一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法。本发明专利技术以聚乳酸为基料，通过阳离子改性淀粉、羧甲基改性纤维素、瓜尔胶、木糖醇、壳聚糖等多种生物基材料的复配，构建一种高强度全降解的聚乳酸基复合材料体系，制备出具有良好的耐热性、阻隔性以及抗菌性，而且结合高抗冲击性、高韧性、高弹性模量等优异的力学性能于一体的多功能生物基复合薄膜。本发明专利技术的生物基复合薄膜所用原料取自自然，均可进行降解，是一种绿色环保的复合材料；其原料来源广，有助于降低生产成本，提高工业化生产效益，可以广泛应用于农用地膜，食品包装、化妆品包装材料以及医用功能材料等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法。
技术介绍
生物基材料，是利用谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质为原料制造的新型材料和化学品等，包括生物合成、生物加工、生物炼制过程获得的生物醇、有机酸、烷烃、烯烃等基础生物基化学品，也包括生物基塑料、生物基纤维、糖工程产品、生物基橡胶以及生物质热塑性加工得到塑料材料等。生物基材料由于其绿色、环境友好、资源节约等特点，正逐步成为世界科技创新和看经济发展的主导产业。其中，聚乳酸作为一种环境友好型材料，最为突出特点就是其降解性和生物相容性，除此之外，聚乳酸还具有优异的后加工性、透明性、气体阻隔性，但聚乳酸材料也存在一些缺点，包括结晶速度慢、耐热性差、抗冲击性差等，这些缺陷限制了聚乳酸的广泛应用。目前，针对聚乳酸的力学性能差的问题，很多研究者通过添加生物质材料如纳米微晶纤维素、纳米原纤化纤维素等进行增强，同时为提高纤维材料与聚乳酸之间的界面结合力，往往利用硅烷偶联剂进行改性，或使用三氯甲烷、氯仿等有机溶剂溶解聚乳酸，所用助剂、溶剂等具有一定毒性，且不易降解。此外，只使用纳米纤维素增强聚乳酸，一方面作用效果单一且并不显著，另一方面会提高生产成本，不利于聚乳酸产业链的形成。因此，本专利技术通过多种生物基材料的复配，构建一种高强度全降解的聚乳酸基复合材料体系，制备具有良好的耐热性、阻隔性以及抗菌性，而且结合高抗冲击性、高韧性、高弹性模量等优异的力学性能于一体的多功能生物基复合薄膜，使其广泛应用于农用地膜，食品、化妆品包装材料以及医用功能材料等领域。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术旨在提供一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜及其制备方法。本专利技术通过如下技术方案实现：一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜，包括以下重量份原料：聚乳酸100份；阳离子改性淀粉10-15份；纳米碳酸钙5份；木糖醇3-5份；羧甲基改性纳米纤维素3-5份；壳聚糖1-3份；聚乙二醇1-3份；瓜尔胶粉0.5-1.0份，制备一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的方法包括如下步骤：步骤（1）：称取上述重量份的阳离子改性淀粉与适量的蒸馏水混合配制阳离子淀粉悬浮液，然后加入上述重量份的纳米碳酸钙，升温至65℃搅拌分散均匀，随后加入聚乙二醇，继续搅拌至聚乙二醇完全溶解，并将此混合悬浮液经超声处理10min以备用。步骤（2）：分别称取上述重量份的瓜尔胶粉与木糖醇粉末搅拌混合均匀，并加入一定量的无水乙醇搅拌分散，随后在持续搅拌中缓慢加入适量蒸馏水，以1500r/min的速度经高速剪切分散得到无色透明的粘稠状液体，然后将所得的粘稠状液体与步骤（1）中制备的悬浮液混合，并依次加入上述的羧甲基改性纳米纤维素及壳聚糖，以2500r/min的速度经高速剪切分散均匀，最后将混合分散液超声30min以备用。