CN111116995A - 一种用大米草制备可降解材料的方法 - Google Patents

一种用大米草制备可降解材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用大米草制备可降解材料的方法，涉及一种可降解材料的制备方法，通过将大米草提取多糖工艺中残存的残渣与糊化后的淀粉进行高温高压的压制得到一种可降解材料。与现有技术相比本发明通过将大米草提取多糖工艺中残存的残渣制备成可降解材料，让大米草变废为宝，不仅提高了大米草的经济价值，还提高整体生态效益。同时还补充了大米草提取多糖工艺的后续产业链，使大米草利用率达到100%，杜绝了大米草残渣的存在，使整个产业链程完全无公害化。

Description

一种用大米草制备可降解材料的方法
技术领域
本发明涉及一种可降解材料的制备方法，尤其是一种主材料是大米草的可降解材料。
背景技术
大米草，多年生草本，阳性，湿生，具有耐盐碱、耐淹、根系发达等特点，它可以起到保滩护岸、促淤造陆的重要作用，还能增加土壤有机质，改良土壤团粒结构，改良盐土，用作绿肥、燃料、造纸、制绳等。曾被称为“先锋植物”。我国为了治理沿海污染从上世纪60年代引入大米草，但大米草作为外来物种迅速蔓延，至今为止对我国沿海生态环境造成了不可逆的重大灾难。现阶段治理大米草最有效的手段则是让大米草变害为宝，促进其经济价值，与其他防治手段综合利用，才是对其生态防控的有效办法。
大米草的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，含量分别在32.9%，27.65%、24.2%左右，总含量达到85%左右，属于木质纤维素生物质，而大米草的其他成分为多糖以及少数蛋白质，现在对大米草的利用主要是提取多糖，剩余的残渣则直接废弃，这样不仅利用率，废弃物不处理的话也会污染环境。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种用大米草制备可降解材料的方法，通过将大米草提取多糖工艺中残存的残渣制备成可降解材料，让大米草变废为宝，不仅提高了大米草的经济价值，还提高整体生态效益。同时还补充了大米草提取多糖工艺的后续产业链，使大米草利用率达到100%，杜绝了大米草残渣的存在，使整个产业链程完全无公害化。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为包括以下几个步骤：步骤A：选取大米草全草，冲洗干净后进行切割粉碎，使大米草全草粉碎为原料粉碎物；步骤B：对原料粉碎物进行水浸泡得到浸泡混合液，浸泡时不停的进行搅拌，浸泡时温度在90℃~99℃之间，浸泡时间至少为1小时；步骤C：当浸泡混合液降温至30℃~40℃时保持温度，然后对浸泡混合液进行酶解，酶解至少50分钟，酶解完成后进行过滤，过滤时过滤目数至少为60目，过滤结束后分别得到过滤液和大米草残渣；步骤D：对大米草残渣进行干燥处理，干燥时干燥温度在45℃以下，直至大米草残渣含水率降到15%以下时干燥结束；步骤E：将淀粉放入水中形成淀粉液，对淀粉液进行搅拌加热让淀粉糊化，淀粉完全糊化停止搅拌加热并冷却至少10分钟形成糊化液；步骤F：将大米草残渣和糊化液放入螺杆式搅拌机内与糊化液混合，搅拌至少20分钟直至混合均匀，混合均匀后得到可降解材料原料；步骤G：对可降解材料原料进行干燥，干燥温度在60℃以下，直至可降解材料原料含水率降到15%以下时干燥结束；步骤H：对可降解材料原料进行热压，热压时温度在100℃至250℃之间，压力在10kg/cm2~60kg/cm2，热压时间至少为10分钟，热压结束后得到可降解材料。
上述技术方案中，在步骤B中，原料粉碎物与水的质量比值在1：6~10，浸泡时间为1小时30分至2小时。
