一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法技术

本发明专利技术具体涉及一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法，属于缓冲材料制备技术领域。本发明专利技术以甘蔗渣为原料，将其蒸汽爆破处理后和木糖苷酶混合酶解，得到酶解产物，再将酶解产物和盐酸混合酸解，接着用高锰酸钾氧化，最后与碱液反应，得到反应产物，接着将淀粉和胶原蛋白以及水混合得到预处理浆料，最后将预处理浆料和反应产物共混，高速搅拌反应并注模干燥，最终制得植物基缓冲材料，本发明专利技术不需要外加添加剂，直接从原材料中原位生成发泡成分，并且产生的气泡稳定性好，淀粉和纤维之间又能产生物理性的锚固缠结，提高缓冲材料的力学强度，生成成本低廉，可以完全生物降解，具有广阔的应用前景。

A Method for Preparing Plant-based Buffer Materials by In-situ Foaming

The invention relates to a method for preparing plant-based buffer material by in-situ foaming, belonging to the technical field of buffer material preparation. The method takes bagasse as raw material, after steam explosion treatment and xylanase mixed enzymatic hydrolysis, the enzymatic hydrolysate is obtained, then the enzymatic hydrolysate and hydrochloric acid mixed acid hydrolysate are hydrolyzed, then oxidized with potassium permanganate, and finally reacted with alkali solution to obtain the reaction product. Then the starch, collagen and water are mixed to obtain the pretreated slurry. Finally, the pretreated slurry and the reaction product are blended, which is high. The plant-based cushioning material is finally prepared by rapid stirring reaction and injection drying. The foaming component is directly generated from raw materials in situ without additional additives, and the bubbles generated are stable. The physical anchorage entanglement between starch and fiber can be generated, which improves the mechanical strength of the cushioning material, has low cost, can be completely biodegraded and has broad scope. Application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法
本专利技术具体涉及一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法，属于缓冲材料制备

