本发明专利技术提出了一种具有抗氧化抗菌可生物降解食品包装材料的制备方法，采用方法的要点是将肉桂酰氯(Cc)改性纤维素纳米晶(CNC)作为基体增强聚(3‑羟基丁酸酯‑co‑3‑羟基戊酸酯)(PHBV)的同时赋予其抗氧化性和抗菌性，在室温状态下加入肉桂酰氯与纤维素纳米晶连续酯化反应生成纤维素纳米晶‑肉桂(CNC‑Cc)的杂化材料后，通过皮克林乳液方法制备得到纳米复合材料，即食品包装材料，增强CNC在复合基体中的分散均匀性。本发明专利技术制备的纳米复合材料兼具高强度、高韧性、生物可降解性、抗氧化性以及抗菌性，而且还拥有优异结构的稳定性、防腐性，在食品包装、绿色快递包装等领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种具有抗氧化抗菌可生物降解食品包装材料的制备方法
本专利技术涉及一种纤维素纳米晶体杂化材料的制备方法，特别涉及一种具有抗氧化抗菌可生物降解食品包装材料的制备方法，属于高分子材料制备领域。
技术介绍
近年来，我国“限塑令”实施已有十余年，虽有一定成效但仍然屡限不止，再加上快递、外卖等新业态迅猛发展，给塑料垃圾污染治理带来新的挑战。在过去几十年中，从环境和工业角度来看，传统石油基包装材料和传统塑料包装材料自然降解度很大，长时间不易腐烂，对环境的污染正成为一个严峻的问题。食品包装中使用具有“取之于自然，回归自然”特性的新型生物降解塑料可以替代石油基塑料包装材料，因而急需一种可比性能的可生物降解的纳米复合材料。聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)生物塑料是由天然植物玉米秸秆等细菌发酵产生的，其具有生物降解能力，无毒，友好的环境效应和生物相容性，日益成为一种纳米复合食品包装材料的理想选择，尤其是全球生物塑料市场，2020年经济价值为438亿美元，复合年增长率为28.8％。但是，PHBV聚合物具有一些结构与性能的缺陷，例如球晶尺寸大，脆性，半结晶，加工窗口窄，热学性能和机械性能差，成核密度低等极大限制了其在生物塑料领域的应用。从肉桂皮中分离提纯出一种名为肉桂酸有机酸，主要用于香精香料、食品添加剂、医药工业、美容、农药、有机合成等方面。无毒且生物相容的肉桂因其苯环和相邻的碳双键的共轭结构，具有较强的紫外线吸收能力且对多种细菌具有很高的抗菌活性，被广泛应用于纳米填料。除此之外，肉桂的营养成分揭示了大量的维生素和矿物质，主要的生物活性化合物是多酚和肉桂醛，肉桂的抗菌，抗氧化，抗炎，抗肿瘤等特性在多项研究中有报道。Regiane等人在期刊TrendsinFoodScience&Technology上发表的《Revisitinganancientspicewithmedicinalpurposes:Cinnamon》文章(Trends.FoodSci.Tech2017,62:154-169)介绍了其诸多潜在应用。(CN110128803A)提出改性细菌纤维素晶须分散液和聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)溶液混合沉淀后得到改性BCW/PHBV复合材料。本专利技术以纤维素纳米晶(CNC)-肉桂酰氯(Cc)为模板，通过酯化法将抗菌的肉桂酸接枝在CNC制备纳米杂化材料用于双功能增强PHBV，CNC具有优异的生物相容性、比表面积大、可再生等优点，除此之外因为肉桂酸具有疏水性和独特的结构对多种细菌具有很高的抗菌活性且具有消除自由基的抗氧化活性。所得杂化材料同时还兼具CNC和PHBV的生物相容性，并已被探索用于抗菌纳米填料、食品包装材料等领域。本专利技术制备方法简单，绿色环保且具有更稳定的化学结构，更好的生物相容性。PHBV/PC/CNC-Cc纳米复合材料具有高强度、高韧性、抗氧化性、抗菌性、可生物降解、可重复利用等性能，具有较强的加工性能，未来可在食品包装等领域得到大力推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有抗氧化抗菌可生物降解食品包装材料的制备方法，该方法制备简单，操作简便，绿色无污染，且方便大规模生产。一种纤维素纳米晶体杂化材料的制备方法，特别涉及一种具有抗氧化抗菌可生物降解食品包装材料的制备方法，其具体步骤如下：1)将纤维素纳米晶(CNC)按适当固液比加入到N,N-二甲基甲酰胺，冰水浴超声分散均匀，添加适当质量比的三乙胺(TEA)和适当质量比的4-(二甲氨基)吡啶(DMAP)，得到混合物；2)用适当质量比的肉桂酰氯(Cc)溶解到适当固液比的N,N-二甲基甲酰胺溶液逐滴添加到步骤1)得到的混合物，在室温条件下连续酯化20-28h后透析纯化5-10d，冷冻干燥，得到CNC-Cc纳米填料；3)将步骤2)得到的CNC-Cc纳米填料以适当固液比与四氢呋喃溶液混合，冰水浴超声分散均匀，添加适当比例的水，吹扫空气，得到适当比例的稳定CNC-Cc水分散体；4)称量适当比例的聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)和聚碳酸酯(PC)分别溶于适量氯仿(CHCl3)与步骤3)得到的适当比例的稳定CNC-Cc水分散体均质3-10min，吹扫空气后真空过滤，在40-80℃下真空干燥，得到聚合物；5)将步骤4)得到的聚合物在150-200℃下热压3-10min，得到聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)聚碳酸酯//纳米纤维素-肉桂杂化物纳米复合材料。