通過氣相接枝塗布羥基化表面的製作方法
2023-06-10 11:54:01
專利名稱：通過氣相接枝塗布羥基化表面的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過氣相接枝塗布羥基化表面的領域。要塗布的材料可以是有機材料或無機材料。特別適用於表面塗布的材料是有機材料或無機材料，特別是，此方法適合於塗布生物可降解的聚合物，所述生物可降解的聚合物優選由天然纖維(例如含纖維素的纖維)製得。本發明描述一種通過氣相接枝用含有醯基、甲矽烷基和/或烷基的化合物對材料進行表面塗布的方法。
背景技術：
基於紙的包裝產品被全球性地廣泛使用。不抗水紙產品或不防水紙產品的強度依賴於環境的溼度。相對溼度從50%到80%的增加會使不抗水紙產品製成的紙箱以負載容量(load capacity)測量的強度降低約90%。防水包裝或包封材料(packaging或wrapping)通常用於包裝液體和非液體，並於世界各地大量出售，然而，這些包裝材料一般難以以可持續的方式進行處理。基於纖維素的包裝材料用於存儲液體，特別是非碳酸化的液體。因此，使用利樂包裝(TetraPak)是使用基於纖維素的硬紙盒存儲液體的一個實際應用。在這些材料中，紙漿纖維被塗布以耐水材料，但這些紙漿纖維並沒有共價固定和化學交聯，原因是接枝一般在有機溶劑中進行，且若沒有本發明的話，其為昂貴的工序。用作防水包裝材料的基於纖維素的包裝材料和紙產品可以在包括液體溶劑的工序中由被化合物表面處理的產品製得。目前的材料通過用不同的蠟產品和粘合塗膜浸漬常規紙板而製得。發明概述本發明涉及通過氣相接枝塗布羥基化表面的領域。本發明描述通過氣相接枝用含醯基、甲矽烷基和/或烷基的化合物對材料進行表面塗布的方法。要塗布的材料可以是有機材料或無機材料。特別是，本發明涉及通過氣相接枝製造表面塗布的聚合物材料。所述方法可用於生產聚合物材料，特別是，所述方法適用於製備至少一部分由天然纖維製成的生物可降解的聚合物。在將單體連接成聚合物前可通過氣相接枝對單體進行接枝。此外， 聚合物可以是通過本申請所述的氣相接枝進行表面塗布的材料。本方法還可用於無機纖維或顆料(如矽膠、玻璃纖維或顆粒)和其它羥基化纖維(如粘膠纖維或木質素)的其它羥基化表面的衍生化(derivatization)。通過氣相接枝技術塗布的聚合物材料可以是纖維素纖維，所述纖維素纖維可以是純化纖維或含有纖維素纖維的原材料(例如由碾磨農業稻草 (straw)製得的纖維)。本發明基於以下發現與溶液中所獲得的相比，在氣相中的低濃度反應試劑之間可以建立改善的接觸、迅速的反應以及高轉化率，且試劑和溶劑的消耗最小。氣相反應使工序異常簡單，成本低且基本不含廢物。而且，氣相技術能夠利用氣體的壓縮性到達植物纖維材料的隱蔽腔，在表面張力發揮關鍵作用的溶液中，這些隱蔽腔難以到達。在氣相衍生化中使用纖維素纖維時，在聚合反應中使用本發明的產品獲得的聚合物材料可用作多種傳統塑材在多種應用中的替代品。這些包括液體容器或其它要求防水包裝的產品的包裝材料。它們還包括二次包裝材料(secondary packaging)，例如板條箱，這是由於由通過氣相接枝技術製得的纖維獲得的纖維增強材料異常堅固。這些聚合物材料還可用於製造基於木漿的產品如紙、紙板和書面厚紙，特別是防水的紙產品能夠由表面處理的聚合物材料製得。另外，本發明的產品可用於製造建築材料、家具和一般的模塑品如汽車工業用內飾。由本文所述的表面塗布的產品製得的聚合物材料異常堅固，且可用於多種目的， 包括液體容器，甚至碳酸化液體的液體容器。聚合物材料還可用於製造紙、紙板和書面厚紙，特別是防水的紙產品能夠由通過氣相接枝進行表面塗布的聚合物材料製得。需要新穎的且改進的基於纖維素的聚合物材料，特別是耐久的材料，且其能夠以可持續的方式進行處理。由於基於天然纖維的材料的纖維質性質，聚合產品能夠在與土壤接觸18個月至2年的時期內降解。本發明的一個方面涉及用選自醯基化試劑、甲矽烷基化試劑/或烷基化試劑中的至少一種化合物塗布材料的羥基化表面，從而在所述表面提供酯、矽烷基或烷基醚的方法， 所述方法包括以下步驟a)提供具有羥基化表面的材料，b)提供選自以下試劑中的至少一種醯基化試劑、甲矽烷基化試劑和/或烷基化試劑，其中所述醯基化試劑選自下式化合物
權利要求
1. 一種用醯基化試劑、甲矽烷基化試劑和/或烷基化試劑中的至少一種化合物塗布材料的羥基化表面，從而在所述材料的表面提供醯基、甲矽烷基和/或烷基的方法，所述方法包括以下步驟a)提供具有羥基化表面的材料，b)提供選自以下試劑中的至少一種醯基化試劑、甲矽烷基化試劑和/或烷基化試劑， 其中，所述醯基化試劑選自下式化合物
2.如權利要求1所述的方法，其中所述混合碳酸酐選自式OCO2R4表示的化合物，其中 R4選自低級烷基、氟代烷基或烯基。
