[发明专利]一种等离子体引发氟碳防油防水纸的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于防油防水材料领域，具体是一种等离子体引发氟碳防油 防水纸的制备方法。

背景技术

防油防水材料广泛的应用于生产制造及日常生活当中，特别是以纸 张为基材的防油防水材料由于其特殊的性能如：生物可降解性、原材料可再生 性等替代了许多合成的高分子材料，防油防水纸张的制备方法有纸张浸渍胶乳 法或防油防水剂处理法等。氟碳防油防水剂是重要的防油防水剂之一。氟碳防 油防水剂的制备方法一般需要将含氟丙烯酸类单体通过乳液聚合反应制备，氟 碳防油防水剂由于其表面具有C-F能够赋予基材较低的表面自由能，提升纸张 的防油防水性能。但是，氟碳防油防水剂自身也存在乳液稳定性、乳化剂污染 及可控制备等的一系列问题，另外，纸张涂布防油防水剂时又涉及涂布、烘干 过程，这对于能源的利用及环保而言存在一定的弊端。

目前低温等离子体技术在材料领域得到了较多的应用。实验室中可 以通过辉光放电、电晕放电及射频放电等方式获得低温等离子体，电子温度高 达1～10eV，而离子、自由基、中性原子或分子等重粒子的温度接近或略高于室 温。低温等离子体中具有足够高能量的活性粒子使反应物分子自由基化、氧化、 刻蚀、裂解、交联等，在高分子材料表面改性方面具有独特的优越性。低温等 离子体技术已经实现了在纺织行业、特种纤维材料及制浆造纸领域的研究及应 用，并逐渐显示出其优势。

使用低温等离子体技术使材料表面产生自由基，产生的自由基可以 与烯烃或烯酯类化合物发生接枝共聚反应。沈丽等人以六氟丙烯、全氟庚烷及 八氟环丁烷等氟碳烯烃化合物为气氛对纯棉织物进行等离子体处理，处理后的 纯棉织物具有一定的拒水拒油性能(参见：沈丽，等人，氟碳化合物等离子体 处理对纯棉织物表面性质的影响，纺织学报，2009，30(12)；71-75)。刘宏伟 通过等离子体引发制备了丙烯酸酯类高性能吸油树脂(参见：辉光放电电解等 离子体引发制备丙烯酸酯类高吸油树脂及其性能研究，刘宏伟，西北师范大学， 2012)。等离子体也实现了对于天然纤维素(如：亚麻)、合成纤维(如：PET) 表面的改性，提升其附加值及应用多样性。

含氟丙烯酸酯类聚合物能够赋予纸张基材优良的防油防水性能，本 发明通过等离子体引发纸张接枝共聚反应，较氟碳防油防水剂的乳液聚合制备 方法而言，具有引发效率高、效果好及环保等特点。同时，通过等离子体处理 能够使含氟丙烯酸酯类单体通过接枝以化学键的形式固定到纸张表面，较氟碳 防油防水剂处理纸张的方法具有高效性、稳定性与持久性，其防油防水值也较 高。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体引发氟碳防油防水纸的制备方 法，该方法能够高效的赋予纸张基材良好的防油防水性能。

为了实现上述目的，本发明通过等离子体引发在纸张表面产生自由 基，之后在纸张表面接枝含氟丙烯酸酯类单体，提升纸张基材防油防水性能。 其制备的原理如下：

首先，在等离子体能量作用下纸张可以通过如下方式产生自由基：

方式一：Paper-HOHC+能量→Paper-HOC·+H·

方式二：Paper-HOHC+能量→Paper-CHO·+H·

纸张表面产生的自由基可以进一步与含氟丙烯酸酯类单体发生链增 长反应，促进接枝共聚反应的进行：

Paper·+M→Paper-M·

Paper-M_n·+M→Paper-M_n+1·

纸张通过接枝含氟丙烯酸酯类单体的方法能够获得防油防水性能， 由于本方法通过化学键的方式将含氟丙烯酸酯类聚合物直接固定到纸张表面， 较氟碳防油防水剂处理纸张的效果而言具有高效性、稳定性与持久性等特点。 同时，通过等离子体引发的方法能够在纸张表面迅速产生自由基，而氟碳防油 防水剂主要通过乳液聚合的方法制备，其引发剂一般在溶剂体系中引发产生自 由基，该体系中自由基的引发较缓慢且不易控制，常规的乳液聚合反应一般需 要2～4h，本发明的制备过程较氟碳防油防水剂的制备过程具有效率高、效果好 及环保等特点。