一種PHA多孔納米顆粒塗布的吸油紙及其製備方法與流程

2023-05-15 16:49:56 2

本發明屬於吸油紙製備技術領域，具體涉及一種PHA多孔納米顆粒塗布的吸油紙及其製備方法。

背景技術：

在現有的吸油紙市場中，一類是工業用吸油紙，主要是用於工業廢水吸油，海上溢油或是儀器的擦拭；另一類則是生活用吸油紙，主要包括廚房用紙，食品吸油紙以及面部吸油紙。現如今，無論是工業用吸油紙還是生活用吸油紙，對吸油基材的要求越來越嚴苛。以往常用的合成類聚合物吸油材料例如聚氟類，烯烴類等由於對環境造成嚴重汙染並且依賴於石油基，使得人們開始尋求更加綠色環保可再生的新資源。其中天然纖維和生物質基材複合的材料在生活工業中日益顯示出重要的地位。越來越多的企業和研究人員正在尋求開發能夠替代石油基等不可降解材料的新產品。其中，聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA)和澱粉等由於可再生且可完全生物降解而受到廣泛關注。並且PHA，PLA等具有熱塑性材料的性質使得其具有替代烯烴類等材料的可能。又由於天然纖維材料易得，價格便宜，可加工性強，機械性能優越，其和生物質基材複合後的新材料已成為21世紀的主流產品。

傳統的生活用吸油紙，一般是採用植物纖維，並向其中添加相關吸油吸附劑等成分抄造成紙，或是在紙張表面塗布一層吸油聚合物。其原理就是利用其具有易於和油脂成分結合的分子結構，吸附油分子。一般包括聚丙烯，聚乙烯，礦物油，以及顆粒性填料碳酸鈣，二氧化鈦，滑石粉等。現有吸油紙吸油性能優良，但是依賴於石油基聚合物，降解性能差，給後續處理帶來一系列問題。而且，石油基資源來源有限，以纖維為基材的生物質複合材料已經逐漸應用於各個領域，滲透到人們生活的各個方面。人們已經利用PLA和麻纖維複合塗布於紙張表面來抵抗水蒸氣滲透性用於包裝領域。現如今，生物基聚合物已經成為新時代研究和應用的熱點。應用可以替代石油基材料的生物基聚合物，不但可以解決資源短缺的問題，還可以生物降解減少環境負擔，避免環境的汙染。在以往的研究工作中，提出了向植物纖維漿料中添加PHA來提高紙張吸油性能用作面部吸油紙的製備方法，為了提高植物纖維和PHA 的相容性，對PHA進行了改性，通過接枝共聚馬來酸酐基團，在PHA中引入親水性基團從而可以更好地和纖維羥基基團結合。但是在製備PHA接枝共聚物時，步驟較為繁瑣，為了改進位備工藝，本發明提出了一種更為高效的方法來開發PHA多孔納米顆粒塗布的纖維基吸油紙，製備過程更加高效環保。