技术介绍
目前包装类产品主要是塑料类、瓦楞纸、蜂窝纸类、纸浆模塑类材料。由于塑料类包装的废弃物不可回收、不可降解，其大量使用引起了严重的白色污染，带来了巨大的环境压力。瓦楞纸、蜂窝纸类、纸浆模塑类材料虽然可降解，但大多以木材为原料，大量消耗我国有限的森林资源，并且在制造过程中引起水污染，制造成本较高，并不是塑料类包装材料的理想替代产品。近年来随着我国经济快速增长对高品质材料的需求，缓冲材料在家具、汽车配件、鞋材、运动器材、医疗器械等领域得到了广泛的应用。缓冲材料在其各个应用领域内的优异性能表现，均源于其材料特殊的黏弹特性，即材料在受到压力冲击时，既发生了满足胡克定律的弹性形变，也同时发生不可恢复的塑性变形，也就是说，缓冲材料的变形是这两种变形的有机组合。塑性变形会消耗掉大部分的冲击能，而弹性变形部分所蓄积的部分能量，能在外力撤除后让缓冲材料慢慢恢复到受压前的形状。本质上就是材料在压力的作用下，分子结构会发生“流动”移位，变形来贴合施压面轮廓，将支撑点扩散至整个接触面，使压力得以在整个接触面上分散。这个特点也被称为缓冲材料的“压力均匀分散特性”。生物质全降解包装制品是以植物纤维（稻草纤维、蔗渣纤维等）、淀粉为主料添加一定的辅料及发泡剂通过特殊工艺制备而成，具有原料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉、全生命周期对环境无污染等优点，属于绿色环保型包装材料，而且可以充分利用农作物秸秆资源。目前，生物质全降解制品的相关研究已成为国内外研究的热点。我国包装企业大多数生产模式为单向线状型，不仅生产成本高，资源、能源消耗大，社会效益差，而且包装在生产和使用中，会由于排出大量废弃物而对环境产生严重危害。发泡型植物纤维缓冲包装材料是以植物纤维为主要原料，添加化学发泡剂或者通过水蒸气作用发泡形成的一种新型环保材料。但是化学发泡剂成分高，且不易降解，会污染环境，而水蒸气发泡需耗费大量能量，增加了制备成本，并且这些发泡方法产生的泡沫稳定性差，会影响缓冲材料后期的性能，因此专利技术一种不需要外加发泡剂，可以原位发泡制备植物基缓冲材料的方法具有积极的意义。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题，针对目前常见的发泡型植物纤维缓冲包装材料是以植物纤维为主要原料，添加化学发泡剂或者通过水蒸气作用发泡形成，但是化学发泡剂成分高，且不易降解，会污染环境，而水蒸气发泡需耗费大量能量，增加了制备成本，并且这些发泡方法产生的泡沫稳定性差，会影响缓冲材料后期的性能的缺陷，提供了一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法，具体制备步骤为：将预处理浆料和反应产物混合后放入高速搅拌机中，以900～1000r/min的转速高速搅拌处理20～30min，搅拌处理结束后将得到的搅拌料注入模具中，合模后在105～110℃下保温干燥3～4h，干燥结束后出料，拆模即得植物基缓冲材料；所述预处理浆料的制备步骤为：将淀粉、胶原蛋白和水混合后放入烧杯中，将烧杯加入水浴锅中，加热升温至80～85℃，进行搅拌，在搅拌的过程中再向烧杯中加入甘油，继续搅拌15～20min后得到预处理浆料；所述反应产物的制备步骤为：（1）称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置中，并向蒸汽爆破装置中通入预热水蒸汽，直至蒸汽爆破罐内压力达到1.5～1.7MPa，保温保压3～5min后瞬间泄压，收集得到甘蔗爆破产物；（2）将得到的甘蔗爆破产物和β-木糖苷酶以及水混合后装入酶解罐中，在25～30℃下保温酶解10～12h，得到酶解产物，再将酶解产物和浓度为0.5mol/L盐酸混合后得到混合液；（3）将混合液装入反应釜中，先加热升温至60～70℃，搅拌反应10～12h，搅拌反应结束后，再向反应釜中加入高锰酸钾，继续搅拌反应1～2h后得到预改性物；（4）用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节上述预改性物pH至7.5～8.0后，装入超声振荡仪中，以25～35kHz的频率超声振荡反应1～2h，反应结束后得到反应产物。所述预处理浆料和反应产物的质量比为1:1。所述预处理浆料的制备步骤中淀粉、胶原蛋白和水的质量比为1:2:4。所述预处理浆料的制备步骤中甘油的加入量优选为淀粉质量的5%。所述反应产物的制备步骤（1）中预热水蒸汽的温度优选为200～220℃。所述反应产物的制备步骤（2）中甘蔗爆破产物和β-木糖苷酶以及水的质量比为10:1:10。所述反应产物的制备步骤（2）中酶解产物和浓度为0.5mol/L盐酸的质量比为10:1。所述反应产物的制备步骤（2）中进一步优选的保温酶解温度为27～28℃。所述反应产物的制备步骤（3）中高锰酸钾的加入量为混合液质量的3%。所述反应产物的制备步骤（4）中进一步优选的超声振荡反应的频率优选为30～35kHz。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术以甘蔗渣为原料，将其蒸汽爆破处理后和木糖苷酶混合酶解，得到酶解产物，再将酶解产物和盐酸混合酸解，接着用高锰酸钾氧化，最后与碱液反应，得到反应产物，接着将淀粉和胶原蛋白以及水混合得到预处理浆料，最后将预处理浆料和反应产物共混，高速搅拌反应并注模干燥，最终制得植物基缓冲材料，本专利技术以富含纤维素、半纤维素以及木质素的甘蔗渣为原料，首先通过蒸汽爆破对其解纤，接着将爆破产物和木糖苷酶混合酶解，利用木糖苷酶专一性的酶解半纤维素，将半纤维素酶解成多糖，从而得到富含纤维素和木质素的酶解产物，接着再将酶解产物和酸混合，在酸性条件下酶解产物中的多糖水解成单糖，单糖再被高锰酸钾氧化成糖酸，这些物质再在碱性条件下生成糖酸钠，从而最终得到同时含有糖酸钠、纤维素和木质素的反应产物，随后将淀粉和胶原蛋白以及水混合后塑化改性，可高效塑化淀粉，改善淀粉与纤维的共容性，改善浆料的流变性能，而反应产物中的碳酸钠是一种两亲性物质，具有极佳的气泡能力，在后期的高速搅拌过程中可以在胶料内部形成大量气泡，而胶原蛋白是一种粘性蛋白，它的部分肽链会在气液界面上伸展，形成一个二维保护网络，使得泡沫界面膜的机械强度增加，可促进泡沫的稳定性，在缓冲浆料中形成丰富的微小气孔，最后干燥得到具有极佳缓冲性能的植物基材料，本专利技术不需要外加添加剂，直接从原材料中原位生成发泡成分，并且产生的气泡稳定性好，淀粉和纤维之间又能产生物理性的锚固缠结，提高缓冲材料的力学强度，生成成本低廉，可以完全生物降解，具有广阔的应用前景。具体实施方式称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置中，并向蒸汽爆破装置中通入预热至200～220℃的水蒸汽，直至蒸汽爆破罐内压力达到1.5～1.7MPa，保温保压3～5min后瞬间泄压，收集得到甘蔗爆破产物；将得到的甘蔗爆破产物和β-木糖苷酶以及水按质量比为10:1:10混合后装入酶解罐中，在25～30℃下保温酶解10～12h，得到酶解产物，再将酶解产物和浓度为0.5mol/L盐酸按质量比为10:1混合后得到混合液；将混合液装入反应釜中，先加热升温至60～70℃，搅拌反应10～12h，搅拌反应结束后，再向反应釜中加入混合液质量3%的高锰酸钾，继续搅拌反应1～2h后得到预改性物；用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节上述预改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法，其特征在于具体制备步骤为：将预处理浆料和反应产物混合后放入高速搅拌机中，以900～1000r/min的转速高速搅拌处理20～30min，搅拌处理结束后将得到的搅拌料注入模具中，合模后在105～110℃下保温干燥3～4h，干燥结束后出料，拆模即得植物基缓冲材料；所述预处理浆料的制备步骤为：将淀粉、胶原蛋白和水混合后放入烧杯中，将烧杯加入水浴锅中，加热升温至80～85℃，进行搅拌，在搅拌的过程中再向烧杯中加入甘油，继续搅拌15～20min后得到预处理浆料；所述反应产物的制备步骤为：（1）称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置中，并向蒸汽爆破装置中通入预热水蒸汽，直至蒸汽爆破罐内压力达到1.5～1.7MPa，保温保压3～5min后瞬间泄压，收集得到甘蔗爆破产物；（2）将得到的甘蔗爆破产物和β‑木糖苷酶以及水混合后装入酶解罐中，在25～30℃下保温酶解10～12h，得到酶解产物，再将酶解产物和浓度为0.5mol/L盐酸混合后得到混合液；（3）将混合液装入反应釜中，先加热升温至60～70℃，搅拌反应10～12h，搅拌反应结束后，再向反应釜中加入高锰酸钾，继续搅拌反应1～2h后得到预改性物；（4）用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节上述预改性物pH至7.5～8.0后，装入超声振荡仪中，以25～35kHz的频率超声振荡反应1～2h，反应结束后得到反应产物。...

