TWI798154B - 纖維素類生物基材料的製備方法及含該材料的高阻隔全生物降解包裝瓶 - Google Patents

纖維素類生物基材料的製備方法及含該材料的高阻隔全生物降解包裝瓶 Download PDF

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Abstract

一種纖維素類生物基材料的製備方法，該纖維素類生物基材料原料組成成分，按重量份數由以下比例組成：氮化木質纖維素50~100份，奈米纖維素60~90份，聚乙烯醇20~30份，殼聚糖5~10份，甲基纖維素3~5份，消泡劑0.5~1.0份，增塑劑2~3份，甘油10~15份，熱穩定劑0.1~0.2份，防黴劑0.1~1份，水0~30份。本發明還包括上述纖維素類生物基材料的製備方法，以及用該材料製備的包裝瓶。本發明製備的包裝瓶，具有防黴、抗菌、耐熱、高阻隔、全降解的性能。

Description

纖維素類生物基材料的製備方法及含該材料的高阻隔全生物降解包裝瓶
本發明屬於可降解包裝瓶加工技術領域，具體涉及一種纖維素類生物基材料的製備方法及含該材料的高阻隔全生物降解包裝瓶。
目前的包裝瓶大都採用聚乙烯、聚酯為原料，這些包裝瓶，存在對氣體的透氣性阻隔性能、對濕度的阻隔性能的差異，且對於透氣量、透氧量的阻隔都需要進一步的提升；但是人們在研究如何降低透氣量、透氧量時，使用了大量的不可降解生物材料，如果人們隨意亂扔，就會造成環境污染，影響城市景觀。隨意丟棄和難以降解是造成白色污染的主要原因。白色污染不僅僅是視覺上的，更多的是對環境的壓力和對其處理的高成本，不利於可持續發展。
生物降解塑料是指利用環境中的溫度、濕度、礦物質和微生物(如細菌、真菌、藻類等)將聚合物材料水解或酶解為低分子物質，再由微生物吞噬完全分解，所分解的產物和殘留對環境沒有任何危害，從而引起了人們的高度關注，世界各國競相發展生物降解塑料。目前發現的生物降解塑料有很多，但均因其自身或多或少的缺陷而極大限制了其作為材料單獨使用的大規模應用。對生物降解材料進行共混改性，選取性能合適的生物降解材料組份，調節生物降解材料組份之間的配比，改善生物降解材料之間的相容性和採取適宜的材料加工手段，可以在各個生物降解材料之間 取長補短，開發出高性能的包裝瓶，這是目前包裝瓶領域的熱點研究問題。
本發明的目的在於提供一種纖維素類生物基材料的製備方法及含有該材料的高阻隔全生物降解包裝瓶，該纖維素類生物基材料的主要組分均可以全生物降解，製備的包裝瓶，具有防黴、抗菌、耐熱、高阻隔、基本全生物降解的優點。
為了實現上述目的，本發明提供了一種纖維素類生物基材料的製備方法，該纖維素類生物基材料原料組成成分按重量份數由以下比例組成：氮化木質纖維素50~100份，奈米纖維素60~90份，聚乙烯醇20~30份，殼聚糖5~10份，甲基纖維素3~5份，消泡劑0.5~1.0份，增塑劑2~3份，甘油10~15份，熱穩定劑0.1~0.2份，防黴劑0.1~1份，水0~30份。上述纖維素類生物基材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將上述重量份的氮化木質纖維素，奈米纖維素，聚乙烯醇和殼聚糖，依次加入高速混合機中攪拌1~3h，混合均勻；(2)將上述重量份的甲基纖維素，消泡劑，增塑劑，甘油，熱穩定劑，防黴劑和水，依次加入高速混合機中攪拌1~3h，混合均勻；(3)將步驟(1)和步驟(2)得到的混合物，脫色、真空除水後，依次加入高速混合機中攪拌1~2h，混合均勻後，用80~130℃平面板熱壓2~6h後，得到纖維素類生物基材料。
進一步地，上述氮化木質纖維素的製備方法，包括以下步驟：(1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到 210~280目的木粉；(2)將210~280目的木粉加入到水和乙醇質量比為100比5的混合溶液中，保持溫度在25℃~40℃之間，然後進行攪拌研磨，時間為1h-5h，即得到木質纖維素分散液；(3)在木質纖維素分散液中添加尿素，加熱至65-74℃，攪拌均勻後，再添加過氧乙酸或者過碳酸醯胺，繼續攪拌反應2小時，然後進行過濾，洗滌，乾燥至恆重，得到氮化木質纖維素。
進一步地，上述防黴劑為檸檬酸、香樟精油和孟宗竹提取物中的至少一種。
進一步地，上述防黴劑為孟宗竹提取物。
