本发明涉及造纸领域，具体地，涉及一种抗水纸塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
纸张作为一种便捷的书写、打印、包装以及装饰材料，广泛应用于人民的日常生活中。传统纸张遇水后会软化甚至溶解，严重影响其使用性能。
使纸张具有抗水性是造纸领域中的一个热点。传统抗水纸通常是在纸张表面黏结复合膜和进行表面涂布的方法制成。对于复合膜方法，是在纸质材料上复合抗水材料从而达到抗水效果。该方法抗水性能良好，但一旦水从接缝处深入纸质材料中，就会失去抗水功能。表面涂布是在普通纸质材料表面通过徒步设备覆盖一层抗水表层，该方法工艺简单，但纸质材料所获得的抗水性能有限，疏水性不强，涂布均匀程度及厚度不一会对造成抗水性能不稳定，难以满足抗水纸质材料的要求。
专利文献cn108867196a，公开了一种环保型防水纸及其制备方法，该防水纸材料以秸秆、枯树叶、柱子、改性丙烯酸树脂、氧化镁颗粒、果胶、聚酯纤维、淀粉、稀硫酸、甘油、木质纤维素、表面活性剂、助剂和聚乙烯醇等为原料，通过共混、打浆、压制成型、干燥等工艺制备而成。该方法制备的防水纸绿色环保，具有一定的抗水性。但原料复杂、工艺繁琐，且抗水组分与纸质材料相容性较差，不能保证长期稳定的抗水性能。
专利文献cn104790256b，公开了一种高抗水纸的生产方法，该防水纸以聚乙烯醇为防水材料，通过上胶、表胶工艺，对纸张进行抗水处理，从而得到高抗水纸。该方法得到的抗水纸具有较好的抗水性能，但聚乙烯醇抗水胶液与纸质材料间仅为物理作用力结合，一旦破坏二者间结合作用，会大幅度降低其抗水效果，难以实现长时间重复利用。
专利文献cn104925355b，公开了一种防水纸塑复合袋及其制备方法，该塑料层以淀粉、聚乙烯醇、聚β-羟基乙酸酯、改性聚丙烯酸酯、高密度聚乙烯、过氧化二异丙苯、聚异丁烯、聚酯纤维、乳糖、甘油、邻苯二甲酸二甲酯和环氧树脂为原料，通过加热的方法将塑料层涂覆到纸质层表面。该复合纸具制备工艺简单，防水性能好，但原料复杂，塑料层与纸质材料的相容性有待提高，难以长期维持较好的抗水性能。
因此，在本领域中仍需要一种进一步提高抗水材料与纸质材料相容性的技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种抗水纸塑复合材料及其制备方法，该抗水纸塑复合材料具有优异的抗水性能，该方法将疏水聚合物通过共价键的形式引入纸张纤维表面，相容性好，且制备方法简单，易于规模化生产。
为了实现上述目的，本发明提供了一种抗水纸塑复合材料，该抗水纸塑复合材料包括纸质材料和塑料填料，所述塑料填料设置于所述纸质材料内。
其中，所述塑料填料包括聚多巴胺和聚甲基丙烯酸甲酯。
本发明还提供了一种抗水纸塑复合材料的制备方法，该方法包括：
(1)将纸质材料充分浸泡在多巴胺/三羟甲基氨基甲烷盐酸盐混合水溶液中(ph8.5)，随后用去离子水洗涤烘干；
(2)将得到的纸质材料充分浸泡在四氢呋喃/三乙胺混合溶液中，随后加入2-溴代异丁酰溴。反应结束后用甲醇/水溶液洗涤，减压干燥；
(3)将得到的纸质材料充分浸泡在四氢呋喃/五甲基二乙烯三胺/甲基丙烯酸甲酯混合溶液中，随后直接在体系中加入溴化亚铜，充分混合。反应结束后用甲醇/水溶液洗涤，减压干燥，得到抗水纸塑复合材料。
上述方法中，各组分含量可以在宽的范围内选择，从提高抗水性考虑，其中，相对于100重量份的所述纸质材料，步骤(1)中所述多巴胺加入量为1-2重量份，三羟甲基氨基甲烷盐酸盐加入量为1-2重量份，水加入量为500-600重量份。步骤(2)中所述四氢呋喃加入量为500-600重量份，三乙胺加入量为20-30重量份，2-溴代异丁酰溴加入量为20-30重量份。步骤(3)中所述四氢呋喃加入量为500-600重量份，五甲基二乙烯三胺加入量为20-30重量份，甲基丙烯酸甲酯加入量为20-40重量份，溴化亚铜加入量为20-30重量份。
