CN111848998A - 一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜及其制备方法，采用氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维制备环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜。本发明的制备方法制备得到的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜拉伸强度和耐热强度较好，其拉伸强度在44.2MPa至48.4MPa，将制备的可降解棉花纤维素塑料薄膜在沸水中蒸煮3h后无破损现象，提高了可降解薄膜材料的性能，实现满足市场需求的前提下，可降解，制备方法简单，生产成本低，便于大规模生产。安全无毒，具有良好生物相容性。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域，涉及一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜及制备方法和应用。
背景技术
用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的薄膜，用于包装,以及用作覆膜层。塑料包装及塑料包装产品在市场上所占的份额越来越大，特别是复合塑料软包装，已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域，其中又以食品包装所占比例最大，比如饮料包装、速冻食品包装、蒸煮食品包装、快餐食品包装等，这些产品都给人们生活带来了极大的便利。
但是现有的包装材料普遍存在的问题是很难生物降解，降解时间较长，因此，对自然环境造成了大量的白色垃圾，对环境造成了严重的污染。另外，现有技术中的可降解薄膜仍然存在耐热性差、可拉伸性能一般等问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，制备方法简单易操作，制备的棉花纤维素塑料薄膜耐热性好，可拉伸性较强、耐磨损，降解速度快。
本发明提供了如下的技术方案：
一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取棉花茎、叶、壳切割成段后，除杂，机械粉碎，过筛，得到80-200目的木粉；
(2)将80-200目的木粉加入到水中，然后进行研磨，研磨时间为12min-48h，边研磨边搅拌，即得到木质纤维素水分散液；
(3)对木质纤维素水分散液进行真空冷冻干燥处理，之后对木质纤维素进行氮化处理，得到氮化木质纤维素。
(4)采用步骤(3)得到的氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维制备环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜。
优选的是，所述步骤(2)中80-200目的木粉与水的质量比为1:40-800。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3)中真空冷冻干燥处理时，温度为-40℃--55℃，冷冻干燥时间为12h～36h。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3)中真空冷冻干燥处理时，温度为-40℃，冷冻干燥时间为36h。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3)中真空冷冻干燥处理时，温度为-45℃，冷冻干燥时间为24h。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3)中真空冷冻干燥处理时，温度为-55℃，冷冻干燥时间为12h。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3)中氮化处理的方法为：
(3.1)将木质纤维素按照1:3-6的比例添加到2-5％乙醇溶液中，以600-800r/min转速搅拌20-30min，得到木质纤维素分散液；
(3.2)向木质纤维素分散液中添加尿素，以600-800r/min转速搅拌8-10min，再添加双氧水，继续搅拌反应2小时，然后进行过滤，洗涤，干燥至恒重，即得。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3.1)中尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:4-8；所述双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:10-14，所述双氧水质量分数为8％。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3.1)中尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:4；所述双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:10。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3.1)中尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:5；所述双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:12。
