CN108285603A - 一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法 - Google Patents

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田璐
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陈华
章杰
罗臻
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Abstract

本发明公开了一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，复合材料包括以下步骤：将6.0克木薯淀粉溶解于100ml蒸馏水中，保持在80℃水浴锅中搅拌30min，即得到木薯淀粉溶液；将9.0克聚乙烯醇溶解于100ml蒸馏水中，维持在95℃水浴锅中搅拌30min，即得到聚乙烯醇溶液；将壳聚糖3.0克溶解于100ml5％浓度的醋酸溶液中，并在超声波清洗器中超声分散30min，即得到壳聚糖溶液。将上述聚乙烯醇溶液与壳聚糖溶液加入到木薯淀粉溶液中，并加入10mL无水乙醇溶液进行消泡处理，将溶液pH值调到4.0，在90℃水浴锅中搅拌30min，加入一定量的增塑剂与交联剂，搅拌反应结束后对膜液进行真空脱气处理，待溶液中无气泡后结束脱气处理，获得木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料。本发明的高阻隔性复合材料具有阻隔性能良好，可降解等优点，是一种较为理想的复合材料。

Description

一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻隔性复合材料合成技术领域，特别是涉及到一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法。
背景技术
环境、人口、资源是制约我国21世纪可持续发展的三大主要问题。节约资源、保护环境已是世界各国实现可持续发展的基本战略。半个世纪以来，化学合成塑料制品被广泛应用于食品包装及保鲜领域正是因为其来源丰富、质轻、产品美观、加工方便、卫生、价格低廉、性质稳定，尽管如此，由于塑料高分子的不可生物降解性和非完全可再生利用；消耗更多的石油资源：在生产、运输等生命周期全过程中向环境排放污染严重；一次性使用也导致废弃物多：废弃物既不能降解也不易回收再利用；塑料中有害化合物可能向食品迁移从而影响食品安全等缺点，因此，如今各国都严格限制塑料的使用。随着我国经济的持续增长以及国民对于食品安全的高度重视，越来越多的新型包装材料运用于食品包装，同时随着全球化保护环境和节约能源需求的日益增长，基于可再生资源的环境友好型生物降解高分子“纳米包装”、“绿色包装”以及“功能活性包装”等越来越受到食品包装领域的关注，这类材料不仅考虑功能、性能、材料、结构、外观、成本等常规因素，同时还考虑产品在生命周期内对能源、环境、自然资源的影响。目的是全方位监控产品对环境的影响，减少对环境的破坏，改善和提高产品的环境性能。而可再生资源天然高分子材料因符合当今能源发展与环保的要求而受到前所未有的关注，这类高分子材料主要包括淀粉、蛋白质、纤维素、木质素、甲壳素等，因为它们产量丰富，来源广泛，其中，淀粉在这类可再生资源中占据非常重要的地位，这是因为淀粉资源丰富、价格低廉，菲常适合作为开发可再
生生物降解包装材料产品的基本天然高分子，故而一直被认为是应用于生物降解塑料最有前景的高分子之一。
木薯是世界三大薯类(木薯、马铃薯和甘薯)之一，是年产超1亿吨的7大作物之一，被誉为“地下粮仓”，“淀粉之王”，木薯于19世纪20年代引入我国，由于木薯具有适应胜强、病虫害少、价廉质优、优耐旱高产等优点，木薯栽培区域不断扩大、应用不断扩展。木薯淀粉无异味，适用于需精调气味的产品(例如食品或化妆品中)，木薯淀粉的粘度比其他淀粉(如玉米淀粉)高、渗透力强、成膜性好，而蛋白质、灰分含量则相较其他淀粉低，因此木薯淀粉在理化性能方面具有其特有的不可替代的特性，且木薯淀粉来源广、价格低。
聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯树脂醇解后生成的一种结晶型聚合物，其性能同醇解度、含水量、聚合度有关，作为包装材料是其非纤维应用的重要方面，聚乙烯醇薄膜具有优异的透明性和光泽性，抗静电性，高抗张强度和撕裂强度，良好的耐油性，优异的阻气性，热合性和良好的粘接性，透湿性大，易剥离性及金属镀覆性好，并在一定条件下具有水溶性和可生物降解性。
壳聚糖作为甲壳素的重要衍生物在在医药、食品、农业、化妆品、纺织、造纸等多领域发挥着重要的作用，壳聚糖分子中含有大量的羟基，可与蛋白质中的氨基结合，利用这一特性可以提纯蛋白质，且壳聚糖易成膜，成膜后其性能优异，抗张强度高、韧性好，耐有机溶剂和耐碱，交联后的壳聚糖膜耐酸。
因此，本发明以木薯淀粉与可被生物完全降解的合成高分子聚合物聚乙烯醇和具有特殊功能性质和潜在应用价值的天然生物材料壳聚糖为成膜材料进行共混制备可降解绿色高阻隔复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，其特征在于，复合材料包括以下步骤：
(1)溶液的配制：
木薯淀粉溶液：将6.0克木薯淀粉溶解于100ml蒸馏水中，保持在80℃水浴锅中搅拌30min，即得到木薯淀粉溶液；
聚乙烯醇溶液：将9.0克聚乙烯醇溶解于100ml蒸馏水中，维持在95℃水浴锅中搅拌30min，即得到聚乙烯醇溶液；
