CN108690226A - 一种可降解生物防辐射膜及其制备和应用 - Google Patents

一种可降解生物防辐射膜及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种可降解生物防辐射膜的制备方法，按照以下步骤进行：步骤一、预处理：将魔芋粉过筛，取筛上物，得到魔芋精粉；步骤二、浸泡：取过筛的魔芋精粉，加入冷水浸泡，得到魔芋溶解；步骤三、混炼：在魔芋溶胶中加入增塑剂、补强剂，加热条件下搅拌；将其加热至90℃，保温数分钟，得到溶胶；步骤四、调pH：在蒸馏水中加入氧化石墨烯和AgNO3混合溶液，搅匀后加入溶胶中，调节pH，料液搅拌均匀后静置，得到膜液；步骤五、制膜：将膜液倾倒于水平放置的光滑玻璃板上流涎成膜，烘干，接膜，切膜，得到可降解生物防辐射膜。本发明制备的可降解生物防辐射膜采用魔芋粉制备葡甘聚糖可降解膜，原料来源广，成本低，制得的膜生物可降解，不污染环境。

Description

一种可降解生物防辐射膜及其制备和应用
技术领域
本发明涉及可降解生物膜技术领域，具体涉及一种可降解生物防辐射膜。
背景技术
随着电气设备和高科技产品的日益普及，由电磁辐射带来的危害也在增加。为减少辐射，人们一方面对电磁波进行屏蔽减少辐射量，另一方面研制有效的防护材料以进行个体防护。
目前市面上常用的防辐射膜的主要材质由PVC，这类材料不仅燃烧会产生有毒气体，而且不易降解，废弃时丢弃不方便处理，造成环境污染。由于塑料材料的不可降解性所带来的环境危机，因此研究新的生物可降解包装材料来代替难降解或不降解的材料，已经成为社会上亟待解决的重大问题。植物纤维是自然界中第一大天然可降解的高分子材料。开发一款利用植物纤维材料制备的防辐射膜，不仅防辐射性能好、力学性能优异、耐磨耐老化耐温，同时可以生物降解，不污染环境。
魔芋是单子叶植物纲、天南星科、魔芋属的多年生草本植物，全世界有115种，我国有30多种，主要分布于长江流域及南方各省。魔芋球茎中含有葡甘聚糖、淀粉、纤维素等成分，我国广泛栽培的花魔芋含葡甘聚糖约50％。魔芋葡甘聚糖是由D-吡喃葡萄糖和D-吡喃甘露糖按l：1.6的摩尔比，并以β-l，4糖苷键聚合而成。魔芋葡甘聚糖水溶胶具有成膜性，加入增塑剂、补强剂以及改性剂，在适当条件下制备具有一定强度的可自然降解的薄膜材料。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种可降解生物防辐射膜及其制备和应用，其目的在于，提供一种生物可降解的防辐射膜，通过添加了可导电氧化石墨烯和Ag+，增加了可降解膜的抗菌性能和防辐射性能。
本发明提供一种可降解生物防辐射膜的制备方法，按照以下步骤进行：
步骤一、预处理：将魔芋粉过200目筛，取筛上物，得到魔芋精粉；
步骤二、浸泡：取过筛的魔芋精粉，加入冷水浸泡约12h，得到魔芋溶解液；
步骤三、混炼：在魔芋溶胶中加入增塑剂、补强剂，加热条件下搅拌15-30min；将其加热至90℃，保温数分钟，得到溶胶；
步骤四、调pH：在蒸馏水中加入氧化石墨烯和AgNO3混合溶液，搅匀后加入溶胶中，调节pH，料液搅拌均匀后静置24h，得到膜液；
步骤五、制膜：将膜液倾倒于水平放置的光滑玻璃板上流涎成膜，于一定温度下烘干，接膜，切膜，得到可降解生物防辐射膜；
所述增塑剂选自邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯中的一种或几种；
所述补强剂选自白炭黑、硅藻土、硫磺、氧化锌、碳酸钙、硅酸铝、聚乙二醇中的一种。
作为本发明进一步的改进，混炼步骤中，加热温度为50-70℃，保温时间为10-20min。
作为本发明进一步的改进，调pH步骤中，pH调节至7.0-7.5。
作为本发明进一步的改进，制膜步骤中，烘干温度为30-60℃，时间2-4h。
作为本发明进一步的改进，可降解生物防辐射膜的厚度为0.1-0.4mm。
作为本发明进一步的改进，增塑剂占魔芋粉的质量百分比为5-10％，补强剂占魔芋粉的质量百分比为7-15％。
作为本发明进一步的改进，氧化石墨烯和AgNO3的物质的量的比为1：(2-3)。
