脂中环氧基团的摩尔比为1∶0.125～1。3.根据权利要求1所述的可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液的浓度为1～3wt.％；所述壳聚糖溶液的溶剂为体积百分数为0.5～2％的乙酸溶液。4.根据权利要求2所述的可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂的制备方法，其特征在于，所述栲胶基环氧树脂是以栲胶基聚醚多元醇、环氧氯丙烷、固碱和相转移催化剂为反应物，进行环氧化反应，反应结束后过滤，水洗中和，减压蒸馏除去水和环氧氯丙烷得到的；栲胶基聚醚多元醇的羟基、环氧氯丙烷和固碱的摩尔比为1∶6～20∶0.5～1.5；相转移催化剂的用量为反应物的总质量的0.05％～0.5％。5.根据权利要求4所述的可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂的制备方法，其特征在于，所述环氧化反应的温度为30～80℃，环氧化反应的时间为2～6h。6.根据权利要求4所述的可再浆无氟无塑壳聚糖栲胶基水性纸张防油剂的制备方法，其特征在于，所述固碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述相转移催化剂选自苄基三乙基氯化铵、苄基三甲基氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹云峰，谈继淮，朱清浩，刘祝兰，张彤彤，李丹丹，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：