CN107619504A - 一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜，其特征在于，首先通过粉碎、蒸汽爆破、热水提取、醇溶制备水稻秸秆纤维素；其次，制备乙酰化水稻秸秆纤维素；然后，将己内酯接枝在乙酰化水稻秸秆纤维素得到己内酯接枝纤维素；最后将玉米淀粉、己内酯接枝纤维素和聚己内酯混合糊化，交联，流延成膜，得到一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜。本发明采用的淀粉能够被生物降解，来源丰富、价格低廉，对环境友好；水稻秸秆纤维素采用己内酯接枝后具有优良的柔韧性及分散性，混合后形成三维网状结构，增强了薄膜的支撑力和耐久力，能提高薄膜的稳定性、强度、密实度和均匀度。
Description
技术领域
本发明属于薄膜领域，具体涉及一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜及其制备方法。
背景技术
随着塑料工业的蓬勃发展，废旧塑料薄膜垃圾带来的环境污染也日趋严重，白色污染成为全球瞩目的环境问题。因此，人们必须要加大力度去开发生物可降解的塑料薄膜，治理塑料废弃物对环境所带来污染问题。
淀粉是一种来源丰富、价格低廉的天然高分子材料，也是一种取之不尽用之不竭的可再生资源，它能在多种环境条件下被生物降解，最终降解产物二氧化碳和水可以通过植物的光合作用再循环，不会对环境造成任何污染。因此，淀粉被广泛应用于可降解塑料薄膜的研究与产品开发，并且已经取得了重大的进展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合性能优良的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜及其制备方法。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下技术方案：
一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜，其特征在于，首先通过粉碎、蒸汽爆破、热水提取、醇溶制备水稻秸秆纤维素；其次，制备乙酰化水稻秸秆纤维素；然后，将己内酯接枝在乙酰化水稻秸秆纤维素得到己内酯接枝纤维素；最后将玉米淀粉、己内酯接枝纤维素和聚己内酯混合糊化，交联，流延成膜，得到一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜。
所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜，其特征在于，其由如下具体步骤制备而成：
（1）将水稻秸秆采用来水清洗干净，50-60℃低温烘干，粉碎机粉碎，过40-60目筛，50-60℃低温烘干，得到水稻秸秆粉，备用；将水稻秸秆粉于汽爆压力2.6-2.8MPa的条件下进行蒸汽爆破，保压时间80-100s，60-70℃真空干燥箱中干燥；将汽爆后的水稻秸秆每次采用3-5倍重量份70-80℃去离子水逆流提取3-4次，过滤；将滤饼用5-6倍重量份的70-75%的乙醇水溶液于150-160℃反应60-80min，过滤，50-60℃真空干燥箱中干燥，粉碎过筛，得到150-200目的颗粒，得到水稻秸秆纤维素；
（2）将水稻秸秆纤维素加入到10-12倍重量份的去离子水中，超声震荡20-30min，加入0.5-0.6倍重量份的乙酸酐和0.008-0.01倍重量份的催化剂，40-50℃恒温磁力搅拌50-60min，反应结束后离心洗涤至中性，50-60MPa下在高压均质机中进行均质处理，得乙酰化水稻秸秆纤维素；
（3）将乙酰化水稻秸秆纤维素加入到6-8倍重量份的N，N-二甲基乙酰胺中，加入0.4-0.5倍重量份的己内酯，置于70-75℃的恒温油浴锅中，混合搅拌至均匀，抽真空通氮气，升高温度至135-150℃，缓慢滴加0.04-0.06倍重量份的辛酸亚锡和甲苯以1：8-10的质量比混合配置的溶液，135-150℃继续恒温搅拌反应5-6h，降低温度至室温，加入3-4倍重量份的二氯甲烷，混合搅拌30-40min，倒入20-30倍重量份的甲醇中，搅拌10-15min，静置10-12h，抽滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀2-3次，60-70℃真空干燥箱中干燥，得到己内酯接枝的纤维素；
（4）将玉米淀粉、己内酯接枝的纤维素、聚己内酯和去离子水以1：0.08-0.1：0.15-0.2：10-12的质量比混合，超声震荡分散30-40min；加入乙酸山梨醇酯、硬脂酸酰胺，70-80℃下恒温磁力搅拌糊化50-60min，加入甘油，85-95℃继续恒温磁力搅拌100-120min，流延至PC树脂板上，静置15-20min，于80-85℃干燥3-3.5h，冷却到室温，揭膜，得到己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜。