壳聚糖溶液：将壳聚糖3.0克溶解于100ml5％浓度的醋酸溶液中，并在超声波清洗器中超声分散30min，即得到壳聚糖溶液。
(2)木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料制备：
将上述聚乙烯醇溶液与壳聚糖溶液加入到木薯淀粉溶液中，并加入10mL无水乙醇溶液进行消泡处理，将溶液pH值调到4.0，在90℃水浴锅中搅拌30min，加入一定量的增塑剂与交联剂，搅拌反应结束后对膜液进行真空脱气处理，待溶液中无气泡后结束脱气处理，获得木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料。
优选的，所述木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料中木薯淀粉含量为2.0％，聚乙烯醇含量3.0％，壳聚糖含量为1.0％。
优选的，所述增塑剂优选季戊四醇甘油酯、聚甘油、聚乙二醇400和1,1,1-三羟甲基丙烷中的一种或者多种，所述增塑剂的添加量为2-3％。
优选的，所述交联剂优选三偏磷酸钠与硼酸作复合交联剂，其中，三偏磷酸钠与硼酸的质量比为1:1，所述交联剂的添加量为1-2％。
有益效果：
本发明意在提供一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法。本发明采用薯淀粉、聚乙烯醇、壳聚糖为主料制备高阻隔性复合材料，原料可再生，资源丰富，价格便宜，且制备方法简单，易于大规模生产。本发明的高阻隔性复合材料具有阻隔性能良好，可降解等优点，是一种较为理想的复合材料。
附图说明
图1是本发明复合材料的制备工艺流程图；
图2是本发明复合材料室内土埋降解试验中材料的失重分析。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步阐述，但本发明不限于此。
实施例1
一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，复合材料包括以下步骤：
(1)溶液的配制：
木薯淀粉溶液：将6.0克木薯淀粉溶解于100ml蒸馏水中，保持在80℃水浴锅中搅拌30min，即得到木薯淀粉溶液；
聚乙烯醇溶液：将9.0克聚乙烯醇溶解于100ml蒸馏水中，维持在95℃水浴锅中搅拌30min，即得到聚乙烯醇溶液；
壳聚糖溶液：将壳聚糖3.0克溶解于100ml5％浓度的醋酸溶液中，并在超声波清洗器中超声分散30min，即得到壳聚糖溶液。
(2)木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料制备：
将上述聚乙烯醇溶液与壳聚糖溶液加入到木薯淀粉溶液中，并加入10mL无水乙醇溶液进行消泡处理，将溶液pH值调到4.0，在90℃水浴锅中搅拌30min，加入2％的季戊四醇甘油酯和1％的三偏磷酸钠与硼酸作复合交联剂，搅拌反应结束后对膜液进行真空脱气处理，待溶液中无气泡后结束脱气处理，获得木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料。
实施例2
一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，复合材料包括以下步骤：
(1)溶液的配制：
木薯淀粉溶液：将6.0克木薯淀粉溶解于100ml蒸馏水中，保持在80℃水浴锅中搅拌30min，即得到木薯淀粉溶液；
聚乙烯醇溶液：将9.0克聚乙烯醇溶解于100ml蒸馏水中，维持在95℃水浴锅中搅拌30min，即得到聚乙烯醇溶液；
壳聚糖溶液：将壳聚糖3.0克溶解于100ml5％浓度的醋酸溶液中，并在超声波清洗器中超声分散30min，即得到壳聚糖溶液。
(2)木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料制备：
将上述聚乙烯醇溶液与壳聚糖溶液加入到木薯淀粉溶液中，并加入10mL无水乙醇溶液进行消泡处理，将溶液pH值调到4.0，在90℃水浴锅中搅拌30min，加入3％的1,1,1-三羟甲基丙烷和2％的三偏磷酸钠与硼酸作复合交联剂，搅拌反应结束后对膜液进行真空脱气处理，待溶液中无气泡后结束脱气处理，获得木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料。
气体阻隔性能测试：
将实施例1-2合成的高阻隔性复合材料进行气体阻隔性能测试对比，测试结果如表1所述。
表1高阻隔性复合材料气体阻隔性能测试
其中，氧气透过率测试在25℃的温度及相对湿度60下进行测定；
水蒸气透过率测试在25℃的温度及相对湿度80下进行测定。
可降解性能测试:将实施例1-2合成的高阻隔性复合材料进行室内土埋降解测试，在室内环境稳定的恒湿恒温箱中进行。测试结果如说明书附图2所述。图中可以看出，在室内恒温恒湿条件下，木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖复合材料降解性能的总体表现为前期较快，后期趋于平稳，缓慢上升，在第3、6、9、12天的失重率分别达到了41.20％、50.80％、58.32％、61.17％，降解试验12天之后薄膜的失重率缓慢增加，第56天时，木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄膜失重率达65.0％，第131天，薄膜失重率达到了66.1‰131天之后，薄膜的失重率趋于稳定，但仍在降解。

