CN111690178A - 淀粉基全降解纳米抗菌材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种淀粉基全降解纳米抗菌材料及制备方法，淀粉基全降解纳米抗菌材料由以下物质按照重量份组成：淀粉80～100份、植物纤维5～50份、纳米壳聚糖0.1～3份、纳米碳管0.01～0.1份、纤维素纳米晶0.001～0.1份、表面活性剂0.1～1份、水65～200份。本发明采通过对淀粉改性、纳米壳聚糖、纳米碳管、纤维素纳米晶、植物纤维改性、注射成型、微爆发泡等多种方法进行组合获得质轻、抗菌、全降解的纳米材料；同时该材料具有比普通淀粉制品更强的抗压性、耐破度；整个生产过程无废水、废气、废渣产生，安全环保。

Description

淀粉基全降解纳米抗菌材料及制备方法
技术领域
本发明属于属于纳米抗菌新材料技术领域，具体涉及一种淀粉基全降解纳米抗菌材料及制备方法。
背景技术
由于大量使用不可降解石油基塑料及其衍生品造成全球生态环境的日益恶化，现在各国相继出台限制或禁止使用不可降解塑料制品的政策及立法，催生了大量塑料替代产品生物基塑料。
生物基塑料由于原料来源有限、生产成本高、需要生物堆肥条件下才能有效降解和回收难等原因的限制长期不等得到广泛应用。因此，市场上又涌现出一些植物淀粉改性添加石油基或生物基塑料的替代品；这些产品在一定程度上具备崩解或可降解的特性，但是同样面对生物堆肥条件下才能有效降解和回收难得问题。基于上述原因又产生了通过对纯植物淀粉改性、同时加入各种改性助剂、防腐剂和功能性助剂的方法制造出塑料的替代材料。
不过，这种材料质脆、易碎、力学性能性能差、大量使用化工助剂、环境适应性差易、受细菌污染等原因不能满足大多数工业、食品业、卫生制品业等高卫生等级产品生产场景应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种淀粉基全降解纳米抗菌材料及制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种淀粉基全降解纳米抗菌材料，由以下物质按照重量份组成：
淀粉80～100份、植物纤维5～50份、纳米壳聚糖0.1～3份、纳米碳管0.01～0.1份、纤维素纳米晶0.001～0.1份、表面活性剂0.1～1份、水65～200份。
上述方案中，所述淀粉包含玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉中的一种或至少两种组合。
上述方案中，所述植物纤维包含甘蔗浆、竹浆、秸秆浆、木浆、苇浆中的一种或至少两种组合。
上述方案中，所述纳米壳聚糖采用季铵盐纳米壳聚糖。
上述方案中，所述纳米碳管的长度介于5～20微米之间。
上述方案中，所述表面活性剂采用吐温。
本发明实施例还提供一种淀粉基全降解纳米抗菌材料的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1：将纳米碳管、纤维素纳米晶、植物纤维和表面活性剂加入60～95度的热水中高速搅拌30分钟备用；
步骤2：将纳米壳聚糖、和一部分淀粉加入混炼机中，在80～85度范围内混炼改性备用；
步骤3：对步骤2获得的材料加入100度的热水中高速搅拌10～30分钟，获得纳米淀粉溶液；
步骤4：把步骤1、3获得的材料在80～95度范围内共混搅拌15～30分钟；
步骤5：把剩余的淀粉加入步骤4获得的材料中，在80～95度范围内中速搅拌15～30分钟；
步骤6：把步骤5获得的材料注射入模具内成型后开模，热风烘干获得淀粉基全降解纳米抗菌材料产品。
上述方案中，所述步骤5得到的材料注射入模具内保压，加热至温度200～240度并且热压20～40秒，然后在0.5秒内进行快速轻度蒸汽爆破并抽真空5～10秒后取出即可得到发泡的全降解淀粉基纳米抗菌材料产品。