本发明进一步保护一种根据上述方法制备的可降解生物防辐射膜。
本发明进一步保护一种根据上述可降解生物防辐射膜的应用。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用魔芋粉制备葡甘聚糖可降解膜，原料来源广，成本低，制得的膜生物可降解，不污染环境；
2、本发明的可降解膜添加了可导电氧化石墨烯和Ag+，具有优异的抗菌性能和防辐射性能。
附图说明
图1为可降解生物防辐射膜的制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施例1可降解生物防辐射膜的制备
按照以下步骤进行：
步骤一、预处理：将魔芋粉过200目筛，取筛上物，得到魔芋精粉；
步骤二、浸泡：取过筛的魔芋精粉，加入冷水浸泡约12h，得到魔芋溶解液；
步骤三、混炼：在魔芋溶胶中加入增塑剂、补强剂，加热至温度为50℃，搅拌15min；将其加热至90℃，保温，保温时间为10min，得到溶胶；
步骤四、调pH：在蒸馏水中加入氧化石墨烯和AgNO3混合溶液，搅匀后加入溶胶中，调节pH，pH调节至7.0，料液搅拌均匀后静置24h，得到膜液；
步骤五、制膜：将膜液倾倒于水平放置的光滑玻璃板上流涎成膜，于一定温度下烘干，烘干温度为30℃，时间2h，切膜，得到可降解生物防辐射膜，得率73％；
所述增塑剂占魔芋粉的质量百分比为5％，补强剂占魔芋粉的质量百分比为7％；所述氧化石墨烯和AgNO3的物质的量的比为1：2。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯；所述补强剂选自白炭黑。
实施例2可降解生物防辐射膜的制备
按照以下步骤进行：
步骤一、预处理：将魔芋粉过200目筛，取筛上物，得到魔芋精粉；
步骤二、浸泡：取过筛的魔芋精粉，加入冷水浸泡约12h，得到魔芋溶解液；
步骤三、混炼：在魔芋溶胶中加入增塑剂、补强剂，加热至温度为70℃，搅拌30min；将其加热至90℃，保温，保温时间为20min，得到溶胶；
步骤四、调pH：在蒸馏水中加入氧化石墨烯和AgNO3混合溶液，搅匀后加入溶胶中，调节pH，pH调节至7.5，料液搅拌均匀后静置24h，得到膜液；
步骤五、制膜：将膜液倾倒于水平放置的光滑玻璃板上流涎成膜，于一定温度下烘干，烘干温度为60℃，时间4h，切膜，得到可降解生物防辐射膜，得率80％；
所述增塑剂占魔芋粉的质量百分比为5-10％，补强剂占魔芋粉的质量百分比为15％；所述氧化石墨烯和AgNO3的物质的量的比为1：3。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；所述补强剂为硫磺。
实施例3可降解生物防辐射膜的制备
按照以下步骤进行：
步骤一、预处理：将魔芋粉过200目筛，取筛上物，得到魔芋精粉；
步骤二、浸泡：取过筛的魔芋精粉，加入冷水浸泡约12h，得到魔芋溶解液；
步骤三、混炼：在魔芋溶胶中加入增塑剂、补强剂，加热至温度为60℃，搅拌20min；将其加热至90℃，保温，保温时间为15min，得到溶胶；
步骤四、调pH：在蒸馏水中加入氧化石墨烯和AgNO3混合溶液，搅匀后加入溶胶中，调节pH，pH调节至7.2，料液搅拌均匀后静置24h，得到膜液；
步骤五、制膜：将膜液倾倒于水平放置的光滑玻璃板上流涎成膜，于一定温度下烘干，烘干温度为40℃，时间3h，切膜，得到可降解生物防辐射膜，得率93％；
所述增塑剂占魔芋粉的质量百分比为7％，补强剂占魔芋粉的质量百分比为10％；所述氧化石墨烯和AgNO3的物质的量的比为1：2.5。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二环己酯；所述补强剂为聚乙二醇。
对照例1按照专利ZL 201310136798.8“一种玫瑰香味可降解防辐射电脑屏膜的制备方法”的方法制备
以玉米淀粉为原料，经脱脂、糊化、采用天野酶制剂环糊精糖基转移酶(CGTase)催化玉米淀粉，再经添加β-淀粉酶、普鲁兰酶和糖化酶转化、活性炭脱色、真空干燥等，制备得到含有α，β，γ-环糊精又含有低聚糖的复合环糊精。确定CGTase催化玉米淀粉反应的工艺路线，CGTase的催化工艺中淀粉底物的用量，CGTase酶制剂的添加量及反应时间。
