一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)介紹了一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法。本方法主要涉及含氟丙烯酸酯類單體浸漬處理過程與等離子體引發(fā)處理過程，該方法包含三種制備方式：①首先將紙張在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬一定時間，然后通過等離子體引發(fā)紙張接枝共聚反應，制備氟碳防油防水紙；②首先將紙張通過等離子體引發(fā)產(chǎn)生自由基，然后在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬，發(fā)生接枝共聚反應，制備氟碳防油防水紙；③首先將紙張在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬一定時間，然后通過等離子體引發(fā)紙張接枝共聚反應，再在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬，繼續(xù)發(fā)生接枝共聚反應，制備氟碳防油防水紙。本發(fā)明專利技術(shù)制備的氟碳防油防水紙對水與對甘油的接觸角分別可以達到132°與113°。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于防油防水材料領(lǐng)域，具體是一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法。
技術(shù)介紹
防油防水材料廣泛的應用于生產(chǎn)制造及日常生活當中，特別是以紙張為基材的防油防水材料由于其特殊的性能如：生物可降解性、原材料可再生性等替代了許多合成的高分子材料，防油防水紙張的制備方法有紙張浸漬膠乳法或防油防水劑處理法等。氟碳防油防水劑是重要的防油防水劑之一。氟碳防油防水劑的制備方法一般需要將含氟丙烯酸類單體通過乳液聚合反應制備，氟碳防油防水劑由于其表面具有C-F能夠賦予基材較低的表面自由能，提升紙張的防油防水性能。但是，氟碳防油防水劑自身也存在乳液穩(wěn)定性、乳化劑污染及可控制備等的一系列問題，另外，紙張涂布防油防水劑時又涉及涂布、烘干過程，這對于能源的利用及環(huán)保而言存在一定的弊端。目前低溫等離子體技術(shù)在材料領(lǐng)域得到了較多的應用。實驗室中可以通過輝光放電、電暈放電及射頻放電等方式獲得低溫等離子體，電子溫度高達1～10eV，而離子、自由基、中性原子或分子等重粒子的溫度接近或略高于室溫。低溫等離子體中具有足夠高能量的活性粒子使反應物分子自由基化、氧化、刻蝕、裂解、交聯(lián)等，在高分子材料表面改性方面具有獨特的優(yōu)越性。低溫等離子體技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了在紡織行業(yè)、特種纖維材料及制漿造紙領(lǐng)域的研究及應用，并逐漸顯示出其優(yōu)勢。使用低溫等離子體技術(shù)使材料表面產(chǎn)生自由基，產(chǎn)生的自由基可以與烯烴或烯酯類化合物發(fā)生接枝共聚反應。沈麗等人以六氟丙烯、全氟庚烷及八氟環(huán)丁烷等氟碳烯烴化合物為氣氛對純棉織物進行等離子體處理，處理后的純棉織物具有一定的拒水拒油性能(參見：沈麗，等人，氟碳化合物等離子體處理對純棉織物表面性質(zhì)的影響，紡織學報，2009，30(12)；71-75)。劉宏偉通過等離子體引發(fā)制備了丙烯酸酯類高性能吸油樹脂(參見：輝光放電電解等離子體引發(fā)制備丙烯酸酯類高吸油樹脂及其性能研究，劉宏偉，西北師范大學，2012)。等離子體也實現(xiàn)了對于天然纖維素(如：亞麻)、合成纖維(如：PET)表面的改性，提升其附加值及應用多樣性。含氟丙烯酸酯類聚合物能夠賦予紙張基材優(yōu)良的防油防水性能，本專利技術(shù)通過等離子體引發(fā)紙張接枝共聚反應，較氟碳防油防水劑的乳液聚合制備方法而言，具有引發(fā)效率高、效果好及環(huán)保等特點。同時，通過等離子體處理能夠使含氟丙烯酸酯類單體通過接枝以化學鍵的形式固定到紙張表面，較氟碳防油防水劑處理紙張的方法具有高效性、穩(wěn)定性與持久性，其防油防水值也較高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法，該方法能夠高效的賦予紙張基材良好的防油防水性能。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)通過等離子體引發(fā)在紙張表面產(chǎn)生自由基，之后在紙張表面接枝含氟丙烯酸酯類單體，提升紙張基材防油防水性能。其制備的原理如下：首先，在等離子體能量作用下紙張可以通過如下方式產(chǎn)生自由基：方式一：Paper-HOHC+能量→Paper-HOC·+H·方式二：Paper-HOHC+能量→Paper-CHO·+H·紙張表面產(chǎn)生的自由基可以進一步與含氟丙烯酸酯類單體發(fā)生鏈增長反應，促進接枝共聚反應的進行：Paper·+M→Paper-M·Paper-Mn·+M→Paper-Mn+1·紙張通過接枝含氟丙烯酸酯類單體的方法能夠獲得防油防水性能，由于本方法通過化學鍵的方式將含氟丙烯酸酯類聚合物直接固定到紙張表面，較氟碳防油防水劑處理紙張的效果而言具有高效性、穩(wěn)定性與持久性等特點。