CN110791878A - 一种高吸附性人造纤维膜的制备方法 - Google Patents

一种高吸附性人造纤维膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高吸附性人造纤维膜的制备方法，属于食品加工技术领域。其以谷物秸秆为原料，洗净后通过烘干粉碎、酸浴碱浴、水洗打纤、抽滤收集、水浴下酶处理、漂白抽滤、烘干提取制备秸秆纤维素，再将纤维素碱化搅拌，然后加入二硫化碳搅拌使其变为橘红色流态物质，对其进行基体改性，使其亲油化，再加入氢氧化钠使其成为完全均匀的橘红色粘胶液，在硫酸中用注射器将粘胶液拉丝，清洗后采用气流成网方式制成高吸附性人造纤维膜产物。本发明以秸秆、硫酸、氢氧化钠、二硫化碳和疏水基团为原料，经过上述工艺制备的外卖吸油餐盒膜具有较强的吸油性，能有效提高用餐者的使用感受，并且对保护环境具有积极作用。

Description

一种高吸附性人造纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高吸附性人造纤维膜的制备方法，属于食品加工技术领域。
背景技术
外卖行业趁着“互联网+”的东风崛起，足不出户遍尝佳肴，给订餐者带来了很多便利，但是外卖企业背后浮现的问题也不容小觑。其中，大量外卖餐盒给环境带来了很多危害。常见的塑料餐盒（材料多为聚丙烯）、铝箔餐盒难降解，而新型的纸质餐盒（淋膜纸碗）也存在着价格高、实用性差的缺点。由此，新兴材料的外卖餐盒的需求巨大。
秸秆是现在农业生产所剩下的生物质废弃物，经常直接被焚烧从而污染大气。而与此同时，现在外卖市场越来越庞大，商家需要更多的更为廉价且性能更好的吸油膜用于食品的清洁处理。而秸秆吸油膜能较好的满足市场和社会的需求，具有市场潜力。
通过对农作物秸秆的利用制作吸油餐膜，主要就是利用秸秆中的纤维制作吸油餐膜。实现产品的良好吸油效果，通过物理化学改性手段来让秸秆纤维起到吸油作用，其中吸油率是样品的重要评价指标。其次，将其作为食品包装使用，放置于孔状塑膜下方，与食品无直接接触，保证其无毒无害，同时对试剂残余和工艺进行严格控制。为了制作成吸油餐膜并成为食品的外部包装，我们实验处理得到的样品应具有一定的塑形能力，采用辊压成型的手段实现。
本发明技术的思路是酸碱负压法处理和酯化反应使秸秆改性增强其多孔状和吸油性并通过工艺优化找出效果最佳的酯化试剂及含量。响应面分析探究固液比，反应时间，反应温度和催化剂用量等条件对秸秆吸油性能的影响。实验研究首先以提高吸油率为最主要的目标，同时也会兼顾工艺特性要求，如便捷性和可操作性。研究方法采用响应面分析作为手段，进行多次平行实验优化各项变量。实验的重点在于酯化试剂的选择，酯化反应直接影响到秸秆改性后的吸油性能。
外卖大多为荤腥油腻的食物，一般的纸质餐盒会存在渗油漏油的情况，且送餐过程中泼洒情况严重，影响订餐者的用餐感受。我们本次研发的农作物秸秆外卖餐盒的核心技术就是利用植物纤维的吸油作用，防止原料的漏油渗油，提高用餐感受。
利用农作物秸秆制作吸油餐膜的优势在于：①改进外卖餐盒包装，解决外卖餐盒“漏油”问题，解决餐盒到顾客手中之前容易因为油水、汤汁外漏变油腻的问题；②让用餐者免于对放置餐盒处卫生的顾虑，避免在食用后对书桌、餐桌、办公桌以及公共场所的桌面进行清理；③合理利用农作物副产物，将玉米秸杆变废为宝，利用了生物质资源，避免产生田间地头随意焚烧秸秆烟雾弥漫、污染环境的现象； ④可以替代市面上常见的大多数塑料餐盒，现今常见的塑料餐盒（材料多为聚丙烯）、铝箔餐盒难降解，而新型的纸质餐盒（淋膜纸碗）也存在着价格高、实用性差的缺点，与孔状塑膜合用减少外卖餐盒给环境带来的很多危害。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种高吸附性人造纤维膜的制备方法，制备安全环保且经济的外卖餐盒膜。
本发明的技术方案，一种高吸附性人造纤维膜的制备方法，以谷物秸秆为原料，洗净后通过前处理、水洗打纤、浸泡提取制备秸秆纤维素，再将纤维素碱化搅拌，然后加入二硫化碳搅拌反应使其变为橘红色流态物质，对其进行基体改性，使其亲油化，再加入氢氧化钠使其成为完全均匀的橘红色粘胶液，在硫酸中将粘胶液拉丝，清洗后采用气流成网方式制成高吸附性人造纤维膜。
具体步骤如下：
（1）秸秆纤维素提取制备：
a、前处理：将秸秆洗净后45-60℃烘干，粉碎至200-230目，放入80℃酸浴中浸泡1-3h并不停搅拌，清洗后再放入80℃碱浴中煮制，并不断搅拌1-3h；
b、水洗打纤：对步骤a所得秸秆水洗打纤，0.02-0.05 MPa下抽滤收集；
