本發(fā)明屬于有機(jī)高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種通過(guò)向由細(xì)菌纖維素纖維和微晶纖維素顆粒形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基體中填充交聯(lián)型豆膠，然后經(jīng)過(guò)熱壓處理形成的一種環(huán)保無(wú)毒、可完全降解的防水型包裝材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
防水型包裝材料可以在運(yùn)輸和銷售的過(guò)程中防止食品、醫(yī)藥、電器、紡織品等由于受潮而導(dǎo)致使用性能的下降。
將具有隔絕水分能力的材料涂布在包裝材料表面可以獲得明顯的防水性能[康柳，華媛，母軍，儲(chǔ)德淼，納米SiO2疏水涂層對(duì)紙和紙板性能的影響，包裝工程，2016年9期；賴小娟，宮米娜，王磊，宋遠(yuǎn)波，羧基丁苯膠/封閉聚氨酯的制備及其對(duì)紙張的防水增強(qiáng)作用，紙和造紙，2014年7期；吳云影，賴鶴鋆，倪澤萍，黃曉紅，表面分子修飾方法制作超疏水紙，造紙科學(xué)與技術(shù)，2011年5期]。另外，也可以通過(guò)將包裝材料浸漬于熔化的防水劑中從而賦予基材抗水性能[賀倫英，向?qū)殘?jiān)，何新快，張欽發(fā)，高強(qiáng)度耐水瓦楞紙板淀粉膠粘劑的研制，包裝工程，2003年6期；李小瑞，魏軍鳳，聚乙烯亞胺/環(huán)氧氯丙烷增濕強(qiáng)劑的制備及其作用機(jī)理，中國(guó)造紙，2008年8期；孫昊，王萬(wàn)章，李偉平，張新昌，鳳眼蓮生物質(zhì)復(fù)合內(nèi)包裝材料的制備工藝，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014年12期；陳顯非，王偉，劉彥軍，疏水性丙烯酸樹脂紙張防水劑的制備與應(yīng)用，中國(guó)造紙，2010年11期]。第三，將包裝材料基材與塑料或者金屬等進(jìn)行復(fù)合也能夠得到很強(qiáng)的防水性能[Aloui H., K hwaldia K., Ben S. M., et al. Effect of glycerol and coating weight on functional properties of biopolymer-coated paper[J]. Carbohydrate Polymers, 2011, 86(2):1063-1072；鄧?yán)^勇，蘇嬌蓮，楊輝瓊，謝志民，乳液聚合制備紙塑復(fù)合膠的研究，化工新型材料，2001年11期]。但是，上述防水型包裝材料使用后難以降解，不符合綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展理念，因此發(fā)展一種可完全降解的防水型包裝材料不僅能夠滿足包裝工業(yè)的需要，同時(shí)也能夠滿足環(huán)境保護(hù)的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)傳統(tǒng)防水型包裝材料生物降解性差、難以回收利用等問(wèn)題，提供一種可完全降解的防水型包裝材料及其制備方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種可完全降解的防水型包裝材料，該可完全降解的防水型包裝材料是向由細(xì)菌纖維素纖維和微晶纖維素顆粒形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基體中填充交聯(lián)型豆膠，然后經(jīng)過(guò)熱壓處理形成的一種環(huán)保無(wú)毒、可完全降解的包裝材料。
所述的可完全降解的防水型包裝材料的制備方法，步驟如下：
（1）將細(xì)菌纖維素纖維加入到無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)處理制備獲得細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系；
（2）將微晶纖維素分散在蒸餾水中，在水浴加熱條件下依次加入乙酸酐和濃硫酸對(duì)其進(jìn)行表面改性，經(jīng)6h改性處理后利用蒸餾水將改性微晶纖維素洗滌至中性，然后在40℃~45℃下干燥48h得到改性微晶纖維素顆粒，整個(gè)改性過(guò)程伴隨機(jī)械攪拌；
（3）將步驟（2）所得的改性微晶纖維素顆粒添加到步驟（1）所得的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系中，經(jīng)超聲處理獲得細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物；
（4）將脫脂豆粉與交聯(lián)劑水溶液按照質(zhì)量比為1:2~1:5進(jìn)行混合，在25℃條件下機(jī)械攪拌20min后獲得交聯(lián)型豆膠；
（5）將步驟（4）所得的交聯(lián)型豆膠加入到步驟（3）所得的細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物中經(jīng)超聲處理分散均勻后制得原料，然后該原料經(jīng)熱壓處理后制得一種可完全降解的防水型包裝材料。
進(jìn)一步的，所述的步驟（1）中細(xì)菌纖維素的聚合度為1500~2000，分子量為250000~300000。
進(jìn)一步的，所述的步驟（1）中每1.0g細(xì)菌纖維素需要分散于100g無(wú)水乙醇中，高壓均質(zhì)處理的壓力為80MPa，處理次數(shù)為2次。
進(jìn)一步的，所述的步驟（2）中微晶纖維素粒度為20μm~50μm、聚合度為200~220；用蒸餾水配制成的微晶纖維素水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%~2.0%，水浴加熱溫度為60℃。
