[发明专利]一种具有防水防油性能的水性涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种具有防水防油性能的水性涂料及其制备方法和应用。其中，该水性涂料包括如下组分：疏水成分，选自水包油型Pickering乳液；防油成分，选自天然多糖类物质、聚乙烯醇中的一种或几种。其可以解决现阶段无法很好的提供同时具有好的疏水、防水、防油的绿色环保安全的可规模化应用的防水防油涂层的问题。

技术领域

本发明涉及疏水防油纸技术领域。更具体地，涉及一种具有防水防油性能的水性涂料及其制备方法和应用。

背景技术

纸基材料由于其低成本、可再生、易于获得和可生物降解的特性被广泛地应用，并有望替代塑料。然而，由于纸基材料的多孔性和亲水性，对气体、水和油均没有阻隔作用，并且其在高湿度环境下或遇水时强度严重下降，极大限制了其进一步应用。因此，许多方法被用来提高纸质材料的防水防油性能以进一步扩大其应用范围，如：在造纸过程中添加施胶剂或在纸张表面进行涂覆，这些方法主要是为了提高纸张表面纤维的疏水性同时填充纸张纤维之间的孔隙。

现阶段商用的防水防油纸主要是在纸张基材表面淋覆一层塑料薄膜，也称作覆塑。通常采用淋膜或层压的方法将聚丙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等高分子结合在纸张表面，这些高分子材料会在纸张表面形成致密的薄膜，形成阻隔层，防止水、油与纸张接触，进而达到防水防油的效果。生活中的纸杯、纸盒、纸质餐盒等几乎均通过上面的方法制得。但是，这些方法制得的纸质产品其表面的聚合物一方面难以与纸基材料分开而给纸基材料回收再利用带来麻烦，另一方面其不能被降解会加剧微塑料问题。此外，最早被应用在纸张防油领域的氟类化合物，由于其表面张力低，具有优异的疏水和疏油性能，疏水基团的向外定向排列可以形成阻隔屏障，赋予纸基材料优异的防水防油性能。但是，含氟类物质不仅价格昂贵,而且具有潜在的健康危害和环境风险。长碳链含氟物质已被证明会诱发癌变，2019年，美国宣布禁止在食品包装应用以及炊具和食品容器中使用氟化化学品。聚硅氧烷(特别是聚二甲基硅氧烷，PDMS)同样作为低表面能物质得到了研究者的青睐，由于其在室温下为油性粘稠液体，无法直接使用，通常制备成乳液进行使用。虽然聚硅氧烷在食品、日用化品、药品等中应用，但是其不可生物可降解性，且在一些制备过程中反应条件苛刻，需要使用有机溶剂等，这些都不利于工业化生产。

为了尽量减少淋膜纸以及含氟物质和其他不可降解高分子对环境带来的影响，以PLA为代表的可降解高分子被用来替代不可降解高分子制备防水防油纸基材料，但是，PLA热稳定性较差，不利于加工过程以及实际应用。此外，由PLA淋膜的纸质材料也面临着分离回收困难的问题，更重要的是PLA不但价格昂贵，而且在普通环境下也很难降解，因此，PLA并不是一个好的选择。因此，大量的研究致力于通过涂覆可再生、生物相容、可生物降解和无毒的材料来提高纸基材的防水防油和气体阻隔性能。如多糖(如壳聚糖、纤维素、海藻酸盐、淀粉等)、蛋白质(乳清蛋白、大豆蛋白、玉米醇溶蛋白等)等天然聚合物已作为涂层应用于纸张基材表面，其通过填充纸张纤维间的孔隙来提高纸张的阻隔性能及机械强度。但是，大多数天然聚合物本质上是亲水的，其性能受环境相对湿度的影响很大，并且其对水没有排斥作用。如何将天然聚合物与疏水物质结合起来制备防水防油涂层，工业化应用几乎没有。而目前的研究也多集中在构建双涂层的方法，疏水层主要使用PDMS和玉米醇溶蛋白，但是其价格远高于其他常用施胶剂(AKD、ASA、松香等)，构建双涂层的方法以及高涂覆量都给规模化应用中带来了很大的困难。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种具有防水防油性能的水性涂料及其制备方法和应用，以解决现阶段无法很好的提供同时具有好的疏水、防水、防油的绿色环保安全的可规模化应用的防水防油涂层的问题。

一个方面，本发明提供一种具有防水防油性能的水性涂料，包括如下组分：

疏水成分，选自水包油型Pickering乳液；

防油成分，选自天然多糖类物质、聚乙烯醇中的一种或几种。