CN110423369A - 薄膜及其制备方法以及可降解地膜 - Google Patents

薄膜及其制备方法以及可降解地膜 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种薄膜及其制备方法以及可降解地膜，涉及膜技术领域，薄膜的制备方法包括：对甘蔗渣进行超微粉碎，得到甘蔗渣超微粉；将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物进行超声处理及超高压均质，得到铸膜液；利用所述铸膜液进行成型处理，得到所述薄膜。利用该制备方法制备薄膜时可以不使用难降解高分子，对环境友好，且获得的铸膜液分散比较均匀，融合比较充分，进而获得的薄膜性能较佳。

Description

薄膜及其制备方法以及可降解地膜
技术领域
本发明涉及膜技术领域，尤其是涉及一种薄膜及其制备方法以及可降解地膜。
背景技术
目前含有甘蔗渣的薄膜的制备方法一般为先对甘蔗渣进行脱水后粉碎，再用乙酸水溶液浸泡之后得改性甘蔗渣，再利用改性甘蔗渣制备薄膜；或者利用甘蔗渣与木薯淀粉结合制备薄膜，但现有技术缺点是，化学改性不绿色环保且处理时间较长，同时选择的原料中含有难降解的有机高分子，易造成土壤污染；另外，甘蔗渣与木薯淀粉不易混合均匀，进而导致获得的铸膜液融合不完全。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜的制备方法，利用该制备方法制备薄膜时可以不使用难降解高分子，对环境友好，且获得的铸膜液分散比较均匀，融合比较充分，进而获得的薄膜性能较佳。
本发明提供的薄膜的制备方法，包括：
对甘蔗渣进行超微粉碎，得到甘蔗渣超微粉；
将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物进行超高压均质，得到铸膜液；
利用所述铸膜液进行成型处理，得到所述薄膜。
进一步地，所述甘蔗渣超微粉的平均粒径为44.41-62.44μm，优选为44.41μm。
进一步地，将所述甘蔗渣超微粉经过预处理后再与所述瓜尔胶混合，所述预处理包括：对所述甘蔗渣超微粉与水的混合物进行第一超声处理；
优选地，所述第一超声处理的时间为10-30min，优选为20min。
进一步地，将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物进行第二超声处理之后再进行所述超高压均质；
优选地，所述第二超声处理的时间为18-22min。
进一步地，所述超高压均质的压力为100-110MPa；
优选地，所述超高压均质的次数为1-3次。
进一步地，所述甘蔗渣超微粉与所述瓜尔胶的质量比为(30-70)：(90-110)。
进一步地，将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物与水混合之后再进行所述第二超声处理。
进一步地，所述成型处理包括将所述铸膜液进行注膜脱泡；
优选地，所述注膜脱泡包括：将所述铸膜液流延到成膜板上之后进行真空干燥；
优选地，所述真空干燥的时间为1.5-2.5h；
优选地，所述真空干燥的真空度为75-85KPa，温度为40-50℃；
优选地，所述成型处理还包括：将所述真空干燥后的铸膜液进行干燥成膜的步骤；
优选地，所述干燥成膜的温度为30-60℃，时间为8-12h。
一种利用前面所述的制备方法制备得到的薄膜；
优选地，所述薄膜包括以下重量份的原料：甘蔗渣超微粉30-70份、瓜尔胶90-110份以及水90-110份。
一种可降解地膜，所述可降解地膜的至少一部分是利用前面所述的薄膜制备得到的。
与现有技术相比，本发明至少可以取得以下有益效果：
甘蔗渣作为可再生的生物质大分子，其含有丰富的纤维素，通过超微粉碎物理机械活化处理甘蔗渣，制备出具有特定理化特性的甘蔗渣超微粉，其比表面积更大，表面裂纹孔洞显著增多，粉体中纤维素结构更为松散，无定形部分增加，羟基活性更高，使得甘蔗渣超微粉在水中具有优异的分散性；瓜尔胶冻融稳定性、耐盐耐酸性优异，甘蔗渣超微粉和瓜尔胶的混合物经过超高压均质处理后会使甘蔗渣超微粉在粘稠的瓜尔胶中充分分散和融合，在不使用难降解高分子的情况下也能获得分散性较佳的铸膜液，利于获得均匀以及机械强度高的薄膜，该制备方法对环境友好，获得的薄膜可降解。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种薄膜的制备方法，包括：
