Page 43 - 《精细化工》2021年第12期

第 12 期 朱清浩，等: 多功能壳聚糖基防油剂在防油纸中的研究进展 ·2405·

发出无毒无害、绿色环保的工业化无氟防油剂迫在 1.1 壳聚糖基防油剂的防油机理
眉睫。无氟型防油剂根据原料来源又可分为石油基 纸张是以植物纤维为主要原料制备而成的三维
丙烯酸酯共聚物防油剂和生物基防油剂（壳聚糖、 网状结构材料，未经防油处理的纸张表面和内部疏
淀粉、海藻酸钠、纳米纤维素、大豆分离蛋白等防 松多孔，油脂借助毛细管作用通过纤维之间的孔隙
油剂） [14-18] 。其中，生物基防油剂因无毒无害、可 向纸张内部渗透 [31-32] 。同时，纸张纤维的表面存在
再生、能生物降解，被认为是防油剂未来发展的主 大量羟基，使得纸张表面能较高，亲油性强。纸基
流。在众多生物基防油剂中，壳聚糖防油剂具有优 材料较差的耐脂性使其难以被用于高档油性包装材
异的耐脂性能、良好的抗菌性能 [19-20] 、无毒无害、 料。可通过降低纸张表面能（含氟型防油剂的油接
可生物降解且来源于储量丰富的壳类海产品废弃 触角 θ>90°，图 2）或减小纸张纤维之间的孔隙（壳
物，被认为是最具应用前景的纸张防油剂之一。壳 聚糖基防油剂的油接触角 θ<90°，图 3）来提高纸张
聚糖制备防油剂优点众多，但壳聚糖结构中含有大 的防油性能 [15] 。
量亲水基团 [21-22] ，具有很强的吸湿性，导致涂布后 与含氟型防油剂相比，壳聚糖基防油剂在纸张
纸张疏水性能差。此外，壳聚糖防油剂价格高昂， 表面形成致密薄膜（图 3），阻止油脂通过纤维之间
进一步限制了其在纸张涂布领域的应用。 的孔隙向纸张内部渗透 [33] ；且在酸性条件下，壳聚
为进一步挖掘壳聚糖基防油剂的应用价值，降 糖中带正电荷的氨基能吸附油脂，并与油脂相互作
低壳聚糖基防油剂的使用成本，国内外学者对壳聚 用形成可溶性离子结构，干扰纸张内部对油脂的吸
糖基防油剂进行了较为深入的改性研究，开发出了 收 [34] ，同时壳聚糖结构中的羟基对油脂具有一定的
一系列多功能壳聚糖基防油剂，并取得了良好的应 排斥作用 [35] ，进一步提高了壳聚糖的防油性能。
用效果 [23-27] 。本文结合壳聚糖的防油机理，对近年
来特定功能改性的壳聚糖基防油剂（防水、抗菌和
水蒸气阻隔）的研究进展进行了综述，并提出展望，
以期为壳聚糖基防油剂的进一步发展和工业化应用
提供参考和借鉴。

1 壳聚糖概述

甲壳素是地球上第二丰富的生物聚合物 [20] ，在

自然界中储量仅次于纤维素，是一种可循环再生的
图 2 氟化物防油模型示意图 [15]
资源。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，是天然多
Fig. 2 Schematic diagram of fluoride oil-repellent
糖中唯一的碱性多糖，具有生物降解性、生物相容 model [15]
性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种
生理功能 [28-30] 。壳聚糖的化学结构与纤维素十分相
似（见图 1），其分子链上存在大量氨基和羟基，能
与纸张纤维表面的羟基形成氢键，且在酸性条件下
氨基被质子化带正电，能与带负电的纤维通过静电
吸附，在纸张表面固化成膜，阻隔油脂进入纸张内
部，从而赋予纸张良好的防油性能，增强纸张的抗菌

性能、气体阻隔性和机械强度。 [15]
图 3 壳聚糖防油模型示意图
Fig. 3 Schematic diagram of chitosan oil-repellent
model [15]

1.2 壳聚糖涂布纸防油性能的影响因素
影响壳聚糖涂布纸防油性能的因素众多，可大
致分为壳聚糖自身因素、涂布因素和原纸因素。
（1）壳聚糖自身因素包括聚合度、脱乙酰度、
浓度等。由于高聚合度壳聚糖的分子链长，分子间

高度缠绕，成膜阻隔性强且强度更高 [36] 。因此，高
图 1 纤维素（a）和壳聚糖（b）的化学结构式
Fig. 1 Chemical structure of cellulose (a) and chitosan (b) 聚合度的壳聚糖防油性能更高。随着脱乙酰度的增