一种可降解餐具疏水涂层的制备方法与流程

本发明涉及涂层材料，具体涉及一种可降解餐具疏水涂层的制备方法。

背景技术：

1、随着快餐饮食习惯的普及，一次性餐具应时而生，带来方便快捷的同时也存在严重的生态污染、卫生安全隐患等弊端。因此对身体健康无害的新型环保可降解餐具应运而生，现已开发成功的一次性可降解餐用具主要有四类：纸浆模餐具、植物纤维型餐具、淀粉掺和型餐具、可降解的塑料餐具。由于这四类一次性可降解餐用具所用材料的特殊性，即不耐水、酸、酒精、油，而不能直接使用。针对这类问题，在一次性可降解餐用具上涂抹疏水涂层是现有技术中的常规操作。

2、聚乳酸是一种完全生物降解的高分子材料，在自然环境中通过微生物产生的酶作用最终降解成无机物质如水和二氧化碳，因其生物降解性、安全卫生性以及低廉的价格等优点而逐渐应用于各领域，且聚乳酸的部分官能团不溶于水，使其具有一定的疏水性，可以应用于疏水涂层的制备。但聚乳酸材料的强度往往不能满足要求，脆性高，热变形温度低，抗冲击性差，且聚乳酸对有机气体、水蒸气、co2等气体的具有较高的渗透性，不能满足作为可降解餐具疏水涂层材料的使用要求。针对上述问题，通常将聚乳酸但与其他材料混合加工，例如与增强填料共混、共聚改性、与其他聚合物共混以及复合改性等方法来提高聚乳酸的综合性能，能够提高材料的阻隔性能和机械性能，但仍存在改性效果差、改性成本高、涂层粘附力差，以及降解时间难以控制等问题。因此，亟需发明一种新型的可降解涂层用于可降解餐具。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可降解餐具疏水涂层的制备方法，解决以下技术问题：

2、现有的可降解疏水涂层涂覆在可降解餐具表面，存在脆性高、易变性，气体渗透性高、抗菌性差以及易脱落的问题。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种可降解餐具疏水涂层的制备方法，可降解餐具疏水涂层的制备方法由以下方法制成：

5、将壳聚糖、酸液混合均匀，加入改性剂，在40-60℃下反应15-20h，得到季铵盐壳聚糖溶液，过滤后透析，干燥，得到季铵盐壳聚糖；

6、将氧化锌溶于季铵盐壳聚糖水溶液中，混合均匀，超声，离心，取上层清液，冷冻干燥，得到含纳米氧化锌的季铵盐壳聚糖；

7、将含纳米氧化锌的季铵盐壳聚糖、润滑剂加到溶剂中，超声分散，加入聚乳酸，继续分散1-2小时，对基材进行涂布，室温晾干，即得到所述可降解餐具疏水涂层。

8、作为本发明的进一步方案：所述改性剂为甘油三酯三甲基氯化铵、辛基十二烷基二甲基氯化铵、辛基十四烷基二甲基氯化铵、辛基十六烷基二甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2-羟丙基十二烷基二甲基氯化铵或1,2-环氧丙基二甲基十二烷基氯化铵中至少一种，所述壳聚糖与改性剂的质量比为1:1-3。

9、作为本发明的进一步方案：所述季铵盐壳聚糖水溶液的浓度为1-2wt％。

10、作为本发明的进一步方案：所述酸液为1-2％v/v的醋酸溶液，所述壳聚糖与酸液的添加比为1g:30-50ml。

11、作为本发明的进一步方案：所述含纳米氧化锌的季铵盐壳聚糖与所述聚乳酸的质量比为1:2-4。

12、作为本发明的进一步方案：所述氧化锌与所述季铵盐壳聚糖溶液的固液比为1:200-500，所述氧化锌的粒径为3-8μm。

13、作为本发明的进一步方案：所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、二氧六环、二甲基甲酰胺、苯或甲苯中其中一种，所述润滑剂为甘油。

14、作为本发明的进一步方案：所述可降解餐具疏水涂层的厚度为0.25-100.0μm。

15、作为本发明的进一步方案：所述基材为纸浆模餐具基材、植物纤维型餐具基材、淀粉掺和型餐具基材或可降解的塑料餐具基材中其中一种。

16、本发明的有益效果：

17、本发明所得可降解餐具涂层是一种完全生物降解涂层，无任何污染，在本发明克服了现有聚乳酸涂层热变形温度低，抗冲击性差、隔离气体性差的缺点，成功的解决了现有产品的难以隔离水汽的问题，提高了产品的韧性和强度；同时，本发明所用原料广泛易得，制备方法简单，降低了生产成本，能够利用公知设备的加工方法进行实施，减少了技术投资，有利于推广，且产品性能完全符合《一次性可降解餐饮具使用条件》。