進一步地，上述奈米纖維素的製備方法，包括以下步驟：(1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到210~280目的木粉；(2)將木粉與質量百分含量為62~65%的硫酸混合，攪拌均勻，得到木粉硫酸混合液；(3)將步驟(2)得到的混合液在光波反應器中預處理，反應溫度60℃，處理時間30min：(4)將經過光波預處理的反應混合液體在65~70℃下，添加5%的氯化鈣溶液，水解2個小時；(5)將水解後的混合液體，離心、過濾、洗滌；(6)將洗滌後固體真空乾燥後，用超聲波粉碎，篩分，得到奈米纖維素。
進一步地，上述消泡劑為聚二甲基矽氧烷，增塑劑為環氧大豆油，熱穩定劑為磷酸三苯酯。
通過採用上述原材料優選，本發明的纖維素類生物基材料主要組分為基本可以全生物降解的氮化木質纖維素，奈米纖維素，聚乙烯醇和殼聚糖等的特定比例配合，配以本發明獨特的製備工藝，誘導纖維素分子鏈的重排，使得各成分的結合更加緊密，促進纖維素網格結構之間形成緻密的奈米纖維，阻隔空氣和水分的透入；且本發明製備的纖維素類生物基材料基本可以全生物降解，綠色環保性能顯著提高，通過添加熱穩定劑，本發明的包裝瓶的耐熱溫度可以提高到120℃以上；通過添加防黴劑，本發明的包裝瓶防黴抗菌性能顯著提高，防黴等級均為0或者1級。
本發明還提供一種利用上述纖維素類生物基材料製備的高阻隔全生物降解包裝瓶，其製備方法包括以下步驟；(1)將上述纖維素類生物基材料在儲料倉內減壓處理1-2小時脫氣，然後用擠出設備擠出加工得到母粒；(2)將步驟(1)得到的母粒，經擠出或注塑成型後，得到管狀型坯，趁熱或加熱到軟化狀態，吹塑置於合模中；(3)模具合模冷卻定型，開模後成品進入副模，在副模內切口去邊，製得包裝瓶。
本發明製得的包裝瓶，由於原材料的優異性能和先進的製備工藝，使得本發明製備的安全瓶，具有防黴、抗菌、耐熱、高阻隔的性能，使用後的包裝瓶能夠幾乎全部降解形成小分子，並在光、氧氣以及微生物的共同作用下分解形成二氧化碳和水，對環境的污染性大大降低，有利於 提高與生物相容性。
本發明的包裝瓶可以廣泛應用於化工、化妝品、食品、醫藥等領域。
下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例1
一種纖維素類生物基材料的製備方法，該纖維素類生物基材料原料組成成分按重量份數由以下比例組成：氮化木質纖維素50份，奈米纖維素60份，聚乙烯醇20份，殼聚糖5份，甲基纖維素3份，聚二甲基矽氧烷0.5份，環氧大豆油2份，甘油10份，磷酸三苯酯0.1份，檸檬酸0.1份。
上述纖維素類生物基材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將上述重量份的氮化木質纖維素，奈米纖維素，聚乙烯醇和殼聚糖，依次加入高速混合機中攪拌1h，混合均勻；(2)將上述重量份的甲基纖維素，消泡劑，增塑劑，甘油，熱穩定劑和防黴劑，依次加入高速混合機中攪拌1h，混合均勻；(3)將步驟(1)和步驟(2)得到的混合物，脫色、真空除水後，依次加入高速混合機中攪拌1~2h，混合均勻後，用80~130℃平面板熱壓2~6h後，得到纖維素類生物基材料。
上述氮化木質纖維素的製備方法，包括以下步驟：(1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到210~280目的木粉；(2)將210~280目的木粉加入到水和乙醇質量比為100比5的混合溶液中，保持溫度在25~30℃之間，然後進行攪拌研磨，時間為1h，即得到木質纖維素分散液；(3)在木質纖維素分散液中添加尿素，加熱至65-70℃，攪拌均勻後，再添加過氧乙酸，繼續攪拌反應2小時，然後進行過濾，洗滌，乾燥至恆重，得到氮化木質纖維素。
上述奈米纖維素的製備方法，包括以下步驟：(1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到210~280目的木粉；(2)將木粉與質量百分含量為62~65%的硫酸混合，攪拌均勻，得到木粉硫酸混合液；(3)將步驟(2)得到的混合液在光波反應器中預處理，反應溫度60℃，處理時間30min；(4)將經過光波預處理的反應混合液體在65~70℃下，添加5%的氯化鈣溶液，水解2個小時；(5)將水解後的混合液體，離心、過濾、洗滌；(6)將洗滌後固體真空乾燥後，用超聲波粉碎，篩分，得到奈米纖維素。
利用上述纖維素類生物基材料製備的包裝瓶，其製備方法包 括以下步驟：(1)將上述纖維素類生物基材料在儲料倉內減壓處理1-2小時脫氣，然後用擠出設備擠出加工得到母粒；(2)將步驟(1)得到的母粒，經擠出或注塑成型後，得到管狀型坯，趁熱或加熱到軟化狀態，吹塑置於合模中；(3)模具合模冷卻定型，開模後成品進入副模，在副模內切口去邊，製得包裝瓶。
