本發(fā)明涉及一種纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層的制備及其應(yīng)用方法，屬于涂層設(shè)計(jì)及涂布技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于食品包裝或應(yīng)用于油類環(huán)境的產(chǎn)品（電子電器件、機(jī)械零部件）來說，產(chǎn)品設(shè)計(jì)專家面臨的最大挑戰(zhàn)就是采取一種環(huán)境友好、成本低廉、實(shí)施簡便的方式，阻止產(chǎn)品內(nèi)含的油脂向外滲透或防止外部環(huán)境的油污染到產(chǎn)品。通常采取的辦法是對產(chǎn)品表面施加可以阻隔油脂的涂層。
目前，國內(nèi)市場上出現(xiàn)的油脂阻隔涂料或涂層的主要組份有含氟的丙烯酸酯乳液聚合物，但是該類產(chǎn)品存在以下缺陷：一方面是價格昂貴；另一方面，其仍為C8型防水防油劑（即鏈段中氟烷基的碳原子數(shù)為8），本領(lǐng)域的人都熟知C8型防水防油劑雖然防水防油效果優(yōu)異，但同時也存在生物累積性強(qiáng)、難降解的缺陷。近年來歐盟及美國環(huán)保署都陸續(xù)頒布相關(guān)法律，禁止使用C8型防水防油劑。
近年來，短鏈含氟單體及非氟單體防水防油劑也得到了發(fā)展和一定的應(yīng)用。有專利
CN103409999報(bào)道了短鏈氟烷基C 6型防水防油劑，但與傳統(tǒng)的C 8型防水防油劑相比在性能上仍然達(dá)不到C8的效果。而專利CN103572602A、WO2010/115496等報(bào)道的非氟類防水防油劑，防水性能不但遠(yuǎn)不如C8型防水防油劑，甚至連C6型防水防油劑的效果都達(dá)不到。而非氟類防水防油劑，準(zhǔn)確地說只能是防水劑，其致命缺陷是基本上只能防水，防油性能近乎沒有，即使非氟類產(chǎn)品和含氟類產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)配，雖然可以在一定程度上降低成本，但是因?yàn)閮H僅是簡單的物理共混，性能方面依然難以滿足要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層的制備及其應(yīng)用方法。本發(fā)明方法制造的纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層具有綠色環(huán)保、可生物降解、成本低廉的特點(diǎn)，Kit抗油等級≥6，對阻止油脂滲透到基材內(nèi)部具有非常明顯的效果。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）對基材的表面進(jìn)行處理，使其表面張力達(dá)到40 mN/m或以上；
（2）在處理后的基材的表面上施涂一層由纖維素納米纖維凝膠液、聚乙烯醇、改性淀粉、高嶺土、納米碳酸鈣成分組成的涂料，在60℃～200℃溫度下干燥10s～120s，最終形成固體涂層。
進(jìn)一步地，步驟（1）中的基材的材質(zhì)，是指纖維素纖維、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚對苯二甲酸乙二醇脂（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚砜（PSF）中的一種或多種組合以及它們的改性體。
進(jìn)一步地，步驟（1）中基材的表面處理方法，是指對基材表面進(jìn)行施膠、火焰、鉻酸混液、放電氧化、臭氧氧化、電暈、等離子等處理方法中的一種或多種組合。
進(jìn)一步地，步驟（2）中的涂料組份：纖維素納米纖維凝膠液，濃度0.5～12.0%，纖絲直徑5～100nm，纖絲長度≥200nm；在該涂料中的質(zhì)量占比為10～90%。
步驟（2）中的涂料組份：聚乙烯醇，濃度3.0～20.0%，聚合度為1700～2400， 醇解度為84％～99％；在該涂料中的質(zhì)量占比為5～40%。
步驟（2）中的涂料組份：改性淀粉，濃度4.0～35.0%，是指通過酸水解、氧化、醚化、酯化和交聯(lián)等化學(xué)改性方法制得的淀粉；在該涂料中的質(zhì)量占比為5～70%。
步驟（2）中的涂料組份：高嶺土，濃度50.0～72.0%，平均粒徑0.3～2.0μm， 徑厚比＞20；在該涂料中的質(zhì)量占比為5～30%。
步驟（2）中的涂料組份：納米碳酸鈣，濃度10.0～60.0%，平均粒徑30～200nm；在該涂料中的質(zhì)量占比為5～30%。
進(jìn)一步地，步驟（2）所制得的涂料的固含量為2.0～30.0%，干燥后的固體涂層定量為2.0-18.0g/m2。
由該方法制備的纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層， TAPPI UM 557法測抗油等級≥6。