S100：对甘蔗渣进行超微粉碎，得到甘蔗渣超微粉。
可以理解的是，甘蔗渣超微粉指的是粒径不超过100μm的甘蔗渣。
在本发明的一些实施方式中，所述甘蔗渣超微粉的平均粒径为44.41-62.44μm(例如可以为62.44μm、57.17μm、52.07μm或者44.41μm等)，优选为44.41μm。由此，甘蔗渣超微粉比表面积大，且表面裂纹孔洞显多，粉体中纤维素结构松散，无定形部分多，羟基活性高，在水中的分散性优异。
在本发明的一些具体实施方式中，甘蔗渣超微粉是通过以下方法制备得到的：将洗净烘干后的甘蔗渣放入粉碎机内，间歇性粉碎2min，将得到的粉末过100目筛网，筛下物即为甘蔗渣粗粉样品(平均粒径可以为129.94μm)；将甘蔗渣粗粉经振动式超微粉碎机研磨得到甘蔗渣超微粉。
S200：将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物进行超高压均质，得到铸膜液。
在本发明的一些实施方式中，将所述甘蔗渣超微粉经过预处理后再与所述瓜尔胶混合，所述预处理包括：对所述甘蔗渣超微粉与水的混合物进行第一超声处理。由此，利于提高甘蔗渣超微粉在水溶液中的均匀分散。
在本发明的一些实施方式中，所述第一超声处理的时间为10-30min(例如可以为10min、15min、20min、25min或者30min等)，优选为20min。
在本发明的一些实施方式中，甘蔗渣超微粉与水的混合物超声处理之后，可以对超声处理后的混合物的吸光值进行研究，在超声分散过程中，甘蔗渣超微粉中具有吸光特性的基团暴露出来，吸光值越大表示超声分散的效果越好。
在本发明的一些实施方式中，将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物进行第二超声处理之后再进行所述超高压均质。由此，利于将甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的充分融合，利于获得分散均匀的铸膜液。
在本发明的一些实施方式中，所述第二超声处理的时间为18-22min(例如可以为18min、20min或者22min等)。
在本发明的一些实施方式中，所述甘蔗渣超微粉与所述瓜尔胶的质量比为(30-70)(例如可以为30、40、50、60或者70等)：(90-110)(例如可以为90、100或者110等)。相对于上述质量比范围，当甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的质量比过高时，则由于甘蔗渣超微粉本身并不具有黏性，其与其它分子结合的能力不强，使得甘蔗渣超微粉本身易发生团聚行为，另外，大量甘蔗渣超微粉在黏性溶液中更加难以分散均匀，因此过多的甘蔗渣超微粉破坏了共混体系中的氢键结合，界面作用被削弱，相分离现象严重；当甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的质量比过低时，则少量的甘蔗渣超微粉虽然可以较好地分散在瓜尔胶溶液里，但是甘蔗渣超微粉是支撑薄膜机械性能的主要成分，较少的甘蔗渣超微粉制备的薄膜产品机械性能受到较大影响。
在本发明的一些实施方式中，将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物与水混合之后再进行所述第二超声处理。
在本发明的一些实施方式中，所述超高压均质的压力为100-110MPa(例如可以为100MPa、105MPa或者110MPa等)，所述超高压均质的次数为1-3次。由此，利于获得分散比较均匀的铸膜液。相对于上述超高压均质的次数，当超高压均质的次数多于3次时，获得的薄膜容易断裂，拉伸性能有所下降。
S300：利用所述铸膜液进行成型处理，得到所述薄膜。
在本发明的一些实施方式中，所述成型处理包括将所述铸膜液进行注膜脱泡。由此，获得的薄膜中几乎没有孔，机械性能较佳。
在本发明的一些实施方式中，所述注膜脱泡包括：将所述铸膜液流延到成膜板上之后进行真空干燥。
在本发明的一些实施方式中，所述真空干燥的时间为1.5-2.5h(例如可以为1.5h、2h或者2.5h等)；所述真空干燥的真空度为75-85KPa，温度为40-50℃。由此，脱泡效果优异。
