CN1453303A - 淀粉生物全降解薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种淀粉生物全降解薄膜及其制备方法。该薄膜按重量由5～70％的淀粉多糖水解产物、0.2～3％的天然胶水解产物、18～85％的聚乙烯醇、0.2～0.3％的交联剂以及8～14％的水份组成。其制备方法包括如下步骤：1)按比例将淀粉多糖、天然胶和水混匀，加入适量多糖酶进行水解，得到多糖水溶胶液；2)将聚乙烯醇和适量的水混合，水浴溶解，得到聚乙烯醇水溶胶液；3)上述将多糖水溶胶液和聚乙烯醇水溶胶液混匀，加入适量交联剂混炼，形成混合溶胶；4)将上述混合溶胶通过干法流涎成膜，再经过干燥、拉伸和热定型处理，使其最终含水量为膜重量的8～14％即可。该薄膜既具有化学塑料薄膜的各种优良性能，又能被土壤中的微生物完全分解快速吸收，同时其制作成本极为低廉。

Description

淀粉生物全降解薄膜及其制备方法

                      技术领域

本发明涉及一种化学塑料薄膜的替代品，具体地指一种淀粉生物全降解薄膜及其制备方法。

                      背景技术

化学塑料的诞生曾被誉为二十世纪的一次革命，但它的广泛应用也形成了公认的白色污染。研究表明：化学塑料废弃物在自然环境中经过七十年都难以降解，这给江河湖泊和陆地造成了严重的污染，对自然环境造成了极大的危害。如废弃的农用化学塑料薄膜年复一年地积累在田间，可破坏衣作物土壤的结构，影响农作物根系的发育，造成农作物大幅减产。经测试农田连续五年使用化学塑料地膜，每亩农田中残留的地膜塑料废渣将达二十公斤以上，可造成农作物减产百分之二十左右。为了解决上述化学塑料薄膜的污染问题，人们一直在努力寻找能有效取代它的替代品。有些科学工作者基于以纤维素为主要生产原料的纸制品在自然界中可完全被微生物降解的原理，曾设想用纸张制品来代替化学塑料薄膜制品。然而纸张的生产要消耗大量的木材，导致森林大面积被砍伐，造成生态环境的恶化；纸张的生产也会产生大量的有机废水，污染江河湖海。而且纸张的强度低，造价高，特别是透光性太差，用其代替化学塑料薄膜满足不了用途和数量方面的要求。也有些研究人员设计用聚乙烯、改性淀粉和完敏物质作填充料来生产半降解薄膜，以利用改性淀粉等组份的生物降解特性来加快薄膜的腐烂和分解。但由于这种薄膜中的聚乙烯不会被生物降解，其残留所造成的白色污染仍不能根除，因而这种半降解薄膜的使用也受到了很大的限制。还有些科研单位选用改性淀粉与聚乙烯醇混炼，制作出以改性淀粉和聚乙烯醇混合物为主料的可降解薄膜，但在生产过程中淀粉原料和聚乙烯醇原料两者易分相，使得此类薄膜成品率较低，质量也很不稳定，且其机械力学强度较差，往往达不到实用的要求。而美、欧等国家先利用人工培菌的方法生产高分子化合物如黄原胶、聚β-羟基丁酸等，再利用这些高分子化合物来小批量生产生物全降解薄膜。这种方法虽然可以做到根除白色污染，但其投资额巨大、生产成本昂贵，令人望洋兴叹。

                      发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术中存在的不足，提供一种淀粉生物全降解薄膜及其制备方法，使得用该方法制备出的薄膜既具有化学塑料薄膜的各种优良性能，又能被土壤中的微生物完全分解快速吸收，同时其制作成本极为低廉。

为实现此目的，本发明所研制的淀粉生物全降解薄膜，按重量由5～70％的淀粉多糖水解产物、0.2～3％的天然胶水解产物、18～85％的聚乙烯醇、0.2～0.3％的交联剂以及8～14％的水份组成。上述淀粉多糖水解产物和天然胶水解产物可以优选淀粉多糖和天然胶在α-淀粉酶作用下所形成的不完全水解产物。上述淀粉多糖水解产物的原料可以优选玉米或小麦淀粉，天然胶水解产物的原料可以优选卡拉胶或海藻酸钠或黄原胶，交联剂可以优选戊二醛或乙二醛或环氧丙烷。