Claims (4)

1.一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，其特征在于，复合材料包括以下步骤：
(1)溶液的配制：
木薯淀粉溶液：将6.0克木薯淀粉溶解于100ml蒸馏水中，保持在80℃水浴锅中搅拌30min，即得到木薯淀粉溶液；
聚乙烯醇溶液：将9.0克聚乙烯醇溶解于100ml蒸馏水中，维持在95℃水浴锅中搅拌30min，即得到聚乙烯醇溶液；
壳聚糖溶液：将壳聚糖3.0克溶解于100ml5％浓度的醋酸溶液中，并在超声波清洗器中超声分散30min，即得到壳聚糖溶液。
(2)木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料制备：
将上述聚乙烯醇溶液与壳聚糖溶液加入到木薯淀粉溶液中，并加入10mL无水乙醇溶液进行消泡处理，将溶液pH值调到4.0，在90℃水浴锅中搅拌30min，加入一定量的增塑剂与交联剂，搅拌反应结束后对膜液进行真空脱气处理，待溶液中无气泡后结束脱气处理，获得木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，其特征在于，所述木薯淀粉/聚乙烯醇/壳聚糖薄复合材料中木薯淀粉含量为2.0％，聚乙烯醇含量3.0％，壳聚糖含量为1.0％。
3.根据权利要求1所述的一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，其特征在于，所述增塑剂优选季戊四醇甘油酯、聚甘油、聚乙二醇400和1,1,1-三羟甲基丙烷中的一种或者多种，所述增塑剂的添加量为2-3％。
4.根据权利要求1所述的一种可降解的高阻隔性复合材料及其制备方法，其特征在于，所述交联剂优选三偏磷酸钠与硼酸作复合交联剂，其中，三偏磷酸钠与硼酸的质量比为1:1，所述交联剂的添加量为1-2％。
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