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一种生物可降解复合膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种生物可降解复合膜，它是以增塑剂、增强剂、交联剂、蛋清蛋白和纳米SiOx为原料制得的；所述增塑剂由体积比为3：1的甘油与聚乙二醇400组成，增强剂为CMC-Na（羧甲基纤维素钠），所述交联剂为环氧氯丙烷。本发明生物可降解复合膜具有优异的机械性能和阻隔性能，具有塑料包装膜的使用性能，完全可替代现有的塑料包装膜。

Description

一种生物可降解复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合膜及其制备方法，尤其涉及一种生物可降解的复合膜及其制备方法，属于环保技术领域。
背景技术
传统的化学合成塑料因其具有质轻、强度高、加工性能好、价格低廉等优点而被广泛应用于食品包装和保鲜。但化学合成塑料制品使用后遗弃在自然环境中不可降解或降解程度低，造成了严重的“白色污染”。另外，石油、天然气等不可再生资源越用越少，据报道全世界的石油储量只能用41年，因而石油基塑料的生产受到很大的阻力，开发新型可降解的包装材料来代替传统的化学合成塑料迫在眉睫。近年来，以天然可食性物质（如多糖、蛋白质等）为原料的可食性膜已成为食品包装领域的研究热点；与化学合成塑料膜相比，可食性膜同样可以通过阻止氧气、水汽及溶质的迁移来保持食品的品质，在自然环境中可生物降解，对环境无污染。此外，可食性膜可直接食用，并可作为营养物质、功能性成分（如抗褐变剂、抑菌剂、防腐剂等）的载体，对于增进人们的身体健康具有十分重要的意义。
蛋清蛋白是一种营养丰富、来源广泛的蛋白质，其含有人体所需的8种必需氨基酸，尤其是含硫氨基酸较多，作为一种重要的食品加工原料，蛋清蛋白具有许多重要的功能特性，如溶解性、持水性、起泡性、成膜性和凝胶性等。近年来，国内外学者已对其部分功能特性作了很多有益的研究，但对以蛋清蛋白为成膜主料的可食膜的研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械性能好的生物可降解复合膜。
本发明的另一目的在于提供上述生物可降解复合膜的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种生物可降解复合膜，其特征在于：它是以增塑剂、增强剂、交联剂、蛋清蛋白和纳米SiOx为原料制得的；所述增塑剂由体积比为3：1的甘油与聚乙二醇400组成，增强剂为CMC-Na（羧甲基纤维素钠），所述交联剂为环氧氯丙烷。
纳米SiOx为本领域技术人员均明确的物质，它是无定型白色粉末(指其团聚体)，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料；其颗粒尺寸小(为5～15纳米)，比表面积大(达640～700m2／g)，表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，经高分辨电镜观测发现，其表面含有许多纳米极介孔结构，用Omnisorp100CX比表面和孔隙率分析仪测得其表面孔隙率值为0．61lml／g，因表面欠氧而偏离了稳态的硅氧结构，故分子式为SiOx。以上原料均为市售产品。
进一步，上述生物可降解复合膜中，上述增塑剂的加入量为30.9g/L、上述的增强剂为5.5g/L、上述的交联剂为7.1g/L、上述的蛋清蛋白为80g/L、上述的纳米SiOx为1g/L。
上述生物可降解复合膜机械性能强、透光率高、气体阻隔性好且热封性能好，可用于替代或部分替代塑料膜，应用前景广阔。
发明人在研发过程中发现，若制备方法控制不好，易出现成膜率不高、成膜不均匀的问题，因此优选以下制备方法。
上述生物可降解复合膜的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
1、将纳米SiOx加入到蒸馏水中，超声分散均匀后，得纳米SiOx悬浮液；
2、向上述分散均匀的纳米SiOx悬浮液中添加蛋清蛋白和上述的增塑剂，磁力搅拌均匀，用1mol/L的NaOH调节溶液pH值至7；
3、再加入上述的增强剂和交联剂，在搅拌状态下60℃水浴30min，过滤，加入0.6g/L（即过滤后的每1L膜液中加入0.06g）的市售高碳醇脂肪酸脂食用消泡剂对膜液进行消泡、在90W的功率下超声脱气30min，冷却，量取脱气液于涂有0.05mL/100cm2吐温80的塑料板上流延成膜，将塑料板放入60℃鼓风干燥箱中干燥3.0h、揭膜制得本发明生物可降解复合膜。
以上制得的生物可降解复合膜在RH<90％环境下密封贮存可长达1年不会变质。
本发明具有如下有益效果：
本发明生物可降解复合膜具有优异的机械性能和阻隔性能，其拉伸强度达3.68±0.046MPa、断裂伸长率为57.2±0.361%；水蒸气透过系数为4.84±0.436g·mm/m2·d·kPa、透油系数低于0.50g·mm/m2·d、空气透过系数低于1.0×10-12cm3(标态)·cm/cm2·s·kPa；透光率高、热封性能好；具有塑料包装膜的使用性能，完全可替代现有的塑料包装膜。
采用本发明生物可降解复合膜的制备方法，其成膜率高达99％以上；制得的复合膜质地均匀。
总之，本发明生物可降解复合膜用于替代塑料包装膜，减少了环境污染；增进了人体健康：塑料食品包装膜的化学增塑剂可向食品迁移，对人体健康不利，本发明制备的生物可降解复合膜作为食品内包装，不含化学增塑剂，大大减少了有毒有害物质向食品内部迁移，对于增进人体健康具有重要意义；方便人们生活：本发明制备的生物可降解复合膜作为食品包装膜可以直接溶于热水中，如作为方便面、方便粉丝的调料袋，可与其一起用热水浸泡，几分钟即溶解，使用极其方便。
附图说明
图1为未添加纳米SiOx的膜表面结构图。
图2为实施例1制得的生物可降解复合膜表面结构图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种生物可降解复合膜，它是按如下制得的：
1、原料：增塑剂为体积比3：1的甘油与聚乙二醇400、交联剂为环氧氯丙烷、增强剂为羧甲基纤维素钠、蛋清蛋白和纳米SiOx，其中增塑剂在最终整个膜液体系中的加入量为30.9g/L、增强剂为5.5g/L、交联剂为7.1g/L、蛋清蛋白为80g/L、纳米SiOx为1g/L；
2、将纳米SiOx加入到蒸馏水中，采用超声波材料分散机使纳米SiOx均匀分散在水中，得纳米SiOx悬浮液；
3、向上述分散均匀的纳米SiOx悬浮液中添加蛋清蛋白和上述增塑剂，磁力搅拌均匀，用1mol/L的NaOH调节溶液pH值至7；
4、再加入羧甲基纤维素钠和环氧氯丙烷，在搅拌状态下60℃水浴30min，过滤，加入0.6g/L（即过滤后的每1L膜液中加入0.06g）的市售高碳醇脂肪酸脂食用消泡剂对膜液进行消泡、在90W的功率下超声脱气30min，冷却，量取脱气液于涂有0.05mL/100cm2吐温80的塑料板上流延成膜，将塑料板放入60℃鼓风干燥箱中干燥3.0h、揭膜制得生物可降解复合膜。
以上制得的生物可降解复合膜具有优异的机械性能和阻隔性能，其拉伸强度达3.68±0.046MPa、断裂伸长率为57.2±0.361%；水蒸气透过系数为4.84±0.436g·mm/m2·d·kPa、透油系数低于0.50g·mm/m2·d、空气透过系数低于1.0×10-12cm3(标态)·cm/cm2·s·kPa；透光率高、热封性能好；具有塑料包装膜的使用性能，完全可替代现有的塑料包装膜。以上方法成膜率高达99％以上，如图2所示，制得的可降解生物复合膜质地均匀。
实施例2
一种生物可降解复合膜，它是按以下制得：
1、原料：增塑剂为体积比3：1的甘油与聚乙二醇400、交联剂为环氧氯丙烷、增强剂为羧甲基纤维素钠、蛋清蛋白和纳米SiOx，其中增塑剂的加入量为30.9g/L、增强剂为5.5g/L、交联剂为7.1g/L、蛋清蛋白为80g/L、纳米SiOx为1g/L；
2、将纳米SiOx加入到蒸馏水中，采用超声波材料分散机使纳米SiOx均匀分散在水中，得纳米SiOx悬浮液；
3、向上述分散均匀的纳米SiOx悬浮液中添加蛋清蛋白、上述增塑剂、羧甲基纤维素钠和环氧氯丙烷，磁力搅拌均匀得到膜液；将膜液涂于塑料板上流延成膜，将塑料板放入60℃鼓风干燥箱中干燥3.0h、揭膜制得生物可降解复合膜。
以上制得的生物可降解复合膜具有良好的机械性能和阻隔性能，其拉伸强度达2.06±0.056MPa、断裂伸长率为48.6±0.954%；水蒸气透过系数为5.22±0.082g·mm/m2·d·kPa、透油系数约0.55g·mm/m2·d、空气透过系约1.5×10-12cm3(标态)·cm/cm2·s·kPa；可替代现有的塑料包装膜。
对比实施例1
一种生物可降解复合膜，它是按以下制得：
1、原料：增塑剂为体积比3：1的甘油与聚乙二醇400、交联剂为环氧氯丙烷、增强剂为羧甲基纤维素钠和蛋清，其中增塑剂的加入量为30.9g/L、增强剂为5.5g/L、交联剂为7.1g/L、蛋清蛋白为80g/L；
2、将上述蛋清蛋白、上述增塑剂、羧甲基纤维素钠和环氧氯丙烷混合，磁力搅拌均匀得到膜液；将膜液涂于玻璃板上流延成膜，将塑料板放入60℃鼓风干燥箱中干燥3.0h、揭膜制得生物可降解复合膜；如图1所示，该复合膜较稀疏、质地不均匀。

