玉米芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇共混地膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种玉米芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇共混地膜的制备方法，该方法将风干玉米全秆进行剥皮、研磨和筛分，得秆芯原料，筛分秆芯进行冰醋酸/过氧乙酸处理，制得玉米秆纤维素；利用机械磨浆机进一步将纤维素细化，得到微米纤维素；然后在哌啶氮氧化物自由基／共氧化体系中将部分微米纤维素改性为水溶性氧化产物；将上述微米纤维素及其氧化物与聚乙烯醇溶解液混合，添加柠檬酸和丁二醛，中低温交联后，模具成形、干燥成膜并清洗，冷干后得玉米秆芯复合地膜。通过该方法制得的地膜呈乳白色薄膜状，具有良好的机械性能和环境可降解性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用农业固体废弃物---玉米秆芯制备环境降解型高分子地膜的工艺技术，属于天然高分子改性材料

技术介绍
地膜覆盖技术以其保温、保墒，减少水肥流失，给全世界农民带来了巨大的经济效益。我国地处季风地带，80%以上的耕地存在干旱、低洼和盐碱等障碍因素，水土流失、土壤沙化、土壤盐渍化以及土壤污染现象严重，需要地膜进行调理和改良，因此对地膜的需求量很大。目前，国内农用地膜实际使用量已达到100万吨，覆盖面积在1470万公顷以上，已经成为我国问题土壤地区农作物增产与节水的重要措施[1,2]。然而，地膜覆盖栽培技术给农业增产增收带来巨大经济效益的同时，普通地膜因其质地大多为聚乙烯和聚氯乙烯，所以无法回收再利用，也不能短时间内降解，随之给土壤和环境造成严重的白色污染问题，以引起我国政府和相关科学家的高度重视。目前，各国对可降解性地膜的研究主要集中在光降解地膜、生物降解地膜、双降解地膜和植物纤维地膜[3-5]。前3种地膜经过多年的研究，虽然取得了一定的进展，但仍然存在潜在的环境问题。植物纤维地膜，其主要原料是植物纤维，能够完全被土壤中的微生物分解，分解物可增加土壤肥力，是目前各国研究的重点。在日、美、英、韩等国家进行了以废弃包装物等二次纤维和部分原浆纤维为基质制备再生纸膜的研究[6]，结果表明，此种地膜具有抑制杂草、保温和增产效果与塑料地膜相当，同时可提高产品质量，并且无需回收地膜，无环境影响现象。但上述研究成果制造成本太高、机械性能欠佳，阻碍了推广应用。我国是玉米种植大国，玉米秸秆产量可达2.2亿吨[7]，这一巨大的生物资源在农村除被用作生活能源外，大部分弃之于地，或就地焚烧。如何使用这类农业废弃物发挥自身价值造福人类已成为当今研究的重要课题。目前，玉米秸皮已经作为纤维原料在制浆造纸工业中得到了应用，缓解了我国造纸资源短缺的严峻形势[8]。然而，玉米秆芯由于组成细胞多为短小、壁薄、易碎的杂细胞，在纤维工业中的应用受到了严重的限制，大幅度降低了玉米秸秆的应用价值。虽然少部分秆芯已被开发用作饲料加工或酒精发酵工业，但受到自身特点和转化技术的制约，现今还没有大规模化工业应用。但不可否认的是，玉米秆芯中含有丰富的纤维素，从原料组分上证明玉米秆芯可作为纤维素功能材料的初始原料。另外，玉米秆芯的细胞壁中微细纤维排列无序，比表面积较纤维细胞大，导致了其纤维素大分子，尤其是纤维素分子链能够最大限度地暴露出游离的羟基，提高解离和改性反应的速度。因而，对于制备微米纤维以及在此基础上获得氧化衍生物而言，玉米秆芯原料具有其独特的优势。为充分利用玉米秆芯废弃资源，开发经济适用、效果好的处理方法对生物质材料的应用具有重要意义。为此，本申请详述以玉米秆芯为原料制备环境可降解型微米纤维素增强氧化纤维素共混聚乙烯醇地膜的工艺流程。不仅可以提高玉米资源的综合利用效率，而且为玉米全秆的高附加值利用提供依据。参考文献[1]韩永俊，陈海涛，刘丽雪，李浩.水稻秸秆纤维地膜制造工艺参数优化[J].农业工程学报，2011，27（03）：242-247.[2]任荷玲.竹纤维基液体地膜的制备与表征[D].湖北：华中农业大学，2010.[3]I.Kyrikou,D.Briassoulis,M.Hiskakis,E.Babou.Analysisofphoto-chemcialdegradationbehaviorofpolyethylenemulchingfilmwithpro-oxidants[J].PolymerDegradationandStability,2011,96:2237-2252.[4]F.Touchaleaume,L.M.Closas,H.A.Coussy,A.Chevillard,G.Cesar,N.Gontard,E.Gastaldi.Performanceandenvironmentalimpactofbiodegradablepolymersasagriculturalmulchingfilms[J].Chemosphere,2016,144:433-439.[5]L.L.Guo,D.Zheng,J.C.Xu,X.Gao,X.T.Fu,Q.Zhang.Effectsofioniccrosslinkingonphysicalandmechanicalpropertiesofalginatemulchingfilms[J].CarbohydratePolymers,2016,136:259-265.[6]M.A.Berthet,H.A.Coussy,D.Machado,L.Hilliou,A.Staebler,A.Vicente,N.Gontard.Exploringthepotentialitiesofusinglignocellulosicfibresdrivedfromthreefoodby-productsasconsitiuentsofbiocompositesforfoodpackaging[J].IndustrialCropsandProducts,2015,69:110-122.[7]陈洪雷，王岱.玉米秸秆在制浆造纸工业中的应用研究[J].华东纸业，2009，40（2）：15-18.[8]王芳芳.玉米秸皮生物机械法制浆的研究[D].山东轻工业学院，2011：1-11。
技术实现思路
由于地膜主要依赖于合成类高分子，以天然高分子为基质的兼具环境友好型和良好物理性能的可降解地膜的开发还没有足够的基础和技术的支撑。因此，本专利技术提供了一种玉米芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇共混地膜的制备方法，该方法利用资源丰富但开发深度尚浅的玉米秆芯为原料，提取其纤维素，经磨浆得微米纤维素，利用TEMPO催化氧化制备水溶性氧化纤维素，将上述微米纤维素和其氧化衍生物与聚乙烯醇共混，制备环境可降解性地膜，进一步拓展玉米秆芯的应用领域，使秸秆这种绿色可再生材料得到高附加值的利用。实现本专利技术目的采取的工艺技术方案如下：①玉米秸秆经风干后进行去皮，秆芯部分研磨和筛分，得合格原料；②采用冰醋酸／过氧乙酸法对合格秆芯原料进行纤维素提取；③采用机械磨浆方式对秆芯纤维素进行细化处理，得微米纤维素；④采用哌啶氮氧化物自由基／共氧体系对步骤③中所得的部分微米纤维素进行选择性氧化改性，产物经滤膜固液分离，液体部分用无水乙醇进行沉析、离心分离和洗涤，冷冻干燥，制得水溶性氧化纤维素；⑤将聚乙烯醇热水搅拌溶解，其溶解液与步骤④的水溶性氧化纤维素和步骤③中的微米纤维素按一定比例混合均匀，继而加入柠檬酸和丁二醛，反应结束后，取一定量的凝胶倒入模具中，除泡、干燥，形成固态膜，样品用去离子水进行反复洗涤，冷冻干燥，得到片状玉米秆芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇混合地膜。本专利技术环境可降解型玉米秆芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇混合地膜的制备方法，具体操作如下：①玉米秆芯的备料过程：玉米全秆经过风干处理后，其中风干原料的水分根据不同地区不同季节空气湿度不同而不同，一般含水率控制在5%～25％的范围内，风干物进行皮和芯剥离处理，并且秆芯粉碎，用100～500目的标准筛筛分，得以粉末状秆芯原料；②纤维素提取过程：在玉米秆芯粉末中添加质量百分比浓度18-35本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玉米芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇共混地膜的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：①玉米秸秆经风干后进行去皮处理、研磨和过筛备料，粉末状芯部采用冰醋酸／过氧乙酸法进行纤维素提取，继而通过机械磨浆方式对纤维素进行细化处理，制得微米纤维素；②取部分微细纤维素在哌啶氮氧化物自由基／共氧体系中进行选择性氧化改性，产物经滤膜固液分离，液体部分用无水乙醇进行沉析、离心分离和洗涤，冷冻干燥，制得水溶性氧化纤维素；③先将聚乙烯醇在热水中搅拌溶解，其溶解液与步骤②的水溶性氧化纤维素和步骤①中的微米纤维素混合均匀，继而加入柠檬酸和丁二醛，交联反应结束后，将凝胶倒入模具中，除泡、干燥，形成固态膜，对膜用去离子水进行反复洗涤，冷冻干燥，得到片状玉米秆芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇混合地膜。