實施例2
一種纖維素類生物基材料的製備方法，該纖維素類生物基材料原料組成成分按重量份數由以下比例組成：氮化木質纖維素90份，奈米纖維素90份，聚乙烯醇30份，殼聚糖10份，甲基纖維素4份，聚二甲基矽氧烷1份，環氧大豆油3份，甘油15份，磷酸三苯酯0.2份，香樟精油和孟宗竹提取物的混合物1份，水25份。
上述纖維素類生物基材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將上述重量份的氮化木質纖維素，奈米纖維素，聚乙烯醇和殼聚糖，依次加入高速混合機中攪拌3h，混合均勻；(2)將上述重量份的甲基纖維素，消泡劑，增塑劑，甘油，熱穩定劑，防黴劑和水，依次加入高速混合機中攪拌3h，混合均勻；(3)將步驟(1)和步驟(2)得到的混合物，脫色、真空除水後，依次加入高速混合機中攪拌1~2h，混合均勻後，用80~130℃平面板熱壓2~6h後，得到纖維素類生物基材料。
上述氮化木質纖維素的製備方法，包括以下步驟： (1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到210~280目的木粉；(2)將210~280目的木粉加入到水和乙醇質量比為100比5的混合溶液中，保持溫度在35~40℃之間，然後進行攪拌研磨，時間為5h，即得到木質纖維素分散液；(3)在木質纖維素分散液中添加尿素，加熱至69-74℃，攪拌均勻後，再添加過氧乙酸，繼續攪拌反應2小時，然後進行過濾，洗滌，乾燥至恆重，得到氮化木質纖維素。
其中，奈米纖維素和包裝瓶的製備方法同實施例1。
實施例3
一種纖維素類生物基材料的製備方法，該纖維素類生物基材料原料組成成分按重量份數由以下比例組成：氮化木質纖維素80份，奈米纖維素70份，聚乙烯醇25份，殼聚糖8份，甲基纖維素4份，聚二甲基矽氧烷1份，環氧大豆油3份，甘油15份，磷酸三苯酯0.3份，孟宗竹提取物0.5份，水10份。
上述纖維素類生物基材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將上述重量份的氮化木質纖維素，奈米纖維素，聚乙烯醇和殼聚糖，依次加入高速混合機中攪拌2h，混合均勻；(2)將上述重量份的甲基纖維素，消泡劑，增塑劑，甘油，熱穩定劑，防黴劑和水，依次加入高速混合機中攪拌2h，混合均勻；(3)將步驟(1)和步驟(2)得到的混合物，脫色、真空除水後，依次加入高速混合機中攪拌1~2h，混合均勻後，用80~130℃平面板熱壓2~6h後，得到纖維素類生物基材料。
上述氮化木質纖維素的製備方法，包括以下步驟：(1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到210~280目的木粉：(2)將210~280目的木粉加入到水和乙醇質量比為100比5的混合溶液中，保持溫度在35~40℃之間，然後進行攪拌研磨，時間為3h，即得到木質纖維素分散液；(3)在木質纖維素分散液中添加尿素，加熱至69-74℃，攪拌均勻後，再添加過氧乙酸，繼續攪拌反應2小時，然後進行過濾，洗滌，乾燥至恆重，得到氮化木質纖維素。
其中，奈米纖維素和包裝瓶的製備方法同實施例1。
對比例1
一種包裝瓶的製備方法，該包裝瓶原材料組成成分按重量份數由以下比例組成：聚乙烯100份，消泡劑0.5~1.0份，增塑劑2~3份，包裝瓶的製備方法同實施例1。
性能測試
對以上實施例和對比例製得的包裝瓶進行性能測試，測試結果見表1。
Figure 111133761-A0305-02-0011-1
以上資料表明，由於採用獨特的原材料和特殊的製備工藝過 程，使得本發明製備的包裝瓶的氧氣通過量，水蒸氣透過量，耐壓強度等指標均明顯優於對比例，本發明採用可降解的原材料，使得本發明製得的包裝瓶降解率為98%；採用熱穩定劑磷酸三苯酯後，本發明製得的包裝瓶熱穩定性顯著提高，耐熱溫度提高到120℃以上，但是添加量沒有隨著添加量的增加對包裝瓶的熱穩定性而增加，0.2份的添加量為最合適的量；添加防黴劑孟宗竹提取物後，本發明的安全瓶防黴等級均為0級，表明在本發明中孟宗竹提取物的防黴效果更好。
以上所述僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是在本發明的構思下，利用本發明說明書所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護範圍內。

