專(zhuān)利名稱(chēng)：一種淀粉-木質(zhì)素膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淀粉-木質(zhì)素膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著石油資源的日益短缺和廢棄的包裝膜對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重破壞，開(kāi)發(fā)來(lái)自可再生資源的生物降解型高分子材料已成為包裝工業(yè)界研究的熱點(diǎn)，更是實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)、 環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。淀粉具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、可再生、可生物降解并且降解產(chǎn)物對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害等優(yōu)點(diǎn)，符合環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是制備可生物降解包裝材料的理想原料，而我國(guó)具有充足的淀粉資源，是玉米淀粉的第二生產(chǎn)大國(guó)。近年來(lái)，在科研領(lǐng)域?qū)Φ矸刍山到饽さ难芯糠浅；钴S，但淀粉基可降解膜存在耐水性差，濕強(qiáng)度低的問(wèn)題，在潮濕環(huán)境下還會(huì)發(fā)生部分溶解，使其在食品包裝業(yè)的應(yīng)用受到了很大的限制。為了擴(kuò)展淀粉基膜材料在特殊或極限條件下的應(yīng)用范圍，可通過(guò)將淀粉與疏水性材料混合，來(lái)降低材料的吸濕性。木質(zhì)素是一種由苯丙烷基單元通過(guò)醚鍵和碳碳鍵連接而成的聚酚類(lèi)天然高分子， 在自然界中的儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素，而且每年都以500億噸的速度再生。制漿造紙工業(yè)每年要從植物中分離出大約14億噸纖維素，同時(shí)得到5000萬(wàn)噸左右的木質(zhì)素副產(chǎn)品。但迄今為止，超過(guò)95%的木質(zhì)素仍以“黑液”形式濃縮后被燒掉，很少得到有效利用，由此引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題也一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但尚未得到很好的解決。木質(zhì)素具有熱塑性，疏水性和良好的機(jī)械性能，同時(shí)作為天然高分子材料，它還具有生物可降解性，這些性質(zhì)特點(diǎn)為木質(zhì)素與淀粉共混制備完全可降解的淀粉-木質(zhì)素復(fù)合膜材料提供了有利條件。Baumberger ^t 2002白勺《Chemical Modification, Properties, and Usage of Lignin》(Thomas Q. Hu,Kluwer Academic/plenum Publishers,New York,2002,1-20.) 中編寫(xiě)的第一章“March-lignin films”，對(duì)淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法、熱力學(xué)性質(zhì)、淀粉與木質(zhì)素的相互作用機(jī)制和淀粉-木質(zhì)素共混物潛在應(yīng)用前景等進(jìn)行了綜述。文中總結(jié)了 BaumbergeiNChiellini和Lourdin等人的研究成果。研究結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)矸叟c堿木質(zhì)素采用熔融擠出法制成膜材料時(shí)，隨堿木質(zhì)素用量的增大，淀粉-木質(zhì)素膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都逐漸增大，當(dāng)質(zhì)量比為8 2時(shí)，都達(dá)到極大值，拉伸強(qiáng)度為17MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1. 35% ；采用流延法制成的淀粉-堿木質(zhì)素膜，隨堿木質(zhì)素用量的增大，膜材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率也逐漸增大，當(dāng)質(zhì)量比為8 2時(shí)，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都達(dá)到極大值， 分別為2. 和2%，膜材料的吸水率為49%，研究結(jié)果表明，堿木質(zhì)素的添加使淀粉基膜材料吸濕性下降，尺寸穩(wěn)定性提高。文中還提出，目前廣泛使用的增塑劑為甘油，在膜加工過(guò)程中會(huì)引起的共混液中相分離現(xiàn)象發(fā)生。因此現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜存在拉伸強(qiáng)度低、斷裂伸長(zhǎng)率、吸水率高，且制備方法中采用甘油增塑劑使共混液中出現(xiàn)相分離現(xiàn)象的問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜存在拉伸強(qiáng)度低、斷裂伸長(zhǎng)率低、 吸水率高，且在膜加工過(guò)程存在共混液中出現(xiàn)相分離現(xiàn)象的問(wèn)題，而提供一種淀粉-木質(zhì)素膜及其制備方法。一種淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由50 95份玉米淀粉、5 50份木質(zhì)素磺酸鈉、 增塑劑和溶劑制備而成；所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(1 9) 9;所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(14 20) 1。一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、備料首先按重量份數(shù)稱(chēng)取50 95份玉米淀粉和5 50份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；二、共混將步驟一制備的混合液水浴加熱至85 95°C，然后在 300 700r/min下攪拌1 3h，使混合液中的各組分實(shí)現(xiàn)共混，得到共混液；三、成膜將步驟二制備的共混液靜置脫氣2 lOmin，最后在有機(jī)玻璃板上流延成膜，并60 80°C下干燥1 3h，即得到完全可降解熱塑型材料淀粉-木質(zhì)素膜；步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(1 9) 9;步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(14 20) 1。