在本发明的一些实施方式中，所述成型处理还包括：将所述真空干燥后的铸膜液进行干燥成膜的步骤；所述干燥成膜的温度为30-60℃，时间为8-12h。由此，成膜效果较佳。
在本发明的一些具体实施方式中，薄膜的制备方法包括以下步骤：
1、将洗净烘干后的甘蔗渣放入万能粉碎机内，间歇性粉碎共计2min，得到的粉末过100目筛网，筛下物即为甘蔗渣粗粉样品，平均粒径为129.94μm；将甘蔗渣粗粉经振动式超微粉碎机分别研磨5min、10min、15min、20min，得到平均粒径为62.44μm、44.41μm、52.07μm、57.17μm的甘蔗渣超微粉；
2、甘蔗渣超微粉与水混合之后分别进行机械搅拌，然后进行超声处理；
3、称取瓜尔胶粉与步骤2中的经过超声处理的甘蔗渣超微粉与水的混合物进行机械混合均匀，向上述混合物中加入水使得水的含量为100ml，边加水边快速搅拌，混合均匀获得铸膜液；
4、将铸膜液置于超声波仪器中震荡20min，使甘蔗渣超微粉均匀分散在瓜尔胶中；
5、将均质机用清水清洗2-3次后在100MPa下均质铸膜液1～3次；
6、取均质后的铸膜液流延铺平于成膜板上，放入真空干燥箱中脱泡2h；
7、将脱泡后的模具和铸膜液置于烘箱中干燥成膜。
甘蔗渣作为可再生的生物质大分子，其含有丰富的纤维素，通过超微粉碎物理机械活化处理甘蔗渣，制备出具有特定理化特性的甘蔗渣超微粉，其比表面积更大，表面裂纹孔洞显著增多，粉体中纤维素结构更为松散，无定形部分增加，羟基活性更高，使得甘蔗渣超微粉在水中具有优异的分散性；瓜尔胶冻融稳定性、耐盐耐酸性优异，甘蔗渣超微粉和瓜尔胶的混合物经过超高压均质处理后会使甘蔗渣超微粉在粘稠的瓜尔胶中充分分散和融合，在不使用难降解高分子的情况下也能获得分散性较佳的铸膜液，利于获得均匀以及机械强度高的薄膜，该制备方法对环境友好，获得的薄膜可降解。
高压均质可使铸膜液中的分散物微粒化、均匀化，这种处理能够改善铸膜液中甘蔗渣超微粉的团聚现象、提高甘蔗渣超微粉在瓜尔胶中的分散状况；同时由于瓜尔胶水化和溶解速度较慢，在加水搅拌后易出现小颗粒难以溶解的现象，待其完全溶解需要较长时间，但经过高压均质机处理后能够快速解决这一问题，经过高压均质处理，铸膜液中未完全水化的瓜尔胶颗粒即可消失，铸膜液肉眼可见变得均匀细腻，制得的薄膜也变得光滑平整，色泽均匀。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的制备方法制备得到的薄膜。该薄膜机械性能较佳，使用性能较佳。
优选地，所述薄膜包括以下重量份的原料：甘蔗渣超微粉30-70份(例如可以为30份、50份或者70份等)、瓜尔胶90-110份(90份、100份或者110份等)以及水90-110份(90份、100份或者110份等)。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种可降解地膜，所述可降解地膜的至少一部分是利用前面所述的薄膜制备得到的。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步地说明。
实施例
实施例1
薄膜的制备方法包括以下步骤：
1、将洗净烘干后的甘蔗渣放入万能粉碎机内，间歇性粉碎共计2min，得到的粉末过100目筛网，筛下物即为甘蔗渣粗粉样品，平均粒径为129.94μm；将甘蔗渣粗粉经振动式超微粉碎机研磨5min得到平均粒径为62.44μm的甘蔗渣超微粉；
2、甘蔗渣超微粉与水混合之后进行机械搅拌，然后进行超声处理，超声处理的时间为20min；
3、称取瓜尔胶粉与甘蔗渣超微粉进行机械混合均匀，向混合物中加入水，边加水边快速搅拌，混合均匀获得铸膜液；
4、将铸膜液置于超声波仪器中震荡18min，使甘蔗渣超微粉均匀分散在瓜尔胶中；
5、将均质机用清水清洗3次后在100MPa下均质铸膜液1次；
6、取均质后的铸膜液流延铺平于成膜板上，放入真空干燥箱(真空干燥箱的真空度为80KPa，温度为45℃)中脱泡2h；
7、将脱泡后的模具和铸膜液置于烘箱(烘箱温度为50℃)中干燥成膜，干燥时间为8h，得到薄膜；
其中，甘蔗渣超微粉、瓜尔胶以及水的用量分别为50g、100g以及100ml。
实施例2
薄膜的制备方法以及原料组成同实施例1，不同之处在于步骤5中均质铸膜液2次。
实施例3
薄膜的制备方法以及原料组成同实施例1，不同之处在于步骤5中均质铸膜液3次。
对比例1
薄膜的制备方法同实施例1，不同之处在于不对铸膜液进行均质处理；
