一种纸塑模型防水剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种纸塑模型防水剂及其制备方法和应用，属于防水剂技术领域。包括以下步骤：S1.SiO2纳米球的制备；S2.改性纳米球的制备；S3.碳酸锆酰胺的沉积；S4.预乳化；S5.引发剂溶液的制备；S6.稳定剂溶液的制备；S7.聚合及季铵化反应。本发明专利技术制得的纸塑模型防水剂具有无毒、无刺激、无污染、易降解等特点，安全环保，制备方法简单，原料来源广，防水抗水效果极好，还能够明显提高涂覆后纸浆模具的力学性能，粘附力强，使用寿命长，贮藏周期久，具有广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纸塑模型防水剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及防水剂
，具体涉及一种纸塑模型防水剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]纸浆模塑材料(纸塑)是以一次纤维或二次纤维为主要原料，并用特殊的模具使纤维脱水成型，再经干燥和整型而得到的一种包装材料。纸塑具有原料廉价易得，生产过程无污染，制品抗震、缓冲、透气、防静电性能好，可回收易降解等优点，从而在电子材料、日化用品、生鲜等的包装领域具有广阔的应用前景。
[0003]纸塑在我国已经发展30多年，取得了很大的进步，特别是在一次性环保餐具和一次性包装已取得广泛应用。但目前纸浆模塑材料还存在以下问题，限制了其进一步推广应用：（1）现有的纸浆模塑材料抗压强度不足目前纸浆模塑材料由于采用二次纸浆纤维，结合力有限，机械强度较低，承压性能差。为提高纸浆模塑材料抗压强度，直接使用原生浆(木浆、竹浆、蔗渣浆等)来提高材料质量，这样既增加成本又不环保。
[0004]（2）白度和紧实度不足，影响纸浆模塑材料的外观视觉效果现有纸浆模塑材料在采用废弃瓦楞纸板边角料、废旧报纸、书纸、麦秸秆及各类植物残渣作为二次纤维原料时，虽在打浆过程中去除了大部分杂质，但原有色素的残留还是会对制成成品白度产生影响。此外，在制造过程中，制品中通过烘干和压制去除大部分水分，但受制于保留纤维不被过大吸附压力带走的要求，紧实度仍不高，整体平整度仍不足，影响视觉效果。
[0005]（3）抗水防潮性不足，限制了其进一步应用纸浆模塑材料的主要原料为植物纤维，吸水性强，容易吸水受潮，影响二次使用。因此常因受潮吸水而破坏纤维结构，导致机械性能大幅下降。
[0006]随着经济水平的不断提高以及互联网购物的普及和高速增长，各类商品的物流半径越来越大，更长距离运输、更高频次的装卸、仓储，对商品的包装质量、防水、防潮性能等提出了更高的要求，特别是电子产品、工艺品、精致仪器仪表等贵重商品，既要有精美的外包装，也要有与产品外形相对应的防护模具内包装，这种纸塑模具需要有足够的结构强度和可靠的防水、防潮性能，以满足商品质量的需求。现有市场上的防水剂无论用量、使用条件还是防水效果都很难满足此类商品的要求，并且性能单一，对模具产品的结构强度没有帮助。
[0007]为了解决现有的纸浆模塑材料抗压强度不足以及防水的问题，现有技术是加入高强度的合成纤维素改善普通植物纤维的机械强度，在纸浆模塑烘干过程中在其表面喷涂丙烯酸、聚乙烯蜡涂层等。
[0008]中国专利CN 108729308 B公开了一种纸浆模塑材料的制备方法，该方法是先将纳
米微晶纤维素进行乙酰化，然后将乙酰化纳米微晶纤维素和聚乳酸混合后再与经碎解分散的植物纤维及化学助剂进行混合，最后热压定型切边后得纸浆模塑材料。该技术在纳米微晶纤维素乙酰化过程中，洗涤过程要使用大量水和丙酮，对水环境造成严重污染。
[0009]中国专利CN 106948224 B公开了一种纸浆模塑制品的制备方法，其公开在纸浆模塑制品干坯的表面均匀涂覆喷涂溶液，并进行干燥；其中，喷涂溶液中包括丙烯酸乳液、蒸馏水、乙醇、聚乙烯蜡乳液、氨水、十二烷基硫酸钠。该方法虽有效提高了纸浆模塑制品的防水性能，但喷涂增加了表面处理成本，且涂层不可降解，给环境带来污染。
[0010]中国专利申请CN 101161930A提供了一种用于纸张或纸板的防水、防油整理方面的乳液及其制备方法。将杂氧全氟烷基（甲基）丙烯酸酯单体、高级脂肪醇（甲基）丙烯酸单体、（甲基）丙烯酸羟基酯类单体在乳化剂、链转移剂、引发剂存在下乳液聚合得到的含氟共聚物乳液。虽具有优异的拒水拒油性能，乳液粒径小，但使用的全氟烷基单体很难被降解，具有多种毒性，施加量大，成本高，不利于推广应用。含氟类防油剂有毒有害、成本昂贵以及有机溶剂使用量大等问题限制了纸基材料的进一步应用，欧盟、加拿大环保组织以及美国国家环保局等已经限制PFOA/S（PFOS，perfluorooctane sulfonate，全氟辛烷磺酰基化合物，PFOA，Perfluorooctanoic Acid，全氟辛酸铵）的使用，长链的含氟烷基化合物（碳原子数大于6）也被限制用于纸品的防水防油剂中。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提出一种纸塑模型防水剂及其制备方法和应用，具有无毒、无刺激、无污染、易降解等特点，安全环保，制备方法简单，原料来源广，防水抗水效果极好，还能够明显提高涂覆后纸浆模具的力学性能，粘附力强，使用寿命长，贮藏周期久，具有广阔的应用前景。
