一种二氧化硅无氟防水剂的制备方法及其制备的防水剂和应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化硅无氟防水剂的制备方法及其制备的防水剂和应用，该防水剂的制备方法，包括如下步骤：将二氧化硅纳米粒子在甲苯溶剂中与长碳链十八烷基硅十八烷基三氯硅烷充分混合，回流搅拌反应得到改性后的具有疏水性的二氧化硅纳米粒子，将其加入乙醇中，随后加入柠檬酸钠，搅拌得到均匀的分散体系即为二氧化硅无氟防水剂。本发明专利技术的防水剂通过喷涂的方法可以应用于可降解环保包装材料或者可降解环保餐盒的防水。本发明专利技术制备的防水剂可有效的附着于植物纤维素类包装餐盒，具有极强的防水性，与水的接触角大于170

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅无氟防水剂的制备方法及其制备的防水剂和应用


[0001]本专利技术涉及食品包装材料领域，具体涉及一种新型二氧化硅SiO2无氟防水剂的制备方法及其制备的防水剂和应用。

技术介绍

[0002]随着经济社会长期稳定繁荣发展，食品包装产业也得到了长足进步，目前社会对各类食品包装材料的需求量十分巨大。但是，相比之下对包装材料的循环利用率低，多数被作为生活垃圾处理填埋，造成了严重的环境污染。
[0003]目前所使用的包装餐盒大部分为一次性塑料包装餐盒，降解率低甚至无法降解，处理方式为焚烧和填埋，资源浪费严重对环境生态污染保护挑战巨大。亟需生产原料、加工过程和产品的绿色变革，实现经济社会的可持续协调发展。因此，国内外对包装材料的研究方向逐渐转变为生物可降解绿色包装材料。目前，一次性可降解环保包装餐盒的主要原料是植物纤维素，但植物纤维素类包装餐盒的防水性能相比于传统塑料包装餐盒来说相对较差，在制备过程中需要添加防水剂，而目前大部分防水剂为有机含氟类或多氟类化合物，如多氟代替酸水状分散体系等。但是这些含氟化合物的长期使用或者餐具经过加热，会使氟元素迁移到人体内，长期下来会对人身体健康产生危害，导致疾病的产生。例如，骨质疏松，神经系统障碍，严重者甚至会导致死亡。因此，开发新型无氟防水剂用于可降解环保包装材料，对包装材料领域的发展以及社会健康事业有着极为重要的意义。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种二氧化硅无氟防水剂的制备方法，本专利技术制备的二氧化硅无氟防水剂，可替代传统含氟防水剂，防止氟元素迁移造成的多种人类疾病，所用植物纤维餐盒有利于替代传统塑料餐盒降低环境污染压力，也可以代替传统的包装材料。
[0005]本专利技术还提供所制备的二氧化硅无氟防水剂。
[0006]本专利技术第三个目的提供所述二氧化硅无氟防水剂在制备可降解环保包装材料、可降解环保餐盒中的应用。
[0007]技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种二氧化硅无氟防水剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将二氧化硅纳米粒子高温除水活化，随后在甲苯溶剂中，将除水活化后的二氧化硅纳米粒子与长碳链十八烷基硅，充分混合均匀，回流搅拌反应，反应结束后，离心得到疏水性的二氧化硅纳米粒子沉淀物；沉淀物干燥得到改性后的具有疏水性的二氧化硅纳米粒子；
[0009](2)将疏水性的二氧化硅纳米粒子加入乙醇中，随后加入柠檬酸钠，在常温条件下搅拌，得到均匀的分散体系，即为二氧化硅无氟防水剂。。
[0010]其中，所述长碳链十八烷基硅为十八烷基三氯硅烷(OTS)，
[0011]其结构式如下式I所示：
[0012][0013]其中，所述二氧化硅纳米粒子与甲苯混合后二氧化硅纳米粒子占混合体系质量分数5-6％，再将十八烷基三氯硅烷加入上述混合体系十八烷基三氯硅烷占体系质量分数2-2.5％。
[0014]作为优选，所述二氧化硅纳米粒子与甲苯混合后二氧化硅纳米粒子占混合体系质量分数6％，再将十八烷基三氯硅烷加入上述混合体系十八烷基三氯硅烷占体系质量分数2.5％。
[0015]其中，所述加入柠檬酸钠占疏水性的二氧化硅纳米粒子和乙醇总质量分数的1-2％。
[0016]作为优选，所述加入柠檬酸钠占疏水性的二氧化硅纳米粒子和乙醇总质量分数的2％。
[0017]作为优选，步骤(1)在反应过程中，反应产生的废气通过尾接装置，通入NaOH的饱和水溶液中，中和反应过程中产生的盐酸HCl。