3.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述混合酸酐選自式OCOR4表示的化合物，其中R4選自低級烷基、氟代烷基或烯基。
4.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述包括Tf和Ms的磺酸鹽選自式 OSO2R4表示的化合物，其中R4選自低級烷基、氟代烷基或烯基。
5.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述醯基化試劑選自下式化合物
6.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述醯基化試劑選自下式化合物
7.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述甲矽烷基化試劑選自
8.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述烷基化試劑選自下式化合物
9.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述烷基化試劑選自以下化合物
10.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述試劑選自
11.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述試劑是甲基丙烯醯氯(C4H5ClO)和 /或烯丙醯氯(C3H3ClO)。
12.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中步驟c)中使所述試劑與所述材料接觸的工序是幹法。
13.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述材料是無機來源的材料。
14.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述材料是有機來源的材料。
15.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述有機來源的材料來自至少一種植物。
16.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述材料是植物部分，其選自植物的根、莖、葉、花、果實、種子。
17.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述材料的尺寸是1至25mm。
18.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述材料為粉末形式。
19.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述材料為片狀或類片狀整體結構。
20.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述醯基化試劑、甲矽烷基化試劑和/ 或烷基化試劑被轉化成氣體，並將其與載氣一起引導流經所述材料一定時間使足以對所述材料進行表面塗布。
21.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述載氣選自氮氣、氧氣、氬氣。
22.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述塗布工序在低於200°C的溫度下進行。
23.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述塗布工序在壓力下進行。
24.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述壓力是0.1-20巴。
25.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述塗布工序進行0.2至50小時。
26.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中將所述氣相反應物引導流經其尺寸小於25mm的材料。
27.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中將所述氣相反應物引導至材料表面，從而使整體氣流形成湍流。
28.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述氣相反應物被再循環。
29.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中將在醯基、甲矽烷基和/或烷基連接至材料的羥基化表面的工序中產生的HCl去除。