[0012]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种纸塑模型防水剂的制备方法，包括以下步骤：S1.SiO2纳米球的制备：将正硅酸烷基酯和乳化剂溶于有机溶剂中，得到油相，滴加入水中，调节pH值，乳化，反应，离心，洗涤，干燥，得到SiO2纳米球；S2.改性纳米球的制备：将步骤S1制得的SiO2纳米球分散于乙醇水溶液中，加入硅烷偶联剂、多巴胺盐酸盐和催化剂，加热反应，离心，洗涤，干燥，得到改性纳米球；S3.碳酸锆酰胺的沉积：将氯氧化锆溶于水中，加入步骤S2制得的改性纳米球，分散均匀，加热搅拌，加入碳酸氢铵，直至沉淀刚好消失，制得沉积碳酸锆酰胺的改性纳米球；S4.预乳化：将去离子水、硫酸氢钠、乳化剂、甲基丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酸丁酯，搅拌预乳化，直至混合乳化液达到稳定状态，得到预乳液；S5.引发剂溶液的制备：将引发剂溶于水中，得到引发剂溶液；S6.稳定剂溶液的制备：将聚甲基丙烯酸钠溶于水中，得到稳定剂溶液；S7.聚合及季铵化反应：将步骤S3制得的沉积碳酸锆酰胺的改性纳米球、部分预乳液和稳定剂溶液加入水中，分散均匀，加热，加入部分引发剂溶液，搅拌，第一次保温反应，升温，加入剩余的预乳液和剩余的引发剂溶液，搅拌，第二次保温反应，冷却，加入乙醇沉淀，过滤，沉淀洗涤，加入有机溶剂中，加入碱和环氧氯丙烷，加热搅拌反应，加水沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到纸塑模型防水剂。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中所述正硅酸烷基酯为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述调节pH值至5
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6；所述正硅酸烷基酯和乳化剂的质量比为100：3
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5；所述油相和水的质量比为3
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5:5
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7；所述乳化转速为12000
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15000r/min，时间为3
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5min；所述反应的时间为4
‑
7h。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中所述SiO2纳米球、硅烷偶联剂、多巴胺盐酸盐和催化剂的质量比为15
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20:5
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7:17
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22:0.1
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0.3；所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂，选自KH570、A171、A172、A151中的至少一种；所述加热反应的温度为50
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70℃，时间为2
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3h；所述乙醇水溶液中乙醇含量为40
