CN109021324B - 一种生物碳-杜仲胶复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物碳‑杜仲胶复合黑色薄膜及其制备方法，以价廉易得的生物碳和可再生的杜仲胶为原料，将100质量份的杜仲胶溶解在有机溶剂中，再加入0.5～30质量份的生物碳混合，将混合溶液倒在底部平整的模具中，室温下通风干燥2～8h制得生物碳‑杜仲胶复合黑色薄膜。本发明提供的方法操作简单、高效，无任何塑化剂添加，制得的薄膜具有良好的生物可降解性和环境友好性，可用于遮光或避光领域，具备良好的推广应用价值。

Description

一种生物碳-杜仲胶复合薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域，特别涉及复合薄膜材料的制备，具体涉及一种生物碳-杜仲胶复合薄膜及其制备方法。
背景技术
黑色薄膜由于具有良好的遮光性或避光性，在光学、农业、电子、包装等领域有着广泛的应用，目前使用的黑色薄膜通常是将各种遮光物质如石墨、炭黑、金属氧化物、苯胺黑等黑色无机或有机染料涂覆或添加于薄膜基质中，薄膜基质一般为聚酰胺(PA)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等石油基塑料，因其具有生物不可降解性，给环境带来了严重的污染；同时，该类薄膜依赖于石油资源，具有不可再生性。比较典型的有专利CN201120118637.2记载的聚酰亚胺纤维薄膜，所述薄膜所需的聚酰亚胺纤维是由均苯四酸二酐和芳香族二胺聚合而成，不仅合成过程污染环境，而且该薄膜在环境中不能被微生物所降解。
另外，专利CN201410070916.4记载了一种二氧化钛纳米薄膜的制备方法，该法以去离子水和乙二醇为溶剂，氢氧化钠为反应介质，并使用钛片为钛源，利用溶剂热法一步合成TiO2基黑色薄膜。鉴于钛是一种稀有金属，具有价格昂贵、应用成本高等弊端，因此这种方法在经济性上不具优势，不具有良好的推广价值。
在薄膜领域中，生物基薄膜由于具有良好的生物可降解性和可再生性从而受到了研究者的广泛关注，利用黑色生物基薄膜替代石油基黑色薄膜具有良好的经济和环境效益。截止目前，尚未见任何关于黑色生物碳和杜仲胶复合薄膜的文章发表和专利报道。
发明内容
有鉴于此，本申请旨在提供一种以生物碳和杜仲胶为主要成分的黑色薄膜，解决目前石油基薄膜存在的不可降解以及不可再生问题，具有良好的环境效益和经济效益。
本发明具体提供了以下技术方案：
本发明提供了一种生物碳-杜仲胶复合薄膜，所述复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比为0.5～30:100；所述复合薄膜的厚度为40～60μm。
优选的，所述生物碳的粒径为100～1000目。
本发明还提供了上述生物碳-杜仲胶复合薄膜的制备方法，包含以下步骤：
(1)将杜仲胶溶解于有机溶剂中，得到杜仲胶溶液；
(2)将生物碳加入步骤(1)中的杜仲胶溶液中，得到生物碳-杜仲胶混合溶液；
(3)将步骤(2)中生物碳-杜仲胶混合溶液在模具中干燥，得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。
优选的，所述步骤(1)中溶解的温度为40～80℃。
优选的，所述溶解在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速50～1100rpm，搅拌的时间5～10min。
优选的，所述步骤(1)中的有机溶剂为甲苯、石油醚、环己烷、二氯甲烷、氯仿中的一种或几种。
优选的，所述步骤(1)中杜仲胶的质量和有机溶剂的体积比为1g：1～30mL。
优选的，步骤(2)中生物碳在搅拌条件下加入杜仲胶溶液中，所述搅拌的转速为50～1100rpm，搅拌的时间为5～60min。
优选的，所述步骤(2)中生物碳和步骤(1)中杜仲胶的质量比为0.5～30:100。
优选的，所述步骤(3)中模具的材质为玻璃、塑料或聚四氟乙烯。
优选的，所述步骤(3)中的干燥为室温下通风干燥，所述干燥的时间为2～8h。
有益效果
本发明提供了一种生物碳-杜仲胶复合薄膜，复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比为0.5～30:100。本发明提供的复合薄膜由可降解的生物碳和杜仲胶组成，因而薄膜具有可降解性，其中并未采用聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等石油基塑料，因此本发明提供的薄膜具有良好的环境效益；此外，生物碳和杜仲胶均是日常生活中廉价易得的原料，因而本发明提供的薄膜具有良好的经济性，具有良好的推广应用价值。实施例结果表明，本发明提供的生物碳-杜仲胶薄膜相对于传统的聚酯薄膜在降解量和速率上有着明显的优势，可以证明本发明中薄膜具有良好的可降解性能，同时生物碳和杜仲胶的比例也会影响薄膜的降解效果。