c、浸泡：50℃水浴中用pH为4.6的果胶酶溶液下浸泡秸秆5-7h，清洗，过氧化氢漂白，清洗，0.01-0.03 MPa下抽滤烘干得到产物秸秆纤维素；
（2）反应：
d、碱化：称取步骤（1）制备所得1kg秸秆纤维素放入容器中，然后注入5-8L质量浓度为18%的氢氧化钠溶液，并用磁力搅拌器搅拌；然后置入25-30℃的水浴中，保持恒温8-12min；
e、二硫化碳处理：继续向反应物中加入1L CS2，并用橡胶薄膜把容器口封住，搅拌反应1 h，得到流态物质；
（3）亲油化处理：将步骤（2）所得流态物质按质量比1:2-4置于30℃的正己烷中，10-20kHz超声波处理6-10 min后，再按上述流态物质质量的3%-6%加入十八烷基三氯硅烷，搅拌20-30 min，完成基体的亲油化处理；
（4）粘胶液的制备：然后向步骤（3）所得反应液内加入4-6L质量浓度3%-5%的氢氧化钠溶液，搅拌直至完全成为均匀的橘红色粘稠液体，即得粘胶液；
（5）人造纤维丝的制备：
f、步骤（4）所得胶黏液挤出成所需直径长丝，控制长丝在质量浓度为20%的稀硫酸的瓷盆中成型，遇酸凝固即形成纤维素黄原酸酯；
g、控制纤维素黄原酸酯在酸液中缓慢通过，直至黄色的丝状物逐渐变白；
h、清洗：将所得长丝在质量浓度为2%-5%的羧甲基纤维素溶液中清洗，得到产物人造纤维丝；
（6）纤维膜的制备：采用气流成网方式制成吸附膜，参数为抓送纤维的斜帘转速为60-80 r/min，输出帘的转速1-5 r/min，喂入转速1-3 r/min，负压200-900 Pa，干燥温度40-60℃，即得产品高吸附性人造纤维膜。
进一步地，步骤（1）a所述酸浴具体为质量浓度10%的HCl溶液；所述碱浴具体为10%的NaOH溶液。
进一步地，步骤（1）c中所述果胶酶溶液为采用柠檬酸:果胶酶:清水按质量比1:0.2-0.4:8-12混合均匀，于80℃搅拌5-7 h，静置至室温25℃。
进一步地，步骤（6）所得高吸附性人造纤维膜厚度为1-5 mm，密度为1-3 kg/m2。
本发明的有益效果：本发明以秸秆、硫酸、氢氧化钠、二硫化碳和疏水基团为原料，经过上述工艺制备的外卖吸油餐盒膜具有较强的吸油性，能有效提高用餐者的使用感受，并且对保护环境具有积极作用。
附图说明
图1样品的质量为24.70 g，第1次滴加10.90 g，效果图。
图2第2次滴加13.20 g，效果图。
图3第3次滴加8.05 g，效果图。
图4第4次滴加9.30g，效果图。
图5第5次滴加9.78g，效果图。
图6共滴加51.23 g，加满油至盖没样品滤出31.48 g，效果图。
具体实施方式
实施例1
（1）秸秆纤维素提取制备：将秸秆洗净后烘干粉碎，放入80℃酸浴中浸泡2小时并不停搅拌，清洗后再放入80℃碱浴中煮制并不断搅拌2小时，水洗打纤，并抽滤收集，50℃水浴中用果胶酶pH=4.6下浸泡6小时，清洗，过氧化氢漂白，清洗，抽滤烘干得到产物秸秆纤维素；
（2）称取1g秸秆纤维素放入烧杯中，然后注入5-8mL 18%左右的氢氧化钠溶液，并用磁力搅拌器搅拌。然后将试管置入25℃~30℃的水浴中，保持恒温10min左右；
（3）向试管中加入1mlCS2，并用橡胶薄膜把试管口封住以免反应物溢出。搅拌1小时，在搅拌过程中可以看到碱化纤维素逐渐变为橘红色，成为流态物质；
（4）将流态物质按质量比1:3置于30℃的正己烷中，超声波处理10 min后，按上述流态物质总质量的5%加入十八烷基三氯硅烷，搅拌25 min，完成基体的亲油化处理；
（5）然后向试管内加入5ml质量分数4%的氢氧化钠溶液并搅拌数分钟至完全成为均匀的橘红色粘胶液；
（6）把粘胶液倒入注射器，然后把出口伸入预先盛有质量分数20%的稀硫酸的瓷盆中。推活塞，粘胶液即被缓缓挤出，遇酸凝固即形成纤维素黄原酸酯；夹住线头，一边推活塞一边抽丝，丝在酸液中缓慢通过，黄色的丝状物逐渐变白，再把变白的丝引到瓷盘中用含有2%的羧甲基纤维素溶液清洗，得到胶液浸润的人造纤维丝；
（7）通过气流成网机（型号：CSQL，江苏常盛无纺设备有限公司），参数为抓送纤维的斜帘转速为73 r/min，输出帘的转速3 r/min，喂入转速1 r/min，负压750 Pa，干燥温度55℃，制得的吸附膜产品厚度3 mm，膜密度1.7 kg/m2。
（8）效果测试：将上述工艺制备的产品进行吸油测试，样品人造纤维丝的质量为24.70 g，测试时，将食用油缓慢且均匀的滴入样品中，计算其最大的吸油量。第1次滴加10.90 g，效果如图1；第2次滴加13.20 g，效果如图2；第3次滴加8.05 g，效果如图3；第4次滴加9.30 g，效果如图4；第5次滴加9.78 g，效果如图5；共滴加51.23 g，加满油至盖没样品滤出31.48 g，效果如图6。故吸附油量为19.75 g。