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明制備的淀粉-木質(zhì)素膜的拉伸強(qiáng)度為30 60MPa，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比提高了 13 43MPa ；二、本發(fā)明制備的淀粉-木質(zhì)素膜的斷裂伸長(zhǎng)率為10% 35%，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比提高了 8. 65% 34. 65% ；三、本發(fā)明制備的淀粉-木質(zhì)素膜的吸水率為35% 45%，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比降低了 8% 四％ ；四、從我國(guó)淀粉儲(chǔ)量特點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明采用玉米淀粉與木質(zhì)素磺酸鈉共混，制備淀粉-木質(zhì)素膜可以降低生產(chǎn)成本；五、本發(fā)明采用高分子增塑劑山梨醇替代甘油，并且以蒸餾水作為溶劑，使制得的膜材料不存在油水分離的現(xiàn)象；六、 本發(fā)明制備的淀粉-木質(zhì)素膜在90°C以下熱性能穩(wěn)定，可以正常使用；且本發(fā)明制備的淀粉-木質(zhì)素膜是完全可降的。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式一種淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由50 95份玉米淀粉、5 50份木質(zhì)素磺酸鈉、增塑劑和溶劑制備而成。所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(1 9) 9 ；所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(14 20) 1。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的厚度為0. 1 0. 2mm。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的拉伸強(qiáng)度為30 60MPa，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比提高了 13 43MPa。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的斷裂伸長(zhǎng)率為10% 35%，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比提高了 8. 65% 34. 65%。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的吸水率為35% 45%，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比降低了 8 % 四％。從我國(guó)淀粉儲(chǔ)量特點(diǎn)出發(fā)，本實(shí)施方式采用玉米淀粉與木質(zhì)素磺酸鈉共混，制備淀粉-木質(zhì)素膜可以降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是所述的增塑劑為山梨醇；所述的溶劑為蒸餾水。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
本實(shí)施方式采用高分子增塑劑山梨醇替代甘油，并且以蒸餾水作為溶劑，使制得的膜材料不存在油水分離的現(xiàn)象。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二之一的不同點(diǎn)是淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由90份玉米淀粉、10份木質(zhì)素磺酸鈉、增塑劑和溶劑制備而成；所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為8 9 ；所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一的不同點(diǎn)是淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由70份玉米淀粉、30份木質(zhì)素磺酸鈉、增塑劑和溶劑制備而成；所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為7 9 ；所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。其它與具體實(shí)施方式
一至三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、備料首先按重量份數(shù)稱(chēng)取50 95份玉米淀粉和5 50份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；二、共混將步驟一制備的混合液水浴加熱至85 95°C，然后在300 700r/min下攪拌1 池，使混合液中的各組分實(shí)現(xiàn)共混， 得到共混液；三、成膜將步驟二制備的共混液靜置脫氣2 lOmin，最后在有機(jī)玻璃板上流延成膜，并60 80°C下干燥1 3h，即得到淀粉-木質(zhì)素膜。本實(shí)施方式步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(1 9) 9 ；本實(shí)施方式步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(14 20) 1。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的厚度為0. 1 0. 2mm。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的拉伸強(qiáng)度為30 60MPa，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比提高了 13 43MPa。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的斷裂伸長(zhǎng)率為10% 35%，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比提高了 8. 65% 34. 65%。本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的吸水率為35% 45%，與現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜相比降低了 8 % 四％。從我國(guó)淀粉儲(chǔ)量特點(diǎn)出發(fā)，本實(shí)施方式采用玉米淀粉與木質(zhì)素磺酸鈉共混，制備淀粉-木質(zhì)素膜可以降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五的不同點(diǎn)是步驟一中所述的增塑劑為山梨醇；步驟一中所述的溶劑為蒸餾水。其它與具體實(shí)施方式