【技术特征摘要】
1.一种玉米芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇共混地膜的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：①玉米秸秆经风干后进行去皮处理、研磨和过筛备料，粉末状芯部采用冰醋酸／过氧乙酸法进行纤维素提取，继而通过机械磨浆方式对纤维素进行细化处理，制得微米纤维素；②取部分微细纤维素在哌啶氮氧化物自由基／共氧体系中进行选择性氧化改性，产物经滤膜固液分离，液体部分用无水乙醇进行沉析、离心分离和洗涤，冷冻干燥，制得水溶性氧化纤维素；③先将聚乙烯醇在热水中搅拌溶解，其溶解液与步骤②的水溶性氧化纤维素和步骤①中的微米纤维素混合均匀，继而加入柠檬酸和丁二醛，交联反应结束后，将凝胶倒入模具中，除泡、干燥，形成固态膜，对膜用去离子水进行反复洗涤，冷冻干燥，得到片状玉米秆芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇混合地膜。2.根据权利要求1所述的玉米芯微米纤维增强氧化纤维素/聚乙烯醇共混地膜的制备方法，其特征在于具体操作如下：①将风干后的玉米全秆进行剥皮处理，并且粉碎后用100～500目的标准筛筛分，得粉末状秆芯原料；②在筛分后的玉米秆芯中添加质量百分比浓度18%~35%的过氧乙酸与冰醋酸混合液，混合均匀，在50~90℃下处理12~48h，其中质量百分比浓度18%~35%过氧乙酸与冰醋酸的体积比为5:1~10:1，秆芯原料处理的质量浓度为8%~15%，处理完毕后的物料完全转移至300～600目浆袋中，用去离子水进行浸泡、洗涤，直至洗涤水为中性，离心分离脱除多余水分，使纤维素干度在10%～30％；③根据QB/T-1463-1992标准方法，用PFI打浆机对纤维素进行磨浆处理，并用纤维质量分析仪进行纤维长度的实...

【专利技术属性】
技术研发人员：高欣，陈克利，何洁，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53