上述技术方案中，在步骤C中，过滤液可通过离心过滤-压缩-乙醇浸取的方法提取多糖。
上述技术方案中，在步骤E中，以重量份计，将4份-8份淀粉放入20份-40份的水中形成淀粉液，然后在30℃至50℃之间搅拌至少20分钟让淀粉完全糊化。
上述技术方案中，在步骤E中，以重量份计，在淀粉液中加入1份-1. 5份的氢氧化钠。
上述技术方案中，在步骤E中，以重量份计，在糊化液中加入2. 5份-3份的滑石粉。
上述技术方案中，在步骤F中，糊化液与大米草残渣按质量比值在1：3~4的比例进行混合。
本发明的核心就是利用大米草在多糖提取工艺中残留的残渣将其制成可降解材料。在通过酶解法提取大米草多糖的过程中，大量的纤维素被酶解成多糖，使得大米草内分子间的联接破裂，分子间相互位移加剧，聚合物特性有所变化．无定型聚合物增多，使得大米草残渣软化。同时对大米草的酶解一般不涉及木质素，因此在大米草残渣中残留有大量的木质素，使得大米草残渣的木质素比例达到或超过了木本植物根茎木质素的比例。在本发明中采用糊化后的淀粉作为粘合剂，淀粉类黏胶物质会与木质素在高温时发生反应，产生极大的粘性， 同时植物淀粉溶胀后具有一定的自粘性，淀粉在糊化后会具有糊状滑移性，使用淀粉作为胶粘剂也解决了木质素过多时大米草残渣不具延展性的问题。
淀粉糊化后还需要加入氢氧化钠，因为淀粉糊化后本身就具有粘性，直接与大米草残渣混合后的新材料无法进行运输和加工，因为新材料会黏在器具上，在加入氢氧化钠后，糊化后的淀粉丧失了对金属器物的粘性，但氢氧化钠不会破换糊化淀粉与木质素的反应，仍能让糊化淀粉与大米草残渣充分反映。还包括滑石粉，因为氢氧化钠是一种发泡材料，在淀粉糊化和大米草残渣进行高温挤注和压制时，氢氧化钠会让成型件上产生空洞，这时就需要滑石粉对空洞进行填充，同时滑石粉还具有亲水性，可以在材料成型时加快混合物固化以及对材料内部的热传导。
木质素纤维本身就有良好的韧性、分散性和化学稳定性， 有非常优秀的抗裂性能。在经过高温高压压制后形成的可降解材料在材料性能上和纤维板相似，而相比纤维板本降解材料中淀粉材料和木质素都是可降的无毒无害解物质，滑石粉也是无毒无害的环境友好物质。且本产品生产过程中使用的氢氧化钠在高温高压压制时已经分解，其产生的物质也不会对人体或者环境造成损害。
本发明通过将大米草提取多糖工艺中残存的残渣制备成可降解材料，让大米草变废为宝，不仅提高了大米草的经济价值，还提高整体生态效益。同时还补充了大米草提取多糖工艺的后续产业链，使大米草利用率达到100%，杜绝了大米草残渣的存在，使整个产业链程完全无公害化。
具体实施方式
实施例1：一种用大米草制备可降解材料的方法，包括以下几个步骤：步骤A：选取大米草全草，冲洗干净后进行切割粉碎，使大米草全草粉碎为原料粉碎物。步骤B：对原料粉碎物进行水浸泡得到浸泡混合液，原料粉碎物与水的质量比值在1：6，浸泡时不停的进行搅拌，浸泡时温度在90℃，浸泡时间为1小时30分。步骤C：当浸泡混合液降温至40℃时保持温度，然后对浸泡混合液进行酶解，酶解至少50分钟，酶解完成后进行过滤，过滤时过滤目数至少为60目，过滤结束后分别得到过滤液和大米草残渣；过滤液可通过离心过滤-压缩-乙醇浸取的方法提取多糖。
步骤D：对大米草残渣进行干燥处理，干燥时干燥温度在45℃以下，直至大米草残渣含水率降到15%以下时干燥结束。步骤E：以重量份计，将4份淀粉放入20份-的水中形成淀粉液，在淀粉液中加入1份份的氢氧化钠，然后在50℃搅拌至少20分钟让淀粉完全糊化，淀粉完全糊化后停止搅拌加热并冷却至少10分钟形成糊化液，在糊化液中加入2. 5份滑石粉。步骤F：将大米草残渣和糊化液按质量比值在1：3放入螺杆式搅拌机内与糊化液混合，搅拌至少20分钟直至混合均匀，混合均匀后得到可降解材料原料。步骤G：对可降解材料原料进行干燥，干燥温度在60℃以下，直至可降解材料原料含水率降到15%以下时干燥结束。