五相同。本實(shí)施方式采用高分子增塑劑山梨醇替代甘油，并且以蒸餾水作為溶劑，使制得的膜材料不存在油水分離的現(xiàn)象。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或六之一的不同點(diǎn)是步驟一中按重量份數(shù)稱(chēng)取90份玉米淀粉和10份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為8 9;步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。其它與具體實(shí)施方式
五或六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五至七之一的不同點(diǎn)是步驟一中按重量份數(shù)稱(chēng)取70份玉米淀粉和30份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為7 9;步驟一中所述的
5溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。其它與具體實(shí)施方式
五至七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五至八之一的不同點(diǎn)是步驟二中將步驟一制備的混合液水浴加熱至90°C，然后在500r/min下攪拌池，使混合液中的各組分實(shí)現(xiàn)共混，得到共混液。其它與具體實(shí)施方式
五至八相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五至九之一的不同點(diǎn)是步驟三中將步驟二制備的共混液靜置脫氣5min，最后在有機(jī)玻璃板上流延成膜，并70°C下干燥池， 即得到淀粉-木質(zhì)素膜。其它與具體實(shí)施方式
五至九相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五至十之一的不同點(diǎn)是一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法是按以下步驟完成的—、備料首先按重量份數(shù)稱(chēng)取90份玉米淀粉和10份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；二、共混將步驟一制備的混合液水浴加熱至 90°C，然后在500r/min下攪拌池，使混合液中的各組分實(shí)現(xiàn)共混，得到共混液；三、成膜將步驟二制備的共混液靜置脫氣5min，最后在有機(jī)玻璃板上流延成膜，并70°C下干燥2h，即得到淀粉-木質(zhì)素膜。本實(shí)施方式步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為8 9;本實(shí)施方式步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。對(duì)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜采用GB13022-91進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，可知本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜拉伸強(qiáng)度為33. 33MPa,本實(shí)施方式制備的淀粉_木質(zhì)素膜斷裂伸長(zhǎng)率為30. 57%。對(duì)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜采用GB1034-6進(jìn)行吸水率檢測(cè)，可知本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的吸水率36.。對(duì)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜采用TG (熱失重法)和DSC (示差掃描量熱法)測(cè)試結(jié)果表明，本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜在90°C以下熱性能穩(wěn)定，可以正常使用。因?yàn)楸緦?shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的原料都是可降解的，且采用土埋法檢測(cè)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜降解性，在土埋90天，檢測(cè)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的質(zhì)量可知失重率為70%以上，因此證明本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜是完全可降解。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五至十之一的不同點(diǎn)是一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法是按以下步驟完成的一、備料首先按重量份數(shù)稱(chēng)取70份玉米淀粉和30份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；二、共混將步驟一制備的混合液水浴加熱至 90°C，然后在500r/min下攪拌池，使混合液中的各組分實(shí)現(xiàn)共混，得到共混液；三、成膜將步驟二制備的共混液靜置脫氣5min，最后在有機(jī)玻璃板上流延成膜，并70°C下干燥2h，即得到淀粉-木質(zhì)素膜。本實(shí)施方式步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為7 9;本實(shí)施方式步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。對(duì)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜采用GB13022-91進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，可知本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜拉伸強(qiáng)度為55. 