纸张主要由纤维素组成，具有环境友好性、无毒性和完全可再生性，因此在食品包装中得到广泛应用[1]、[2]、[3]、[4]。然而，其天然的孔隙性和强亲水性严重限制了其在这一领域的独立应用[5]、[6]。为了满足防水和防油的核心要求，业界通常采用聚乙烯或氟化丙烯酸酯等涂层进行表面改性[7]、[8]、[9]。然而，基于石油的涂层依赖于不可再生的化石资源，而含氟涂层由于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的迁移而存在潜在的健康风险[10]、[11]、[12]、[13]。这两种类型的涂层与可持续发展的理念背道而驰[14]、[15]。在全球可持续发展目标和严格的塑料限制法规的推动下，开发高性能、可再生和可生物降解的替代涂层已成为食品包装领域的紧迫研究方向[16]、[17]。
壳聚糖、海藻酸钠、纤维素和玉米醇溶蛋白等生物质材料因其生物相容性和生物降解性而成为研究热点[18]、[19]、[20]。壳聚糖由壳聚糖脱乙酰化获得，年产量达数万吨，储量丰富；它可以形成致密的薄膜，提高基材的阻隔性能[21]、[22]、[23]。然而，其丰富的羟基和氨基导致其具有高亲水性，限制了其作为防水/防油涂层的应用。提高防水性能需要引入疏水成分或通过物理或化学改性来构建致密涂层[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。Kansal等人采用双层涂层策略，以壳聚糖为底层，玉米醇溶蛋白为顶层，有效实现了防水和防油效果（Kit等级：12/12，Cobb 60：4.88 g/m²）[29]。Du等人使用纳米纤维素、壳聚糖和改性聚乙烯醇制备了三层涂层（Kit等级：12/12，接触角：108.6°）[30]。然而，这类多层涂层工艺通常操作繁琐且成本较高，不利于大规模应用。Gao等人将具有层状结构的卡纳乌巴蜡颗粒混入稀释的壳聚糖溶液中，通过增加涂层表面粗糙度来提高疏水性（接触角：144.20°）[31]。Al-jaf等人将刺猴毛嵌入壳聚糖基质中，制备出超疏水薄膜（接触角：146.83°）[32]。这两种改性方法仅关注提高疏水性，未能协同增强防油性能，无法满足食品包装的要求。Li等人将异氰酸酯接枝到壳聚糖聚合物骨架上，制备了CHI-g-CO涂层（Kit等级：9/12，Cobb 60：29.16 g/m²）[33]。尽管这种涂层兼顾了防水和防油性能，但其整体阻隔性能仍有提升空间。在我们之前的研究中，使用高反应活性的三聚氰胺氯化物作为中间链接剂，制备了一种具有双疏水链结构的壳聚糖衍生物涂层（Kit等级：10.3/12，Cobb 60值：8.33 g/m²）[34]。虽然这种改性涂层显著提高了纸质包装材料的综合性能，但中间链接剂的使用使得制备过程相对复杂，并在一定程度上增加了涂层的安全风险。因此，简化涂层制备工艺、减少对化石原材料的依赖并同时实现防水和防油的协同增强具有重要的研究价值。环氧大豆油（ESO）在缓解壳聚糖的亲水性缺陷方面具有显著优势，其多个环氧基团可以与壳聚糖的亲核氨基发生高效的环开反应，而其长链脂肪酸骨架本身具有优异的疏水性，使其成为壳聚糖接枝改性的理想试剂[35]、[36]、[37]、[38]。
在本研究中，通过ESO与壳聚糖之间的直接接枝反应成功制备了一种完全生物基的防水/防油剂（CHI-g-ESO）。采用响应表面方法优化了壳聚糖与环氧大豆油的比例和反应条件，确保了协同性能。值得注意的是，所得到的CHI-g-ESO可以通过一步涂布工艺应用于纸张，制备出具有防水、防油、热稳定性和良好机械性能的纸质食品包装。
