[发明专利]一种环保内增塑半纤维素膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半纤维素膜，特别是涉及一种环保内增塑半纤维素膜材料及其制备方法，属于半纤维素改性领域和天然高分子材料领域。

背景技术

如今，石油、煤和天然气等化石能源的日趋枯竭已经成为不争的事实，人们开始重视生物质的开发利用，林木生物质储量丰富，其中半纤维素储量位居第二。近年来，木聚糖类半纤维素被研究用作制备新型环保生物基材料及一系列新型可降解聚合物。其中已开发的应用领域主要包括造纸、食品和生物医学领域。酯化、复合、接枝等方法改性的半纤维素形成的薄膜在阻隔性、机械力学性能等方面较未改性膜有显著的提高，特别是与纳米纤维类复合的薄膜，有望用于食品包装材料及可食性包覆膜方面。但是，单一的木聚糖类半纤维素材料在力学性能和阻水性及多功能性方面差，使木聚糖在生物基软材料制备等领域受到了很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无生物毒性，具有较高的成膜、力学和阻水性能的环保型内增塑膜材料及其制备方法。

一种环保内增塑半纤维素膜，制备该环保内增塑半纤维素膜的原料为辛烯基琥珀酸酐改性的半纤维素，结构式为：

其中，n为0.064‐0.22。

所述环保内增塑半纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）黄竹干燥后研磨成粉，烘干，加入亚氯酸钠和蒸馏水，所述亚氯酸钠与黄竹粉的质量比为（1.2～1.8）：1；每毫升蒸馏水加入黄竹粉15～25克；用盐酸调节pH值为3.8～4.0后在70～80℃提取2～3h，过滤，洗涤滤渣，干燥，得到脱木素的植物纤维；

（2）将所述脱木素的植物纤维用质量浓度为8～10％的KOH溶液在20～30℃提取8～12h，过滤，滤渣为纤维素，丢弃；滤液用醋酸调节pH值为5.0～6.0，再加入乙醇，乙醇与滤液的体积比为2：1～3：1，静置8～10h得到沉淀，过滤，洗涤沉淀，干燥，得到木聚糖类半纤维素；

（3）将步骤（2）得到的木聚糖类半纤维素加入二甲基亚砜中，于60～90℃加热60～90min至其完全溶解，得到木聚糖类半纤维素溶液；每克木聚糖类半纤维素加入二甲基亚砜的量为30～50毫升；

（4）在氮气中，向步骤（3）得到的木聚糖类半纤维素溶液中加入催化剂三乙胺，三乙胺的用量为木聚糖类半纤维素质量的2％～6％；再加入烯基琥珀酸酐，搅拌均匀后，室温反应2～12h，冷却，倒入乙醇中沉淀，洗涤，得到粗产物；烯基琥珀酸酐与木聚糖类半纤维素的质量比为1：（1～12）；

（5）将步骤（4）得到的粗产物加入蒸馏水中，真空干燥至恒重，得到内增塑半纤维素膜材料。

优选地，所述烯基琥珀酸酐为辛烯基琥珀酸酐。所述辛烯基琥珀酸酐与木聚糖类半纤维素的质量比为1：（2～8）。所述真空干燥的温度为70～90℃；真空干燥的时间为12～24h。所述洗涤滤渣是将滤渣用乙醇洗涤2～3次；所述洗涤沉淀是将沉淀用体积浓度为50％～70％乙醇洗涤2～3次。步骤（1）和步骤（2）所述干燥为在50～60℃下干燥12～16h。

本发明利用内增塑效应改善木聚糖分子链结构，得到性能比其他高分子材料优良的材料就是其中的一种，这种材料利用烯基琥珀酸酐长碳链提高了膜材料的力学性能与阻水性能，同时也能保持木聚糖良好的生物相容性和生物可降解性，应用于食物保鲜、抗菌、医用敷料等方面，目前，尚未有关于内增塑效应制备半纤维素环保型膜材料的报道，内增塑半纤维素膜材料具有广阔的应用前景。本发明目的通过如下技术方案实现：

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）本发明的膜材料无生物毒性（生物毒性通过MTT实验验证得到，该膜无任何生物毒性）、可生物降解，具有较高的力学性能；

（2）本发明的制备方法工艺简单，反应条件温和，操作方便，易于工业化；

（3）本发明的膜材料制备过程产生的废液容易回收循环使用，属环境友好材料。

附图说明

图1为内增塑半纤维素膜（实施例1）的高分辨率AFM图像，扫描尺寸为2×2μm。

图2为内增塑半纤维素膜（实施例2）的高分辨率AFM图像，扫描尺寸为2×2μm。

图3为内增塑半纤维素膜（实施例3）的高分辨率AFM图像，扫描尺寸为2×2μm。

图4为木聚糖类半纤维素（0）及实施例1辛烯基琥珀酸酐改性的半纤维素（1）的红外图谱。

图5为木聚糖类半纤维素（0）及实施例2辛烯基琥珀酸酐改性的半纤维素（2）的红外图谱。