上述任一方案优选的是，所述步骤(3.1)中尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:8；所述双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:14。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4)中各原料的重量份配比为氮化木质纤维素6-10份、羟丙基淀粉8-12份、羟乙基纤维素16-18份、聚乙烯7-8份和聚乳酸纤维6-12份。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4)中各原料的重量份配比为氮化木质纤维素7-9份、羟丙基淀粉9-11份、羟乙基纤维素16.5-17.5份、聚乙烯7-7.5份和聚乳酸纤维8-10份。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4)中各原料的重量份配比为氮化木质纤维素6份、羟丙基淀粉8份、羟乙基纤维素16份、聚乙烯7份和聚乳酸纤维6份。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4)中各原料的重量份配比为氮化木质纤维素7份、羟丙基淀粉9份、羟乙基纤维素16.5份、聚乙烯7份和聚乳酸纤维8份。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4)中各原料的重量份配比为氮化木质纤维素9份、羟丙基淀粉11份、羟乙基纤维素17.5份、聚乙烯7.5份和聚乳酸纤维10份。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4)中各原料的重量份配比为氮化木质纤维素10份、羟丙基淀粉12份、羟乙基纤维素18份、聚乙烯8份和聚乳酸纤维12份。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4)的具体制备方法为：
(4.1)将反应釜内升温，向反应釜中按照重量份配比投入氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维后，搅拌处理，将所有成分搅拌至熔融均匀；
(4.2)将熔融可降解材料进行双螺杆挤压处理；
(4.3)双螺杆挤压后将薄膜材料进行压制、拉伸成型，制备得到所述的复合薄膜材料。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4.1)中将反应釜内升温，温度升高至170～190℃。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4.2)中挤压时第一段温度为160～170℃，第二区间温度为170～180℃，第三区间温度为180～190℃。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4.2)中挤压时第一段温度为160℃，第二区间温度为170℃，第三区间温度为180℃。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4.2)中挤压时第一段温度为165℃，第二区间温度为175℃，第三区间温度为185℃。
上述任一方案优选的是，所述步骤(4.2)中挤压时第一段温度为170℃，第二区间温度为180℃，第三区间温度为190℃。
本发明还提供上述方法制备的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜用于外包装材料。
有益效果
本发明的制备方法制备得到的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜拉伸强度和耐热强度较好，其拉伸强度在44.2MPa至48.4MPa，将制备的可降解棉花纤维素塑料薄膜在沸水中蒸煮3h后无破损现象，提高了可降解薄膜材料的性能，实现满足市场需求的前提下，可降解，降解速度快，制备方法简单，生产成本低，便于大规模生产。安全无毒，具有良好生物相容性。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取棉花茎、叶、壳切割成段后，除杂，机械粉碎，过筛，得到100目的木粉；
(2)将100目的木粉加入到水中，木粉与水的质量比为1:40，然后进行研磨，研磨时间为10h，边研磨边搅拌，即得到木质纤维素水分散液；
(3)对木质纤维素水分散液进行真空冷冻干燥处理，真空冷冻干燥处理时，温度为-40℃，冷冻干燥时间为12h，之后对木质纤维素进行氮化处理，得到氮化木质纤维素。
氮化处理的方法为：
将木质纤维素按照1:3的比例添加到2％乙醇溶液中，以600r/min转速搅拌20min，得到木质纤维素分散液；向木质纤维素分散液中添加尿素，尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:4，以600r/min转速搅拌8min，再添加双氧水，双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:10，双氧水质量分数为8％，继续搅拌反应2小时，然后进行过滤，洗涤，干燥至恒重，即得。
(4)采用步骤(3)得到的氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维制备环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜。
各原料的重量份配比为氮化木质纤维素6份、羟丙基淀粉8份、羟乙基纤维素16份、聚乙烯7份和聚乳酸纤维6份，具体制备方法为：
(4.1)将反应釜内升温，温度升高至170℃，向反应釜中按照重量份配比投入氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维后，搅拌处理，将所有成分搅拌至熔融均匀；
(4.2)将熔融可降解材料进行双螺杆挤压处理，挤压时第一段温度为160℃，第二区间温度为170℃，第三区间温度为180℃；
(4.3)双螺杆挤压后将薄膜材料进行压制、拉伸成型，制备得到所述的复合薄膜材料。
实施例2
一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取棉花茎、叶、壳切割成段后，除杂，机械粉碎，过筛，得到150目的木粉；
(2)将150目的木粉加入到水中，木粉与水的质量比为1:150，然后进行研磨，研磨时间为24h，边研磨边搅拌，即得到木质纤维素水分散液；
(3)对木质纤维素水分散液进行真空冷冻干燥处理，真空冷冻干燥处理时，温度为-45℃，冷冻干燥时间为24h，之后对木质纤维素进行氮化处理，得到氮化木质纤维素。
氮化处理的方法为：
将木质纤维素按照1:4的比例添加到3％乙醇溶液中，以700r/min转速搅拌25min，得到木质纤维素分散液；向木质纤维素分散液中添加尿素，尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:6，以700r/min转速搅拌9min，再添加双氧水，双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:12，双氧水质量分数为8％，继续搅拌反应2小时，然后进行过滤，洗涤，干燥至恒重，即得。
(4)采用步骤(3)得到的氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维制备环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜。
