CN106432807A - 一种可完全降解的防水型包装材料及其制备方法 - Google Patents

一种可完全降解的防水型包装材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可完全降解的防水型包装材料及其制备方法，该包装材料是向由细菌纤维素纤维和微晶纤维素颗粒形成的网络结构基体中填充交联型豆胶，然后经过热压处理制备而成的。制备步骤主要包括细菌纤维素纤维‑无水乙醇体系的制备、微晶纤维素的表面改性、细菌纤维素纤维‑微晶纤维素混合物的制备、交联型豆胶的合成以及包装材料的制备等五个阶段；本发明一种可完全降解的防水型包装材料在60℃的蒸馏水中浸泡24h后的吸水率可低于8.0%；本发明通过向细菌纤维素纤维‑微晶纤维素混合物中添加交联型豆胶可以显著提高包装材料结构中分子链的致密程度，从而可以在不影响包装材料环保性能和降解性能的基础上使包装材料获得较好的抗水性能。

Description

一种可完全降解的防水型包装材料及其制备方法
技术领域
本发明属于有机高分子材料制备技术领域，具体地说，是涉及一种通过向由细菌纤维素纤维和微晶纤维素颗粒形成的网络结构基体中填充交联型豆胶，然后经过热压处理形成的一种环保无毒、可完全降解的防水型包装材料及其制备方法。
背景技术
防水型包装材料可以在运输和销售的过程中防止食品、医药、电器、纺织品等由于受潮而导致使用性能的下降。
将具有隔绝水分能力的材料涂布在包装材料表面可以获得明显的防水性能[康柳，华媛，母军，储德淼，纳米SiO2疏水涂层对纸和纸板性能的影响，包装工程，2016年9期；赖小娟，宫米娜，王磊，宋远波，羧基丁苯胶/封闭聚氨酯的制备及其对纸张的防水增强作用，纸和造纸，2014年7期；吴云影，赖鹤鋆，倪泽萍，黄晓红，表面分子修饰方法制作超疏水纸，造纸科学与技术，2011年5期]。另外，也可以通过将包装材料浸渍于熔化的防水剂中从而赋予基材抗水性能[贺伦英，向宝坚，何新快，张钦发，高强度耐水瓦楞纸板淀粉胶粘剂的研制，包装工程，2003年6期；李小瑞，魏军凤，聚乙烯亚胺/环氧氯丙烷增湿强剂的制备及其作用机理，中国造纸，2008年8期；孙昊，王万章，李伟平，张新昌，凤眼莲生物质复合内包装材料的制备工艺，农业工程学报，2014年12期；陈显非，王伟，刘彦军，疏水性丙烯酸树脂纸张防水剂的制备与应用，中国造纸，2010年11期]。第三，将包装材料基材与塑料或者金属等进行复合也能够得到很强的防水性能[Aloui H., K hwaldia K., Ben S. M., et al.Effect of glycerol and coating weight on functional properties of biopolymer-coated paper[J]. Carbohydrate Polymers, 2011, 86(2):1063-1072；邓继勇，苏娇莲，杨辉琼，谢志民，乳液聚合制备纸塑复合胶的研究，化工新型材料，2001年11期]。但是，上述防水型包装材料使用后难以降解，不符合绿色环保的可持续发展理念，因此发展一种可完全降解的防水型包装材料不仅能够满足包装工业的需要，同时也能够满足环境保护的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统防水型包装材料生物降解性差、难以回收利用等问题，提供一种可完全降解的防水型包装材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种可完全降解的防水型包装材料，该可完全降解的防水型包装材料是向由细菌纤维素纤维和微晶纤维素颗粒形成的网络结构基体中填充交联型豆胶，然后经过热压处理形成的一种环保无毒、可完全降解的包装材料。
所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，步骤如下：
（1）将细菌纤维素纤维加入到无水乙醇中，经过高压均质处理制备获得细菌纤维素纤维-无水乙醇体系；
（2）将微晶纤维素分散在蒸馏水中，在水浴加热条件下依次加入乙酸酐和浓硫酸对其进行表面改性，经6h改性处理后利用蒸馏水将改性微晶纤维素洗涤至中性，然后在40℃~45℃下干燥48h得到改性微晶纤维素颗粒，整个改性过程伴随机械搅拌；
（3）将步骤（2）所得的改性微晶纤维素颗粒添加到步骤（1）所得的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系中，经超声处理获得细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物；
（4）将脱脂豆粉与交联剂水溶液按照质量比为1:2~1:5进行混合，在25℃条件下机械搅拌20min后获得交联型豆胶；