所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中催化剂的制备方法为：将吗啡啉、1，4-丁烷磺内酯和无水乙醇以1：0.8-0.9：4-5的质量比置于容器中混合，50-55℃恒温磁力搅拌4-5h，过滤，采用乙醚洗涤2-3次，干燥，得到1-烷基-3-(丁基-4-磺酸基)吗啉盐；将1-烷基-3-(丁基-4-磺酸基)吗啉盐置于容器中，边搅拌边缓慢滴加等质量的发烟硫酸，75-85℃恒温磁力搅拌5-6h，采用乙醚洗涤2-3次，旋蒸除去乙醚，得到催化剂。
所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所使用的反应装置和甲苯都预先干燥处理。
所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中玉米淀粉、乙酸山梨醇酯、硬脂酸酰胺和甘油的质量比为1：0.02-0.03：0.04-0.06：0.08-0.1。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：
本发明首先通过粉碎、蒸汽爆破、热水提取、醇溶制备水稻秸秆纤维素；避免了强碱强酸条件对纤维素的破坏，使得纤维素作为增强填料的本质特征的刚性结晶结构和棒状形貌得以保持，具有高结晶度、高模量、可再生、可生物降解、环境友好等优点；本发明在催化剂作用下采用乙酸酐与水稻秸秆纤维素发生酯化反应制备乙酰化水稻秸秆纤维素；将在水稻秸秆纤维素表面进行轻度乙酰化，可以降低纤维素的表面张力，同时轻度乙酰化增强了纤维素与己内酯接枝反应活性；己内酯接枝改纤维素，增强纤维素与淀粉间的界面润湿性能、界面黏合性，改善纤维素在淀粉薄膜基体中的分散程度，提高薄膜的力学性能。聚己内酯可以作为粘合剂和增塑剂，提高薄膜的力学性能；本发明采用的淀粉能够被生物降解，来源丰富、价格低廉，对环境友好；水稻秸秆纤维素采用己内酯接枝后具有优良的柔韧性及分散性，混合后形成三维网状结构，增强了薄膜的支撑力和耐久力，能提高薄膜的稳定性、强度、密实度和均匀度。
具体实施方式
本实施例的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜，其由如下具体步骤制备而成：
（1）将水稻秸秆采用来水清洗干净，60℃低温烘干，粉碎机粉碎，过40目筛，60℃低温烘干，得到水稻秸秆粉，备用；将水稻秸秆粉于汽爆压力2.8MPa的条件下进行蒸汽爆破，保压时间80s，70℃真空干燥箱中干燥；将汽爆后的水稻秸秆每次采用5倍重量份80℃去离子水逆流提取3次，过滤；将滤饼用6倍重量份的75%的乙醇水溶液于160℃反应80min，过滤，60℃真空干燥箱中干燥，粉碎过筛，得到200目的颗粒，得到水稻秸秆纤维素；
（2）将水稻秸秆纤维素加入到12倍重量份的去离子水中，超声震荡30min，加入0.6倍重量份的乙酸酐和0.01倍重量份的催化剂，50℃恒温磁力搅拌60min，反应结束后离心洗涤至中性，60MPa下在高压均质机中进行均质处理，得乙酰化水稻秸秆纤维素；
（3）将乙酰化水稻秸秆纤维素加入到8倍重量份的N，N-二甲基乙酰胺中，加入0.5倍重量份的己内酯，置于75℃的恒温油浴锅中，混合搅拌至均匀，抽真空通氮气，升高温度至145℃，缓慢滴加0.06倍重量份的辛酸亚锡和甲苯以1：10的质量比混合配置的溶液，145℃继续恒温搅拌反应6h，降低温度至室温，加入4倍重量份的二氯甲烷，混合搅拌40min，倒入30倍重量份的甲醇中，搅拌15min，静置12h，抽滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀3次，70℃真空干燥箱中干燥，得到己内酯接枝的纤维素；
（4）将玉米淀粉、己内酯接枝的纤维素、聚己内酯和去离子水以1：0.1：0.2：12的质量比混合，超声震荡分散40min；加入乙酸山梨醇酯、硬脂酸酰胺，80℃下恒温磁力搅拌糊化60min，加入甘油，85℃继续恒温磁力搅拌120min，流延至PC树脂板上，静置20min，于80℃干燥3.5h，冷却到室温，揭膜，得到己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜。
本实施例的步骤（2）中催化剂的制备方法为：将吗啡啉、1，4-丁烷磺内酯和无水乙醇以1：0.9：5的质量比置于容器中混合，55℃恒温磁力搅拌5h，过滤，采用乙醚洗涤3次，干燥，得到1-烷基-3-(丁基-4-磺酸基)吗啉盐；将1-烷基-3-(丁基-4-磺酸基)吗啉盐置于容器中，边搅拌边缓慢滴加等质量的发烟硫酸，85℃恒温磁力搅拌6h，采用乙醚洗涤3次，旋蒸除去乙醚，得到催化剂。