各原料的重量份配比为氮化木质纤维素8份、羟丙基淀粉10份、羟乙基纤维素17份、聚乙烯7.5份和聚乳酸纤维10份，具体制备方法为：
(4.1)将反应釜内升温，温度升高至180℃，向反应釜中按照重量份配比投入氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维后，搅拌处理，将所有成分搅拌至熔融均匀；
(4.2)将熔融可降解材料进行双螺杆挤压处理，挤压时第一段温度为165℃，第二区间温度为175℃，第三区间温度为185℃；
(4.3)双螺杆挤压后将薄膜材料进行压制、拉伸成型，制备得到所述的复合薄膜材料。
实施例3
一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取棉花茎、叶、壳切割成段后，除杂，机械粉碎，过筛，得到200目的木粉；
(2)将200目的木粉加入到水中，木粉与水的质量比为1:400，然后进行研磨，研磨时间为48h，边研磨边搅拌，即得到木质纤维素水分散液；
(3)对木质纤维素水分散液进行真空冷冻干燥处理，真空冷冻干燥处理时，温度为55℃，冷冻干燥时间为36h，之后对木质纤维素进行氮化处理，得到氮化木质纤维素。
氮化处理的方法为：
将木质纤维素按照1:6的比例添加到5％乙醇溶液中，以800r/min转速搅拌30min，得到木质纤维素分散液；向木质纤维素分散液中添加尿素，尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:8，以800r/min转速搅拌10min，再添加双氧水，双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:14，双氧水质量分数为8％，继续搅拌反应2小时，然后进行过滤，洗涤，干燥至恒重，即得。
(4)采用步骤(3)得到的氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维制备环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜。
各原料的重量份配比为氮化木质纤维素10份、羟丙基淀粉12份、羟乙基纤维素18份、聚乙烯8份和聚乳酸纤维12份，具体制备方法为：
(4.1)将反应釜内升温，温度升高至190℃，向反应釜中按照重量份配比投入氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维后，搅拌处理，将所有成分搅拌至熔融均匀；
(4.2)将熔融可降解材料进行双螺杆挤压处理，挤压时第一段温度为170℃，第二区间温度为180℃，第三区间温度为190℃；
(4.3)双螺杆挤压后将薄膜材料进行压制、拉伸成型，制备得到所述的复合薄膜材料。
实施例1-3制备得到的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜拉伸强度和耐热强度较好，实施例1的拉伸强度为44.2MPa，实施例2拉伸强度为48.4MPa，实施例3拉伸强度为47.7MPa，将制备的可降解棉花纤维素塑料薄膜在沸水中蒸煮3h后均无破损现象，提高了可降解薄膜材料的性能，实现满足市场需求的前提下，可降解，降解速度快，同时制备方法简单，生产成本低，便于大规模生产。安全无毒，具有良好生物相容性。
上述实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)选取棉花茎、叶、壳切割成段后，除杂，机械粉碎，过筛，得到80-200目的木粉；
(2)将80-200目的木粉加入到水中，然后进行研磨，研磨时间为12min-48h，边研磨边搅拌，即得到木质纤维素水分散液；
(3)对木质纤维素水分散液进行真空冷冻干燥处理，之后对木质纤维素进行氮化处理，得到氮化木质纤维素；
(4)采用步骤(3)得到的氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维制备环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜。
2.根据权利要求1所述的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中80-200目的木粉与水的质量比为1:40-800。
3.根据权利要求1所述的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中真空冷冻干燥处理时，温度为-40℃--55℃，冷冻干燥时间为12h～36h。
4.根据权利要求1所述的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中氮化处理的方法为：
(3.1)将木质纤维素按照1:3-6的比例添加到2-5％乙醇溶液中，以600-800r/min转速搅拌20-30min，得到木质纤维素分散液；
(3.2)向木质纤维素分散液中添加尿素，以600-800r/min转速搅拌8-10min，再添加双氧水，继续搅拌反应2小时，然后进行过滤，洗涤，干燥至恒重，即得。
5.根据权利要求4所述的一种木质纤维素基可降解塑料薄膜制备工艺，其特征在于，所述步骤(3.1)中尿素与木质纤维素分散液重量份比为1:4-8；所述双氧水与木质纤维素分散液混合质量比为1:10-14，所述双氧水质量分数为8％。
6.根据权利要求1所述的一种木质纤维素基可降解塑料薄膜制备工艺，其特征在于，所述步骤(4)中各原料的重量份配比为氮化木质纤维素6-10份、羟丙基淀粉8-12份、羟乙基纤维素16-18份、聚乙烯7-8份和聚乳酸纤维6-12份。
7.根据权利要求1所述的一种木质纤维素基可降解塑料薄膜制备工艺，其特征在于，所述步骤(4)的具体制备方法为：
(4.1)将反应釜内升温，向反应釜中按照重量份配比投入氮化木质纤维素、羟丙基淀粉、羟乙基纤维素、聚乙烯和聚乳酸纤维后，搅拌处理，将所有成分搅拌至熔融均匀；
(4.2)将熔融可降解材料进行双螺杆挤压处理；
(4.3)双螺杆挤压后将薄膜材料进行压制、拉伸成型，制备得到所述的复合薄膜材料。
8.一种采用权利要求1-7中任一项所述的方法制备的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜。
9.一种采用权利要求1-7中任一项所述的方法制备的环保型可降解棉花纤维素塑料薄膜用于外包装材料。
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