一种阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及造纸领域，公开了一种阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂的制备方法及应用，制备方法包括：（1）将纳米纤维素分散于水中，然后进行第一次磨浆处理；（2）向所得浆料中加入淀粉、阳离子改性剂、催化剂和流动剂，进行第二次磨浆处理（3）向所得混合浆料中加入酸和增强剂，进行第三次磨浆处理，获得阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂。本发明专利技术纸张防油剂呈现为阳离子，分散性好，不易发生聚集。本发明专利技术将纳米纤维素与淀粉以特殊方式复合，可在较低的涂布量下实现出色的防油效果；同时，淀粉嵌入到纳米纤维素中并糊化后可促进纳米纤维素的成膜，无需外加成膜材料。需外加成膜材料。

【技术实现步骤摘要】
一种阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及造纸领域，尤其涉及一种阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前国内防油纸的生产主要使用含氟类的试剂，即碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代后形成的碳氟链或氧杂碳氟链的防油剂。但含氟防油剂被认为是持久性有机污染物，在生态环境中很难被降解，且有生物累积性和多种毒性，会影响人体健康，以及对环境造成污染，在许多国家已经禁止使用含氟防油剂。
[0003]目前不含氟的防油剂主要为淀粉类，但一般防油等级只能做到6级左右，而且涂布量需要达到5g/m2以上。此外，由于具有高的阻隔性能，纳米纤维素也可提升纸张的防油性，其在1.5g/m2的涂布量下就能达到防油等级12级。然而，未改性的纳米纤维素涂布到纸上需要配合聚乙烯醇(PVA)等作为成膜材料；并且，未改性的纳米纤维素的稳定性差，容易聚集而使应用效果变差。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂的制备方法及应用。本专利技术纸张防油剂呈现为阳离子，分散性好，不易发生聚集。本专利技术将纳米纤维素与淀粉以特殊方式复合，可在较低的涂布量下实现出色的防油效果；同时，淀粉嵌入到纳米纤维素中并糊化后可促进纳米纤维素的成膜，无需外加成膜材料。此外，本专利技术防油剂主要以天然原料为主，可再生、可降解，更具环保性。
[0005]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂的制备方法，包括以下步骤：(1)纳米纤维素预处理：将纳米纤维素分散于水中，获得纳米纤维素分散液，然后进行第一次磨浆处理，获得含有纳米纤维素的浆料。
[0006]在步骤(1)中，本专利技术对纳米纤维素分散液进行第一次磨浆处理，对纳米纤维素进行磨制，能够使纳米纤维素的两端发生分丝，产生更多的分支，从而具有更多的反应位点以及更多的交缠点，有利于第二次磨浆时的改性。其中，更多的反应位点有利于后续的阳离子改性，更多的交缠点有利于纳米纤维素之间构建成更好的网络结构，从而为淀粉以及流动剂的固定化创造空间。
[0007](2)改性处理：向步骤(1)所得浆料中加入淀粉、阳离子改性剂、催化剂和流动剂后，进行第二次磨浆处理，获得含有改性纳米纤维素
‑
改性淀粉的混合浆料。
[0008]在步骤(2)中，在第二次磨浆处理过程中，主要发生以下反应或变化：1、纳米纤维素上的羟基在催化剂作用下被阳离子改性剂所取代而生成氨基，得到阳离子纳米纤维素；2、淀粉上的羟基在催化剂作用下被阳离子改性剂所取代而生成氨基，得到阳离子淀粉；3、
在剧烈的磨浆处理下，拥有丰富分支的纳米纤维素之间发生一定程度的缠结，构建出交织的网络结构，阳离子淀粉分子和流动剂被嵌入到该网络结构的网格中，稳定性好。需要强调的是，流动剂必须在第二次磨浆时添加，否则便不利于形成前述“镶嵌结构”的形成，从而对流动性的改善效果不理想。4、随着磨浆处理的深入，产生的热量使得阳离子淀粉逐渐发生糊化，糊化后的淀粉黏度大幅提升，从而可进一步稳固之前形成的“镶嵌”结构。
[0009]在经过第二次磨浆处理后，获得了阳离子纳米纤维素、阳离子淀粉和流动剂的复合材料，相较于现有的纸张防油剂，具有以下几方面的优点：(1)由于该材料呈现为阳离子，因此在制备为防油涂层浆料后，由于材料带相同电荷，在浆料中会相互排斥，分散性好，不易发生聚集，因此能够克服单一纳米纤维素稳定性差，容易聚集的缺点；(2)普通的纳米纤维素涂布到纸张上需要配合聚乙烯醇(PVA)等成膜材料；而普通的淀粉类纸张防油剂的防油性较差，只能做到6级左右，而且涂布量需要达到5g/m2以上。本专利技术将纳米纤维素与淀粉以特殊方式复合，一方面，纳米纤维素和淀粉的配合可实现较高的防油性，以较低的涂布量即使实现出色的防油效果；另一方面，淀粉嵌入到纳米纤维素中并糊化后可促进纳米纤维素的成膜，无需外加成膜材料；(3)流动剂的添加可在后续防油剂应用时改善材料的流动性，减少输送阻力。
