CN109705597A - 一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法 - Google Patents

一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其工艺包括采用农业废弃纤维制备得到均匀溶解液预处理液A、采用羧甲基壳聚糖和海藻酸钠等制备的得到预处理液B，并通过混合预处理液A和预处理液B混合流延制备得到最终膜，该可降解膜具有良好的力学性能、全可降解性及在生物质膜中优异的阻隔性，可用于包装领域。

Description

一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法
技术领域
本发明涉及可降解膜技术领域，具体涉及一种以农业废弃纤维为主要原料制备的高强度可降解阻隔膜。
背景技术
塑料材料虽然具有优异的性能，且可通过结构设计实现不同的功能，但塑料材料无法降解，且来源于非可再生资源，故寻找可降解材料来作为替代是目前急需发展的技术课题。尤其是针对非高强度材料领域，其实现的可能性较大。如近20年开发的可降解材料中，典型的可降解材料如淀粉、聚乳酸和纤维类等。每种可降解材料均有其特点。如淀粉来源最广泛，也最廉价，可运用于多领域，如材料、膜等。但淀粉力学性能较弱，全淀粉类材料强度很差，而与塑料配合使用则容易出现加工困难和相容性的问题。
聚乳酸材料是近二十年来出现的新型可降解材料，聚乳酸也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。其性质类似于聚苯乙烯，强度大，但较脆，容易在冲击中断裂，增韧是其使用的前提。同时，聚乳酸材料价格较高，无法满足低端产品的需要。
除此以外，各种纤维材料，生物质蛋白等也均被用各种材料，被作为塑料材料的替代品。
在可降解材料中，纤维类材料本身具有良好的强度，多用于塑料材料的填充料。尤其是纳米纤维素，其单一纳米纤维的强度超过钢铁强度。而在不同的复合材料中，纤维素往往也作为填充材料或骨架材料而存在。在目前的纤维类材料中，以纤维为主料的缓冲材料较多，而作为膜材料原料较少。纳米为纤维素制备膜材料仅能以添加物料的形式存在，且将导致成本较高。故采用现有大量的废弃纤维为原料制备可降解阻隔膜材料无疑是一种最优的选择，可大幅降低成本并减少资源浪费。但目前仍然没有合适的方法制备以粗纤维，尤其是回收粗纤维为主要原料的膜材料。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种可降解阻隔膜的制备方法，尤其是提供一种由农业废弃纤维得到高强度可降解阻隔膜的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其特征在于，包括采用农业废弃纤维制备预处理液A的工艺A、采用羧甲基壳聚糖和海藻酸钠制备预处理液B的工艺B、由预处理液A和预处理液B混合制备膜的工艺C。
进一步，所述工艺A包括：
（1）农业废弃物纤维除杂后使用；
（2）破碎机破碎至300-600目；
（3）充分干燥后采用蒸汽闪爆4-6次得到回收纤维原料；
（4）将回收纤维原料投入浓度为10-20wt%的硫酸和草酸混合酸溶液中，在80℃下浸泡3-5小时，其中硫酸与草酸的比例为1:5；
（5）将处理后的回收纤维原料机械脱水后并用清水洗涤至中性，后投入质量为回收纤维原料的3-4.5倍，浓度为12-15wt%氢氧化钠水溶液中得到悬浮液，浸泡3-5小时后，在悬浮液中加入纯水稀释氢氧化钠浓度至6-8wt%，后加入一定量尿素和氯化钙溶液，悬浮液中尿素的质量浓度为3.5-4.5wt%，氯化钙的浓度为1.6-2.8wt%，接着将悬浮液置于-12℃的环境下冷冻4小时；
（6）对冷冻的悬浮液进行解冻，并持续搅拌2小时，搅拌速率为300转/min，得到均匀粘稠预处理液A。
进一步，所述工艺B包括：
（1）将羧甲基壳聚糖、海藻酸钠按一定比例配置成总浓度为12-18wt%的水溶液A；
（2）在水溶液A中投入5wt%浓度的可溶性淀粉水溶液，搅拌20-30min至均匀；
（3）调解水溶液pH值至5-7之间，备用；
其中，羧甲基壳聚糖、海藻酸钠的质量比介于2：1-3：1之间，可溶性淀粉水溶液的质量介入水溶液A质量的10%-20%之间。
进一步，所述工艺C包括：
（1）将所述预处理液A和所述预处理液B按一定比例混合，升温至30-40℃以400-600转/min高速搅拌2-4分钟；
（2）在温度为30℃的流延带上流延成膜，后于0-10℃下放置8小时得到最终产品。
其中，预处理液A和预处理液B的质量比为1：2-1：3之间。
进一步，所述农业废弃物纤维为秸秆纤维、废木纤维、蔗渣纤维。
进一步，所述羧甲基壳聚糖的取代度介于1.8-2.4之间。