進(jìn)一步的，所述的步驟（2）中每改性1.0g微晶纖維素需要0.5g乙酸酐和2.5g濃硫酸；全程機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，表面改性反應(yīng)方程式如下：
。
進(jìn)一步的，所述的步驟（3）中每100g細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系體系中需要加入0.5g~3.0g改性微晶纖維素顆粒；超聲處理的功率為800w，時(shí)間為5min。
進(jìn)一步的，所述的步驟（4）中脫脂豆粉為120目；交聯(lián)劑為聚乙二醇或者1,2-丙二胺，交聯(lián)劑水溶液的質(zhì)量濃度為8%~40%；機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為60r/min。
進(jìn)一步的，所述的步驟（5）中交聯(lián)型豆膠與細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物的質(zhì)量比為1:5~1:20；超聲處理的功率為1200w，時(shí)間為10min；熱壓溫度為105℃，壓力為0.8MPa，時(shí)間為3min。
所述的可完全降解的防水型包裝材料在60℃的蒸餾水中浸泡24h后的吸水率低于8.0%。
本發(fā)明的有益效果在于：（1）本發(fā)明提供了一種利用細(xì)菌纖維素、微晶纖維素和交聯(lián)型豆膠制備一種可完全降解的防水型包裝材料的有效途徑；（2）本發(fā)明利用乙酸酐對(duì)微晶纖維素進(jìn)行表面改性，可以改善其在細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系中的分散性能；（3）本發(fā)明通過(guò)向細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物中添加交聯(lián)型豆膠，建立以細(xì)菌纖維素纖維和微晶纖維素形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以獲得力學(xué)強(qiáng)度突出的包裝材料基體，可以顯著提高包裝材料結(jié)構(gòu)中分子鏈的致密程度，向基體中加入交聯(lián)型豆膠可以填充基體空隙從而提高包裝材料結(jié)構(gòu)的致密性，抑制水分子的進(jìn)入，從而可以在不影響包裝材料環(huán)保性能和降解性能的基礎(chǔ)上使包裝材料獲得較好的抗水性能，以提高其防水能力；（4）在熱壓過(guò)程中交聯(lián)型豆膠不僅可以與基體形成致密的交聯(lián)體系，同時(shí)也可以將蛋白質(zhì)的疏水性基團(tuán)暴露，阻止水分的進(jìn)入，從而顯著提高包裝材料的抗水性。（5）本發(fā)明的可完全降解的防水型包裝材料的制備方法簡(jiǎn)單，易與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；（6）本發(fā)明的可完全降解的防水型包裝材料具有較好的生物降解性能，同時(shí)也能回收利用，適合可持續(xù)發(fā)展的需要。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但保護(hù)范圍并不受此限制。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的可完全降解的防水型食品用包裝材料的制備方法如下：
（1）取4.0g細(xì)菌纖維素（聚合度為1500~2000，分子量為250000~300000）分散在400g無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)80MPa的高壓均質(zhì)處理2次制備獲得402g均勻分散的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系；
（2）取2.0g微晶纖維素（粒度為20μm~50μm，聚合度為200~220）添加到200g的蒸餾水中，在60℃水浴加熱條件下依次加入1.0g乙酸酐和5.0g濃硫酸進(jìn)行表面改性，處理6h后利用蒸餾水將改性微晶纖維素洗滌至中性，然后在40℃下干燥48h后得到2.1g改性微晶纖維素顆粒，整個(gè)改性過(guò)程中的機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min；
（3）取2.0g改性微晶纖維素顆粒添加到400g的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系中，經(jīng)過(guò)功率為800w，時(shí)間為5min的超聲處理后獲得401.9g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物；
（4）在25℃條件下，將20g脫脂豆粉（120目）與40g質(zhì)量濃度為8%的聚乙二醇水溶液混合后，經(jīng)60r/min的機(jī)械攪拌處理20min后制得交聯(lián)型豆膠59.2g；
（5）取40g交聯(lián)型豆膠加入到200g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物中，經(jīng)過(guò)功率為1200w、時(shí)間為10min的超聲處理獲得原料238.7g，經(jīng)過(guò)溫度為105℃，壓力為0.8MPa的熱壓處理3min制得17.6g可完全降解的防水型包裝材料。
上述防水型包裝材料在60℃的蒸餾水中浸泡24h后其吸水率為7.7%。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的可完全降解的防水型食品用包裝材料的制備方法如下：
（1）取5.0g細(xì)菌纖維素（聚合度為1500~2000，分子量為250000~300000）分散在500g無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)80MPa的高壓均質(zhì)處理2次制備獲得503g均勻分散的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系；