[0010](3)后处理：向步骤(2)所得混合浆料中加入酸和增强剂后，进行第三次磨浆处理，获得阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂。
[0011]在步骤(3)中，在进行第三次磨浆时，一方面，添加的酸与步骤(2)中的碱性催化剂发生中和；另一方面，添加增强剂的目的是增加产品应用时的交联性能。经过第三次磨浆处理出料后，获得类似絮状物的阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂。
[0012]作为优选，步骤(1)中，所述纳米纤维素分散液的浓度为20
‑
30wt％。所述纳米纤维素的直径为20
‑
50nm，长径比为500
‑
1500∶1。
[0013]作为优选，所述第一次磨浆处理为：利用高浓磨浆机在间隙50
‑
200丝之间磨10
‑
20次；所述第二次磨浆处理为：利用高浓磨浆机在间隙100
‑
300丝之间磨10
‑
30次；所述第三次磨浆处理为：利用高浓磨浆机在间隙100
‑
300丝之间磨5
‑
10次。
[0014]上述三次磨浆处理的工艺参数对于成功制备阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂至关重要，本专利技术通过调整高浓磨浆机的间隙以及磨浆次数来实现每一步工艺的目的。
[0015]作为优选，所述第一次磨浆处理的温度为50
‑
60℃，时间为30
‑
60min；所述第二次磨浆处理的温度为50
‑
60℃，时间为30
‑
90min；所述第三次磨浆处理的温度为50
‑
60℃，时间为15
‑
30min。
[0016]在三次磨浆处理时，由于需要发生反应，第二次磨浆的温度具有一定的要求。例如淀粉糊化需要在50℃以上的温度，但是温度也不能过高，否则容易导致糊化过度而带来不利影响。
[0017]作为优选，步骤(2)中，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、蜡质玉米淀粉和马铃薯淀粉中的一种或多种；所述阳离子改性剂为3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵、环氧丙基三甲基氯化铵和4
‑
氯
‑2‑
丁烯基三甲基氯化铵中的一种或多种；所述催化剂为氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钠和氧氧化镁中的一种或多种；所述流动剂为气相二氧化硅、氢氧化铝、硅藻土和轻质碳酸钙中的一种或多种。
[0018]作为优选，步骤(2)中，所述淀粉的用量为纳米纤维素的20
‑
30wt％；所述阳离子改
性剂的用量为纳米纤维素的10
‑
20wt％；所述催化剂的用量为纳米纤维素的20
‑
30wt％；所述流动剂的用量为纳米纤维素的0.5
‑
1.0
‑
30wt％。
[0019]为了获得理想的防油性能，淀粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）纳米纤维素预处理：将纳米纤维素分散于水中，获得纳米纤维素分散液，然后进行第一次磨浆处理，获得含有纳米纤维素的浆料；（2）改性处理：向步骤（1）所得浆料中加入淀粉、阳离子改性剂、催化剂和流动剂后，进行第二次磨浆处理，获得含有改性纳米纤维素
‑
改性淀粉的混合浆料；（3）后处理：向步骤（2）所得混合浆料中加入酸和增强剂后，进行第三次磨浆处理，获得阳离子化淀粉基纳米纤维素防油剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述第一次磨浆处理为：利用高浓磨浆机在间隙50
‑
200丝之间磨10
‑
20次；步骤（2）中，所述第二次磨浆处理为：利用高浓磨浆机在间隙100
‑
300丝之间磨10
‑
30次；步骤（3）中，所述第三次磨浆处理为：利用高浓磨浆机在间隙100
‑
300丝之间磨5
‑
10次。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述第一次磨浆处理的温度为50
‑
60℃，时间为30
‑
60min；步骤（2）中，所述第二次磨浆处理的温度为50
‑
60℃，时间为30
‑
90min；步骤（3）中，所述第三次磨浆处理的温度为50
‑
60℃，时间为15
‑
30min。4.如权利要求1
‑
3之一所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述纳米纤维素分散液的浓度为20
‑
30wt%；所述纳米纤维素的直径为20
‑
50nm，长径比为500
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：姚臻，应晓荣，詹灵江，姚献平，郑丽萍，
申请(专利权)人：杭州纸友科技有限公司，
类型：发明
国别省市：