18、本发明制备的可降解餐具疏水涂层中在聚乳酸涂层基材中引入了含纳米氧化锌的季铵盐壳聚糖，由于聚乳酸含有大量疏水基团c＝o，季铵盐壳聚糖的亲水基团-oh能够与其发生反应，降低了季铵盐壳聚糖的亲水性，提高了涂层对水蒸汽的阻隔效果，避免水汽渗透涂层，破坏可降解餐具基材，从而提高了可降解餐具的耐高温性能和防水性能。

19、需要进一步说明的是，使用季铵盐壳聚糖比选用壳聚糖具有更好的效果。季铵盐壳聚糖易溶于水，通过羟基与乳酸发生接枝反应，降低亲水性的同时保留了阳离子季铵盐基团，能够通过静电作用与餐具基材更好地结合，提高涂层与基材之间的粘附性。且季铵盐壳聚糖接枝聚乳酸一方面能够减少聚乳酸的用量，在降解过程中，季铵盐壳聚糖分子会先被分解，实现“化整为零”的效果，提高降解速率。

20、本发明制备的可降解餐具疏水涂层中还引入纳米氧化锌，季铵盐壳聚糖的分子链中含有丰富的酰胺和季铵盐基团，具有金属络合能力，能够对zno进行负载，避免纳米氧化锌团聚，使纳米zno粒子分散到聚乳酸中，占据聚乳酸结构中的小洞，增加聚乳酸交联密度，增加聚合物膜的拉升性能，共混物的断裂伸长率和冲击强度有了明显的增加，且不会影响聚乳酸的生物可降解性能，从而提高可降解餐具的强度和韧性。同时，季铵化壳聚糖能够与纳米zno形成协同抗菌作用，从而对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有较好的抗菌效果。

技术特征：

1.一种可降解餐具疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述可降解餐具疏水涂层的制备方法由以下方法制成：

2.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述改性剂为甘油三酯三甲基氯化铵、辛基十二烷基二甲基氯化铵、辛基十四烷基二甲基氯化铵、辛基十六烷基二甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2-羟丙基十二烷基二甲基氯化铵或1,2-环氧丙基二甲基十二烷基氯化铵中至少一种，所述壳聚糖与改性剂的质量比为1:1-3。

3.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述季铵盐壳聚糖水溶液的浓度为1-2wt％。

4.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述酸液为1-2％v/v的醋酸溶液，所述壳聚糖与酸液的添加比为1g:30-50ml。

5.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述含纳米氧化锌的季铵盐壳聚糖与所述聚乳酸的质量比为1:2-4。

6.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述氧化锌与所述季铵盐壳聚糖溶液的固液比为1:200-500，所述氧化锌的粒径为3-8μm。

7.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、二氧六环、二甲基甲酰胺、苯或甲苯中其中一种，所述润滑剂为甘油。

8.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述可降解餐具疏水涂层的厚度为0.25-100.0μm。

9.根据权利要求1所述的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法,其特征在于，所述基材为纸浆模餐具基材、植物纤维型餐具基材、淀粉掺和型餐具基材、可降解的塑料餐具基材中其中一种。

技术总结
本发明公开了一种可降解餐具疏水涂层的制备方法，涉及涂层材料技术领域。所述可降解餐具疏水涂层的制备方法由以下方法制成：将壳聚糖、酸液混合均匀，加入改性剂，在40‑60℃下反应15‑20h，得到季铵盐壳聚糖溶液，过滤后透析，干燥，得到季铵盐壳聚糖；将氧化锌溶于季铵盐壳聚糖水溶液中，混合均匀，超声，离心，取上层清液，冷冻干燥，得到含纳米氧化锌的季铵盐壳聚糖；将含纳米氧化锌的季铵盐壳聚糖、润滑剂加到溶剂中，超声分散，加入聚乳酸，继续分散1‑2小时，对基材进行涂布，室温晾干，即得到所述可降解餐具疏水涂层。通过本发明提出的一种可降解餐具疏水涂层的制备方法，能够提高可降解餐具疏水涂层的防水性能、机械性能和抗菌性能。

技术研发人员：程彦明,程革林
受保护的技术使用者：安徽德琳环保发展（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17