[0018]本专利技术所述的二氧化硅无氟防水剂的制备方法所制备的二氧化硅无氟防水剂。
[0019]本专利技术所述的二氧化硅无氟防水剂在制备可降解环保包装材料中的应用。
[0020]本专利技术所述的二氧化硅无氟防水剂在制备可降解环保餐盒中的应用。
[0021]其中，所述二氧化硅无氟防水剂使用喷涂的方式，均匀的喷洒在压制成型的可降解环保包装材料或者可降解环保餐盒上，干燥。
[0022]其中，所述二氧化硅无氟防水剂在可降解环保包装材料或者可降解环保餐盒的涂层表面的沉积量为30-40mg/cm2。
[0023]本专利技术喷涂防水剂后可以得到一种具有优良防水效果、机械强度优良、耐热性较好的可降解环保包装材料或者可降解环保餐盒。
[0024]本专利技术中的可降解环保包装材料或者可降解环保餐盒均为植物纤维素类制成。
[0025]本专利技术基于二氧化硅纳米粒子，利用十八烷基的强疏水性，开发新型无氟防水剂，能够应用于植物纤维素材质表面的防水。由于植物纤维表面与其它材质表面的质地有较大差别，在新型防水剂的制备过程中加入1-2％柠檬酸可有效提高防水剂的附着效果，提高产品最终的机械硬度。在测试过程中，发现产品与水有较大的接触角，防水性能优异，机械耐久性和热稳定性均有优异表现。
[0026]本专利技术使用SiO2作为防水涂层的制备原料，可有效的附着于由植物纤维素制备而得的包装材料如包装餐盒表面，具有极强的防水性，与水的接触角大于170
°
，同时具有较强
的机械耐久性，良好的热稳定性，经过测试未检测出氟元素。
[0027]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0028]本专利技术提供了一种新型二氧化硅(SiO2)无氟防水剂，制备简单使用方便，制备过程中加入1-2％柠檬酸使得无氟防水剂的利用喷涂混合方法时，可有效控喷涂液均匀附着于植物纤维材料质地表面。本专利技术的无氟防水剂在确保防水效果的同时，可有效提高植物纤维材料的机械强度与耐水性，利用新型纳米无氟防水剂应用于可降解包装餐盒上具有较好的疏水性，与水具有较高的接触角，与其他一般材料相比具有较强的机械耐久性，较好的热稳定性。
[0029]本专利技术公开的无氟防水剂和无氟防水环保包装餐盒以及包装材料等可为一次性可降解环保包装行业带来新的生产模式，提高行业内产品的防水质量，防水剂市场将从原有的C8氟碳产品通过技术革新转变到低碳环保防水产品，具有广阔的市场前景。
附图说明
[0030]图1为表面喷涂有无氟防水剂的植物纤维可降解环保包装餐盒；
[0031]图2为常温水在喷有无氟防水剂的环保包装餐盒动态接触角变化；
[0032]图3为热水在喷有无氟防水剂的环保包装餐盒表面的动态接触角变化。
具体实施方式
[0033]根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂家建议的条件。
[0034]本专利技术中的原料和试剂均为市售的常规材料，使用同类型的不同厂家的产品均可。
[0035]其中，二氧化硅SiO2纳米粒子(麦克林，S817567，纳米二氧化硅，99.5％，50
±
5nm)；十八烷基三氯硅烷(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅无氟防水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将二氧化硅纳米粒子高温除水活化，随后在甲苯溶剂中，将除水活化后的二氧化硅纳米粒子与长碳链十八烷基硅，充分混合均匀，回流搅拌反应，反应结束后，离心得到疏水性的二氧化硅纳米粒子沉淀物；沉淀物干燥得到改性后的具有疏水性的二氧化硅纳米粒子；(2)将疏水性的二氧化硅纳米粒子加入乙醇中，随后加入柠檬酸钠，在常温条件下搅拌，得到均匀的分散体系，即为二氧化硅无氟防水剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述长碳链十八烷基硅为十八烷基三氯硅烷。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米粒子与甲苯混合后二氧化硅纳米粒子占混合体系质量分数5-6％，再将十八烷基三氯硅烷加入上述混合体系十八烷基三氯硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄和，沈宝星，徐晴，张平，付永前，张怀月，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：