上述淀粉生物全降解薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)按比例将淀粉多糖、天然胶和水混合均匀，加入适量的多糖酶进行水解，得到多糖水溶胶液；

2)将聚乙烯醇和适量的水混合，水浴溶解，得到聚乙烯醇水溶胶液；

3)将上述多糖水溶胶液和聚乙烯醇水溶胶液混合均匀，加入适量的交联剂混炼，形成混合溶胶；

4)将上述混合溶胶通过干法流涎成膜，再经过干燥、拉伸和热定型处理，使其最终含水量为膜重量的8～14％即可。

其中，可在步骤1)中优选α-淀粉酶进行水解，当取样在35℃的条件下检测水解液的粘度达26Pa·S时终止水解反应，得到不完全水解的多糖水溶胶液。

本发明的优点在于：成膜物质所采用的淀粉多糖水解产物具有比未经水解的高分子量淀粉多糖小得多的分子结构和高得多的分子大小均衡度，非常有利于与辅料交联，克服了淀粉多糖直接成膜脆性大、透明度低的不足；所采用的聚乙烯醇辅料具有良好的水成胶能力，它与淀粉多糖水解产物交联可增强成膜的机械强度，提高成膜的热封性能；所采用的天然胶水解产物在成膜过程中与淀粉多糖水解产物具有良好的协同作用，也可促进成膜机械力学强度的提高；而所采用的交联剂可将淀粉多糖水解产物和天然胶水解产物与聚乙烯醇牢固地交联在一起，形成立体网状结构，避免了上述水解产物与聚乙烯醇混合后易分相的缺陷，使得所形成的薄膜不仅材料分布均匀，而且其机械力学强度也可大幅提高。同时，选择玉米或小麦淀粉等产量巨大、价格低廉、易于获得的天然多糖作为水解原料，可以大幅降低薄膜的生产成本。选择价格低廉而且耐高温的α-淀粉酶对原料进行不完全水解，水解过程易于控制，容易获得分子量大小较为均衡寡糖水解产物，不会发生水解控制不当而形成单糖的问题，可确保成膜质量完好，生产成本进一步降低。而选择戊二醛等不同的交联剂可以适应薄膜用于食品包装、农用地膜等不同领域的需要。经检测表明：上述淀粉多糖水解产物和天然胶水解产物具有非常接近的三维空间结构和差异很小寡糖支链，这些糖链具有许多亲水基团，其亲水性能极强，完全可被自然界微生物降解。上述聚乙烯醇是化学合成的高分子化合物，也具有良好的亲水性能，能被自然界微生物快速完全分解，且对人体无毒无害。因而，本发明的淀粉生物全降解薄膜既具有聚乙烯类化学塑料薄膜的各种优良性能，又能被土壤中的微生物快速分解吸收。

                      具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：一种淀粉生物全降解薄膜，按重量由5％的玉米淀粉多糖水解产物、0.2％的卡拉胶水解产物、0.229％的戊二醛、80.571％的聚乙烯醇以及14％的水份组成。

实施例2：一种淀粉生物全降解薄膜，按重量由70％的玉米淀粉多糖水解产物、3％的海藻酸钠水解产物、0.245％的乙二醛、18.755％的聚乙烯醇以及8％的水份组成。

实施例3：一种淀粉生物全降解薄膜，按重量由35％的小麦淀粉多糖水解产物、0.75％的黄原胶水解产物、0.235％的环氧丙烷、54.015％的聚乙烯醇以及10％的水份组成。

上述淀粉生物全降解薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)按实施例中的比例取玉米淀粉或小麦淀粉，卡拉胶或海藻酸钠或黄原胶，与水混合均匀，再加入适量的α-淀粉酶，在37～90℃的温度下进行水解。当取样在35℃的条件下检测水解液的粘度达26Pa·S时，升温至100℃中止水解反应，并通过100目网筛过滤，得到不完全水解的多糖水溶胶液。

2)将18-99型聚乙烯醇和适量的水混合，100℃水浴溶解，得到聚乙烯醇水溶胶液。

3)将上述不完全水解的多糖水溶胶液和聚乙烯醇水溶胶液混合均匀，按实施例中的比例加入戊二醛或乙二醛或环氧丙烷溶液，在40℃的温度下保温交联24小时，形成混合溶胶。

4)将上述混合溶胶减压脱泡后，通过喷唇流涎，涂布在经硅化处理过的光洁无端不锈钢带成膜机上，在80℃的温度下热风干燥成膜。脱膜后再经纵横双向拉伸处理，在150℃的温度下快速干热定型，使其最终含水量为膜重量的8～14％即可。