步骤H：对可降解材料原料进行热压，压制成薄板材时，热压时温度为100℃，压力在10kg/cm2，热压时间为10分钟，热压结束后得到可降解材料制成的板材。
实施例2：一种用大米草制备可降解材料的方法，包括以下几个步骤：步骤A：选取大米草全草，冲洗干净后进行切割粉碎，使大米草全草粉碎为原料粉碎物。步骤B：对原料粉碎物进行水浸泡得到浸泡混合液，原料粉碎物与水的质量比值在110，浸泡时不停的进行搅拌，浸泡时温度在99℃，浸泡时间为2小时。步骤C：当浸泡混合液降温至30℃时保持温度，然后对浸泡混合液进行酶解，酶解至少50分钟，酶解完成后进行过滤，过滤时过滤目数至少为60目，过滤结束后分别得到过滤液和大米草残渣；过滤液可通过离心过滤-压缩-乙醇浸取的方法提取多糖。
步骤D：对大米草残渣进行干燥处理，干燥时干燥温度在45℃以下，直至大米草残渣含水率降到15%以下时干燥结束。步骤E：以重量份计，将-8份淀粉放入40份的水中形成淀粉液，在淀粉液中加入1. 5份的氢氧化钠，然后在30℃之间搅拌至少40分钟让淀粉完全糊化，淀粉完全糊化停止搅拌加热并冷却至少10分钟形成糊化液；在糊化液中加入3份的滑石粉。步骤F：将大米草残渣和糊化液按质量比值在1： 4放入螺杆式搅拌机内与糊化液混合，搅拌至少20分钟直至混合均匀，混合均匀后得到可降解材料原料。步骤G：对可降解材料原料进行干燥，干燥温度在60℃以下，直至可降解材料原料含水率降到15%以下时干燥结束。
步骤H：对可降解材料原料进行热压，压制成具有复杂花纹的家具件时，
热压时温度在250℃，压力在60kg/cm2，热压时间至少为25分钟，热压结束后得到可降解材料制成的具有复杂花纹的家具件。
实施例3：一种用大米草制备可降解材料的方法，包括以下几个步骤：步骤A：选取大米草全草，冲洗干净后进行切割粉碎，使大米草全草粉碎为原料粉碎物。步骤B：对原料粉碎物进行水浸泡得到浸泡混合液，原料粉碎物与水的质量比值在1：8，浸泡时不停的进行搅拌，浸泡时温度在95℃之间，浸泡时间为1小时30分。步骤C：当浸泡混合液降温至40℃时保持温度，然后对浸泡混合液进行酶解，酶解至少50分钟，酶解完成后进行过滤，过滤时过滤目数至少为60目，过滤结束后分别得到过滤液和大米草残渣；过滤液可通过离心过滤-压缩-乙醇浸取的方法提取多糖。
步骤D：对大米草残渣进行干燥处理，干燥时干燥温度在45℃以下，直至大米草残渣含水率降到15%以下时干燥结束。步骤E：以重量份计，将6份淀粉放入30份的水中形成淀粉液，在淀粉液中加入1. 5份的氢氧化钠，然后在40℃之间搅拌至少25分钟让淀粉完全糊化，淀粉完全糊化停止搅拌加热并冷却至少15分钟形成糊化液；在糊化液中加入2. 5份的滑石粉。步骤F：将大米草残渣和糊化液按质量比值在1：4放入螺杆式搅拌机内与糊化液混合，搅拌至少20分钟直至混合均匀，混合均匀后得到可降解材料原料。步骤G：对可降解材料原料进行干燥，干燥温度在60℃以下，直至可降解材料原料含水率降到15%以下时干燥结束。
步骤H：对可降解材料原料进行热压，压制成具有简单花纹的家具件时，热压时温度在220℃之间，压力在40kg/cm2，热压时间至少为25分钟，热压结束后得到可降解材料制成的具有简单花纹的家具件。
实施例4：一种用大米草制备可降解材料的方法，包括以下几个步骤：步骤A：选取大米草全草，冲洗干净后进行切割粉碎，使大米草全草粉碎为原料粉碎物。步骤B：对原料粉碎物进行水浸泡得到浸泡混合液，原料粉碎物与水的质量比值在1：7，浸泡时不停的进行搅拌，浸泡时温度在98℃之间，浸泡时间为1小时30分。步骤C：当浸泡混合液降温至40℃时保持温度，然后对浸泡混合液进行酶解，酶解至少50分钟，酶解完成后进行过滤，过滤时过滤目数至少为60目，过滤结束后分别得到过滤液和大米草残渣；过滤液可通过离心过滤-压缩-乙醇浸取的方法提取多糖。