（2）取4.0g微晶纖維素（粒度為20μm~50μm，聚合度為200~220）添加到200g的蒸餾水中，在60℃水浴加熱條件下依次加入2.0g乙酸酐和10.0g濃硫酸進(jìn)行表面改性，處理6h后利用蒸餾水將微晶纖維素洗滌至中性，然后在45℃下干燥48h后得到4.1g改性微晶纖維素顆粒，整個(gè)改性過(guò)程中的機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min；
（3）取4.0g改性微晶纖維素顆粒添加到400g的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系中，經(jīng)過(guò)功率為800w，時(shí)間為5min的超聲處理后獲得403.5g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物；
（4）在25℃條件下，將10g脫脂豆粉（120目）與30g質(zhì)量濃度為15%的聚乙二醇水溶液混合后，經(jīng)60r/min的機(jī)械攪拌處理20min后制得交聯(lián)型豆膠38.9g；
（5）取30g豆膠加入到300g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物中，經(jīng)過(guò)功率為1200w、時(shí)間為10min的超聲處理獲得原料326g，經(jīng)過(guò)溫度為105℃，壓力為0.8MPa的熱壓處理3min制得15.1g可完全降解的防水型包裝材料。
上述防水型包裝材料在60℃的蒸餾水中浸泡24h后其吸水率為8.6%。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的可完全降解的防水型食品用包裝材料的制備方法如下：
（1）取7.0g細(xì)菌纖維素（聚合度為1500~2000，分子量為250000~300000）分散在700g無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)80MPa的高壓均質(zhì)處理2次制備獲得704g均勻分散的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系；
（2）取8.0g微晶纖維素（粒度為20μm~50μm，聚合度為200~220）添加到400g的蒸餾水中，在60℃水浴加熱條件下依次加入4.0g乙酸酐和20.0g濃硫酸進(jìn)行表面改性，處理6h后利用蒸餾水將微晶纖維素洗滌至中性，然后在42℃下干燥48h后得到8.2g改性微晶纖維素顆粒，整個(gè)改性過(guò)程中的機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min；
（3）取8.0g改性微晶纖維素顆粒添加到400g的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系中，經(jīng)過(guò)功率為800w，時(shí)間為5min的超聲處理后獲得407.2g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物；
（4）在25℃條件下，將10g脫脂豆粉（120目）與40g質(zhì)量濃度為25%的1,2-丙二胺水溶液混合后，經(jīng)60r/min的機(jī)械攪拌處理20min后制得交聯(lián)型豆膠49.3g；
（5）取20g豆膠加入到300g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物中，經(jīng)過(guò)功率為1200w、時(shí)間為10min的超聲處理獲得原料313g，經(jīng)過(guò)溫度為105℃，壓力為0.8MPa的熱壓處理3min制得15.8g可完全降解的防水型包裝材料。
上述防水型包裝材料在60℃的蒸餾水中浸泡24h后其吸水率為9.1%。
實(shí)施例4
本實(shí)施例的可完全降解的防水型食品用包裝材料的制備方法如下：
（1）取5.0g細(xì)菌纖維素（聚合度為1500~2000，分子量為250000~300000）分散在500g無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)80MPa的高壓均質(zhì)處理2次制備獲得504g均勻分散的細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系；
（2）取12.0g微晶纖維素（粒度為20μm~50μm，聚合度為200~220）添加到600ml的蒸餾水中，在60℃水浴加熱條件下依次加入6.0g乙酸酐和30g濃硫酸進(jìn)行表面改性，處理6h后利用蒸餾水將微晶纖維素洗滌至中性，然后在44℃下干燥48h后得到12.3g改性微晶纖維素顆粒，整個(gè)改性過(guò)程中的機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min；
（3）取12.0g改性微晶纖維素顆粒添加到400g細(xì)菌纖維素纖維-無(wú)水乙醇體系中，經(jīng)過(guò)功率為800w，時(shí)間為5min的超聲處理后獲得409g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物；
（4）在25℃條件下，將8g脫脂豆粉（120目）與40g質(zhì)量濃度為40%的1,2-丙二胺水溶液混合后，經(jīng)60r/min的機(jī)械攪拌處理20min后制得交聯(lián)型豆膠47.5g；
（5）取20g豆膠加入到400g細(xì)菌纖維素纖維-微晶纖維素混合物中，經(jīng)過(guò)功率為1200w、時(shí)間為10min的超聲處理獲得原料416g，經(jīng)過(guò)溫度為105℃，壓力為0.8MPa的熱壓處理3min制得24.3g可完全降解的防水型包裝材料。
上述防水型包裝材料在60℃的蒸餾水中浸泡24h后其吸水率為10.8%。