所述步骤1)中所述适当固液比是指CNC：N,N-二甲基甲酰胺＝1g：50-100mL；所述适当质量比为CNC：TEA＝1g：1.5-2g；所述适当质量比为CNC：DMAP＝1g：1-1.5g。所述步骤2)中所述适当质量比为CNC：Cc＝1：3-4g；适当固液比为Cc与N,N-二甲基甲酰胺之比为1g：2-10mL。所述步骤3)中所述适当固液比为CNC-Cc与四氢呋喃之比为1g：100-150mL；所述适当比例为CNC与水之比为1g：80-120mL。所述步骤4)中所述适当比例是指PHBV：PC＝1g：0.1-0.3g；所述适量是指PHBV/PC：CHCl3＝1g：2-6mL；所述适当比例为CNC-Cc与水之比为1-10w/v％。对本专利技术所获得的高阻隔且抗菌聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)/聚碳酸酯/纳米纤维素-肉桂杂化物纳米复合材料使用万能试验机测试复合材料的力学性能；测试杂化材料的抗氧化性；使用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌测试其抗菌性，其结果如下：(1)万能试验机测试表明复合材料的力学性能明显改善，参见图1。(2)杂化材料表现出优异的抗氧化性能，参见图2。(3)金黄色葡萄球菌和大肠杆菌测试其定量抗菌性能优异，参见图3。(4)金黄色葡萄球菌和大肠杆菌测试其定性抗菌性能优异，参见图4。本专利技术制备聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)/聚碳酸酯/纳米纤维素-肉桂的食品包装材料具有高强高韧性以及优异的抗氧化性和抗菌性，在食品包装材料、绿色高阻隔包装等方面有广阔的应用前景。本专利技术具有的有益效果是：(1)本专利技术利用来源广泛、制备简单的CNC为原料，具有绿色环保、比表面积大的优点；(2)本专利技术以制备简单的CNC-Cc为基体，具有可再生、改善相容性、抗氧化、抗菌等优点；(3)本专利技术以制备简单的聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)纳米复合材料，抗氧化性、高强高韧性、抗菌性且制备方法简单，有利于规模化生产。附图说明图1为实施例1制备聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)/聚碳酸酯/纳米纤维素-肉桂的食品包装材料的力学性能测试图。图2为实施例1制备纳米纤维素-肉桂的杂化材料的抗氧化性能。图3为实施例1制备聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)/聚碳酸酯/纳米纤维素-肉桂的食品包装材料的抗菌性能定量测试图。图4为实施例1制备聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有抗氧化抗菌可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将纤维素纳米晶(CNC)按适当固液比加入到N,N-二甲基甲酰胺，冰水浴超声分散均匀，添加适当质量比的三乙胺(TEA)和适当质量比的4-(二甲氨基)吡啶(DMAP)，得到混合物；/n2)用适当质量比的肉桂酰氯(Cc)溶解到适当固液比的N,N-二甲基甲酰胺溶液逐滴添加到步骤1)得到的混合物，在室温条件下连续酯化20-28h后透析纯化5-10d，冷冻干燥，得到CNC-Cc纳米填料；/n3)将步骤2)得到的CNC-Cc纳米填料以适当固液比与四氢呋喃溶液混合，冰水浴超声分散均匀，添加适当比例的水，吹扫空气，得到适当比例的稳定CNC-Cc水分散体；/n4)称量适当比例的聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)和聚碳酸酯(PC)分别溶于适量氯仿(CHCl
【技术特征摘要】
1.一种具有抗氧化抗菌可生物降解食品包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将纤维素纳米晶(CNC)按适当固液比加入到N,N-二甲基甲酰胺，冰水浴超声分散均匀，添加适当质量比的三乙胺(TEA)和适当质量比的4-(二甲氨基)吡啶(DMAP)，得到混合物；
2)用适当质量比的肉桂酰氯(Cc)溶解到适当固液比的N,N-二甲基甲酰胺溶液逐滴添加到步骤1)得到的混合物，在室温条件下连续酯化20-28h后透析纯化5-10d，冷冻干燥，得到CNC-Cc纳米填料；
3)将步骤2)得到的CNC-Cc纳米填料以适当固液比与四氢呋喃溶液混合，冰水浴超声分散均匀，添加适当比例的水，吹扫空气，得到适当比例的稳定CNC-Cc水分散体；
4)称量适当比例的聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)和聚碳酸酯(PC)分别溶于适量氯仿(CHCl3)与步骤3)得到的适当比例的稳定CNC-Cc水分散体均质3-10min，吹扫空气后真空过滤，在40-80℃下真空干燥，得到聚合物；
5)将步骤4)得到的聚合物在150-200℃下热压3-10min，得到聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)聚碳酸酯//纳米纤维素-肉桂杂化物纳米复合材料。
【专利技术属性】
技术研发人员：余厚咏，李芳，李营战，关莹，周颖，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。