TWI640544B - 具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物、其製造方法及其塗裝品 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭露一種具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物、其製造方法及其塗裝品。具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之製造方法包含下列步驟：將pH值為1.5~4.5之聚乙烯醇水溶液與乙二醛依1：4之比例於40℃~60℃之溫度下進行混合，以形成混合液；以及於50℃~90℃之溫度下攪拌混合液，以進行縮合反應，而製得具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物。
Description
本發明是有關於一種具有防油性之聚合物，特別是有關於一種利用乙二醛將習知聚乙烯醇塗料進行改質，並塗布應用於防油產品上之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物、其製造方法及其塗裝品。
近年來，氟素防油劑被廣泛應用，其原因在於氟素具有良好成膜的可撓性、疏水性及撥油性之三效功能，且對於熱與化學處理具有較佳安定性，更具有生物可分解、資源再利用的環保優勢，與聚烯烴類貼合方式比較，具有相當低成本之優勢。
然，根據美國環保署在2005年10月所發表的研究顯示，大多數美國人民血液中含有全氟辛酸(PFAO)含量為4~5ppb，高劑量的全氟辛酸會造成動物致癌，且對人體也有致癌風險。主要的原因在於微波食品所使用的防油紙袋上之防油劑所造成，微波食品防油紙袋上大約每100平方公分，便含有26毫克的氟化物。當未加熱前，塗布防油塗料之包裝紙袋內層每100平方公分含有滲透
量大約11微克的氟素化物滲透入食品內，而包裝紙經過高溫加熱後，則會加速聚氟化學物質的滲透(Environmental Science & Technology,40(1),Jan.2006,p.4)。
目前，已有替代氟素防油劑之塗料被廣泛開發，例如早期主要作為黏著劑使用之聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)。聚乙烯醇在加熱後，其具有黏性，因此能夠幫助化學藥劑有效地附著在產品的內部或表面。王怡琇之論文(2007，非氟素防油紙開發研究，中華林學會96年學術論文發表會，p.137-144)中亦提出聚乙烯醇在單一塗布下有防油效果，其結果顯示聚乙烯醇單一塗布塗布量0.31g/m2下防油性(Kit值)可達到7。
然而，習知聚乙烯醇塗料係為水溶性，其側基為-OH鍵，雖將聚乙烯醇塗料塗布於原紙上具有一定的防油、防水及阻氣性，但經塗布於紙張後遇水易產生回黏現象，使紙張產生如膠水般之黏性，使得該塗布紙在應用上產生困難及風險。有鑑於習知技術之問題，本發明人便研究在不影響聚乙烯醇之防油性、防水性及阻氣性之前提下，利用乙二醛將聚乙烯醇塗料進行改質，以降低或去除回黏性，使之可更加廣泛應用。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物、其製造方法及其塗裝品，以解決習知聚乙烯醇塗料防油性、防水性及阻氣性不佳，且經塗布遇水時易產生回黏現象之問題。
根據本發明之一目的，提出一種具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之製造方法，其包含下列步驟：將pH值為1.5~4.5之聚乙烯醇水溶液與乙
二醛依1：4之體積比例於40℃~60℃之溫度下進行混合，以形成混合液；以及於50℃~90℃之溫度下攪拌混合液，以進行縮合反應，而製得具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物。
較佳地，聚乙烯醇水溶液之濃度可為10% w/v。
根據本發明之一目的，再提出一種具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，係由如上所述之製造方法所製得。
此外，本發明更提出一種塗裝品，係於一原物品上塗布如上所述之製造方法所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物而製得。
承上所述，依本發明之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物、其製造方法及其塗裝品，其可利用乙二醛將聚乙烯醇塗料進行改質，以降低聚乙烯醇塗料之回黏性，藉此增進聚乙烯醇塗料塗布於抗油性產品上之應用。
S11~S12‧‧‧步驟流程
第1圖係為本發明之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之製造方法之流程圖。