同時，通過等離子體引發(fā)的方法能夠在紙張表面迅速產(chǎn)生自由基，而氟碳防油防水劑主要通過乳液聚合的方法制備，其引發(fā)劑一般在溶劑體系中引發(fā)產(chǎn)生自由基，該體系中自由基的引發(fā)較緩慢且不易控制，常規(guī)的乳液聚合反應一般需要2～4h，本專利技術(shù)的制備過程較氟碳防油防水劑的制備過程具有效率高、效果好及環(huán)保等特點。本專利技術(shù)主要涉及含氟丙烯酸酯類單體浸漬處理過程與等離子體引發(fā)處理過程，主要包含三種制備方式：①首先將紙張在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬一定時間，然后通過等離子體引發(fā)紙張接枝共聚反應，制備氟碳防油防水紙；②首先將紙張通過等離子體引發(fā)產(chǎn)生自由基，然后在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬，發(fā)生接枝共聚反應，制備氟碳防油防水紙；③首先將紙張在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬一定時間，然后通過等離子體引發(fā)紙張接枝共聚反應，再在含氟丙烯酸酯類單體中浸漬，繼續(xù)發(fā)生接枝共聚反應，制備氟碳防油防水紙。這三種制備方式的具體制備過程如下：方式一、紙張首先經(jīng)過含氟丙烯酸酯類單體(甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基烯酸十二氟庚酯等)浸漬處理0.1～2h后，放入到低氣壓輝光放電等離子體裝置中進行自由基引發(fā)接枝共聚反應，等離子體處理的條件為：氣壓10～200Pa，處理功率20～100W，處理時間1～20min。反應后，通過有機溶劑(丙酮或氟利昂113)浸洗1h，去除未反應的單體及均聚物，100～120℃烘干10～20min，得到氟碳防油防水紙。方式二、首先，將紙張在低氣壓輝光放電等離子體裝置進行等離子體自由基引發(fā)處理，處理條件為：氣壓10～200Pa，處理功率20～100W，處理時間1～20min。然后，將紙張迅速浸入含氟丙烯酸酯類單體(甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯等)中進行接枝共聚反應，反應0.1～1h后通過有機溶劑(丙酮或氟利昂113)浸洗1h，去除未反應的單體及均聚物，100～120℃烘干10～20min，得到氟碳防油防水紙。方式三、首先，紙張經(jīng)過含氟丙烯酸酯類單體(甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯等)浸漬處理0.1～2h后，放入到低氣壓輝光放電等離子體裝置中進行自由基引發(fā)接枝共聚反應，等離子體處理的條件為：氣壓10～200Pa，處理功率20～100W，處理時間1～20min。然后，紙張再次浸泡到含氟丙烯酸酯類單體中發(fā)生接枝共聚反應，反應0.1～0.5h后通過有機溶劑(丙酮或氟利昂113)浸洗1h，去除未反應的單體及均聚物，100～120℃烘干10～20min，得到氟碳防油防水紙。等離子體產(chǎn)生的自由基在接枝共聚反應過程中會與空氣分子、其它自由基等發(fā)生相互作用，降低了其發(fā)生自由基接枝共聚反應的概率，為了彌補自由基的損失，可以在含氟丙烯酸酯類單體中加入微量油溶性的引發(fā)劑(偶氮二異丁腈或過氧化苯甲酰)，其添加濃度為0.1mmol/L～0.5mmol/L。本專利技術(shù)所使用的等離子體裝置為低氣壓輝光放電等離子體裝置，由于其輕便性及安全性廣泛的應本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法，其特征在于包括如下步驟：紙張首先經(jīng)過含氟丙烯酸酯類單體浸漬處理0.1～2h后，放入到等離子體引發(fā)裝置中進行自由基引發(fā)接枝共聚反應，等離子體裝置的處理條件為：氣壓10～200Pa，處理功率20～100W，處理時間1～20min，反應結(jié)束后通過有機溶劑浸洗1h，去除未反應的單體及均聚物，100120℃烘干10～20min，得到氟碳防油防水紙。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法，其特征在于包括如下步
驟：紙張首先經(jīng)過含氟丙烯酸酯類單體浸漬處理0.1～2h后，放入到等離子體引
發(fā)裝置中進行自由基引發(fā)接枝共聚反應，等離子體裝置的處理條件為：氣壓10～
200Pa，處理功率20～100W，處理時間1～20min，反應結(jié)束后通過有機溶劑浸
洗1h，去除未反應的單體及均聚物，100120℃烘干10～20min，得到氟碳防油
防水紙。
2.如權(quán)利要求1所述的一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法，或
者先將紙張進行等離子體自由基引發(fā)處理，等離子體裝置的處理條件為：氣壓
10～200Pa，處理功率20～100W，處理時間1～20min，然后再迅速浸入含氟丙
烯酸酯類單體中進行接枝共聚反應，反應0.1～1h后通過有機溶劑浸洗1h，去
除未反應的單體及均聚物，100～120℃烘干10～20min，得到氟碳防油防水紙。
3.如權(quán)利要求1所述的一種等離子體引發(fā)氟碳防油防水紙的制備方法，或
將所述的在等離...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：季劍鋒，朱紅祥，劉文，黃小雷，史海真，李鴻凱，史賀，
申請(專利權(quán))人：中國制漿造紙研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11