技術實現要素：

為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在於提供一種PHA多孔納米顆粒塗布的吸油紙。

本發明的另一目的在於提供一種上述PHA多孔納米顆粒塗布的吸油紙的製備方法。本發明目的通過以下技術方案實現：

一種PHA 多孔納米顆粒塗布的吸油紙的製備方法，包括以下步驟：

（1）將植物纖維加水疏解分散，在疏解植物纖維懸浮液中加入填料，攪拌混合均勻，抄造成紙，乾燥，得到原紙；

（2）將原紙剪裁成一定尺寸後浸入粘結劑溶液中作用0.5~12h，乾燥；

（3）將步驟（2）乾燥後的紙張浸入含PHA多孔納米顆粒的溶液中5min~6h，然後放入烘箱中乾燥固化0.5~3h，得到PHA多孔納米顆粒塗布的吸油紙。

優選地，步驟（1）所述植物纖維為棉纖維、麻纖維或原生木漿纖維。

優選地，步驟（1）所述填料是指滑石粉；滑石粉的用量為植物纖維質量的0.05%～1.0%。

優選地，步驟（1）所述原紙的紙張定量為10～80g/m2

優選地，步驟（2）所述粘結劑溶液為PH=8~10的0.2~3mg/ml的多巴胺緩衝溶液。

優選地，步驟（3）所述乾燥的溫度為50℃~120℃。

優選地，步驟（3）所述含PHA多孔納米顆粒的溶液中PHA多孔納米顆粒的質量百分含量為5%～50%；所述PHA多孔納米顆粒是經乳液溶劑揮發法通過超聲波細胞破碎儀改性的PHA。

優選地，所述PHA多孔納米顆粒的製備方法如下：

（1）先將PHA乾燥，再將PHA加入有機溶劑中混合均勻形成PHA溶液即油相，然後將致孔劑溶於去離子水中得致孔劑溶液，再將致孔劑溶液逐滴加入PHA溶液中並勻漿形成乳化液；

（2）將PVA溶液置於超聲波細胞破碎儀中，將乳化液逐滴加入PVA溶液中，超聲10min~120min，設置參數為30~70%功率，開1~3秒停1~5秒，得均勻乳液；

（3）將均勻乳液置於磁力攪拌機上低速攪拌3~8h以去除有機溶劑，再高速離心5~30min棄上清液，清洗後真空乾燥得PHA多孔納米顆粒。

優選地，步驟（1）所述乾燥為在50℃~120℃下乾燥1~12h。

優選地，步驟（1）所述的有機溶劑是二氯甲烷；所述的致孔劑是碳酸氫銨。

優選地，所述的PHA溶液的濃度為0.5~10wt%，致孔劑溶液的濃度為0.2~20 wt%，PVA溶液的濃度為0.1~5 wt%。所述PHA、碳酸氫銨、PVA的質量比為(0.25~5):(0.25~10):(0.05~2.5)。

優選地，步驟（3）所述清洗的次數為3。

由以上所述的製備方法製得的一種PHA 多孔納米顆粒塗布的吸油紙。該吸油紙由植物纖維、PHA、粘結劑和填料製備而成。

本發明的原理是：PHA（聚羥基脂肪酸酯）本身具有很好的吸油性能，又具有生物相容性，通過改性製備成多孔納米顆粒，通過多巴胺生物粘結劑粘附於紙張表面後不僅增大表面積而且其多孔性也更加有利於吸油儲油，使得吸油效果更加顯著。

本發明的製備方法及所得到的產物具有如下優點及有益效果：（1）本發明得到的吸油紙所用材料均為生物質基材，製作工藝簡單，無毒無害，可完全生物降解，綠色環保。

（2）本發明所使用的PHA是一種可生物降解的，具有生物相容性和熱塑性塑料性質的環境友好的生物質材料，通過改性製備成多孔納米顆粒後，比表面積增加且呈多孔性，吸收油脂的性能更加顯著。

（3）本發明所使用的多巴胺是一種生物粘結劑，能夠在鹼性條件下發生自聚合反應，通過在紙頁表面的聚多巴胺將PHA多孔納米顆粒吸附在其表面，是進行表面修飾的理想基底。

（4）本發明所使用的PHA是可用藥物緩釋載體以及醫學組織工程的可生物降解的材料，對人體安全無害，通過與植物纖維結合，可以節約成本，是材料的創新應用和高效配置的體現。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1

(1)將0.628g絕幹棉纖維加水疏解分散，在疏解棉纖維懸浮液中加入0.004 g/ml的滑石粉溶液1ml，攪拌混合均勻，抄造成紙，乾燥，得到定量為20g/m2的原紙。