甘蔗渣超微粉、瓜尔胶以及水的用量分别为0g、100g以及100ml。
对比例2
薄膜的制备方法同实施例1，不同之处在于不对铸膜液进行均质处理；
甘蔗渣超微粉、瓜尔胶以及水的用量分别为30g、100g以及100ml。
对比例3
薄膜的制备方法同实施例1，不同之处在于不对铸膜液进行均质处理；
甘蔗渣超微粉、瓜尔胶以及水的用量分别为40g、100g以及100ml。
对比例4
薄膜的制备方法同实施例1，不同之处在于不对铸膜液进行均质处理；
甘蔗渣超微粉、瓜尔胶以及水的用量分别为50g、100g以及100ml。
对比例5
薄膜的制备方法同实施例1，不同之处在于不对铸膜液进行均质处理；
甘蔗渣超微粉、瓜尔胶以及水的用量分别为60g、100g以及100ml。
对比例6
薄膜的制备方法同实施例1，不同之处在于不对铸膜液进行均质处理；
甘蔗渣超微粉、瓜尔胶以及水的用量分别为70g、100g以及100ml。
对实施例1-3以及对比例1-6中的薄膜进行机械性能测试(包括断裂伸长率和抗张强度)，其中，机械性能测试参照GB13022-91《塑料、薄膜拉伸性能试验方法》的规定，各薄膜的断裂伸长率以及抗张强度可见下表1：
表1
抗张强度/Mpa 断裂伸长率/％
实施例1 9.81 9.47
实施例2 6.21 7.80
实施例3 7.79 7.65
对比例1 5.11 1.80
对比例2 6.21 8.98
对比例3 7.52 10.69
对比例4 8.39 6.64
对比例5 9.32 5.92
对比例6 10.62 5.76
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
对甘蔗渣进行超微粉碎，得到甘蔗渣超微粉；
将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物进行超高压均质，得到铸膜液；
利用所述铸膜液进行成型处理，得到所述薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甘蔗渣超微粉的平均粒径为44.41-62.44μm，优选为44.41μm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，将所述甘蔗渣超微粉经过预处理后再与所述瓜尔胶混合，所述预处理包括：对所述甘蔗渣超微粉与水的混合物进行第一超声处理；
优选地，所述第一超声处理的时间为10-30min，优选为20min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物进行第二超声处理之后再进行所述超高压均质；
优选地，所述第二超声处理的时间为18-22min。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述超高压均质的压力为100-110MPa；
优选地，所述超高压均质的次数为1-3次。
6.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述甘蔗渣超微粉与所述瓜尔胶的质量比为(30-70)：(90-110)。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将所述甘蔗渣超微粉与瓜尔胶的混合物与水混合之后再进行所述第二超声处理。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成型处理包括将所述铸膜液进行注膜脱泡；
优选地，所述注膜脱泡包括：将所述铸膜液流延到成膜板上之后进行真空干燥；
优选地，所述真空干燥的时间为1.5-2.5h；
优选地，所述真空干燥的真空度为75-85KPa，温度为40-50℃；
优选地，所述成型处理还包括：将所述真空干燥后的铸膜液进行干燥成膜的步骤；
优选地，所述干燥成膜的温度为30-60℃，时间为8-12h。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的薄膜；
优选地，所述薄膜包括以下重量份的原料：甘蔗渣超微粉30-70份、瓜尔胶90-110份以及水90-110份。
10.一种可降解地膜，其特征在于，所述可降解地膜的至少一部分是利用权利要求9所述的薄膜制备得到的。
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