本实施例的步骤（3）中所使用的反应装置和甲苯都预先干燥处理。
本实施例的步骤（4）中玉米淀粉、乙酸山梨醇酯、硬脂酸酰胺和甘油的质量比为1：0.03：0.05：0.08。
Claims (5)
1.一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜，其特征在于，首先通过粉碎、蒸汽爆破、热水提取、醇溶制备水稻秸秆纤维素；其次，制备乙酰化水稻秸秆纤维素；然后，将己内酯接枝在乙酰化水稻秸秆纤维素得到己内酯接枝纤维素；最后将玉米淀粉、己内酯接枝纤维素和聚己内酯混合糊化，交联，流延成膜，得到一种己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜。
2.根据权利要求书1所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜，其特征在于，其由如下具体步骤制备而成：
（1）将水稻秸秆采用来水清洗干净，50-60℃低温烘干，粉碎机粉碎，过40-60目筛，50-60℃低温烘干，得到水稻秸秆粉，备用；将水稻秸秆粉于汽爆压力2.6-2.8MPa的条件下进行蒸汽爆破，保压时间80-100s，60-70℃真空干燥箱中干燥；将汽爆后的水稻秸秆每次采用3-5倍重量份70-80℃去离子水逆流提取3-4次，过滤；将滤饼用5-6倍重量份的70-75%的乙醇水溶液于150-160℃反应60-80min，过滤，50-60℃真空干燥箱中干燥，粉碎过筛，得到150-200目的颗粒，得到水稻秸秆纤维素；
（2）将水稻秸秆纤维素加入到10-12倍重量份的去离子水中，超声震荡20-30min，加入0.5-0.6倍重量份的乙酸酐和0.008-0.01倍重量份的催化剂，40-50℃恒温磁力搅拌50-60min，反应结束后离心洗涤至中性，50-60MPa下在高压均质机中进行均质处理，得乙酰化水稻秸秆纤维素；
（3）将乙酰化水稻秸秆纤维素加入到6-8倍重量份的N，N-二甲基乙酰胺中，加入0.4-0.5倍重量份的己内酯，置于70-75℃的恒温油浴锅中，混合搅拌至均匀，抽真空通氮气，升高温度至135-150℃，缓慢滴加0.04-0.06倍重量份的辛酸亚锡和甲苯以1：8-10的质量比混合配置的溶液，135-150℃继续恒温搅拌反应5-6h，降低温度至室温，加入3-4倍重量份的二氯甲烷，混合搅拌30-40min，倒入20-30倍重量份的甲醇中，搅拌10-15min，静置10-12h，抽滤，分别用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀2-3次，60-70℃真空干燥箱中干燥，得到己内酯接枝的纤维素；
（4）将玉米淀粉、己内酯接枝的纤维素、聚己内酯和去离子水以1：0.08-0.1：0.15-0.2：10-12的质量比混合，超声震荡分散30-40min；加入乙酸山梨醇酯、硬脂酸酰胺，70-80℃下恒温磁力搅拌糊化50-60min，加入甘油，85-95℃继续恒温磁力搅拌100-120min，流延至PC树脂板上，静置15-20min，于80-85℃干燥3-3.5h，冷却到室温，揭膜，得到己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜。
3.根据权利要求书2所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中催化剂的制备方法为：将吗啡啉、1，4-丁烷磺内酯和无水乙醇以1：0.8-0.9：4-5的质量比置于容器中混合，50-55℃恒温磁力搅拌4-5h，过滤，采用乙醚洗涤2-3次，干燥，得到1-烷基-3-(丁基-4-磺酸基)吗啉盐；将1-烷基-3-(丁基-4-磺酸基)吗啉盐置于容器中，边搅拌边缓慢滴加等质量的发烟硫酸，75-85℃恒温磁力搅拌5-6h，采用乙醚洗涤2-3次，旋蒸除去乙醚，得到催化剂。
4.根据权利要求书2所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所使用的反应装置和甲苯都预先干燥处理。
5.根据权利要求书2所述的己内酯接枝水稻秸秆纤维素增强的淀粉薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中玉米淀粉、乙酸山梨醇酯、硬脂酸酰胺和甘油的质量比为1：0.02-0.03：0.04-0.06：0.08-0.1。
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