摘 要：利用油酸對(duì)玉米秸稈纖維素乙醇?xì)堅(jiān)举|(zhì)素進(jìn)行疏水改性后，配制成噴涂液噴涂于基材表面獲得木質(zhì)素基超疏水涂層。采用紅外光譜、掃描電鏡、接觸角測(cè)試等分析方法對(duì)木質(zhì)素基超疏水涂層進(jìn)行表征。結(jié)果表明，木質(zhì)素基超疏水涂層表面形貌與荷葉相似，由葡萄串狀微納米結(jié)構(gòu)組成。木質(zhì)素基超疏水涂層在抗酸堿腐蝕實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的耐酸堿性;在酸性或堿性溶液中，木質(zhì)素基超疏水涂層的表面接觸角始終都穩(wěn)定在約153°。同時(shí)，該涂層對(duì)不同黏稠度的流體食品均有良好的抗粘附能力，相對(duì)于在普通塑料杯中，蜂蜜在該涂層表面的殘留量降低了93.5%。因此，實(shí)驗(yàn)制得的木質(zhì)素基超疏水涂層應(yīng)用在食品包裝容器內(nèi)壁，可有效防止流體食物在包裝上的殘留，減少浪費(fèi)。

　　關(guān)鍵詞：木質(zhì)素;疏水改性;超疏水涂層;食品包裝

　　《上海造紙》是由上海造紙學(xué)會(huì)主辦的期刊。

　　世界范圍內(nèi)，每年由于流體食物傾倒不完全而導(dǎo)致的浪費(fèi)巨大，特別是如蜂蜜、酸奶、果汁等高附加值、高黏稠度的流體食品。制備超疏水界面包裝材料以解決此類(lèi)問(wèn)題成為節(jié)約資源的重要途徑之一。

　　從熱力學(xué)角度出發(fā)，當(dāng)界面和液體接觸后，界面表面自由能降低的過(guò)程叫界面潤(rùn)濕過(guò)程[1]，反之，即為不潤(rùn)濕。界面表現(xiàn)的潤(rùn)濕行為主要由其化學(xué)組成、微觀幾何結(jié)構(gòu)和宏觀幾何形狀共同決定[2-3]。評(píng)價(jià)界面表面的親疏水性質(zhì)一般是通過(guò)純水在其表面的潤(rùn)濕情況而定，即水的表面接觸角;表面接觸角越大，說(shuō)明界面表面疏水性也越好。超疏水材料具有防水、防銹蝕[4]、自清潔、抗粘附[5]等一系列特殊性質(zhì)，在食品包裝、防水材料、海洋溢油回收[6]及交通運(yùn)輸方面都有廣闊的應(yīng)用前景[7]。然而，傳統(tǒng)化學(xué)方法制備的納米、微米粒徑的無(wú)機(jī)晶體材料[8]和有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合界面材料存在著成本高、加工工藝復(fù)雜、難于大批量生產(chǎn)、無(wú)法應(yīng)用于食品行業(yè)等缺點(diǎn)[9]。因此，開(kāi)發(fā)出一種無(wú)毒無(wú)味、可用于食品包裝容器的超疏水界面材料成為了一個(gè)全新的研究挑戰(zhàn)[10-11]。

　　木質(zhì)素是自然界中一種可再生、無(wú)毒無(wú)味且具有三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的天然大分子。木質(zhì)素作為制漿造紙產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物，大多以堿回收的方式被燒掉以回收熱能，使其沒(méi)有得到充分合理的利用。

　　本課題利用木質(zhì)素與油酸為原料制備了木質(zhì)素基

　　超疏水涂層并用于食品包裝容器內(nèi)壁以減少流體食品在傾倒過(guò)程中的殘留現(xiàn)象;研究了木質(zhì)素基超疏水涂層對(duì)不同黏稠度流體食品的抗粘附情況。

　　1 實(shí) 驗(yàn)

　　1.1 原料

　　玉米秸稈纖維素乙醇?xì)堅(jiān)屑Z集團(tuán)有限公司;無(wú)水乙醇，工業(yè)級(jí)，沈陽(yáng)新興試劑廠;四氫呋喃、3-[4，5-二甲基噻唑-2-基]-2，5-二苯基四氮唑溴鹽(MTT)，色譜純，阿拉丁試劑有限公司;吡啶、油酸、鹽酸、三乙胺、二甲基亞砜，分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;醋酸酐、溴化鉀、乙醚、丙酮、正己烷，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