本发明提供了上述方案所述复合薄膜的制备方法。本发明提供的制备方法并不需要使用其他任何塑化添加剂，制备方法简单、高效、易行。
附图说明
图1为生物碳-杜仲胶褐色薄膜的土壤埋藏降解量(％)随时间(d)的变化图。
具体实施方式
本发明提供了一种生物碳-杜仲胶复合薄膜，所述复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比为0.5～30:100；所述复合薄膜的厚度为40～60μm。
本发明所述的生物碳-杜仲胶复合薄膜，包含生物碳和杜仲胶两种组分，所述生物碳是生物质原料在完全绝氧或部分缺氧条件下经高温热裂解或水热液化产生的一类富碳且高度芳香化和高稳定性的黑色固体产物，所述生物质的来源为木材、秸秆、海藻或城市废弃有机垃圾中的一种或几种，优选为木材；所述生物碳的粒径为100～1000目，优选为300～600目，更优选为400目。
在本发明中，所述杜仲胶从植物杜仲的种皮、树皮、树叶等部位提取而得到。
在本发明中，所述复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比为0.5～30:100，优选为4:100；所述复合薄膜的厚度为40～60μm，优选为52μm。
本发明对所述生物碳和杜仲胶的来源没有特殊要求，使用市售的生物碳和杜仲胶即可。
本发明还提供了上述方案所述生物碳-杜仲胶复合薄膜的制备方法，包含以下步骤：
(1)将杜仲胶溶解于有机溶剂中，得到杜仲胶溶液；
(2)将生物碳加入步骤(1)中的杜仲胶溶液中，得到生物碳-杜仲胶混合溶液；
(3)将步骤(2)中生物碳-杜仲胶混合溶液在模具中干燥，得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。
本发明将杜仲胶溶解于有机溶剂中，得到杜仲胶溶液。在本发明中，所述步骤(1)中溶解的温度优选为40～80℃，更优选为60～80℃，最优选为70℃；所述溶解优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速优选50～1100rpm，更优选为500rpm，搅拌的优选时间5～10min，更优选为10min。
在本发明中，所述步骤(1)中的有机溶剂优选为甲苯、石油醚、环己烷、二氯甲烷、氯仿中的一种或几种，优选为甲苯；所述杜仲胶的质量和有机溶剂的体积比为1g：1～30mL，优选为1g：1～25mL。
得到杜仲胶溶液后，本发明将生物碳加入步骤(1)中的杜仲胶溶液中，得到生物碳-杜仲胶混合溶液。在本发明中，所述步骤(2)中生物碳在搅拌条件下加入杜仲胶溶液中，所述搅拌的转速优选为50～1100rpm，更优选为500rpm，搅拌的时间优选为30～60min，更优选为30min。
在本发明中，所述步骤(2)中生物碳和步骤(1)中杜仲胶的质量比优选为0.5～30:100，更优选为4:100。
得到生物碳-杜仲胶混合溶液后，本发明将所述生物碳-杜仲胶混合溶液在模具中干燥，得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。在本发明中，所述模具的材质优选为玻璃、塑料或聚四氟乙烯，更优选为聚四氟乙烯；所述模具优选为底部平整的模具；本发明对所述模具的尺寸及面积没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，优选根据所需复合薄膜的厚度以及尺寸确定磨具的尺寸。
在本发明中，所述干燥优选为室温下通风干燥，所述干燥的时间优选为2～8h，更优选为4h。
本发明利用有机溶剂将杜仲胶溶解，将生物碳和杜仲胶溶液混合均匀后再通过风干将有机溶剂去除，从而将得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。
下面结合实施例对本发明提供的生物碳-杜仲胶复合薄膜进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
对比例
对比例中的薄膜为黑色聚酯薄膜，具体为专利CN201120118637.2所述薄膜，并无其他特殊要求。
实施例1
实施例1中提供的生物碳-杜仲胶复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比为30:100。