根据需要还可在所成薄膜表面喷涂聚丁酸丁二酯或食用腊等物质，形成各种不同用途的薄膜。

按上述方法，通过控制相应组份的用量，即可得到其它组份含量的淀粉生物全降解薄膜

实施例4：先在1000克玉米淀粉或小麦淀粉中，加入50克卡拉胶或海藻酸钠，混合均匀，加入含有1000万活性单位的α-淀粉酶水溶液6500毫升，搅拌混匀，在60℃的温度下进行水解，控制水解时间为100分钟，得到粘稠糖浆状胶液。该胶液经100目网筛过滤，除去其中的杂质，得到主料多糖水溶胶液。

其次在450克聚乙烯醇中加入3600毫升水，100℃水浴，直至聚乙烯醇完全溶解，得到辅料聚乙烯醇水溶胶液。

然后将上述主料多糖水溶胶液与辅料聚乙烯醇水溶胶液充分混合，冷却至40℃，加入8毫升重量体积比为50％的戊二醛溶液，混合均匀，40℃保温24小时，得到混合溶胶。

再将混合溶胶减压脱泡，经喷唇计量喷出，流涎在光洁的无端不锈钢带成膜机上，鼓入80℃的热风干燥成膜，使成膜的含水量控制在15～18％之间。脱膜后经纵横双向拉伸，150℃热定型片刻后快速风冷，使其最终含水量控制在8～14％之间。

最后根据薄膜用途的差异，选择喷涂聚丁酸丁二酯或食用腊等方法作表面处理，以增加其防水防潮能力。薄膜卷入卷轴上，压辊压平，包装即得成品。

为了使薄膜在干燥后容易从成膜机上的无端不锈钢带上剥离下来，无端不锈钢带在投入使用前应采用硅化剂处理。具体处理方法如下：将成膜机的无端不锈钢带安装入成膜机后，用宽度为10厘米的板刷将市售的硅化液横向涂刷在钢带表面，涂刷方式为每10厘米宽间隔10厘米，在100℃下烘干即可使用。这样不锈钢带上所形成的薄膜既可受到钢带一定的拉伸作用，又容易从其上剥离下来，可优化成膜质量。

Claims (7)

1.一种淀粉生物全降解薄膜，按重量由5～70％的淀粉多糖水解产物、0.2～3％的天然胶水解产物、18～85％的聚乙烯醇、0.2～0.3％的交联剂以及8～14％的水份组成。

2.根据权利要求1所述的淀粉生物全降解薄膜，其特征在于：所说的淀粉多糖水解产物和天然胶水解产物是淀粉多糖和天然胶在α-淀粉酶作用下形成的不完全水解产物。

3.根据权利要求1或2所述的淀粉生物全降解薄膜，其特征在于：所说的淀粉多糖水解产物的原料选用玉米或小麦淀粉，所说的天然胶水解产物的原料选用卡拉胶或海藻酸钠或黄原胶。

4.根据权利要求1或2所述的淀粉生物全降解薄膜，其特征在于：所说的交联剂选用戊二醛或乙二醛或环氧丙烷。

5.根据权利要求3所述的淀粉生物全降解薄膜，其特征在于：所说的交联剂选用戊二醛或乙二醛或环氧丙烷。

6.一种权利要求1所述淀粉生物全降解薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1)按比例将淀粉多糖、天然胶和水混合均匀，加入适量的多糖酶进行水解，得到多糖水溶胶液；

2)将聚乙烯醇和适量的水混合，水浴溶解，得到聚乙烯醇水溶胶液；

3)将上述多糖水溶胶液和聚乙烯醇水溶胶液混合均匀，加入适量的交联剂混炼，形成混合溶胶；

4)将上述混合溶胶通过干法流涎成膜，再经过干燥、拉伸和热定型处理，使其最终含水量为膜重量的8～14％即可。

7.根据权利要求6所述的淀粉生物全降解薄膜的制备方法，其特征在于：所说的步骤1)中选用α-淀粉酶进行水解，当取样在35℃的条件下检测水解液的粘度达26Pa·S时终止水解反应，得到不完全水解的多糖水溶胶液。