上述方法中，各步骤反应时间可以在宽的范围内选择，从提高抗水性考虑，步骤(2)中反应时间优选为2-3小时。步骤(3)中反应时间优选为3-6小时，甲基丙烯酸甲酯加入量优选为30重量份。
上述方法中，各步骤反应温度均为室温环境(25℃左右)。
本发明的有益效果是：
本发明制备的抗水纸塑复合材料中的抗水组分聚甲基丙烯酸甲酯是通过共价键与附着在纸张纤维上的聚多巴胺相连，并填充在纸质材料纤维孔隙间，与纸张具有良好的相容性。另外，本发明提供的制备抗水纸塑复合材料的方法步骤简单，易进行规模化生产。
本发明所使用的多巴胺可以沉积到纸张纤维表面，在弱碱性条件下发生聚合，包裹纸张纤维，并暴露出其具有的邻苯二酚结构，丰富的活性羟基可以为引发接枝提供反应位点。
本发明所采用的接枝方法为原子转移自由基聚合(atrp)法，通过在活性羟基位点上(多巴胺邻苯二酚结构)引入溴代烷(2-溴代异丁酰溴)。以纸基材料作为引发剂，过渡金属配合物(溴化亚铜)为溴原子载体，实现将甲基丙烯酸甲酯接枝共聚到纸张纤维表面。该方法几乎无均聚物副产物产生，反应可控、条件温和、成本低。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种抗水纸塑复合材料，该抗水纸塑复合材料包括纸质材料和塑料填料，所述塑料填料设置于所述纸质材料体内。其中，所述塑料填料包括聚多巴胺和聚甲基丙烯酸甲酯。
本发明中，聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量可在宽的范围内选择，从提高抗水性考虑，优选地，聚甲基丙烯酸甲酯重均分子量为2000-3000。
在本发明中，所述纸质材料可以在较宽的范围内选择，为纸袋纸、牛皮纸、鸡皮纸、条纹牛皮纸、牛皮卡纸、衬纸、箱板纸、瓦楞纸、蜂窝纸板中的一种。
本发明还提供了一种抗水纸塑复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将纸质材料充分浸泡在多巴胺/三羟甲基氨基甲烷盐酸盐混合水溶液中(ph8.5)，随后用去离子水洗涤烘干；
(2)将得到的纸质材料充分浸泡在四氢呋喃/三乙胺混合溶液中，随后加入2-溴代异丁酰溴。反应结束后用甲醇/水溶液洗涤，减压干燥；
(3)将得到的纸质材料充分浸泡在四氢呋喃/五甲基二乙烯三胺/甲基丙烯酸甲酯混合溶液中，随后加入溴化亚铜，充分混合。反应结束后用甲醇/水溶液洗涤，减压干燥，得到抗水纸塑复合材料。
在本发明中，所述纸质材料可以在较宽的范围内选择，为纸袋纸、牛皮纸、鸡皮纸、条纹牛皮纸、牛皮卡纸、衬纸、箱板纸、瓦楞纸、蜂窝纸板等中的一种。
上述方法中，各组分含量可以在宽的范围内选择，从提高抗水性考虑，其中，相对于100重量份的所述纸质材料，步骤(1)中所述多巴胺加入量为1-2重量份，三羟甲基氨基甲烷盐酸盐加入量为1-2重量份，水加入量为500-600重量份。步骤(2)中所述四氢呋喃加入量为500-600重量份，三乙胺加入量为20-30重量份，2-溴代异丁酰溴加入量为20-30重量份。步骤(3)中所述四氢呋喃加入量为500-600重量份，五甲基二乙烯三胺加入量为20-30重量份，甲基丙烯酸甲酯胺加入量为20-40重量份，溴化亚铜加入量为20-30重量份。
上述方法中，各步骤反应时间可以在宽的范围内选择，从提高抗水性考虑，步骤(2)中反应时间优选为2-3小时。步骤(3)中反应时间优选为3-6小时，甲基丙烯酸甲酯加入量优选为30重量份。
上述方法中，各步骤反应温度均为室温环境(25℃左右)。
实施例1