（5）将步骤（4）所得的交联型豆胶加入到步骤（3）所得的细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物中经超声处理分散均匀后制得原料，然后该原料经热压处理后制得一种可完全降解的防水型包装材料。
进一步的，所述的步骤（1）中细菌纤维素的聚合度为1500~2000，分子量为250000~300000。
进一步的，所述的步骤（1）中每1.0g细菌纤维素需要分散于100g无水乙醇中，高压均质处理的压力为80MPa，处理次数为2次。
进一步的，所述的步骤（2）中微晶纤维素粒度为20μm~50μm、聚合度为200~220；用蒸馏水配制成的微晶纤维素水溶液的质量分数为1.0%~2.0%，水浴加热温度为60℃。
进一步的，所述的步骤（2）中每改性1.0g微晶纤维素需要0.5g乙酸酐和2.5g浓硫酸；全程机械搅拌转速为120r/min，表面改性反应方程式如下：
。
进一步的，所述的步骤（3）中每100g细菌纤维素纤维-无水乙醇体系体系中需要加入0.5g~3.0g改性微晶纤维素颗粒；超声处理的功率为800w，时间为5min。
进一步的，所述的步骤（4）中脱脂豆粉为120目；交联剂为聚乙二醇或者1,2-丙二胺，交联剂水溶液的质量浓度为8%~40%；机械搅拌转速为60r/min。
进一步的，所述的步骤（5）中交联型豆胶与细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物的质量比为1:5~1:20；超声处理的功率为1200w，时间为10min；热压温度为105℃，压力为0.8MPa，时间为3min。
所述的可完全降解的防水型包装材料在60℃的蒸馏水中浸泡24h后的吸水率低于8.0%。
本发明的有益效果在于：（1）本发明提供了一种利用细菌纤维素、微晶纤维素和交联型豆胶制备一种可完全降解的防水型包装材料的有效途径；（2）本发明利用乙酸酐对微晶纤维素进行表面改性，可以改善其在细菌纤维素纤维-无水乙醇体系中的分散性能；（3）本发明通过向细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物中添加交联型豆胶，建立以细菌纤维素纤维和微晶纤维素形成的网络结构可以获得力学强度突出的包装材料基体，可以显著提高包装材料结构中分子链的致密程度，向基体中加入交联型豆胶可以填充基体空隙从而提高包装材料结构的致密性，抑制水分子的进入，从而可以在不影响包装材料环保性能和降解性能的基础上使包装材料获得较好的抗水性能，以提高其防水能力；（4）在热压过程中交联型豆胶不仅可以与基体形成致密的交联体系，同时也可以将蛋白质的疏水性基团暴露，阻止水分的进入，从而显著提高包装材料的抗水性。（5）本发明的可完全降解的防水型包装材料的制备方法简单，易与现有技术结合，可实现工业化生产；（6）本发明的可完全降解的防水型包装材料具有较好的生物降解性能，同时也能回收利用，适合可持续发展的需要。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围并不受此限制。
实施例1
本实施例的可完全降解的防水型食品用包装材料的制备方法如下：
（1）取4.0g细菌纤维素（聚合度为1500~2000，分子量为250000~300000）分散在400g无水乙醇中，经过80MPa的高压均质处理2次制备获得402g均匀分散的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系；
（2）取2.0g微晶纤维素（粒度为20μm~50μm，聚合度为200~220）添加到200g的蒸馏水中，在60℃水浴加热条件下依次加入1.0g乙酸酐和5.0g浓硫酸进行表面改性，处理6h后利用蒸馏水将改性微晶纤维素洗涤至中性，然后在40℃下干燥48h后得到2.1g改性微晶纤维素颗粒，整个改性过程中的机械搅拌转速为120r/min；
（3）取2.0g改性微晶纤维素颗粒添加到400g的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系中，经过功率为800w，时间为5min的超声处理后获得401.9g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物；
（4）在25℃条件下，将20g脱脂豆粉（120目）与40g质量浓度为8%的聚乙二醇水溶液混合后，经60r/min的机械搅拌处理20min后制得交联型豆胶59.2g；
（5）取40g交联型豆胶加入到200g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物中，经过功率为1200w、时间为10min的超声处理获得原料238.7g，经过温度为105℃，压力为0.8MPa的热压处理3min制得17.6g可完全降解的防水型包装材料。