　　1.2 儀器

　　蒸煮鍋，IMT-ZZ01，東莞恒科儀器有限公司;水分分析儀，HE53/02，梅特勒-托利多公司;電子天平，MS-TS，梅特勒-托利多公司;冷凍干燥機(jī)，F(xiàn)REEZone，美國(guó)Labconco公司;pH計(jì)，STARTER2100，奧豪斯儀器有限公司;磁力攪拌器，RET基礎(chǔ)型，IKA;傅里葉變換紅外光譜儀，Spectrum-B型，常州國(guó)華電器有限公司;熱重分析儀，Q50，美國(guó)TA公司;差式掃描熱量?jī)x(DSC)，Q200，美國(guó)TA公司;掃描電子顯微鏡，JSM-7800F，日本電子株式會(huì)社;紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，1006M031，上海瓦里安光譜分析儀器有限公司;靜滴接觸角/界面張力測(cè)量?jī)x，OCA35，瑞典百歐林。

　　1.3 木質(zhì)素的提取

　　取80.0 g絕干玉米秸稈纖維素乙醇?xì)堅(jiān)湃胝糁箦佒校尤霛舛葹?0%的乙醇溶液，料液比為1∶10，蒸煮最高溫度為130℃，蒸煮1 h，蒸煮結(jié)束后保溫70 min。蒸煮液經(jīng)過(guò)濾后，分為黑液和濾餅，用去離子水將黑液等比例稀釋后，再用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為2，靜置10～12 h后過(guò)濾，得到棕黃色木質(zhì)素濾餅，冷凍干燥后備用。

　　1.4 超疏水材料的制備

　　1.4.1 制備油酸改性木質(zhì)素

　　取1 g上述制備的木質(zhì)素溶解在30 mL四氫呋喃中，加入0.48 g三乙胺，緩慢向體系中滴加1.2 g油酸，在磁力攪拌的條件下反應(yīng)72 h，反應(yīng)過(guò)程如圖1所示。反應(yīng)結(jié)束后，將體系中的液體緩慢滴入500 mL去離子水中并不斷攪拌，直到有黃褐色沉淀析出，經(jīng)布氏漏斗過(guò)濾得到濾餅，用乙醚多次沖洗濾餅以除去未反應(yīng)的油酸和小分子鹽(三乙胺鹽酸鹽)，最后得到油酸改性木質(zhì)素，冷凍干燥后防潮保存?zhèn)溆茫退岣男阅举|(zhì)素得率為83%。

　　1.4.2 木質(zhì)素基超疏水涂層的制備

　　木質(zhì)素基超疏水涂層制備過(guò)程如圖2所示。由圖2可知，取200 mg上述制備的油酸改性木質(zhì)素溶于20 mL 丙酮-正己烷混合液中，然后用噴槍將混合液均勻噴涂在玻璃片表面即可得到木質(zhì)素基超疏水涂層。

　　1.5 木質(zhì)素基超疏水涂層的表征

　　1.5.1 紅外光譜分析

　　采用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)油酸改性木質(zhì)素樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。首先將樣品進(jìn)行紅外燈干燥處理，然后按質(zhì)量比1∶100稱(chēng)取油酸改性木質(zhì)素樣品與溴化鉀晶體，充分研磨后置入壓片機(jī)壓成薄片，采用Spectrum-B型紅外光譜儀測(cè)定其紅外光譜。同時(shí)，用壓片機(jī)制作一個(gè)溴化鉀空白片，將油酸涂在空白片上，進(jìn)行油酸的紅外光譜測(cè)定。

　　1.5.2 掃描電鏡分析

　　對(duì)未改性木質(zhì)素及干燥后的、噴涂有木質(zhì)素基超疏水涂層的玻璃片進(jìn)行表面噴金處理，利用掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行表面形貌觀測(cè)，觀察木質(zhì)素基超疏水涂層表面是否具有微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)[12]。