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纸塑模型防水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.SiO2纳米球的制备：将正硅酸烷基酯和乳化剂溶于有机溶剂中，得到油相，滴加入水中，调节pH值，乳化，反应，离心，洗涤，干燥，得到SiO2纳米球；S2.改性纳米球的制备：将步骤S1制得的SiO2纳米球分散于乙醇水溶液中，加入硅烷偶联剂、多巴胺盐酸盐和催化剂，加热反应，离心，洗涤，干燥，得到改性纳米球；S3.碳酸锆酰胺的沉积：将氯氧化锆溶于水中，加入步骤S2制得的改性纳米球，分散均匀，加热搅拌，加入碳酸氢铵，直至沉淀刚好消失，制得沉积碳酸锆酰胺的改性纳米球；S4.预乳化：将去离子水、硫酸氢钠、乳化剂、甲基丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酸丁酯，搅拌预乳化，直至混合乳化液达到稳定状态，得到预乳液；S5.引发剂溶液的制备：将引发剂溶于水中，得到引发剂溶液；S6.稳定剂溶液的制备：将聚甲基丙烯酸钠溶于水中，得到稳定剂溶液；S7.聚合及季铵化反应：将步骤S3制得的沉积碳酸锆酰胺的改性纳米球、部分预乳液和稳定剂溶液加入水中，分散均匀，加热，加入部分引发剂溶液，搅拌，第一次保温反应，升温，加入剩余的预乳液和剩余的引发剂溶液，搅拌，第二次保温反应，冷却，加入乙醇沉淀，过滤，沉淀洗涤，加入有机溶剂中，加入碱和环氧氯丙烷，加热搅拌反应，加水沉淀，过滤，洗涤，干燥，得到纸塑模型防水剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述正硅酸烷基酯为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述调节pH值至5
‑
6；所述正硅酸烷基酯和乳化剂的质量比为100：3
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5；所述油相和水的质量比为3
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5:5
‑
7；所述乳化转速为12000
‑
15000r/min，时间为3
‑
5min；所述反应的时间为4
‑
7h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述SiO2纳米球、硅烷偶联剂、多巴胺盐酸盐和催化剂的质量比为15
‑
20:5
‑
7:17
‑
22:0.1
‑
0.3；所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂，选自KH570、A171、A172、A151中的至少一种；所述加热反应的温度为50
‑
70℃，时间为2
‑
3h；所述乙醇水溶液中乙醇含量为40
‑
60wt%；所述催化剂为含有5
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10wt%CoCl2的pH=5
‑
6的Tris
‑
HCl溶液。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述氯氧化锆、改性纳米球的质量比为3
‑
5:10；所述加热搅拌的温度为35
‑
45℃，时间为30
‑
50min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述去离子水、硫酸氢钠、乳化剂、甲基丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酸丁酯的质量比为500
‑
700：0.3
‑
0.7：15
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25：5
‑
10：200
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230：15
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25：220
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240；所述搅拌预乳化的时间为30
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50min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种；所述引发剂溶液中引发剂的含量为5
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10wt%；步骤S6中所述稳定剂溶液中聚甲基丙烯酸钠的含量为12
‑
15wt%。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S7中所述沉积碳酸锆酰胺的改性纳米球、预乳液、引发剂溶液和稳定剂溶液的质量比为17
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22:40
‑
70:4
‑
7:5
‑
10；所述部分预乳液占总预乳液质量为30
‑
50wt%；所述部分引发剂溶液占总引发剂溶液40
‑
50wt%；所述加热的温度为50
‑
60...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹峻铭，张国英，曹永岗，张晓丽，赵海刚，
申请(专利权)人：青州金昊新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：