CN104130431B - 一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种壳聚糖‑糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，主要包括如下步骤：制备糠醛渣纳米纤维素，制备1％‑10％的纳米纤维素悬浮液和1wt％的壳聚糖醋酸溶液；将纳米纤维素悬浮液加入壳聚糖醋酸溶液中并磁力搅拌1.5小时，待溶解后超声波分散30min，真空脱气后将混合溶液铺于表面平整的聚四氟乙烯板上，在45℃真空中干燥72h，再将膜浸泡在0.5mol/L的NaOH溶液中进一步中和，最后用去离子水冲洗、干燥，得到壳聚糖‑糠醛渣纳米纤维素复合膜。本发明有益效果在于：本发明不需要昂贵的高压匀质等设备，降低了生产成本；本发明解决了壳聚糖膜机械强度低、耐水性差的问题，不对壳聚糖进行复杂的改性操作，而是通过添加天然高分子纤维来获得性能优异的复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及包装袋技术领域，具体涉及一种针对食品包装袋的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法。
背景技术
我国是一个农业大国，农作物种类多、产量大，农业剩余物资源也十分丰富。玉米芯、花生壳、高粱壳、甘蔗渣等都可以用来提取糠醛，每生产1t糠醛产生12～15t的糠醛渣，每年大约产生2300万吨糠醛渣。经分析测定，玉米芯糠醛渣中纤维素含量高于40％，木质素含量约为30％。如果能从玉米芯糠醛渣中提取出优质的纤维素用于生产纳米纤维素，不仅可以变废为宝，而且可以产生很大的经济效益。纳米纤维素具有许多优良特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性和高透明性等，加之可降解、生物相容及可再生等特性，可作为分散相来增强天然或合成聚合物，获得性能优异的复合材料。目前，可以制备纳米纤维素的原料很多，如木材、棉花、大麻、细菌、微晶纤维素等，但是利用糠醛渣制备纳米纤维素，笔者还未见相关研究报道，具有一定的创造性和新颖性。纳米纤维素的制备方法有很多，如酸水解法、高压匀质法、低压压榨法、生物制备法、大功率超声辅助酸水解法等，本专利采用较低的超声波功率、不添加任何化学药品来制备糠醛渣纳米纤维素，既节省了能源，又不会将纤维素大分子链分散的过于破碎。壳聚糖具有良好的生物相溶性、无毒、抑菌性、良好的成膜性，可广泛的应用于废物处理、包装、食品加工和医药领域。但纯的壳聚糖膜存在机械强度低、耐水性较差等缺点，其实际应用受到了一定的限制。壳聚糖和纳米纤维素具有相似的分子结构，故可通过共混的方法获得性能优异的纳米复合物，不仅有效地改善了壳聚糖膜的机械性能和阻隔性能，同时还能够保持壳聚糖膜的可降解等特性，用在果蔬、鲜肉制品的保鲜包装领域。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种可降解、可变废为宝的一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法。
一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，主要包括如下步骤：
(1)制备糠醛渣纳米纤维素；
称取1g糠醛渣放入100ml锥形瓶中，加入65ml蒸馏水、0.5g亚氯酸钠和10滴冰醋酸后摇匀，置于75℃恒温水浴中加热；每隔十分钟定时摇动，每隔1小时加入0.5g亚氯酸钠和10滴左右冰醋酸，重复4到5次，直至瓶内黄绿色气体消失后取出，待静置分层后将上层黄绿色液体倒去，再过滤残液洗涤多次至中性，将得到的悬浮液放入超声波细胞破碎机中在600W功率下超声30分钟，制得纳米级的糠醛渣纳米纤维素，最后在真空冻干机中干燥，得到粉末状纳米纤维素；
(2)称取步骤(1)中制备的纳米纤维素于去离子水中磁力搅拌3小时，使其充分溶解形成1％-10％的纳米纤维素悬浮液；称取壳聚糖在25℃条件下溶于1％的醋酸溶液中磁力搅拌3小时，形成1wt％的壳聚糖醋酸溶液；