进一步，所述蒸汽闪爆的条件为：蒸汽压力为2.5-4MPa,保压时间40-80s。
进一步，该发明的有益效果在于，经过强处理并弱酯化的回收废弃纤维经溶解后加入可相互作用的可降解组分羧甲基壳聚糖、海藻酸钠，通过具有强相互作用的氯化钙连接海藻酸钠形成网络以强化膜的力学性能，加入长链淀粉在溶液中起到增粘效果，对膜的撕裂强度和流延效果具有正面效果。
具体实施方式
以下将详细描述本发明的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本发明不限于此。
实施例1
一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其特征在于，包括采用农业废弃纤维制备预处理液A的工艺A、采用羧甲基壳聚糖和海藻酸钠制备预处理液B的工艺B、由预处理液A和预处理液B混合制备膜的工艺C。
进一步，所述工艺A包括：
（1）农业废弃物纤维除杂后使用；
（2）破碎机破碎至300-600目；
（3）充分干燥后采用蒸汽闪爆5次得到回收纤维原料；
（4）将回收纤维原料投入浓度为15wt%的硫酸和草酸混合酸溶液中，在80℃下浸泡4小时，其中硫酸与草酸的比例为1:5；
（5）将处理后的回收纤维原料机械脱水后并用清水洗涤至中性，后投入质量为回收纤维原料的4.2倍，浓度为14wt%氢氧化钠水溶液中得到悬浮液，浸泡4小时后，在悬浮液中加入纯水稀释氢氧化钠浓度至6.5wt%，后加入一定量尿素和氯化钙溶液，悬浮液中尿素的质量浓度为4wt%，氯化钙的浓度为2wt%，接着将悬浮液置于-12℃的环境下冷冻4小时；
（6）对冷冻的悬浮液进行解冻，并持续搅拌2小时，搅拌速率为300转/min，得到均匀粘稠预处理液A。
进一步，所述工艺B包括：
（1）将羧甲基壳聚糖、海藻酸钠按一定比例配置成总浓度为12-18wt%的水溶液A；
（2）在水溶液A中投入5wt%浓度的可溶性淀粉水溶液，搅拌20-30min至均匀；
（3）调解水溶液pH值至5-7之间，备用；
其中，羧甲基壳聚糖、海藻酸钠的质量比为2.5：1，可溶性淀粉水溶液的质量为水溶液A质量的15%。
进一步，所述工艺C包括：
（1）将所述预处理液A和所述预处理液B按一定比例混合，升温至35℃以500转/min高速搅拌3分钟；
（2）在温度为30℃的流延带上流延成膜，后于5℃下放置8小时得到最终产品。
进一步，预处理液A和预处理液B的质量比为1：2.2。
所述农业废弃物纤维为秸秆纤维。
所述羧甲基壳聚糖的取代度为2.2。
所述蒸汽闪爆的条件为：蒸汽压力为3.2MPa,保压时间60s。
所制备流延膜的性能如表1所示。
实施例2
一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其特征在于，包括采用农业废弃纤维制备预处理液A的工艺A、采用羧甲基壳聚糖和海藻酸钠制备预处理液B的工艺B、由预处理液A和预处理液B混合制备膜的工艺C。
进一步，所述工艺A包括：
（1）农业废弃物纤维除杂后使用；
（2）破碎机破碎至300-600目；
（3）充分干燥后采用蒸汽闪爆5次得到回收纤维原料；
（4）将回收纤维原料投入浓度为18wt%的硫酸和草酸混合酸溶液中，在80℃下浸泡4小时，其中硫酸与草酸的比例为1:5；
（5）将处理后的回收纤维原料机械脱水后并用清水洗涤至中性，后投入质量为回收纤维原料的4.2倍，浓度为14wt%氢氧化钠水溶液中得到悬浮液，浸泡3-5小时后，在悬浮液中加入纯水稀释氢氧化钠浓度至7.5wt%，后加入一定量尿素和氯化钙溶液，悬浮液中尿素的质量浓度为4.2wt%，氯化钙的浓度为2.2wt%，接着将悬浮液置于-12℃的环境下冷冻4小时；
（6）对冷冻的悬浮液进行解冻，并持续搅拌2小时，搅拌速率为300转/min，得到均匀粘稠预处理液A。
进一步，所述工艺B包括：
（1）将羧甲基壳聚糖、海藻酸钠按一定比例配置成总浓度为12-18wt%的水溶液A；
（2）在水溶液A中投入5wt%浓度的可溶性淀粉水溶液，搅拌30min至均匀；
（3）调解水溶液pH值至5-7之间，备用；
其中，羧甲基壳聚糖、海藻酸钠的质量比为2.8：1，可溶性淀粉水溶液的质量为水溶液A质量的18%。
进一步，所述工艺C包括：
（1）将所述预处理液A和所述预处理液B按一定比例混合，升温至30-40℃以400-600转/min高速搅拌2-4分钟；
（2）在温度为30℃的流延带上流延成膜，后于0-10℃下放置8小时得到最终产品。
进一步，预处理液A和预处理液B的质量比为1：2.5。
所述农业废弃物纤维为蔗渣纤维。
所述羧甲基壳聚糖的取代度介于1.8-2.4之间。
所述蒸汽闪爆的条件为:蒸汽压力为2.5-4MPa，保压时间40-80s。
所制备流延膜的性能如表1所示。