与现有技术相比，本发明采通过对淀粉改性、纳米壳聚糖、纳米碳管、纤维素纳米晶、植物纤维改性、注射成型、微爆发泡等多种方法进行组合获得质轻、抗菌、全降解的纳米材料；同时该材料具有比普通淀粉制品更强的抗压性、耐破度；整个生产过程无废水、废气、废渣产生，安全环保。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种淀粉基全降解纳米抗菌材料，由以下物质按照重量份组成：
淀粉80～100份、植物纤维5～50份、纳米壳聚糖0.1～3份、纳米碳管0.01～0.1份、纤维素纳米晶0.001～0.1份、表面活性剂0.1～1份、水65～200份。
所述淀粉包含玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉中的一种或至少两种组合。
所述植物纤维包含甘蔗浆、竹浆、秸秆浆、木浆、苇浆中的一种或至少两种组合。
所述纳米壳聚糖采用季铵盐纳米壳聚糖。
所述纳米碳管的长度介于5～20微米之间。
所述表面活性剂采用吐温等非离子型表面活性剂。
本发明实施例提供一种淀粉基全降解纳米抗菌材料的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1：将植物纤维、纳米碳管、纤维素纳米晶、表面活性剂加入60～95度的热水中高速搅拌30分钟备用；
步骤2：将纳米壳聚糖和一部分淀粉加入混炼机中，在80～85度范围内混炼改性备用；
步骤3：对步骤2获得的材料加入100度的热水中高速搅拌10～30分钟，获得纳米淀粉溶液；
步骤4：把步骤1、3获得的材料在80～95度范围内共混搅拌15～30分钟；
步骤5：把剩余的淀粉加入步骤4获得的材料中，在80～95度范围内中速搅拌15～30分钟；
步骤6：把步骤5获得的材料注射入模具内成型后开模，热风烘干获得淀粉基全降解纳米抗菌材料产品。
具体地，所述步骤5得到的材料注射入模具内保压，加热至温度200～240度并且热压20～40秒，然后在0.5秒内进行快速轻度蒸汽爆破并抽真空5～10秒后取出即可得到发泡的全降解淀粉基纳米抗菌材料产品。
由于纳米碳管具有非常优越的力学性能，根据理论计算和实验表明，纳米碳管具有极高的强度和极大的韧性，改性后的淀粉在溶液中形成单螺旋结构，利用这种螺旋结构与纳米碳管的疏水基相互作用，改性淀粉通过非共价键的形式接枝到纳米碳管表面上，同时，对材料的性能进行了测试，纳米碳管的添加量从0％增加到0.24％，拉伸强度是上升的，同时，断裂伸长率随着纳米碳管的用量增加，其韧性也增强了，这是因为纳米碳管具有较高的强度和韧性，所以，纳米碳管的加入对淀粉制品的强度和韧性得到增强。
本发明采通过对淀粉改性、纳米壳聚糖、纳米碳管、纤维素纳米晶、植物纤维改性、注射成型、微爆发泡等多种方法进行组合获得质轻、抗菌、全降解的纳米材料；同时该材料具有比普通淀粉制品更强的抗压性、耐破度；整个生产过程无废水、废气、废渣产生，安全环保。
实施例1
1、材料配比(重量计)：
玉米淀粉100份、蔗浆纤维5份、纳米壳聚糖0.5份、纳米碳管0.02份、纤维素纳米晶0.003份、表面活性剂0.2份、水120份。
2、对上述组分的蔗浆纤维、纳米碳管、纤维素纳米晶、表面活性剂、水40份混合在85度2000转\分搅拌30分钟备用。
3、对上述组分的淀粉15份、纳米壳聚糖、加入混炼机中，在85度混炼30分钟改性备用。
4、对步骤3获得的材料加入100度的80份水后在1500转\分搅拌20分钟，获得纳米淀粉溶液。
5、把步骤4获得的材料加入2中，在90度1500转\分搅拌15分钟。
6、把淀粉75份加入步骤5中，在80度1000转\分搅拌30分钟。
