【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及造纸助剂，具体涉及一种浆内施胶用无氟防油剂及其制备方法与使用方法。
技术介绍
1、纸张，作为一种来源丰富、绿色环保且可再生可降解的材料，在包装及食品材料领域的应用十分广泛。然而，纸制品内部纤维交织形成的多孔网状结构，使得其在接触液体后容易产生渗透扩散，这不仅降低了纸张的强度，也影响了其包装性能。因此，提升纸张的防水防油性能成为了业界亟待解决的问题。
2、传统的解决方法是将氟类化合物与纤维结合，利用碳氟链极大地降低纸张的表面张力，从而提高其防水防油性能。比如在专利技术专利“一种纸用水性含氟防水防油剂及其制备和应用”(cn114773523a)中，将大豆异黄酮苷元引入到含氟共聚物中，提升传统水性含氟丙烯酸酯共聚物防水防油性能，施胶后纸张强度提升；在专利技术专利“一种含氟防油剂的制备方法和应用”(cn113106779a)中，将合成的含氟氰酸酯增效剂应用在防油剂中，显著提高纸张的力学性能和耐热油性能。然而，氟类化合物在生产和使用过程中，会释放出有毒的全氟和多氟化合物(pfas)，这些化合物会在土壤、地下水等生态环境中积累，难以降解，长期接触还可能对人体造成危害，如导致器官中毒或免疫功能受损。
3、鉴于此，寻找绿色无毒的方法和材料来制备防水防油纤维素复合材料，以减少对有害的氟类化合物的依赖是当下研究的热点。在“一种用于食品包装纸的无氟防油剂及其制备方法”(cn113931005a)中，以石蜡为原料，乳化后制得无毒、防油性能优异的防油剂，防油涂层具有较高的热稳定性。通过该专利制备的无氟防油剂不仅提升了
4、然而，现有技术中的无氟防油剂制备的食品包装纸多是通过表面浸渍涂敷的方式将防油剂施加在纸张上。这种方法容易形成施胶量不均匀，导致施胶效果不好以及施胶效率低，限制其在实际生产中的应用。
5、为了克服这些问题，研究者们开始探索更加环保、高效的制备方法。其中，有机硅材料因其独特的性质而备受关注。有机硅的表面张力低，具有良好的润湿性和热稳定性，容易在物质表面形成均匀的膜层，从而达到防护作用。特别是硅氧烷烃类化合物中的聚硅氧烷链，因其良好的疏水性能，可以在物体表面形成一层硅氧烷薄膜，有效防止油污的吸附和渗透。
6、因此，如何利用有机硅材料减少对有害的氟类化合物的依赖以及克服传统造纸工艺中表面施胶效果差的问题，已成为当前本领域技术人员亟待攻克的技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种浆内施胶用无氟防油剂及其制备方法与使用方法。以农林生物质为原材料，与碳化硅、二氧化硅混合，制备出浆内施胶用无氟防油剂，实现利用有机硅材料减少对有害的氟类化合物的依赖；并且制备的无氟防油剂在造纸湿部化学阶段使用，可分散在水中并吸附于纤维上，在造纸干燥阶段与纤维酯化交联，赋予纸张良好的环压强度和防油效果，从而克服传统造纸工艺中表面施胶效果差的问题。
2、本专利技术通过下述技术方案来解决上述技术问题：
3、一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤一：将碳化硅、二氧化硅及粉碎后的农业废弃物混合后，在n2和二氯甲烷条件下进行热解反应，对热解反应的产物进行冷凝处理，获得油水混合液，对油水混合液进行静置分层，并对各层进行提取，获得水相、二氯甲烷相及疏水疏油相；
5、步骤二：对步骤一所述水相进行脱水处理，获得富含醛类、羧酸类有机混合液；对步骤一所述疏水疏油相进行过滤和减压蒸馏，获得精制环硅氧烷类有机化合物；
6、步骤三：将步骤二所述精制环硅氧烷类有机化合物溶解在甲苯中，获得有机溶液，在碱性条件下对有机溶液进行开环反应；采用四氢呋喃多次萃取开环反应后的有机溶液，对萃取后的有机溶液进行减压蒸馏，获得链状硅氧烷类有机化合物；
7、步骤四：混合步骤三所述链状硅氧烷类有机化合物与步骤一所述二氯甲烷相，加入卤代试剂和引发剂，进行卤代反应，获得卤代硅氧烷类化合物；
8、步骤五：将步骤四所述卤代硅氧烷类化合物加入到步骤二所述富含醛类、羧酸类有机混合液，加入氧化剂，进行氧化反应，获得氧化硅氧烷类化合物即为浆内施胶用无氟防油剂。
9、进一步地，步骤一中，所述农业废弃物为稻壳、秸秆及麦麸中的一种或多种；所述热解反应采用的加热方式为微波加热、脉冲加热、红外线加热及等离子体加热中的一种。
10、进一步地，所述步骤一具体为：将含水率为20％～50％的农业废弃物粉碎至粒径50～200目，与粒径为80～300目的碳化硅、粒径为80～300目的二氧化硅混合，混合后置于热解反应器中，向热解反应器内持续通入n2 20～40分钟，直至排出所有空气，向热解反应器内通入二氯甲烷蒸气；开启热解反应器，使热解反应器以1000～5000℃/min的速率迅速升温至700～1000℃，并保温1～2分钟进行热解反应，获得气体产物，将气体产物在-35℃的冷凝温度下进行收集，获得油水混合液，静置油水混合液使其分为上、中及下三层，其中，上层为水相，中层为二氯甲烷相，下层为疏水疏油相，对各层分别进行提取，获得水相、二氯甲烷相及疏水疏油相。
11、进一步地，所述通入n2的流量为1～5ml/min/每克农业废弃物；所述通入二氯甲烷蒸气的流量为5～8ml/min/每克农业废弃物。