步骤（3）：称取上述重量份的聚乳酸颗粒于N,N-二甲基甲酰胺中，在65℃下通过磁力搅拌至完全溶解，然后将步骤（2）中所得的混合分散液缓慢加入聚乳酸溶液中，经磁力搅拌分散均匀，最后将一定量的混合液浇注至玻璃培养皿中，并设置烘箱温度为85℃进行干燥，即得一种高强度多功能全降解生物基复合薄膜。进一步的，所述的阳离子改性淀粉是以季铵盐为醚化剂进行改性；羧甲基改性纳米纤维素是将机械处理的纸浆纤维经氯乙酸醚化作用得到，其直径为20~150nm，长度为1.0~6.0μm；聚乙二醇分子量为6000。进一步的，步骤（1）中所述的阳离子淀粉悬浮液质量分数为5%~6%；步骤（2）中所得无色透明的粘稠状液体的质量分数为1.0%~1.5%，液体中无水乙醇和蒸馏水的混合体积比为1:2；步骤（3）中聚乳酸溶液的质量分数为4%~6%。更进一步的，本专利技术制备的一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的厚度为0.08mm。本专利技术的有益效果：本专利技术的生物基复合薄膜所用原料取自自然，均可进行降解，是一种绿色环保的复合材料；其原料来源广，有助于降低生产成本，提高工业化生产效益。本专利技术构建了阳离子淀粉和纳米碳酸钙的复配体系，实现了阳离子改性淀粉对纳米碳酸钙的包裹，降低了纳米碳酸钙表面能，增加其在水中的润湿性及分散性。本专利技术添加了一定量的木糖醇和瓜尔胶，在乙醇的作用下，相互之间形成空间网络结构，具有较好的稳定性和分散性，充分发挥瓜尔胶低固高黏的特性；添加了一定的羧甲基改性纳米纤维素，利用纳米纤维素的尺寸效应、高弹性模量以及良好的抗冲击性，对聚乳酸材料起到良好的增韧补强作用。本专利技术经羧甲基化改性的纳米纤维素能够有效改善聚乳酸分子与纤维材料间的界面结合；此外，复合薄膜中壳聚糖和木糖醇的存在，可以在一定程度上防止细菌在复合材料表面滋生。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1步骤（1）：将10份阳离子改性淀粉与190份蒸馏水混合配制阳离子淀粉悬浮液，然后5份纳米碳酸钙，升温至65℃搅拌分散均匀，随后加入2份聚乙二醇，继续搅拌至聚乙二醇完全溶解，并将此混合悬浮液经超声处理10min以备用。步骤（2）：将1份瓜尔胶粉与5份木糖醇粉末搅拌混合均匀，并加入198份无水乙醇搅拌分散，随后在持续搅拌中缓慢加入396份蒸馏水，以1500r/min的速度经高速剪切分散得到无色透明的粘稠状液体，然后将所得的粘稠状液体与步骤（1）中制备的悬浮液混合，并依次加入上5份羧甲基改性纳米纤维素及3份壳聚糖，以2500r/min的速度经高速剪切分散均匀，最后将混合分散液超声30min以备用。步骤（3）：将100份聚乳酸颗粒于N,N-二甲基甲酰胺中，在65℃下通过磁力搅拌至完全溶解，得到质量分数为4%的聚乳酸溶液，然后将步骤（2）中所得的混合分散液缓慢加入聚乳酸溶液中，经磁力搅拌分散均匀，最后将一定量的混合液浇注至玻璃培养皿中，并设置烘箱温度为85℃进行干燥，即得一种高强度多功能全降解生物基复合薄膜。实施例2步骤（1）：将10份阳离子改性淀粉与190份蒸馏水混合配制阳离子淀粉悬浮液，然后5份纳米碳酸钙，升温至65℃搅拌分散均匀，随后加入2份聚乙二醇，继续搅拌至聚乙二醇完全溶解，并将此混合悬浮液经超声处理10min以备用；。步骤（2）：将1份瓜尔胶粉与3份木糖醇粉末搅拌混合均匀，并加入120份无水乙醇搅拌分散，随后在持续搅拌中缓慢加入240份蒸馏水，以1500r/min的速度经高速剪切分散得到无色透明的粘稠状液体，然后将所得的粘稠状液体与步骤（1）中制备的悬浮液混合，并依次加入上5份羧甲基改性纳米纤维素及3份壳聚糖，以2500r/min的速度经高速剪切分散均匀，最后将混合分散液超声30min以备用。