步骤D：对大米草残渣进行干燥处理，干燥时干燥温度在45℃以下，直至大米草残渣含水率降到15%以下时干燥结束。步骤E：以重量份计，将5份淀粉放入25份的水中形成淀粉液，在淀粉液中加入1份的氢氧化钠，然后在40℃之间搅拌至少25分钟让淀粉完全糊化，淀粉完全糊化停止搅拌加热并冷却至少15分钟形成糊化液；在糊化液中加入2. 5份滑石粉。步骤F：将大米草残渣和糊化液按质量比值在1：4放入螺杆式搅拌机内与糊化液混合，搅拌至少20分钟直至混合均匀，混合均匀后得到可降解材料原料。步骤G：对可降解材料原料进行干燥，干燥温度在60℃以下，直至可降解材料原料含水率降到15%以下时干燥结束。
步骤H：对可降解材料原料进行热压，热压成较厚的板材时热压时温度在180℃之间，压力在30kg/cm2，热压时间至少为15分钟，热压结束后得到可降解材料制成的厚板材。

Claims (7)

1.一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为包括以下几个步骤：
步骤A：选取大米草全草，冲洗干净后进行切割粉碎，使大米草全草粉碎为原料粉碎物；
步骤B：对原料粉碎物进行水浸泡得到浸泡混合液，浸泡时不停的进行搅拌，浸泡时温度在90℃~99℃之间，浸泡时间至少为1小时；
步骤C：当浸泡混合液降温至30℃~40℃时保持温度，然后对浸泡混合液进行酶解，酶解至少50分钟，酶解完成后进行过滤，过滤时过滤目数至少为60目，过滤结束后分别得到过滤液和大米草残渣；
步骤D：对大米草残渣进行干燥处理，干燥时干燥温度在45℃以下，直至大米草残渣含水率降到15%以下时干燥结束；
步骤E：将淀粉放入水中形成淀粉液，对淀粉液进行搅拌加热让淀粉糊化，淀粉完全糊化停止搅拌加热并冷却至少10分钟形成糊化液；
步骤F：将大米草残渣和糊化液放入螺杆式搅拌机内与糊化液混合，搅拌至少20分钟直至混合均匀，混合均匀后得到可降解材料原料；
步骤G：对可降解材料原料进行干燥，干燥温度在60℃以下，直至可降解材料原料含水率降到15%以下时干燥结束；
步骤H：对可降解材料原料进行热压，热压时温度在100℃至250℃之间，压力在10kg/cm2~60kg/cm2，热压时间至少为10分钟，热压结束后得到可降解材料。
2.根据权利要求1所述的一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为，在步骤B中，原料粉碎物与水的质量比值在1：6~10，浸泡时间为1小时30分至2小时。
3.根据权利要求1所述的一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为，在步骤C中，过滤液可通过离心过滤-压缩-乙醇浸取的方法提取多糖。
4.根据权利要求1所述的一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为，在步骤E中，以重量份计，将4份-8份淀粉放入20份-40份的水中形成淀粉液，然后在30℃至50℃之间搅拌至少20分钟让淀粉完全糊化。
5.根据权利要求4所述的一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为，在步骤E中，以重量份计，在淀粉液中加入1份-1. 5份的氢氧化钠。
6.根据权利要求4所述的一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为，在步骤E中，以重量份计，在糊化液中加入2. 5份-3份的滑石粉。
7.根据权利要求1所述的一种用大米草制备可降解材料的方法，其特征为，在步骤F中，糊化液与大米草残渣按质量比值在1：3~4的比例进行混合。
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