按重量份数计，取150克每平方米的牛皮纸100份，在25℃下，置于500份多巴胺(4mg/ml)/三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(10mm)水溶液中(ph8.5)，充分浸泡，随后用去离子水洗涤、烘干。将所得纸样浸泡在500份四氢呋喃和25份三乙胺混合溶液中，随后加入25份2-溴代异丁酰溴，反应2小时后用甲醇/水(体积比1/1)溶液洗涤，减压干燥。随后再次浸泡在500份四氢呋喃和25份五甲基二乙烯三胺和20份甲基丙烯酸甲酯混合溶液中，加入4份溴化亚铜，充分混合。反应5小时后后用甲醇/水溶液(体积比1/1)洗涤，减压干燥，得到抗水纸塑复合材料。
实施例2
按重量份数计，取150克每平方米的牛皮纸100份，在25℃下，置于400份多巴胺(4mg/ml)/三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(10mm)水溶液中(ph8.5)，充分浸泡，随后用去离子水洗涤、烘干。将所得纸样浸泡在500份四氢呋喃和25份三乙胺混合溶液中，随后加入20份2-溴代异丁酰溴，反应2小时后用甲醇/水(体积比1/1)溶液洗涤，减压干燥。随后再次浸泡在500份四氢呋喃和25份五甲基二乙烯三胺和20份甲基丙烯酸甲酯混合溶液中，加入4份溴化亚铜，充分混合。反应5小时后后用甲醇/水溶液(体积比1/1)洗涤，减压干燥，得到抗水纸塑复合材料。
实施例3
按重量份数计，取150克每平方米的牛皮纸100份，在25℃下，置于500份多巴胺(4mg/ml)/三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(10mm)水溶液中(ph8.5)，充分浸泡，随后用去离子水洗涤、烘干。将所得纸样浸泡在500份四氢呋喃和25份三乙胺混合溶液中，随后加入25份2-溴代异丁酰溴，反应2小时后用甲醇/水(体积比1/1)溶液洗涤，减压干燥。随后再次浸泡在500份四氢呋喃和25份五甲基二乙烯三胺和5份甲基丙烯酸甲酯混合溶液中，加入4份溴化亚铜，充分混合。反应2小时后后用甲醇/水溶液(体积比1/1)洗涤，减压干燥，得到抗水纸塑复合材料。
实施例4
与实例1中的步骤(3)的甲基丙烯酸甲酯加入量不同，其余全部相同，甲基丙烯酸甲酯加入量为25份(相对100重量份的牛皮纸原料)。
实施例5
与实例1中的步骤(3)的甲基丙烯酸甲酯加入量不同，其余全部相同，甲基丙烯酸甲酯加入量为30份(相对100重量份的牛皮纸原料)。
实施例6
与实例1中的步骤(3)的甲基丙烯酸甲酯加入量不同，其余全部相同，甲基丙烯酸甲酯加入量为35份(相对100重量份的牛皮纸原料)。
实施例7
与实例1中的步骤(3)的甲基丙烯酸甲酯加入量不同，其余全部相同，甲基丙烯酸甲酯加入量为40份(相对100重量份的牛皮纸原料)。
对比例以天津市某公司生产的牛皮纸作为对比例。
对本发明制得的抗水纸塑复合材料和对比例中的牛皮纸进行检测，检测结果如表1所示：
防水性测试
相对吸水性采用gb/t461.3-2005《纸和纸板吸水性的测定(浸水法)》规定的方法测试。
物理力学性能测试
抗张强度和断裂伸长率采用gb/t12914-1991《纸和纸板抗张强度的测定法(恒速拉伸法)》规定的方法测试。
耐破指数采用gb/t454-2002《纸耐破度测定》规定的方法测试。
表1性能测定结果
由表1数据可知，甲基丙烯酸甲酯加入量是本发明的一个重要指标。实施例1-3可以看出甲基丙烯酸甲酯加入量在20-40重量份时(相对100重量份的牛皮纸原料)，该纸塑复合材料表现出更好的抗水性能及力学性质。此外，综合成品的力学性质和抗水性结果显示，本发明的最优选方案，实施例5明显优于其他实施例和对比例，根据实施例和对比例显示，在步骤(3)的甲基丙烯酸甲酯加入量为40重量份时(相对100重量份的牛皮纸原料)，制备出的纸塑复合材料的力学性质和抗水性最佳。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。