83MPa,本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜斷裂伸長(zhǎng)率為13. 08%。對(duì)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜采用GB1034-6進(jìn)行吸水率檢測(cè)，可知本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的吸水率42. 11%。對(duì)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜采用TG (熱失重法)和DSC (示差掃描量熱法)測(cè)試結(jié)果表明，本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜在90°C以下熱性能穩(wěn)定，可以正常使用。因?yàn)楸緦?shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的原料都是可降解的，且采用土埋法檢測(cè)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜降解性，在土埋90天，檢測(cè)本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜的質(zhì)量可知失重率為70%以上，因此證明本實(shí)施方式制備的淀粉-木質(zhì)素膜是完全可降解。
權(quán)利要求
1.一種淀粉-木質(zhì)素膜，其特征在于淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由50 95份玉米淀粉、5 50份木質(zhì)素磺酸鈉、增塑劑和溶劑制備而成；所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為 (1 9) 9;所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(14 20) 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種淀粉-木質(zhì)素膜，其特征在于所述的增塑劑為山梨醇； 所述的溶劑為蒸餾水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種淀粉-木質(zhì)素膜，其特征在于淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由90份玉米淀粉、10份木質(zhì)素磺酸鈉、增塑劑和溶劑制備而成；所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為8 9 ；所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種淀粉-木質(zhì)素膜，其特征在于淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由70份玉米淀粉、30份木質(zhì)素磺酸鈉、增塑劑和溶劑制備而成；所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為7 9 ；所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。
5.如權(quán)利要求1所述一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法，其特征在于淀粉-木質(zhì)素膜是按以下步驟制備的一、備料首先按重量份數(shù)稱(chēng)取50 95份玉米淀粉和5 50份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；二、共混將步驟一制備的混合液水浴加熱至85 95°C，然后在300 700r/min下攪拌1 池，使混合液中的各組分實(shí)現(xiàn)共混，得到共混液；三、成膜將步驟二制備的共混液靜置脫氣2 lOmin，最后在有機(jī)玻璃板上流延成膜，并60 80°C下干燥1 3h，即得到完全可降解熱塑型材料淀粉-木質(zhì)素膜；步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(1 9) 9 ；步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(14 20) 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法，其特征在于步驟一中所述的增塑劑為山梨醇；步驟一中所述的溶劑為蒸餾水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法，其特征在于步驟一中按重量份數(shù)稱(chēng)取90份玉米淀粉和10份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻， 得到混合液；步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為8 9;步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的一種淀粉-木質(zhì)素膜的制備方法，其特征在于步驟一中按重量份數(shù)稱(chēng)取70份玉米淀粉和30份木質(zhì)素磺酸鈉，然后依次加入增塑劑和溶劑并混合均勻，得到混合液；步驟一中所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為7 9;步驟一中所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為17 1。
全文摘要
一種淀粉-木質(zhì)素膜及其制備方法，它涉及一種淀粉-木質(zhì)素膜及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)制備的淀粉-木質(zhì)素膜存在拉伸強(qiáng)度低、斷裂伸長(zhǎng)率低、吸水率高，且在膜加工過(guò)程存在共混液中出現(xiàn)相分離現(xiàn)象的問(wèn)題。本發(fā)明的淀粉-木質(zhì)素膜按重量份數(shù)由50～90份玉米淀粉、10～50份木質(zhì)素磺酸鈉、增塑劑和溶劑制備而成；所述的增塑劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(1～9)∶9；所述的溶劑與玉米淀粉的質(zhì)量比為(14～20)∶1。本發(fā)明是按以下步驟完成的一、備料，二、共混，三、成膜。本發(fā)明主要用于制備淀粉-木質(zhì)素膜。
文檔編號(hào)C08K5/053GK102268145SQ20111024183
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者史瑞欣 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)