12、进一步地，所述步骤二具体为：向步骤一所述水相中加入干燥剂进行脱水处理，搅拌4～12h后再滤除干燥剂，获得富含醛类、羧酸类有机混合液，将疏水疏油相用0.22～0.45μm的微孔滤膜进行过滤，过滤后在温度40～60℃进行减压蒸馏，脱出低沸物，获得精制环硅氧烷类有机化合物；
13、其中，干燥剂为无水硫酸钠、无水硫酸镁及活化4a分子筛中的一种或多种；水相与干燥剂的质量比为1:(0.01～0.1)。
14、进一步地，所述步骤三具体为：将步骤二所述精制环硅氧烷类有机化合物溶解在甲苯中，获得有机溶液，向有机溶液中加入碱性催化剂，调节ph至11～12，在反应温度80～140℃进行开环反应，反应时间4～8h，反应后在温度25～40℃下用四氢呋喃萃取多次，去除碱金属离子杂质，在50～65℃进行减压蒸馏，去除甲苯和四氢呋喃，获得链状硅氧烷类有机化合物；
15、其中，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铁中的一种或多种；所述有机溶液中精制环硅氧烷类有机化合物与甲苯的质量比为1:(2～6)。
16、进一步地，步骤四中，所述链状硅氧烷类有机化合物与二氯甲烷相混合的质量比为1:(3～6)；所述卤代反应的温度为20～60℃，反应时间为6～8h；所述卤代试剂为n-氯代丁二酰亚胺、n-溴代丁二酰亚胺、溴化钾及溴化钠中的一种或多种；所述引发剂为过氧化乙酰、偶氮二异丁腈及偶氮二异庚腈中的一种或多种；所述链状硅氧烷类有机化合物与卤代试剂、引发剂的质量比为1:(0.5～1):(0.01～0.2)。
17、进一步地，步骤五中，所述氧化反应的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述农业废弃物为稻壳、秸秆及麦麸中的一种或多种；所述热解反应采用的加热方式为微波加热、脉冲加热、红外线加热及等离子体加热中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体为：将含水率为20％～50％的农业废弃物粉碎至粒径50～200目，与粒径为80～300目的碳化硅、粒径为80～300目的二氧化硅混合，混合后置于热解反应器中，向热解反应器内持续通入N2 20～40分钟，直至排出所有空气，向热解反应器内通入二氯甲烷蒸气；开启热解反应器，使热解反应器以1000～5000℃/min的速率迅速升温至700～1000℃，并保温1～2分钟进行热解反应，获得气体产物，将气体产物在-35℃的冷凝温度下进行收集，获得油水混合液，静置油水混合液使其分为上、中及下三层，其中，上层为水相，中层为二氯甲烷相，下层为疏水疏油相，对各层分别进行提取，获得水相、二氯甲烷相及疏水疏油相。
...【技术特征摘要】
1.一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述农业废弃物为稻壳、秸秆及麦麸中的一种或多种；所述热解反应采用的加热方式为微波加热、脉冲加热、红外线加热及等离子体加热中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体为：将含水率为20％～50％的农业废弃物粉碎至粒径50～200目，与粒径为80～300目的碳化硅、粒径为80～300目的二氧化硅混合，混合后置于热解反应器中，向热解反应器内持续通入n2 20～40分钟，直至排出所有空气，向热解反应器内通入二氯甲烷蒸气；开启热解反应器，使热解反应器以1000～5000℃/min的速率迅速升温至700～1000℃，并保温1～2分钟进行热解反应，获得气体产物，将气体产物在-35℃的冷凝温度下进行收集，获得油水混合液，静置油水混合液使其分为上、中及下三层，其中，上层为水相，中层为二氯甲烷相，下层为疏水疏油相，对各层分别进行提取，获得水相、二氯甲烷相及疏水疏油相。
4.根据权利要求3所述的一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，所述通入n2的流量为1～5ml/min/每克农业废弃物；所述通入二氯甲烷蒸气的流量为5～8ml/min/每克农业废弃物。
5.根据权利要求1所述的一种浆内施胶用无氟防油剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二具体为：向步骤一所述水相中加入干燥剂进行脱水处理，搅拌4～12h后再滤除干燥剂，获得富含醛类、羧酸类有机混合液，将疏水疏油相用0.22～0.45μm的微孔滤膜进行过滤，过滤后在温度40～60℃进行减压蒸馏，脱出低沸物，获得精制环硅氧烷类有机化合物；
6.根据权利要求1所述的一种浆内施胶用无氟防油剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文亮，郑昕怡，薛艳怡，付祎帅，权靖雯，张嘉怡，郑辉，肖国伟，李新平，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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