(3)在步骤(2)中制得的纳米纤维素悬浮液加入壳聚糖醋酸溶液中并磁力搅拌1.5小时，待溶解后超声波分散30min，真空脱气后将混合溶液铺于表面平整的聚四氟乙烯板上，在45℃真空中干燥72h，再将膜浸泡在0.5mol/L的NaOH溶液中进一步中和，最后用去离子水冲洗、干燥，得到纳米纤维素含量不同的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜。
作为优选方式，上述步骤(1)所述的纳米纤维素的晶体为棒状、球状或椭球状，且该晶体的长度为30-250nm，直径为5-20nm。
作为优选方式，上述步骤(3)所述的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜膜厚为10-15μm。
本发明有益效果在于：
(1)本发明不需要昂贵的高压匀质等设备，降低了生产成本；
(2)本发明仅依靠自然反应，无需特殊工艺，且不添加任何辅助化学药品，制备工艺简单，易操作，不存在酸水解、没有废液残留回收等问题，环境污染小；
(3)本发明解决了壳聚糖膜机械强度低、耐水性差的问题，不对壳聚糖进行复杂的改性操作，而是通过添加天然高分子纤维来获得性能优异的复合材料。
具体实施方法
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，主要包括如下步骤：称取1g糠醛渣放入100ml锥形瓶中，加入65ml蒸馏水、0.5g亚氯酸钠和10滴左右冰醋酸后摇匀，置于75℃恒温水浴中加热；每隔十分钟定时摇动，每隔1小时加入0.5g亚氯酸钠和10滴冰醋酸，重复4到5次，直至瓶内黄绿色气体消失后取出，待静置分层后将上层黄绿色液体倒去，再过滤残液洗涤多次至中性，将得到的悬浮液放入超声波细胞破碎机中在600W功率下超声30分钟，制得纳米级的糠醛渣纳米纤维素，最后在真空冻干机中干燥，得到粉末状纳米纤维素，所述纳米纤维素的晶体为棒状、球状或椭球状，且该晶体的长度为30-250nm，直径为5-20nm；称取制备的纳米纤维素于去离子水中磁力搅拌3小时，使其充分溶解形成1％纳米纤维素悬浮液；称取壳聚糖在25℃条件下溶于1％的醋酸溶液中磁力搅拌3小时，形成1wt％的壳聚糖醋酸溶液；将纳米纤维素悬浮液加入制得的1wt％壳聚糖醋酸溶液中并磁力搅拌1.5小时，待溶解后超声波分散30min，真空脱气后将混合溶液铺于表面平整的聚四氟乙烯板上，在45℃真空中干燥72h，再将膜浸泡在0.5mol/L的NaOH溶液中进一步中和，最后用去离子水冲洗、干燥，得到纳米纤维素含量不同的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜，壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜膜厚为10-15μm。
实施例2：
一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，主要包括如下步骤：称取1g糠醛渣放入100ml锥形瓶中，加入65ml蒸馏水、0.5g亚氯酸钠和10滴冰醋酸后摇匀，置于75℃恒温水浴中加热；每隔十分钟定时摇动，每隔1小时加入0.5g亚氯酸钠和10滴冰醋酸，重复4到5次，直至瓶内黄绿色气体消失后取出，待静置分层后将上层黄绿色液体倒去，再过滤残离洗涤多次至中性，将得到的悬浮液放入超声波细胞破碎机中在600W功率下超声30分钟，制得纳米级的糠醛渣纳米纤维素，最后在真空冻干机中干燥，得到粉末状纳米纤维素，所述纳米纤维素的晶体为棒状、球状或椭球状，且该晶体的长度为30-180nm，直径为5-15nm；称取制备的纳米纤维素于去离子水中磁力搅拌3小时，使其充分溶解形成10％纳米纤维素悬浮液；称取壳聚糖在25℃条件下溶于1％的醋酸溶液中磁力搅拌3小时，形成1wt％的壳聚糖醋酸溶液；将纳米纤维素悬浮液加入制得的1wt％壳聚糖醋酸溶液中并磁力搅拌1.5小时，待溶解后超声波分散30min，真空脱气后将混合溶液铺于表面平整的聚四氟乙烯板上，在45℃真空中干燥72h，再将膜浸泡在0.5mol/L的NaOH溶液中进一步中和，最后用去离子水冲洗、干燥，得到纳米纤维素含量不同的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜，所述壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜膜厚为10-15μm。