Claims (5)

  1. 一種含有纖維素類生物基材料的高阻隔全生物降解包裝瓶，其特徵在於，其製備方法包括以下步驟：(1)將纖維素類生物基材料在儲料倉內減壓處理1-2小時脫氣，然後用擠出設備擠出加工得到母粒；(2)將步驟(1)得到的母粒，經擠出或注塑成型後，得到管狀型坯，趁熱或加熱到軟化狀態，吹塑置於合模中；(3)模具合模冷卻定型，開模後成品進入副模，在副模內切口去邊，製得包裝瓶；所述纖維素類生物基材料由如下重量份的原料製備而成，氮化木質纖維素50~100份，奈米纖維素60~90份，聚乙烯醇20~30份，殼聚糖5~10份，甲基纖維素3~5份，消泡劑0.5~1.0份，增塑劑2~3份，甘油10~15份，熱穩定劑0.1~0.2份，防黴劑0.1~1份，水0~30份，所述纖維類生物基材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將上述重量份的氮化木質纖維素，奈米纖維素，聚乙烯醇和殼聚糖，依次加入高速混合機中攪拌1~3h，混合均勻；(2)將上述重量份的甲基纖維素，消泡劑，增塑劑，甘油，熱穩定劑，防黴劑和水，依次加入高速混合機中攪拌1~3h，混合均勻；(3)將步驟(1)和步驟(2)得到的混合物，脫色、真空除水後，依次加入高速混合機中攪拌1~2h，混合均勻後，用80~130℃平面板熱壓2~6h後，得到纖維素類生物基材料；所述氮化木質纖維素的製備方法，包括以下步驟： (1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到210~280目的木粉；(2)將210~280目的木粉加入到水和乙醇質量比為100比5的混合溶液中，保持溫度在25~40℃之間，然後進行攪拌研磨，時間為1h-5h，即得到木質纖維素分散液；(3)在木質纖維素分散液中添加尿素，加熱至65-74℃，攪拌均勻後，再添加過氧乙酸或者過碳酸醯胺，繼續攪拌反應2小時，然後進行過濾，洗滌，乾燥至恆重，得到氮化木質纖維素。
  2. 如請求項1所述之含有纖維素類生物基材料的高阻隔全生物降解包裝瓶，其中，所述奈米纖維素的製備方法，包括以下步驟：(1)選取棉花或玉米莖切割，除雜，粉碎，過篩，得到210~280目的木粉；(2)將木粉與質量百分含量為62~65%的硫酸混合，攪拌均勻，得到木粉硫酸混合液；(3)將步驟(2)得到的混合液在光波反應器中預處理，反應溫度60℃，處理時間30min；(4)將經過光波預處理的反應混合液體在65~70℃下，添加5%的氯化鈣溶液，水解2個小時；(5)將水解後的混合液體，離心、過濾、洗滌；(6)將洗滌後固體真空乾燥後，用超聲波粉碎，篩分，得到奈米纖維素。
  3. 如請求項1所述之含有纖維素類生物基材料的高阻隔全生 物降解包裝瓶，其中，所述消泡劑為聚二甲基矽氧烷，增塑劑為環氧大豆油，熱穩定劑為磷酸三苯酯。
  4. 如請求項1所述之含有纖維素類生物基材料的高阻隔全生物降解包裝瓶，其中，所述防黴劑為檸檬酸、香樟精油和孟宗竹提取物中的至少一種。
  5. 如請求項4所述之含有纖維素類生物基材料的高阻隔全生物降解包裝瓶，其特徵在於：所述防黴劑為孟宗竹提取物。
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