CN111254748B - 一种超支化结构超吸水功能材料的制备及其在包装用纸胶料中的应用 - Google Patents

一种超支化结构超吸水功能材料的制备及其在包装用纸胶料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超支化结构超吸水功能材料的制备及其在包装用纸胶料中的应用，其中，一种具有超支化结构超吸水功能材料制备方法，其包括，选择具有三反应活性官能团的路易斯碱类物质和有机酸性体系，混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料；其中，所述路易斯碱类物质与所述有机酸性体系的质量比为(1～9)：(1～9)，该材料可以加入包装用纸胶料中使用，其可提高包装用纸的湿强度5％～80％，增加了包装用纸的环保和可循环利用特性，可以纸箱直接回收使用。

Description

一种超支化结构超吸水功能材料的制备及其在包装用纸胶料 中的应用
技术领域
本发明属于功能包装用纸技术领域，具体涉及一种超支化结构超吸水功能材料的制备及其在包装用纸胶料中的应用。
背景技术
随着我国包装工业的快速发展，包装生产在促进国民经济建设、改善人民群众物质文化生活中的地位作用的日益显现，包装产业作为一个独立的行业体系，其发展已被列入国民经济和社会发展规划。目前，我国包装行业经历了一段时期的较快发展，已初步具有一定生产规模，形成了材料、制品、机械、包装印刷、设计和科研等门类齐全的较完整的包装行业体系，成为我国制造业领域里重要的组成部分。目前，我国年产量居世界前列的包装制品是瓦楞纸板、塑料编织袋、复合软包装、金属桶，其中瓦楞纸板的产量高居世界第二位。中国包装行业大而不强，存在诸多瓶颈有待突破。
代表包装技术前沿的中高端的包装基础材料、包装机械(食品饮料包装、塑料薄膜等)等仍为欧美、日本等发达国家垄断。国内包装产业主要存在低水平重复建设，质量低，技术含量低，包装纸的湿度强度低，遇水条件下快速变软甚至包装纸箱结构坍塌，不能对包装物品形成有效的保护，目前具有较好湿强度的包装用纸仍然依赖进口，国内需求量很大，因此开发一种新的材料能够提高包装用纸的湿强度需求非常迫切。传统的采用防水膜的方式，增加高分子防水膜的纸箱防水效果虽然好，但是不符合目前环保发展的要求，包装纸与高分子膜脱附困难，难以做到循环使用。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。
因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种超支化结构超吸水功能材料的制备及其在包装用纸胶料中的应用。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种具有超支化结构超吸水功能材料制备方法，其包括，选择具有三反应活性官能团的路易斯碱类物质和有机酸性体系，混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料；其中，所述路易斯碱类物质与所述有机酸性体系的质量比为(1～12)：(1～12)。
作为本发明所述的具有超支化结构超吸水功能材料制备方法的优选方案，其中：所述路易斯碱类物质包括具有三反应活性官能团的丙三醇、三乙醇胺、三(二氨基乙基)胺中的一种或几种，所述有机酸性体系包括对苯二甲酸、乙二酸、乙二酸酐、三乙酸、乌头酸、柠檬酸中的一种或几种。
作为本发明所述的具有超支化结构超吸水功能材料制备方法的优选方案，其中：所述温度梯度反应为三梯度反应，其中第一温度梯度反应为常温搅拌10～30min，第二温度梯度反应温度为40～100℃搅拌反应20～40min，第三温度梯度反应在100～160℃搅拌反应60～180min。
作为本发明所述的具有超支化结构超吸水功能材料制备方法的优选方案，其中：所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行。
作为本发明所述的具有超支化结构超吸水功能材料制备方法的优选方案，其中：所述路易斯碱类物质和有机酸性体系的添加顺序为先添加所述路易斯碱类物质，再添加所述有机酸性体系。
作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种具有超支化结构超吸水功能材料，其可提高包装用纸的湿强度5％～80％。
作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种具有超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的应用，其为将所述超支化结构超吸水功能材料加入包装用纸胶料中，在水体系下搅拌均匀即可。
作为本发明所述的具有超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的应用的优选方案，其中：所述包装用纸胶料为水溶性胶。
作为本发明所述的具有超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的应用的优选方案，其中：所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为0.1～10wt％，所述搅拌均匀后体系内固含量为5～50％。
作为本发明所述的具有超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的应用的优选方案，其中：所述包装用纸胶料包括改性淀粉、松树胶的一种或几种。
本发明的有益效果：
一种具有超支化立体结构的超吸水材料的制备并将其应用于包装用纸胶料体系中，开发了一种可以提高包装用纸湿强度的包装用纸胶料。本方法相较于传统的采用防水膜的方式增加了纸箱的环保和可循环利用特性，可以纸箱直接回收使用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌10min，第二温度梯度反应温度为40℃搅拌反应20min，第三温度梯度反应在100℃搅拌反应60min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加6％的湿强度，有一定的湿强度增加效果，对纸张采用喷雾式水份浸润，用水量为3g/m2，浸润结束后采用GB/T 6543-2008瓦楞纸箱测试标准进行强度检测。
实施例2：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为40℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在100℃搅拌反应180min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加8％的湿强度，有一定的湿强度增加效果，但是相对于实施例1中效果提升并不明显，说明反应时间不是提高性能的敏感性因素。
实施例3：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在120℃搅拌反应180min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加15％的湿强度，有一定的湿强度增加效果，但是相对于实施例1和2中效果提升较大，说明反应温度是提高性能的敏感性因素。
实施例4：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为60℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在120℃搅拌反应180min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加15.5％的湿强度，有一定的湿强度增加效果，但是相对于实施例3中效果提升不大，说明第二梯度反应温度不是提高性能的敏感性因素，以下第二梯度反应温度会保持在50℃。