上述防水型包装材料在60℃的蒸馏水中浸泡24h后其吸水率为7.7%。
实施例2
本实施例的可完全降解的防水型食品用包装材料的制备方法如下：
（1）取5.0g细菌纤维素（聚合度为1500~2000，分子量为250000~300000）分散在500g无水乙醇中，经过80MPa的高压均质处理2次制备获得503g均匀分散的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系；
（2）取4.0g微晶纤维素（粒度为20μm~50μm，聚合度为200~220）添加到200g的蒸馏水中，在60℃水浴加热条件下依次加入2.0g乙酸酐和10.0g浓硫酸进行表面改性，处理6h后利用蒸馏水将微晶纤维素洗涤至中性，然后在45℃下干燥48h后得到4.1g改性微晶纤维素颗粒，整个改性过程中的机械搅拌转速为120r/min；
（3）取4.0g改性微晶纤维素颗粒添加到400g的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系中，经过功率为800w，时间为5min的超声处理后获得403.5g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物；
（4）在25℃条件下，将10g脱脂豆粉（120目）与30g质量浓度为15%的聚乙二醇水溶液混合后，经60r/min的机械搅拌处理20min后制得交联型豆胶38.9g；
（5）取30g豆胶加入到300g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物中，经过功率为1200w、时间为10min的超声处理获得原料326g，经过温度为105℃，压力为0.8MPa的热压处理3min制得15.1g可完全降解的防水型包装材料。
上述防水型包装材料在60℃的蒸馏水中浸泡24h后其吸水率为8.6%。
实施例3
本实施例的可完全降解的防水型食品用包装材料的制备方法如下：
（1）取7.0g细菌纤维素（聚合度为1500~2000，分子量为250000~300000）分散在700g无水乙醇中，经过80MPa的高压均质处理2次制备获得704g均匀分散的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系；
（2）取8.0g微晶纤维素（粒度为20μm~50μm，聚合度为200~220）添加到400g的蒸馏水中，在60℃水浴加热条件下依次加入4.0g乙酸酐和20.0g浓硫酸进行表面改性，处理6h后利用蒸馏水将微晶纤维素洗涤至中性，然后在42℃下干燥48h后得到8.2g改性微晶纤维素颗粒，整个改性过程中的机械搅拌转速为120r/min；
（3）取8.0g改性微晶纤维素颗粒添加到400g的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系中，经过功率为800w，时间为5min的超声处理后获得407.2g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物；
（4）在25℃条件下，将10g脱脂豆粉（120目）与40g质量浓度为25%的1,2-丙二胺水溶液混合后，经60r/min的机械搅拌处理20min后制得交联型豆胶49.3g；
（5）取20g豆胶加入到300g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物中，经过功率为1200w、时间为10min的超声处理获得原料313g，经过温度为105℃，压力为0.8MPa的热压处理3min制得15.8g可完全降解的防水型包装材料。
上述防水型包装材料在60℃的蒸馏水中浸泡24h后其吸水率为9.1%。
实施例4
本实施例的可完全降解的防水型食品用包装材料的制备方法如下：
（1）取5.0g细菌纤维素（聚合度为1500~2000，分子量为250000~300000）分散在500g无水乙醇中，经过80MPa的高压均质处理2次制备获得504g均匀分散的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系；
（2）取12.0g微晶纤维素（粒度为20μm~50μm，聚合度为200~220）添加到600ml的蒸馏水中，在60℃水浴加热条件下依次加入6.0g乙酸酐和30g浓硫酸进行表面改性，处理6h后利用蒸馏水将微晶纤维素洗涤至中性，然后在44℃下干燥48h后得到12.3g改性微晶纤维素颗粒，整个改性过程中的机械搅拌转速为120r/min；