实施例3：
一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，主要包括如下步骤：称取1g糠醛渣放入100ml锥形瓶中，加入65ml蒸馏水、0.5g亚氯酸钠和10滴左右冰醋酸后摇匀，置于75℃恒温水浴中加热；每隔十分钟定时摇动，每隔1小时加入0.5g亚氯酸钠和10滴冰醋酸，重复4到5次，直至瓶内黄绿色气体消失后取出，待静置分层后将上层黄绿色液体倒去，再过滤残液洗涤多次至中性，将得到的悬浮液放入超声波细胞破碎机中在600W功率下超声30分钟，制得纳米级的糠醛渣纳米纤维素，最后在真空冻干机中干燥，得到粉末状纳米纤维素，所述纳米纤维素的晶体为棒状、球状或椭球状，且该晶体的长度为30-100nm，直径为5-10nm；称取制备的纳米纤维素于去离子水中磁力搅拌3小时，使其充分溶解形成5％纳米纤维素悬浮液；称取壳聚糖在25℃条件下溶于1％的醋酸溶液中磁力搅拌3小时，形成1wt％的壳聚糖醋酸溶液；将纳米纤维素悬浮液加入制得的1wt％壳聚糖醋酸溶液中并磁力搅拌1.5小时，待溶解后超声波分散30min，真空脱气后将混合溶液铺于表面平整的聚四氟乙烯板上，在45℃真空中干燥72h，再将膜浸泡在0.5mol/L的NaOH溶液中进一步中和，最后用去离子水冲洗、干燥，得到纳米纤维素含量不同的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜，所述壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜膜厚为10-15μm。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于：主要包括如下步骤：
(1)制备糠醛渣纳米纤维素；
称取1g糠醛渣放入100ml锥形瓶中，加入65ml蒸馏水、0.5g亚氯酸钠和10滴冰醋酸后摇匀，置于75℃恒温水浴中加热；每隔十分钟定时摇动，每隔1小时加入0.5g亚氯酸钠和10滴冰醋酸，重复4到5次，直至瓶内黄绿色气体消失后取出，待静置分层后将上层黄绿色液体倒去，再过滤残液洗涤多次至中性，将得到的悬浮液放入超声波细胞破碎机中在600W功率下超声30分钟，制得纳米级的糠醛渣纳米纤维素，最后在真空冻干机中干燥，得到粉末状纳米纤维素；
(2)称取步骤(1)中制备的纳米纤维素于去离子水中磁力搅拌3小时，使其充分溶解形成1％-10％纳米纤维素悬浮液；称取壳聚糖在25℃条件下溶于1％的醋酸溶液中磁力搅拌3小时，形成1wt％的壳聚糖醋酸溶液；
(3)在步骤(2)中制得的纳米纤维素悬浮液加入壳聚糖醋酸溶液中并磁力搅拌1.5小时，待溶解后超声波分散30min，真空脱气后将混合溶液铺于表面平整的聚四氟乙烯板上，在45℃真空中干燥72h，再将膜浸泡在0.5mol/L的NaOH溶液中进一步中和，最后用去离子水冲洗、干燥，得到纳米纤维素含量不同的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜。
2.根据权利要求1所述一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的纳米纤维素的晶体为棒状、球状或椭球状，且该晶体的长度为30-250nm，直径为5-20nm。
3.根据权利要求1所述的一种壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的壳聚糖-糠醛渣纳米纤维素复合膜膜厚为10-15μm。
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