本發(fā)明以纖絲直徑5～100nm，纖絲長度≥200nm的纖維素納米纖維凝膠液為涂料主要組份，利用其可以形成致密的涂層結(jié)構(gòu)、良好的涂層覆蓋性和表面高的平滑度的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，對阻止油脂的滲透起到顯著的作用。同時，在涂料中加入徑厚比大的高嶺土和納米級粒徑的納米碳酸鈣，增厚和填充涂層，可以延緩油脂向基材的滲透；最后，在涂料中加入聚乙烯醇和改性淀粉，一方面可以黏結(jié)各涂料組份，另一方面作為優(yōu)良的成膜助劑。
由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅使基材的油脂阻隔性得到顯著提升，還具有綠色環(huán)保、可生物降解的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于食品包材、電子電器件表面涂布、機(jī)械零部件表面防護(hù)等領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例說明，但本發(fā)明不限于以下具體實(shí)施實(shí)例。
實(shí)施例1
一種纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層的制備及其應(yīng)用方法。
（1）基材為纖維素紙張，對其進(jìn)行表面施膠處理，測試其表面張力達(dá)到65 mN/m；
（2）用刮棒在處理后的基材的表面上施涂一層涂料，該涂料各組份的具體質(zhì)量占比為：纖維素納米纖維凝膠液，60%；聚乙烯醇（PVA1799），8%；磷酸酯化淀粉，22%；高嶺土，5%；納米碳酸鈣，5%；該涂料的固含量為10%，在105℃溫度下干燥60s，最終形成涂層，干燥后的固體涂層定量為2.7g/m2。
該涂層用TAPPI UM 557法測抗油等級，達(dá)到6。
實(shí)施例2
一種纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層的制備及其應(yīng)用方法。
（1）基材為PET薄膜，對其進(jìn)行電暈處理，測試其表面張力達(dá)到42 mN/m；
（2）用刮棒在處理后的基材的表面上施涂一層涂料，該涂料各組份的具體質(zhì)量占比為：纖維素納米纖維凝膠液，70%；聚乙烯醇（PVA1799），8%；磷酸酯化淀粉，12%；高嶺土，5%；納米碳酸鈣，5%；該涂料的固含量為5%，在65℃溫度下干燥60s，最終形成涂層，干燥后的固體涂層定量為2.5g/m2。
該涂層用TAPPI UM 557法測抗油等級，達(dá)到8。
實(shí)施例3
一種纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層的制備及其應(yīng)用方法。
（1）基材材質(zhì)為PP，對其進(jìn)行等離子處理，測試其表面張力達(dá)到56 mN/m；
（2）在處理后的基材的表面上噴涂一層涂料，該涂料各組份的具體質(zhì)量占比為：纖維素納米纖維凝膠液，35%；聚乙烯醇（PVA1799），12%；磷酸酯化淀粉，28%；高嶺土，5%；納米碳酸鈣，20%；該涂料的固含量為8%，在85℃溫度下干燥120s，最終形成涂層，干燥后的固體涂層定量為3.5g/m2。
該涂層用TAPPI UM 557法測抗油等級，達(dá)到10。
實(shí)施例4
一種纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層的制備及其應(yīng)用方法。
（1）基材材質(zhì)為聚氯乙烯，對其進(jìn)行火焰處理，測試其表面張力達(dá)到52mN/m；
（2）在處理后的基材的表面上刮涂一層涂料，該涂料各組份的具體質(zhì)量占比為：纖維素納米纖維凝膠液，50%；聚乙烯醇（PVA1799），8%；磷酸酯化淀粉，22%；高嶺土，5%；納米碳酸鈣，15%；該涂料的固含量為10%，在105℃溫度下干燥60s，最終形成涂層，干燥后的固體涂層定量為5.0g/m2。
該涂層用TAPPI UM 557法測抗油等級，達(dá)到12。
實(shí)施例5
一種纖維素納米纖維基油脂阻隔涂層的制備及其應(yīng)用方法。
（1）基材為聚碳酸酯，對其進(jìn)行絡(luò)酸混液處理，測試其表面張力達(dá)到48 mN/m；
（2）用刮棒在處理后的基材的表面上施涂一層涂料，該涂料各組份的具體質(zhì)量占比為：纖維素納米纖維凝膠液，80%；聚乙烯醇（PVA1799），5%；磷酸酯化淀粉，5%；高嶺土，5%；納米碳酸鈣，5%；該涂料的固含量為6%，在80℃溫度下干燥60s，最終形成涂層，干燥后的固體涂層定量為3.2g/m2。
該涂層用TAPPI UM 557法測抗油等級，達(dá)到12。