(2)將1g PHA加入20ml二氯甲烷中混合均勻形成油相，然後稱取0.5g碳酸氫銨溶於10ml去離子水中，逐滴加入PHA溶液中並勻漿形成乳化液。將濃度為1.5wt%的PVA溶液40ml置於超聲波細胞破碎儀中，將乳化液逐滴加入PVA溶液中，超聲35min。設置參數為50%功率，開2秒停3秒，得均勻乳液。之後將均勻乳液置於磁力攪拌機上攪拌6h以去除二氯甲烷，再15000rpm高速離心10min棄上清液，清洗3次後真空乾燥得PHA多孔納米顆粒。

(3)將原紙剪裁後浸入PH=8.5的2mg/ml的多巴胺的緩衝溶液中，作用0.5h後取出乾燥。將乾燥後的紙張浸入含PHA多孔納米顆粒2.5wt%的水溶液中10min，然後放入烘箱50℃乾燥固化1h，得到PHA塗布量為1.5 g/m2的吸油紙。

本實施例得到的吸油紙進行吸油量測試，其測試結果顯示：吸油量為其自身重量的1.29倍。

實施例2 (1)將0.942g絕幹棉纖維加水疏解分散，在疏解棉纖維懸浮液中加入0.004 g/ml的滑石粉溶液1ml，攪拌混合均勻，抄造成紙，乾燥，得到定量為30g/m2的原紙。

(2)將1g PHA加入30ml二氯甲烷中混合均勻形成油相，然後稱取1g碳酸氫銨溶於20ml去離子水中，逐滴加入PHA溶液中並勻漿形成乳化液。將濃度為1 wt%的PVA溶液60ml置於超聲波細胞破碎儀中，將乳化液逐滴加入PVA溶液中，超聲45min。設置參數為50%功率，開2秒停3秒，得均勻乳液。之後將均勻乳液置於磁力攪拌機上攪拌6h以去除二氯甲烷，再15000rpm高速離心20min棄上清液，清洗3次後真空乾燥得PHA多孔納米顆粒。

(3)將原紙剪裁後浸入PH=8.5的1mg/ml的多巴胺的緩衝溶液中，作用3h後取出乾燥。將乾燥後的紙張浸入含PHA多孔納米顆粒5wt%的水溶液中1h，然後放入烘箱60℃乾燥固化2h，得到PHA塗布量為3.0 g/m2的吸油紙。

本實施例得到的吸油紙進行吸油量測試，其測試結果顯示：吸油量為其自身重量的1.32倍。

實施例3 (1)將1.25g絕幹棉纖維加水疏解分散，在疏解棉纖維懸浮液中加入0.004 g/ml的滑石粉溶液1ml，攪拌混合均勻，抄造成紙，乾燥，得到定量為40g/m2的原紙。

(2)將1g PHA加入40ml二氯甲烷中混合均勻形成油相，然後稱取1g碳酸氫銨溶於10ml去離子水中，逐滴加入PHA溶液中並勻漿形成乳化液。將濃度為1 wt%的PVA溶液60ml置於超聲波細胞破碎儀中，將乳化液逐滴加入PVA溶液中，超聲60min。設置參數為50%功率，開2秒停3秒，得均勻乳液。之後將均勻乳液置於磁力攪拌機上攪拌6h以去除二氯甲烷，再15000rpm高速離心30min棄上清液，清洗3次後真空乾燥得PHA多孔納米顆粒。

(3)將原紙剪裁後浸入PH=8.5的1mg/ml多巴胺的緩衝溶液中，作用6.5h後取出乾燥。將乾燥後的紙張浸入含PHA多孔納米顆粒2.5wt%的水溶液中2h，然後放入烘箱80℃乾燥固化3h，得到PHA塗布量為4.5 g/m2的吸油紙。

本實施例得到的吸油紙進行吸油量測試，其測試結果顯示：吸油量為其自身重量的1.46倍。

實施例4 (1)將0.942g絕幹棉纖維加水疏解分散，在疏解棉纖維懸浮液中加入0.004 g/ml的滑石粉溶液1ml，攪拌混合均勻，抄造成紙，乾燥，得到定量為30g/m2的原紙。