30.如權利要求四所述的方法，其中所述HCl被沸石捕集。
31.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述被塗布的材料能夠在20°C經受5 至10巴，優選10巴的壓力達至少60秒。
32.如權利要求1所述的方法，其用於製備包含纖維素的材料的方法，所述纖維素與其中R1和&獨立地選自H、低級烷基、低級醇、低級烷氧基、低級醚、低級烯基、滷素和滷素取代的低級烷基，所述方法包括以下步驟a)提供包含纖維素的化合物，
33.如權利要求32所述的方法，其中所述材料是植物纖維材料，且所述包含纖維素的化合物是植物纖維。
34.如權利要求32至33中任一項所述的方法，其中步驟b)的化合物的隊和&獨立地選自Cp6烷基和H。
35.如權利要求32至35中任一項所述的方法，其中步驟b)的化合物的民是滷化物。
36.如權利要求32至36中任一項所述的方法，其中步驟b)的化合物的民是氯化物。
37.如權利要求32至36中任一項所述的方法，其中步驟c)進行1至50小時，如2至 25小時，如3至15小時，如4至10小時，如5至7小時。
38.如權利要求32至37中任一項所述的方法，其中步驟c)在50至110°C，如60至 IOO0C,如70至90°C，如75至85°C的溫度範圍內進行。
39.表面塗布的材料，其中所述材料是根據權利要求1至38中任一項所述的方法進行表面塗布的。
40.如權利要求39所述的表面塗布的材料，其中所述材料是無機來源的材料。
41.如權利要求39所述的表面塗布的材料，其中所述材料選自玻璃纖維、矽膠、玻璃珠、可控孔度玻璃、玻璃片。
42.如權利要求39所述的表面塗布的材料，其中所述材料是有機來源的材料。
43.如權利要求42所述的表面塗布的材料，其中所述材料是植物來源的材料。
44.如權利要求43所述的表面塗布的材料，其中所述材料選自如下植物部分根、莖、 葉、花、果實、種子。
45.如權利要求43所述的表面塗布的材料，其中所述材料的-0-連接度為1至 200，000，000/μ m2。
46.由權利要求39-43中任一項所述的表面塗布的材料製得的製品。
47.如權利要求46所述的製品，其中所述製品是防水製品。
48.如權利要求46-47中任一項所述的製品，其中所述製品選自容器、建築材料、家具、汽車工業用內飾、食品貯存材料。
49.如權利要求46-47中任一項所述的製品，其中所述製品是紙製品。
50.如權利要求46-47中任一項所述的製品，其中所述製品是汽車配件和內飾、板條箱和盒材料、諸如梁、板、瓦、表面塗層的建築材料、消費品如櫥櫃、電子設備部件、家具、燈部件、電腦機箱、造船材料、鋪築材料、管道、飛機部件、廚房用具、瓶子和液體容器、食品容器或器具。
51.權利要求1至38中任一項所述的方法在製造權利要求39至45中任一項所述的表面塗布的材料中的應用。
52.權利要求38至45中任一項所述的表面塗布的材料在製造權利要求46至51中任一項所述的製品中的應用。
53.用於根據權利要求1至38中任一項所述的方法對材料進行表面塗布的系統，其中所述系統包括 反應容器， 試劑容器，眷載氣容器， 連接反應容器、用於加熱試劑的容器和載氣容器的管線和管道， 控溫裝置， 壓力控制裝置，和 氣流速度控制裝置。
54.如權利要求53所述的系統，其中所述系統進一步包括 加熱裝置， 用於起始材料的容器， 用於表面處理的材料的容器， 捕集HCl的容器， 泵，其用於泵送氣相試劑和載氣，和/或 冷卻器，其用於冷卻表面處理的材料和/或用於冷卻離開反應容器的氣體。
55.如權利要求53至M中任一項所述的系統，其中所述系統進一步包括 攪拌裝置，用於在進行塗布工序時攪拌材料，眷再循環裝置，用於將材料再循環以表面塗布， 進料裝置，用於向反應容器投入未處理的(未塗布的)材料。
56.如權利要求53至55中任一項所述的系統，其中所述系統進一步包括 一個或多個磁控管。
全文摘要
本發明涉及一種通過氣相接枝塗布羥基化表面的方法。特別是，通過氣相接枝在材料的表面引入醯基、甲矽烷基和/或烷基。該接枝方法為幹法。要塗布的材料可以是有機材料或無機材料。所製得的表面塗布的材料堅固且耐久，而且由於經過了表面處理，通常不防水的材料也能夠防水。通過表面處理材料製得的製品的實例可以是防水的硬紙板箱、其它容器、家具、汽車用和船用內飾。由諸如來自植物部分的有機材料製得的製品是生物可降解的。
文檔編號D06M13/00GK102317364SQ200980156921
公開日2012年1月11日 申請日期2009年12月16日 優先權日2008年12月16日
發明者斯提恩·維斯博格, 莫藤·梅爾達爾, 馬納特·雷尼爾 申請人:嘉士伯有限公司