Claims (3)

1.一种生物可降解复合膜，其特征在于：它是以增塑剂、增强剂、交联剂、蛋清蛋白和纳米SiOx为原料制得的；所述增塑剂由体积比为3：1的甘油与聚乙二醇400组成，增强剂为CMC-Na（羧甲基纤维素钠），所述交联剂为环氧氯丙烷。
2.如权利要求1所述的生物可降解复合膜，其特征在于：所述增塑剂的加入量为30.9g/L、上述的增强剂为5.5 g/L、上述的交联剂为7.1 g/L、上述的蛋清蛋白为80 g/L、上述的纳米SiOx为1 g/L。
3.如权利要求1或2或3所述生物可降解复合膜的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
a、按所述纳米SiOx加入到蒸馏水中，超声分散均匀后，得纳米SiOx悬浮液；
b、向所述分散均匀的纳米SiOx悬浮液中添加蛋清蛋白和所述的增塑剂，磁力搅拌均匀，用1mol/L的NaOH调节溶液pH值至7；
c、再加入所述的增强剂和交联剂，在搅拌状态下60℃水浴30min，过滤，加入0.6g/L的高碳醇脂肪酸脂食用消泡剂对膜液进行消泡、在90W的功率下超声脱气30min，冷却，量取脱气液于涂有0.05mL/100cm2吐温80的塑料板上流延成膜，将塑料板放入60℃鼓风干燥箱中干燥3.0h、揭膜制得本发明生物可降解复合膜。
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