第2圖係為本發明之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之性質分析之示意圖。
第3圖係為未改質防油性塗料之防油性測試之示意圖。
第4圖係為未改質防油性塗料之防水性測試之示意圖。
第5圖係為未改質防油性塗料之阻氣性測試之示意圖。
第6圖係為未改質防油性塗料之回黏性測試之示意圖。
第7圖係為本發明之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之阻氣性測試之示意圖。
為利瞭解本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下。
請參閱第1圖，其係為本發明之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之製造方法之流程圖。圖中，該製造方法可包含下列步驟：步驟S11：將pH值為1.5~4.5之聚乙烯醇水溶液與乙二醛依1：4之體積比例於40℃~60℃之溫度下進行混合，以形成混合液。步驟S12：於50℃~90℃之溫度下攪拌混合液，以進行縮合反應，而製得具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物。藉由上述之步驟，即可利用乙二醛將聚乙烯醇進行改質，以製成具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，藉此可降低遇水後之回黏現象，並提升該聚合物之防油性且增進其應用性。
此實施例中，於步驟S11前，係取10g聚乙烯醇與100mL水進行混合，並於溫度85℃之水浴鍋中攪拌10分鐘，以調配成濃度10% w/v之聚乙烯醇水溶液，且聚乙烯醇水溶液之pH值較佳可為1.5。接下來，將水浴鍋之溫度降至較佳50℃，且將聚乙烯醇水溶液與作為改質溶液之乙二醛依配比1：4之體積比例進行混合。之後，於步驟S12中，係將水浴鍋之溫度升至較佳90℃，並持續攪拌於1小時~3小時，較佳可為2小時，使得聚乙烯醇水溶液與乙二醛進行改質反應，進而製得具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物。以上僅係為較佳之實施態樣，但不應以此述而有所限制者。
其中，本發明係將上述方法所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物進行塗料性質分析。由於聚乙烯醇在固型份10%時之黏度為5~7cps，其本身係為低黏度聚乙烯醇，故加入乙二醛後之黏度亦無明顯上升。pH值
分析方面，加入乙二醛反應後原本調整之聚乙烯醇pH雖有些微提高，但並無影響其整體效應。因此，當利用乙二醛將聚乙烯醛進行改質時，於反應溫度90℃、聚乙烯醇水溶液pH值1.5之條件下，其黏度係為5.0cps，較不易有凝膠產生，如下列表一所示。
更進一步地，本發明係利用傅立葉紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FT-IR)照射上述製造方法所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，以分析該聚合物之改質程度。由於，原始聚乙烯醇在-OH吸收峰3450~3200cm-1之範圍內具有強烈官能基震動，故本發明具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之改質程度，係取決於乙二醛取代聚乙烯醇-OH鍵後在FTIR穿透檢測時之拉伸震動情形。經結果顯示，乙二醛添加後係與聚乙烯醇-OH鍵進行接枝，且於反應溫度90℃時，聚乙烯醇-OH鍵之吸收峰趨於平坦，顯示此條件下之改質效果較佳，如第2圖所示。
此外，本發明係將上述之製造方法所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物、聚乙烯醇、PU樹脂及醚化澱粉塗布於紙張上，以進行防油性、防水性、阻氣性及回黏性之分析。請一併參閱第3至7圖以及表二。
由分析結果可得知，未進行改質之聚乙烯醇單一塗布於紙張後具有一定的成膜性，且於塗布量增至2g/m2時，其防油性(Kit值)即可達到8，但隨塗布量增加並無提升防油性之效果。而PU樹脂與醚化澱粉兩者之單一塗布試驗結果顯示，均無明顯之防油效果，且隨塗布量提高雖略有提升之情形產生，但其防油效果仍不佳，如第3圖所示。反觀利用上述方法所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，其反應溫度於90℃、pH值1.5時具有較佳之防油性，其防油性(Kit值)可高達11，且接觸角係為48.6，如表二所示。由於Kit值越高表示塗布成膜效果佳，可使得油滴不易滲透進紙張，進而達防油之功效，故Kit值越高相對地接觸角之角度也越大。