Claims (4)

1.一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其特征在于，包括采用农业废弃纤维制备预处理液A的工艺A、采用羧甲基壳聚糖和海藻酸钠制备预处理液B的工艺B、由预处理液A和预处理液B混合制备膜的工艺C；
所述工艺A包括：
（1）农业废弃物纤维除杂后使用；
（2）破碎机破碎纤维至300-600目；
（3）充分干燥后采用蒸汽闪爆4-6次得到回收纤维原料；
（4）将回收纤维原料投入浓度为10-20wt%的硫酸和草酸混合酸溶液中，在80℃下浸泡3-5小时，其中硫酸与草酸的比例为1:5；
（5）将处理后的回收纤维原料机械脱水后并用清水洗涤至中性，后投入质量为回收纤维原料的3-4.5倍，浓度为12-15wt%氢氧化钠水溶液中得到悬浮液，浸泡3-5小时后，在悬浮液中加入纯水稀释氢氧化钠浓度至6-8wt%，后加入一定量尿素和氯化钙溶液，悬浮液中尿素的质量浓度为3.5-4.5wt%，氯化钙的浓度为1.6-2.8wt%,接着将悬浮液置于-12℃的环境下冷冻4小时；
（6）对冷冻的悬浮液进行解冻，并持续搅拌2小时，搅拌速率为300转/min，得到均匀粘稠预处理液A；
所述工艺B包括：
（1）将羧甲基壳聚糖、海藻酸钠按一定比例配置成总浓度为12-18wt%的水溶液A；
（2）在水溶液A中投入5wt%浓度的可溶性淀粉水溶液，搅拌20-30min至均匀；
（3）调解水溶液pH值至5-7之间，备用；
其中，羧甲基壳聚糖、海藻酸钠的质量比介于2：1-3：1之间，可溶性淀粉水溶液的质量介入水溶液A质量的10%-20%之间；
所述工艺C包括：
（1）将所述预处理液A和所述预处理液B按一定比例混合，升温至30-40℃以400-600转/min高速搅拌2-4分钟；
（2）在温度为30℃的流延带上流延成膜，后于0-10℃下放置8小时得到最终产品；
其中，预处理液A和预处理液B的质量比为1：2-1：3之间。
2.根据权利要求1所述的一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其特征在于，所述农业废弃物纤维为秸秆纤维、废木纤维、蔗渣纤维。
3.根据权利要求1所述的一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖的取代度介于1.8-2.4之间。
4.根据权利要求1所述的一种农业废弃纤维基高强度可降解阻隔膜的制备方法，其特征在于，所述蒸汽闪爆的条件为：蒸汽压力为2.5-4MPa，保压时间40-80s。
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