步骤为：
(1)淀粉脱脂
称取适量玉米淀粉，用等质量甲醇浸润，在80℃下煮沸5min，过滤，反复操作3次，从而进行脱脂；
(2)淀粉糊化
取用脱脂后的玉米淀粉100g置于400mL的烧杯中，加入200mL的水，搅拌均匀，于62-72℃水浴上加热，并不断搅拌约1h，淀粉浆由开始糊化直至完全成糊；
(3)加CGTase酶与补加CGTase酶
加入CGTase酶液400U/g淀粉，于75℃下反应1h，降温至酶的最适反应温度55℃；再次添加CGTase酶液400U/g淀粉，55℃反应20h；沸水浴中加热20min终止反应；以不加CGTase酶的反应液为空白，其余操作相同；
(4)添加β-淀粉酶、普鲁兰酶和糖化酶转化
向步骤(3)所得反应液中加入β-淀粉酶100U/g淀粉、普鲁兰酶200U/g淀粉和糖化酶100U/g淀粉，50℃反应5h，然后沸水浴加热20min终止反应，使未经反应的淀粉转化为小分子糖；
(5)活性炭脱色
向步骤(4)所得产品中添加产品质量3％的颗粒活性炭，80℃加热30min，反复过滤三次即得经脱色的样品混合溶液；
(6)真空干燥
将步骤(5)所得经脱色的样品混合溶液进行抽真空干燥，控制干燥温度为60℃，干燥时间为8h，即得含有α，β，γ-环糊精又含有低聚糖的复合环糊精产品。
测试例1常规性能测试
结果见表1.
表1各组可降解防辐射膜的性能测试
由上表可知，本发明制备的可降解生物防辐射膜具有相对优异的力学性能和柔韧性，同时，能够对大部分辐射进行吸收，起到防辐射的作用，相较于对照例中的可降解防辐射电脑屏膜，本发明制备的可降解防辐射膜具有更高的性能，同时采用魔芋粉制备葡甘聚糖可降解膜，原料来源广，成本低，制得的膜生物可降解，不污染环境，可广泛应用。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (9)

1.一种可降解生物防辐射膜的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
步骤一、预处理：将魔芋粉过200目筛，取筛上物，得到魔芋精粉；
步骤二、浸泡：取过筛的魔芋精粉，加入冷水浸泡约12h，得到魔芋溶解液；
步骤三、混炼：在魔芋溶胶中加入增塑剂、补强剂，加热条件下搅拌15-30min；将其加热至90℃，保温数分钟，得到溶胶；
步骤四、调pH：在蒸馏水中加入氧化石墨烯和AgNO3混合溶液，搅匀后加入溶胶中，调节pH，料液搅拌均匀后静置24h，得到膜液；
步骤五、制膜：将膜液倾倒于水平放置的光滑玻璃板上流涎成膜，于一定温度下烘干，接膜，切膜，得到可降解生物防辐射膜；
所述增塑剂选自邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯中的一种或几种；
所述补强剂选自白炭黑、硅藻土、硫磺、氧化锌、碳酸钙、硅酸铝、聚乙二醇中的一种。
2.根据权利要求1所述可降解生物防辐射膜的制备方法，其特征在于，所述混炼步骤中，加热温度为50-70℃，保温时间为10-20min。
3.根据权利要求1所述可降解生物防辐射膜的制备方法，其特征在于，所述调pH步骤中，pH调节至7.0-7.5。
4.根据权利要求1所述可降解生物防辐射膜的制备方法，其特征在于，所述制膜步骤中，烘干温度为30-60℃，时间2-4h。
5.根据权利要求1所述可降解生物防辐射膜的制备方法，其特征在于，所述可降解生物防辐射膜的厚度为0.1-0.4mm。
6.根据权利要求1所述可降解生物防辐射膜的制备方法，其特征在于，所述增塑剂占魔芋粉的质量百分比为5-10％，补强剂占魔芋粉的质量百分比为7-15％。
7.根据权利要求1所述可降解生物防辐射膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯和AgNO3的物质的量的比为1：(2-3)。
8.一种根据上述任一权利要求所述的制备方法制备的可降解生物防辐射膜。
9.一种根据权利要求8所述可降解生物防辐射膜的应用。
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