【技术特征摘要】
1.一种原位发泡制备植物基缓冲材料的方法，其特征在于具体制备步骤为：将预处理浆料和反应产物混合后放入高速搅拌机中，以900～1000r/min的转速高速搅拌处理20～30min，搅拌处理结束后将得到的搅拌料注入模具中，合模后在105～110℃下保温干燥3～4h，干燥结束后出料，拆模即得植物基缓冲材料；所述预处理浆料的制备步骤为：将淀粉、胶原蛋白和水混合后放入烧杯中，将烧杯加入水浴锅中，加热升温至80～85℃，进行搅拌，在搅拌的过程中再向烧杯中加入甘油，继续搅拌15～20min后得到预处理浆料；所述反应产物的制备步骤为：（1）称取甘蔗渣放入蒸汽爆破装置中，并向蒸汽爆破装置中通入预热水蒸汽，直至蒸汽爆破罐内压力达到1.5～1.7MPa，保温保压3～5min后瞬间泄压，收集得到甘蔗爆破产物；（2）将得到的甘蔗爆破产物和β-木糖苷酶以及水混合后装入酶解罐中，在25～30℃下保温酶解10～12h，得到酶解产物，再将酶解产物和浓度为0.5mol/L盐酸混合后得到混合液；（3）将混合液装入反应釜中，先加热升温至60～70℃，搅拌反应10～12h，搅拌反应结束后，再向反应釜中加入高锰酸钾，继续搅拌反应1～2h后得到预改性物；（4）用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节上述预改性物pH至7.5～8.0后，装入超声振荡仪中，以25～35kHz的频率超声振荡反应1～2h，反应结束后得到反应产物。2.根据权利要求1所述的一种原位发泡制备植物基缓冲材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沁，
申请(专利权)人：常州市鑫嘉生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32