[发明专利]一种淀粉-木质素膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种淀粉-木质素膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着石油资源的日益短缺和废弃的包装膜对环境的严重破坏，开发来自可再生资源的生物降解型高分子材料已成为包装工业界研究的热点，更是实现全球经济、环境可持续发展的战略选择。

淀粉具有来源广泛、价格低廉、可再生、可生物降解并且降解产物对环境没有危害等优点，符合环境保护和可持续发展战略，是制备可生物降解包装材料的理想原料，而我国具有充足的淀粉资源，是玉米淀粉的第二生产大国。近年来，在科研领域对淀粉基可降解膜的研究非常活跃，但淀粉基可降解膜存在耐水性差，湿强度低的问题，在潮湿环境下还会发生部分溶解，使其在食品包装业的应用受到了很大的限制。为了扩展淀粉基膜材料在特殊或极限条件下的应用范围，可通过将淀粉与疏水性材料混合，来降低材料的吸湿性。

木质素是一种由苯丙烷基单元通过醚键和碳碳键连接而成的聚酚类天然高分子，在自然界中的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约14亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品。但迄今为止，超过95％的木质素仍以“黑液”形式浓缩后被烧掉，很少得到有效利用，由此引发的环境问题也一直是人们关注的焦点，但尚未得到很好的解决。木质素具有热塑性，疏水性和良好的机械性能，同时作为天然高分子材料，它还具有生物可降解性，这些性质特点为木质素与淀粉共混制备完全可降解的淀粉-木质素复合膜材料提供了有利条件。

Baumberger在2002年出版的《Chemical Modification，Properties，and Usage of Lignin》(Thomas Q.Hu，Kluwer Academic/plenum Publishers，New York，2002，1-20.)中编写的第一章“Starch-lignin films”，对淀粉-木质素膜的制备方法、热力学性质、淀粉与木质素的相互作用机制和淀粉-木质素共混物潜在应用前景等进行了综述。文中总结了Baumberger、Chiellini和Lourdin等人的研究成果。研究结果显示，当淀粉与碱木质素采用熔融挤出法制成膜材料时，随碱木质素用量的增大，淀粉-木质素膜的拉伸强度和断裂伸长率都逐渐增大，当质量比为8∶2时，都达到极大值，拉伸强度为17MPa，断裂伸长率为1.35％；采用流延法制成的淀粉-碱木质素膜，随碱木质素用量的增大，膜材料的拉伸强度和断裂伸长率也逐渐增大，当质量比为8∶2时，拉伸强度和断裂伸长率都达到极大值，分别为2.5MPa和2％，膜材料的吸水率为49％，研究结果表明，碱木质素的添加使淀粉基膜材料吸湿性下降，尺寸稳定性提高。文中还提出，目前广泛使用的增塑剂为甘油，在膜加工过程中会引起的共混液中相分离现象发生。

因此现有技术制备的淀粉-木质素膜存在拉伸强度低、断裂伸长率、吸水率高，且制备方法中采用甘油增塑剂使共混液中出现相分离现象的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术制备的淀粉-木质素膜存在拉伸强度低、断裂伸长率低、吸水率高，且在膜加工过程存在共混液中出现相分离现象的问题，而提供一种淀粉-木质素膜及其制备方法。

一种淀粉-木质素膜按重量份数由50～95份玉米淀粉、5～50份木质素磺酸钠、增塑剂和溶剂制备而成；所述的增塑剂与玉米淀粉的质量比为(1～9)∶9；所述的溶剂与玉米淀粉的质量比为(14～20)∶1。

一种淀粉-木质素膜的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、备料：首先按重量份数称取50～95份玉米淀粉和5～50份木质素磺酸钠，然后依次加入增塑剂和溶剂并混合均匀，得到混合液；二、共混：将步骤一制备的混合液水浴加热至85～95℃，然后在300～700r/min下搅拌1～3h，使混合液中的各组分实现共混，得到共混液；三、成膜：将步骤二制备的共混液静置脱气2～10min，最后在有机玻璃板上流延成膜，并60～80℃下干燥1～3h，即得到完全可降解热塑型材料淀粉-木质素膜；步骤一中所述的增塑剂与玉米淀粉的质量比为(1～9)∶9；步骤一中所述的溶剂与玉米淀粉的质量比为(14～20)∶1。