所述复合薄膜的制备过程如下：
(1)将杜仲胶溶解于环己烷中，在50℃温度下以600rpm的转速搅拌8min，得到杜仲胶溶液；
(2)将生物碳加入步骤(1)中的杜仲胶溶液中，得到生物碳-杜仲胶混合溶液；
(3)将步骤(2)中生物碳-杜仲胶混合溶液在模具中干燥4h后，得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。
实施例2
实施例2中提供的生物碳-杜仲胶复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比改为0.5:100。
(1)将杜仲胶溶解于环己烷中，在50℃温度下以600rpm的转速搅拌8min，得到杜仲胶溶液；
(2)将生物碳加入步骤(1)中的杜仲胶溶液中，得到生物碳-杜仲胶混合溶液；
(3)将步骤(2)中生物碳-杜仲胶混合溶液在模具中干燥4h后，得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。
实施例3
实施例3中提供的生物碳-杜仲胶复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比改为4:100。
(1)将杜仲胶溶解于环己烷中，在50℃温度下以600rpm的转速搅拌8min，得到杜仲胶溶液；
(2)将生物碳加入步骤(1)中的杜仲胶溶液中，得到生物碳-杜仲胶混合溶液；
(3)将步骤(2)中生物碳-杜仲胶混合溶液在模具中干燥4h后，得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。
上述对比例和实施例1、2制备得到的薄膜埋在土壤中，监测其埋在土壤中随时间的降解量，所得结果如图1中所示。
根据图1可以看出，本发明提供的生物碳-杜仲胶薄膜相对于传统的聚酯薄膜在降解量和速率上有着明显的优势，可以证明本发明中薄膜具有良好的可降解性能，同时生物碳和杜仲胶的比例也会影响薄膜的降解效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物碳-杜仲胶复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜中生物碳和杜仲胶的质量比为0.5～30:100；所述复合薄膜的厚度为40～60μm；
所述生物碳的粒径为300～1000目。
2.一种权利要求1所述生物碳-杜仲胶复合薄膜的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将杜仲胶溶解于有机溶剂中，得到杜仲胶溶液；
(2)将生物碳加入步骤(1)中的杜仲胶溶液中，得到生物碳-杜仲胶混合溶液；
(3)将步骤(2)中生物碳-杜仲胶混合溶液在模具中干燥，得到生物碳-杜仲胶复合薄膜。
3.如权利要求2所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中溶解的温度为40～80℃；
所述溶解在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速50～1100rpm，搅拌的时间5～10min。
4.如权利要求2所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的有机溶剂为甲苯、石油醚、环己烷、二氯甲烷、氯仿中的一种或几种。
5.如权利要求2所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中杜仲胶的质量和有机溶剂的体积比为1g：1～30mL。
6.如权利要求2所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中生物碳在搅拌条件下加入杜仲胶溶液中，所述搅拌的转速为50～1100rpm，搅拌的时间为5～60min。
7.如权利要求2所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中生物碳和步骤(1)中杜仲胶的质量比为0.5～30:100。
8.如权利要求3所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中模具的材质为玻璃、塑料或聚四氟乙烯。
9.如权利要求2所述的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的干燥为室温下通风干燥，所述干燥的时间为2～8h。
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