步骤（3）：将100份聚乳酸颗粒于N,N-二甲基甲酰胺中，在65℃下通过磁力搅拌至完全溶解，得到质量分数为6%的聚乳酸溶液，然后将步骤（2）中所得的混合分散液缓慢加入聚乳酸溶液中，经磁力搅拌分散均匀，最后将一定量的混合液浇注至玻璃培养皿中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法，所述的生物基复合薄膜由以下重量份原料组成：聚乳酸100份；阳离子改性淀粉10-15份；纳米碳酸钙5份；木糖醇3-5份；羧甲基改性纳米纤维素3-5份；壳聚糖1-3份；聚乙二醇1-3份；瓜尔胶粉0.5-1.0份；其特征在于包括如下步骤：/n步骤（1）：称取上述重量份的阳离子改性淀粉与适量的蒸馏水混合配制阳离子淀粉悬浮液，然后加入上述重量份的纳米碳酸钙，升温搅拌分散均匀，随后加入聚乙二醇，继续搅拌至聚乙二醇完全溶解，并将此混合悬浮液经超声处理以备用；/n步骤（2）：分别称取上述重量份的瓜尔胶粉与木糖醇粉末搅拌混合均匀，并加入一定量的无水乙醇搅拌分散，随后在持续搅拌中缓慢加入适量蒸馏水，经高速剪切分散得到无色透明的粘稠状液体，然后将所得的粘稠状液体与步骤（1）中制备的悬浮液混合，并依次加入上述重量份的羧甲基改性纳米纤维素及壳聚糖，经高速剪切分散均匀，最后将混合分散液超声以备用；/n步骤（3）：称取上述重量份的聚乳酸颗粒于N,N-二甲基甲酰胺中，在设定温度下通过磁力搅拌至完全溶解，然后将步骤（2）中所得的混合分散液缓慢加入聚乳酸溶液中，经磁力搅拌分散均匀，最后将一定量的混合液浇注至玻璃培养皿中，并在烘箱内进行干燥，即得一种高强度多功能全降解生物基复合薄膜。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法，所述的生物基复合薄膜由以下重量份原料组成：聚乳酸100份；阳离子改性淀粉10-15份；纳米碳酸钙5份；木糖醇3-5份；羧甲基改性纳米纤维素3-5份；壳聚糖1-3份；聚乙二醇1-3份；瓜尔胶粉0.5-1.0份；其特征在于包括如下步骤：
步骤（1）：称取上述重量份的阳离子改性淀粉与适量的蒸馏水混合配制阳离子淀粉悬浮液，然后加入上述重量份的纳米碳酸钙，升温搅拌分散均匀，随后加入聚乙二醇，继续搅拌至聚乙二醇完全溶解，并将此混合悬浮液经超声处理以备用；
步骤（2）：分别称取上述重量份的瓜尔胶粉与木糖醇粉末搅拌混合均匀，并加入一定量的无水乙醇搅拌分散，随后在持续搅拌中缓慢加入适量蒸馏水，经高速剪切分散得到无色透明的粘稠状液体，然后将所得的粘稠状液体与步骤（1）中制备的悬浮液混合，并依次加入上述重量份的羧甲基改性纳米纤维素及壳聚糖，经高速剪切分散均匀，最后将混合分散液超声以备用；
步骤（3）：称取上述重量份的聚乳酸颗粒于N,N-二甲基甲酰胺中，在设定温度下通过磁力搅拌至完全溶解，然后将步骤（2）中所得的混合分散液缓慢加入聚乳酸溶液中，经磁力搅拌分散均匀，最后将一定量的混合液浇注至玻璃培养皿中，并在烘箱内进行干燥，即得一种高强度多功能全降解生物基复合薄膜。


2.根据权利要求1所述的一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述的阳离子改性淀粉是以季铵盐为醚化剂进行改性。


3.根据权利要求1所述的一种高强度全降解多功能生物基复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述的羧甲基改...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪平，王小宇，唐艳军，金凯妍，
申请(专利权)人：台州浩展婴儿用品股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33