Claims (5)

1.一种高吸附性人造纤维膜的制备方法，其特征在于：以谷物秸秆为原料，洗净后通过前处理、水洗打纤、浸泡提取制备秸秆纤维素；再将纤维素碱化搅拌，然后加入二硫化碳搅拌反应使其变为橘红色流态物质；对其进行基体改性，使其亲油化；再加入氢氧化钠使其成为完全均匀的橘红色粘胶液；在硫酸中将粘胶液拉丝，清洗后采用气流成网方式制成高吸附性人造纤维膜。
2.根据权利要求1所述高吸附性人造纤维膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）制备秸秆纤维素：
a、前处理：将秸秆洗净后45-60℃烘干，粉碎至200-230目，放入80℃酸浴中浸泡1-3h并不停搅拌，清洗后再放入80℃碱浴中煮制，并不断搅拌1-3h；
b、水洗打纤：对步骤a所得秸秆水洗打纤，0.02-0.05 MPa下抽滤收集；
c、浸泡：50℃水浴中用pH为4.6的果胶酶溶液下浸泡秸秆5-7h，清洗，过氧化氢漂白，清洗，0.01-0.03 MPa下抽滤烘干得到产物秸秆纤维素；
（2）反应：
d、碱化：称取步骤（1）制备所得1kg秸秆纤维素放入容器中，然后注入5-8L质量浓度为18%的氢氧化钠溶液，并用磁力搅拌器搅拌；然后置入25-30℃的水浴中，保持恒温8-12min；
e、二硫化碳处理：继续向反应物中加入1L CS2，并用橡胶薄膜把容器口封住，搅拌反应1h，得到流态物质；
（3）亲油化处理：将步骤（2）所得流态物质按质量比1:2-4置于30℃的正己烷中，10-20kHz超声波处理6-10 min后，再按上述流态物质质量的3%-6%加入十八烷基三氯硅烷，搅拌20-30 min，完成基体的亲油化处理；
（4）粘胶液的制备：然后向步骤（3）所得反应液内加入4-6L质量浓度3%-5%的氢氧化钠溶液，搅拌直至完全成为均匀的橘红色粘稠液体，即得粘胶液；
（5）人造纤维丝的制备：
f、步骤（4）所得胶黏液挤出成所需直径长丝，控制长丝在质量浓度为20%的稀硫酸的瓷盆中成型，遇酸凝固即形成纤维素黄原酸酯；
g、控制纤维素黄原酸酯在酸液中缓慢通过，直至黄色的丝状物逐渐变白；
h、清洗：将所得长丝在质量浓度为2%-5%的羧甲基纤维素溶液中清洗，得到产物人造纤维丝；
（6）纤维膜的制备：采用气流成网方式制成吸附膜，参数为抓送纤维的斜帘转速为60-80 r/min，输出帘的转速1-5 r/min，喂入转速1-3 r/min，负压200-900 Pa，干燥温度40-60℃，即得产品高吸附性人造纤维膜。
3.根据权利要求2所述高吸附性人造纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）a所述酸浴具体为质量浓度10%的HCl溶液；所述碱浴具体为10%的NaOH溶液。
4.根据权利要求2所述高吸附性人造纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）c中所述果胶酶溶液为采用柠檬酸:果胶酶:清水按质量比1:0.2-0.4:8-12混合均匀，于80℃搅拌5-7 h，静置至室温25℃。
5.根据权利要求2所述高吸附性人造纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤（6）所得高吸附性人造纤维膜厚度为1-5 mm，密度为1-3 kg/m2。
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