实施例5：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在140℃搅拌反应180min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加21％的湿强度，有一定的湿强度增加效果，但是相对于实施例4中效果提升较大，说明第三梯度反应温度是提高性能的敏感性因素。
实施例6：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应180min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加44％的湿强度，有明显的湿强度增加效果，进一步说明第三梯度反应温度是提高性能的敏感性因素，分析原因在于超支化反应脱水需要达到一定温度条件下才能进行。
实施例7：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在160℃搅拌反应180min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加46％的湿强度，相对于实施例6来说增加效果不明显，说明反应再次条件下已经形成胶料中所需要的超吸水湿度增强结构，继续升温湿度强度增强效果有限。
实施例8：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加44％的湿强度，说明第三梯度反应时间不是敏感性因素。
实施例9：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应60min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加39％的湿强度，因此第三梯度反应时间定为120min。
通过以上实施例得出体系配比为1：1条件下的最佳反应条件为：第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
实施例10：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:9；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加33％的湿强度，效果并不是最好。
实施例11：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为1:3；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加37％的湿强度，说明增加丙三醇的量可以提升湿强度。
实施例12：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为3:1；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加41％的湿强度，此时增加丙三醇的量效果并不明显。
实施例13：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为3:2；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为5％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加56％的湿强度，此时湿强度增强效果达到最好。
实施例14：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为3:2；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为0.1％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加2％的湿强度，此时湿强度增强效果不明显。
实施例15：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为3:2；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为1％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加12％的湿强度，此时湿强度增强效果不明显。
实施例16：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为3:2；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为3％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加26％的湿强度，此时湿强度增强明显。
实施例17：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为3:2；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为7％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加68％的湿强度，此时湿强度增强明显。
实施例18：
选用丙三醇和对苯二甲酸作为反应原料，二者添加比为3:2；两者按照配比混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为9％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。
通过与采用普通胶料的包装用纸做湿强度对比，发现此体系可增加69％的湿强度，此时湿强度增强明显，但是相较于7％的添加量来说并不明显。
通过以上实施例得出体系最佳配比为3：2，最佳反应条件为：第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min，所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为7％，添加后在水体系下搅拌均匀待用。经过以上实施例验证，超吸水体系按照反应官能团比反应时效果最佳，因此可以推广到其他相似体系中的应用。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种具有超支化结构超吸水功能材料制备方法，其特征在于：包括，
选择具有三反应活性官能团的路易斯碱类物质和有机酸性体系，混合均匀以后经过温度梯度反应制备具有超支化结构的吸水功能材料；
其中，所述路易斯碱类物质与所述有机酸性体系的质量比为(1～12)：(1～12)；
所述路易斯碱类物质包括具有三反应活性官能团的丙三醇、三乙醇胺、三(二氨基乙基)胺中的一种或几种；
所述有机酸性体系包括对苯二甲酸、乙二酸、乙二酸酐、三乙酸、乌头酸、柠檬酸中的一种或几种；
所述温度梯度反应为三梯度反应，其中所述温度梯度反应为三梯度反应，其中第一温度梯度反应为常温搅拌30min，第二温度梯度反应温度为50℃搅拌反应40min，第三温度梯度反应在150℃搅拌反应120min；
所述温度梯度反应第一和第二梯度是在氮气保护下进行，第三梯度在真空去除反应水状态下进行；
所述路易斯碱类物质和有机酸性体系的添加顺序为先添加所述路易斯碱类物质，再添加所述有机酸性体系；
可提高包装用纸的湿强度5％～80％。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将所述超支化结构超吸水功能材料加入包装用纸胶料中，在水体系下搅拌均匀即可。
3.如权利要求2 所述的制备方法，其特征在于：所述包装用纸胶料为水溶性胶。
4.权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述超支化结构超吸水功能材料在包装用纸胶料中的添加量为0.1～10wt％，所述搅拌均匀后体系内固含量为5～50％。
5.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述包装用纸胶料包括改性淀粉、松树胶的一种或几种。
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