(2)將1g PHA加入40ml二氯甲烷中混合均勻形成油相，然後稱取1g碳酸氫銨溶於20ml去離子水中，逐滴加入PHA溶液中並勻漿形成乳化液。將濃度為1.5 wt%的PVA溶液40ml置於超聲波細胞破碎儀中，將乳化液逐滴加入PVA溶液中，超聲60min。設置參數為50%功率，開2秒停3秒，得均勻乳液。之後將均勻乳液置於磁力攪拌機上攪拌6h以去除二氯甲烷，再15000rpm高速離心30min棄上清液，清洗3次後真空乾燥得PHA多孔納米顆粒。

(3)將原紙剪裁後浸入PH=8.5的1mg/ml的多巴胺的緩衝溶液中，作用10h後取出乾燥。將乾燥後的紙張浸入含PHA多孔納米顆粒10wt%的水溶液中3h，然後放入烘箱100℃乾燥固化3h，得到PHA塗布量為6.0 g/m2的吸油紙。

本實施例得到的吸油紙進行吸油量測試，其測試結果顯示：吸油量為其自身重量的1.54倍。

實施例5 (1)將1.88g絕幹棉纖維加水疏解分散，在疏解棉纖維懸浮液中加入0.004 g/ml的滑石粉溶液1ml，攪拌混合均勻，抄造成紙，乾燥，得到定量為60g/m2的原紙。

(2)將1g PHA加入30ml二氯甲烷中混合均勻形成油相，然後稱取1g碳酸氫銨溶於20ml去離子水中，逐滴加入PHA溶液中並勻漿形成乳化液。將濃度為1 wt%的PVA溶液60ml置於超聲波細胞破碎儀中，將乳化液逐滴加入PVA溶液中，超聲60min。設置參數為50%功率，開2秒停3秒，得均勻乳液。之後將均勻乳液置於磁力攪拌機上攪拌6h以去除二氯甲烷，再15000rpm高速離心30min棄上清液，清洗3次後真空乾燥得PHA多孔納米顆粒。

(3)將原紙剪裁後浸入PH=8.5的1mg/ml的多巴胺的緩衝溶液中，作用12h後取出乾燥。將乾燥後的紙張浸入含PHA多孔納米顆粒2.5wt%的水溶液中5h，然後放入烘箱120℃乾燥固化1h，得到PHA塗布量為7.5 g/m2的吸油紙。

本實施例得到的吸油紙進行吸油量測試，其測試結果顯示：吸油量為其自身重量的1.57倍。

實施例6 (1)將0.942g絕幹棉纖維加水疏解分散，在疏解棉纖維懸浮液中加入0.004 g/ml的滑石粉溶液1ml，攪拌混合均勻，抄造成紙，乾燥，得到定量為30g/m2的原紙。

(2)將1g PHA加入40ml二氯甲烷中混合均勻形成油相，然後稱取1g碳酸氫銨溶於20ml去離子水中，逐滴加入PHA溶液中並勻漿形成乳化液。將濃度為1 wt%的PVA溶液60ml置於超聲波細胞破碎儀中，將乳化液逐滴加入PVA溶液中，超聲60min。設置參數為50%功率，開2秒停3秒，得均勻乳液。之後將均勻乳液置於磁力攪拌機上攪拌6h以去除二氯甲烷，再15000rpm高速離心30min棄上清液，清洗3次後真空乾燥得PHA多孔納米顆粒。

(3)將原紙剪裁後浸入PH=8.5的1mg/ml有多巴胺的緩衝溶液中，作用12h後取出乾燥。將乾燥後的紙張浸入含PHA多孔納米顆粒2wt%的水溶液中6h，然後放入烘箱100℃乾燥固化3h，得到PHA塗布量為9.0 g/m2的吸油紙。

本實施例得到的吸油紙進行吸油量測試，其測試結果顯示：吸油量為其自身重量的1.49倍。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。