本技术涉及一种季铵盐木质素防水防油剂的制备方法及其应用,属于生物基防水防油剂技术领域。该方法采用木质素和季铵盐作为原料,通过取代反应合成季铵盐木质素,进而制备出具有防水防油性能的木质素产品。
背景技术
全球每年塑料产量超4亿吨,目前仅8%的塑料被回收利用。全球塑料使用总量中约30%来自包装制品,而这些以石油化工材料为基质的传统塑料在自然环境下难以降解,回收困难。此类包装材料主要通过填埋、焚烧以及海洋排放等途径处理,这种治标不治本的处理方式不仅破坏生态环境,也会通过食物链传递富集,影响人类生命健康。
纸基材料具有可再生、可回收、可生物降解等多重天然优势。纸张主要由天然植物纤维相互交织而成,纸张结构疏松多孔,且其主要化学成分为亲水性纤维素和半纤维素,分子结构中存在大量羟基,导致其具有较强的吸液性,使得水分和油脂等可通过毛细作用向纸张内部渗透,进而影响到纸基材料的机械性能,限制其在更多领域的广泛应用。因此提升纸基材料的阻水、阻油等阻隔性能十分具有研究意义。
目前,传统主要以淋膜聚丙烯酸酯、覆膜或添加长链全氟辛酸等聚合物来实现纸张阻隔性能,但这些成分不易生物降解,且影响纸张的再浆回用性能。特别是含氟类防水防油剂在环境中具有高持久性、生物累积性,会对人体造成伤害。目前各国正在研制无毒害、对环境友好的新型防水防油剂。其中以生物基聚合物(如多糖、蛋白质、脂类等)作为主要原料来制备防水防油剂的相关研究较多。在此基础上发展出生物基防水防油剂,主要包括壳聚糖、半纤维素、微纤化纤维素和淀粉等,虽然这些材料生物友好,但仍具有较高的亲水性,由这些材料制成的薄膜通常吸湿性较大,导致其在高湿条件下部分丧失屏障性能。
中国专利CN 114960224 A公开了一种壳聚糖-有机硅防油疏水阻气涂层及其制备方法,然而壳聚糖和有机硅价格昂贵,不适合大规模生产。中国专利CN 115821628A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,但其中通过三次磨浆处理,操作繁琐,且只具备防油性能。
木质素作为一种典型的生物质大分子,廉价易得,环境友好,可生物降解,且具有很好的疏水性能。木质素含有化学反应活性较高的羟基、羧基等基团,可对其进行一定的化学改性来调控其相关性能,实现“农林废弃物”木质素的高值化利用。
中国专利CN 108532362 A提供了一种木质素施胶剂的制备方法,该产品与淀粉一起对瓦楞原纸进行表面施胶,可以提高瓦楞纸的防水性,但对防油效果并未提出。
专利CN 105899628 A公开了基于木质素的防水涂层,通过将木质素溶于溶剂而形成木质素溶液,并将木质素溶液涂覆到基板上,增强了基板的防水性,但也并未提及防油性能。
因此,亟需开发一种同时具有防水、防油功能的全生物基纸张防水/防油剂。
实现思路