此外，目前國內檢驗防水性的主要方法係依據CNS2512標準測試方法，其測試方法係將塗布有防油性塗料之紙張四周折起高約5mm，並放置於裝有2%硫氫酸銨(NH4SCN)溶液之圓皿中，使該紙張浮在2%硫氫酸銨溶液上。
接著，立即滴下一滴氯化鐵(FeCl3)溶液於紙張上，並同時利用碼表開始計時。當紙張內所滴入之氯化鐵溶液中出現三個以上紅色圓點或明顯開始變色時，表示所滴入之氯化鐵溶液已滲透紙張並與2%硫氫酸銨溶液產生反應，即立刻停止計時，其所測得之秒數即為史托克值(stockigt sizing,sec)，當測得之秒數越高，代表所測試之紙張防水性較佳。
由測試結果顯示，各種塗布量之聚乙烯醇單一塗布於紙張後之史托克值均高於20秒，而PU樹脂單一塗布於紙張所測得之防水性雖較聚乙烯醇單一塗布所測得之防水性差，但兩者之防水效果均可隨塗布量增加而有所提升。但醚化澱粉不管在何種塗布量下，其單一塗布後所測得之史托克值均小於10秒，顯示醚化澱粉塗布紙張後可能易滲透入紙面，造成塗布表面防水效果下降，如第4圖所示。反觀本發明所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，其反應溫度於90℃、pH值1.5時具有較佳之防水性，其史托克值可高達44.9秒，如表二所示。
在阻氣性分析方面，由於聚乙烯醇單一塗布具有成膜性，可使塗布後之紙張透氣性降低，進而提升紙張塗布表面之阻氣性，因此聚乙烯醇之各種塗布量下所測得之阻氣性均在120秒以上。PU樹脂在各種塗布量下之阻氣性平均可接近60秒，但單一塗布PU樹脂之阻氣性較塗布聚乙烯醇來得差。而醚化澱粉塗布紙張後大部分無法停留於紙張表面，反而較易滲透於紙張中，造成氣體能快速通過，故醚化澱粉對紙張並無明顯之阻氣效果，如第5圖所示。反觀本發明利用上述方法所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，於塗布量至4g/m2時，其阻氣性能達到90秒以上，而隨著該聚合物之塗布量提高，阻氣效果亦相對提升，顯示該聚合物可將紙張之孔隙填滿，使得空氣較不易通過紙張，如第7圖所示。
此外，由於原始聚乙烯醇具有-OH鍵之側鏈，故塗布後係使紙張表面具有-OH鍵，若遇水易導致紙張表面具有黏性。經回黏性之分析結果可得知，各種塗布量之聚乙烯醇單一塗布於紙張後之回黏克數係為2g/m2以上；PU樹脂之回黏性較低，其回黏克數均在0.5g/m2以下，且不會隨塗布量提高而有上升之現象；而醚化澱粉本身不會有回黏性，故不同塗布量下均不會產生回黏現象，如第6圖所示。反觀經本發明之製造方法所製得之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，其於高溫反應下可有效降低回黏現象，且於反應溫度90℃、pH1.5之條件下，其係具有較低之回黏克數0.82g/m2。
依據上述分析結果顯示，本發明添加乙二醛以改質聚乙烯醇塗料之較佳溫度係為90℃、pH係為1.5，此反應條件下可提高聚乙烯醇塗料之防油性、防水性及阻氣性，並降低其回黏性。
綜合上述，本發明之具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物、其製造方法及其塗裝品，其係依據配比1：4之體積比例將聚乙烯醇塗料與乙二醛攪拌混合，在不損害聚乙烯醇塗料纖維之優良物性下，以進行縮合反應。藉此使聚乙烯醇-OH鍵與乙二醛進行接枝，以掩蓋聚乙烯醇-OH鍵，使之結合生成難溶與水之聚合物，藉此可降低聚乙烯醇塗料遇水易回黏之現象，並增進其應用性。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
Claims (4)
- 一種具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物之製造方法，其包含下列步驟：將pH值為1.5~4.5之一聚乙烯醇水溶液與乙二醛依1：4之體積比例於40℃~60℃之溫度下進行混合，以形成一混合液；以及於50℃~90℃之溫度下攪拌該混合液，以進行縮合反應，而製得一具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，其中，該聚乙烯醇水溶液不與一陽離子醚化劑反應。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該聚乙烯醇水溶液之濃度係為10% w/v。
- 一種具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物，係由如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法所製得。
- 一種塗裝品，係於一原物品上塗布由如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法所製得的具有防油性之乙二醛及聚乙烯醇聚合物所製得。
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