（3）取12.0g改性微晶纤维素颗粒添加到400g细菌纤维素纤维-无水乙醇体系中，经过功率为800w，时间为5min的超声处理后获得409g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物；
（4）在25℃条件下，将8g脱脂豆粉（120目）与40g质量浓度为40%的1,2-丙二胺水溶液混合后，经60r/min的机械搅拌处理20min后制得交联型豆胶47.5g；
（5）取20g豆胶加入到400g细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物中，经过功率为1200w、时间为10min的超声处理获得原料416g，经过温度为105℃，压力为0.8MPa的热压处理3min制得24.3g可完全降解的防水型包装材料。
上述防水型包装材料在60℃的蒸馏水中浸泡24h后其吸水率为10.8%。

Claims (10)

1.一种可完全降解的防水型包装材料，其特征在于：所述的可完全降解的防水型包装材料是向由细菌纤维素纤维和微晶纤维素颗粒形成的网络结构基体中填充交联型豆胶，然后经过热压处理形成的一种环保无毒、可完全降解的包装材料。
2.根据权利要求1所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将细菌纤维素纤维加入到无水乙醇中，经过高压均质处理制备获得细菌纤维素纤维-无水乙醇体系；
（2）将微晶纤维素分散在蒸馏水中，在水浴加热条件下依次加入乙酸酐和浓硫酸对其进行表面改性，经6h改性处理后利用蒸馏水将改性微晶纤维素洗涤至中性，然后在40℃~45℃下干燥48h得到改性微晶纤维素颗粒，整个改性过程伴随机械搅拌；
（3）将步骤（2）所得的改性微晶纤维素颗粒添加到步骤（1）所得的细菌纤维素纤维-无水乙醇体系中，经超声处理获得细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物；
（4）将脱脂豆粉与交联剂水溶液按照质量比为1:2~1:5进行混合，在25℃条件下机械搅拌20min后获得交联型豆胶；
（5）将步骤（4）所得的交联型豆胶加入到步骤（3）所得的细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物中经超声处理分散均匀后制得原料，然后该原料经热压处理后制得一种可完全降解的防水型包装材料。
3.根据权利要求2所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中细菌纤维素的聚合度为1500~2000，分子量为250000~300000。
4.根据权利要求2所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中每1.0g细菌纤维素需要分散于100g无水乙醇中，高压均质处理的压力为80MPa，处理次数为2次。
5.根据权利要求2所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中微晶纤维素粒度为20μm~50μm、聚合度为200~220；用蒸馏水配制成的微晶纤维素水溶液的质量分数为1.0%~2.0%，水浴加热温度为60℃。
6.根据权利要求2所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中每改性1.0g微晶纤维素需要0.5g乙酸酐和2.5g浓硫酸；全程机械搅拌转速为120r/min，表面改性反应方程式如下：
。
7.根据权利要求2所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中每100g细菌纤维素纤维-无水乙醇体系体系中需要加入0.5g~3.0g改性微晶纤维素颗粒；超声处理的功率为800w，时间为5min。
8.根据权利要求2所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中脱脂豆粉为120目；交联剂为聚乙二醇或者1,2-丙二胺，交联剂水溶液的质量浓度为8%~40%；机械搅拌转速为60r/min。
9.根据权利要求2所述的可完全降解的防水型包装材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（5）中交联型豆胶与细菌纤维素纤维-微晶纤维素混合物的质量比为1:5~1:20；超声处理的功率为1200w，时间为10min；热压温度为105℃，压力为0.8MPa，时间为3min。
10.根据权利要求1所述的可完全水解的防水型包装材料，其特征在于：所述的可完全降解的防水型包装材料在60℃的蒸馏水中浸泡24h后的吸水率低于8.0%。
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