[发明专利]用卤代硅烷处理基材的方法

说明书

相关专利申请的交叉引用和关于联邦政府基金资助研究的声明无。

技术领域

一种用于使基材具有疏水性的方法，所述方法包括用卤代硅烷蒸气处理所述基材。卤代硅烷在基材表面和间隙空间中形成有机硅树脂。

背景技术

纤维素基材，例如纸材和卡纸板（如包括波纹纤维板、纸板、显示板或卡片纸料(card stock)）产品根据其预定用途会遇到不同的环境条件。例如，卡纸板通常用作装运和/或储存产品的包装材料，并且必须提供保护其内容物的耐久外壳。这些包装材料可能面临的某些这类环境条件为雨水、温度变化（其可能促进凝结）、洪水、雪、冰、霜、冰雹或水分的任何其他形式。其他产品包括一次性餐饮服务用品(food service article)，这类餐饮服务用品通常由纸材或纸板制成。这些纤维素基材还面临潮湿环境条件，例如来自其所接触的食物和饮料的蒸气和液体。多种形式的水可能会通过降解纤维素基材的化学结构（通过水解和裂解纤维素链）和/或分解其物理结构（通过不可逆地干扰链间的氢键键合）而威胁纤维素基材，从而降低其在预期用途中的性能。当暴露于水、其他含水流体或显著量的水蒸气时，诸如纸材和卡纸板之类的物品可能变得柔软，从而丧失形式稳定性且变得易于刺穿（例如在运输包装材料期间或被用于一次性餐饮服务用品的餐具（例如刀和叉）刺穿）。

制造商可通过在潮湿环境中不使用一次性餐饮服务用品来解决一次性餐饮服务用品的水分敏感性问题。该方法简单地通过将其一次性餐饮服务用品销售用于在不存在含水流体或蒸气下使用（例如干燥或油炸品）来避免该问题。然而，该方法大大限制了这些物品的潜在市场，因为许多食品(1)为含水的（例如饮料、汤）；(2)包括水相（例如稀调味酱、在水中加热的蔬菜）；或(3)在其冷却时放出水蒸气（例如米饭和其他含淀粉食物、热三明治等）。

保护纤维素基材的另一方式是防止水与纤维素基材相互作用。例如，可向纤维素基材表面施用抗水涂层（例如聚合物防水材料，如蜡或聚乙烯）以防止水直接接触纤维素基材。该方法基本上形成层状结构，其中水敏感性核心夹在抗水材料层之间。然而，许多涂层的获得成本较高且难以施用，因而增加制造成本和复杂性且降低可接受的成品的百分比。此外，涂层可能随时间推移而降解或机械性质受损且有效性降低。涂层还具有基材边缘处理不良的固有弱点。即使边缘可受到处理而使整个基材具有疏水性，但经处理基材中的任何裂缝、撕裂、皱纹或皱褶均可能造成易湿润的未处理表面暴露，且可允许水吸入基材本体中。

此外，纤维素基材的某些涂层及其他已知的疏水处理也可能使基材不可生物降解。因此，期望提供用于使纤维素基材具有疏水性以及维持其生物可降解性的方法。

还期望所采用的处理方法不仅能够确保使基材具有疏水性，而且能够高效完成处理操作。例如，如果使用卤代硅烷与挥发性溶剂的液态混合物浸透基材（例如纸材），当溶剂蒸发后，可以使纸材具有疏水性。然而，在已知工艺中，大部分卤代硅烷随溶剂蒸发。在商业操作中，必须采用某种方式对这种包含溶剂和卤代硅烷的料流进行处理。

处理该料流的一种方式是对溶剂和卤代硅烷进行冷凝。令人遗憾的是，由于溶剂在从纸材中蒸发的过程中带走了纸材中一定量的水分，因此对混合蒸气进行冷凝导致水分也发生冷凝。冷凝水迅速与冷凝的卤代硅烷发生反应，形成硅氧烷和卤化氢。当有机卤代硅烷（例如单有机三卤代硅烷）在水存在下发生冷凝时，它形成固态副产物，必须将该固态副产物从工艺中分离和弃除。因此，实施液态处理方法需要对副产物料流进行处理，该副产物料流包含挥发性溶剂以及固态甚至凝胶状混合物，该固态或凝胶状混合物中包含卤化氢。

还提供了蒸气处理方法。然而，采用已知工艺用气化卤代硅烷处理纸材时，仍然存在副产物料流需要处理。该副产物料流包含溶剂以及处理过程中未与纸材发生反应的部分卤代硅烷。

商业上需要一种能够使用卤代硅烷对基材（例如纸材）进行处理的方法，该方法使大部分卤代硅烷留在纸材中并且无需将其作为副产物料流进行处理。

发明内容

一种用于使基材具有疏水性的方法。该方法包括：

I)将基材在处理区中暴露于蒸气湍流，蒸气中卤代硅烷的浓度为至少90%，使得蒸气渗透基材，以及

II)将基材置于排气区中，其中将惰性气体引入排气区中以在排气区中形成正压。排气区中卤代硅烷的浓度低于处理区中卤代硅烷的浓度。

附图说明

图1为本文所述方法的工艺流程图。

附图标记

100处理装置