[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于纸张涂层制备技术领域，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。

背景技术

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。

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-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。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明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；本发明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；本发明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。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

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：

式中，n＝1，2，3，4，5。

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。

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。

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。