7、把步骤6得到的部分材料注射入模具内成型后开模，热风烘干得到高密度的产品。
8、进一步的，把步骤6得到的部分材料注射入模具内保压，240度热压30秒，然后在0.4秒内进行半开模具蒸汽爆破并抽真空8秒后取出得到干燥的、发泡的、低密度全降解淀粉基纳米抗菌材料产品。
实施例2
1、材料配比(重量计)：
玉米淀粉100份、蔗浆纤维45份、纳米壳聚糖0.5份、纳米碳管0.02份、纤维素纳米晶0.003份、表面活性剂0.2份、水200份。
2、对上述组分的蔗浆纤维、纳米碳管、纤维素纳米晶、表面活性剂、水120份混合在85度2000转\分搅拌30分钟备用。
3、对上述组分的淀粉20份、纳米壳聚糖加入混炼机中，在85度混炼30分钟改性备用。
4、对步骤3获得的材料加入100度的80份水后在1500转\分搅拌20分钟，获得纳米淀粉溶液。
5、把步骤4获得的材料加入2中，在90度1500转\分搅拌15分钟。
6、把淀粉80份加入步骤5中，在80度1000转\分搅拌30分钟。
7、把步骤6得到的部分材料注射入模具内成型后开模，热风烘干得到高密度的产品。
8、进一步的，把步骤6得到的部分材料注射入模具内保压，220度热压20秒，然后在0.4秒内进行半开模具蒸汽爆破并抽真空5秒后取出得到干燥的、发泡的、低密度全降解淀粉基纳米抗菌材料产品。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种淀粉基全降解纳米抗菌材料，其特征在于，由以下物质按照重量份组成：
淀粉80～100份、植物纤维5～50份、纳米壳聚糖0.1～3份、纳米碳管0.01～0.1份、纤维素纳米晶0.001～0.1份、表面活性剂0.1～1份、水65～200份。
2.根据权利要求1所述的淀粉基全降解纳米抗菌材料，其特征在于，所述淀粉包含玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉中的一种或至少两种组合。
3.根据权利要求1或2所述的淀粉基全降解纳米抗菌材料，其特征在于，所述植物纤维包含甘蔗浆、竹浆、秸秆浆、木浆、苇浆中的一种或至少两种组合。
4.根据权利要求3所述的淀粉基全降解纳米抗菌材料，其特征在于，所述纳米壳聚糖采用季铵盐纳米壳聚糖。
5.根据权利要求4所述的淀粉基全降解纳米抗菌材料，其特征在于，所述纳米碳管的长度介于5～20微米之间。
6.根据权利要求5所述的淀粉基全降解纳米抗菌材料，其特征在于，所述表面活性剂采用吐温。
7.一种淀粉基全降解纳米抗菌材料的制备方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤1：将纳米碳管、纤维素纳米晶、植物纤维和表面活性剂加入60～95度的热水中高速搅拌30分钟备用；
步骤2：将纳米壳聚糖、和一部分淀粉加入混炼机中，在80～85度范围内混炼改性备用；
步骤3：对步骤2获得的材料加入100度的热水中高速搅拌10～30分钟，获得纳米淀粉溶液；
步骤4：把步骤1、3获得的材料在80～95度范围内共混搅拌15～30分钟；
步骤5：把剩余的淀粉加入步骤4获得的材料中，在80～95度范围内中速搅拌15～30分钟；
步骤6：把步骤5获得的材料注射入模具内成型后开模，热风烘干获得淀粉基全降解纳米抗菌材料产品。
8.根据权利要求7所述的淀粉基全降解纳米抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5得到的材料注射入模具内保压，加热至温度200～240度并且热压20～40秒，然后在0.5秒内进行快速轻度蒸汽爆破并抽真空5～10秒后取出即可得到发泡的全降解淀粉基纳米抗菌材料产品。
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