一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法，属于生物降解薄膜的制备技术领域。所述制备方法包括：S1：a）常温下，将淀粉溶于水中；b）将催化剂纳米微晶纤维素加入淀粉溶液中，搅拌均匀，水浴反应进行预糊化处理；c）加入淀粉氧化剂反应；d）调节反应体系pH，终止反应后用无水乙醇和去离子水反复洗涤产物，即得氧化淀粉；S2：将S1中氧化淀粉溶于水中，加入增塑剂和纳米微晶纤维素混合均匀，水浴反应后得到成膜液，最后将成膜液于超声波清洗器中混合振动进行脱气处理，采用溶液流延方式将脱气处理后的成膜制备成生物膜，即得。本发明专利技术制备的制备方法简单、操作方便、实用性强、制备成本低，制备的生物膜可生物降解性、环保性好。

Preparation method of nano cellulose / oxidized starch biofilm

The invention relates to a preparation method of nano-cellulose/oxidized starch biofilm, which belongs to the technical field of biodegradable film preparation. The preparation method comprises the following steps: S1:a) dissolving starch in water at normal temperature; b) adding catalyst Nanocrystalline Cellulose into starch solution, stirring uniformly, and pre-gelatinizing in water bath reaction; c) adding starch oxidant reaction; d) adjusting the pH of the reaction system, and washing repeatedly with anhydrous ethanol and deionized water after terminating the reaction. Polyester product is oxidized starch; S2: oxidized starch in S1 is dissolved in water, plasticizer and Nano-crystalline Cellulose are added to mix evenly, film forming liquid is obtained after water bath reaction, and finally film forming liquid is mixed with vibration in ultrasonic cleaner for degassing treatment, and film forming is prepared by solution casting after degassing treatment. Film, that is. The preparation method is simple, the operation is convenient, the practicability is strong, the preparation cost is low, the prepared biofilm is biodegradable and the environmental protection is good.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法
本专利技术属于生物降解薄膜的制备
，尤其涉及一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法。
技术介绍
淀粉是植物经光合作用形成的碳水化合物，作为植物的一种重要的储能形式，其产量仅次于纤维素，是一种来源丰富的纯天然可再生资源。氧化淀粉相比原淀粉具有低粘度、高粘结力、透明度好以及不易凝胶等优点，将羰基和羧基功能基团插入到淀粉链中取代淀粉的亲水羟基，使淀粉疏水性提高。纤维素是一种天然绿色高分子材料，是可再生资源。纳米纤维素可以从多种纤维素来源中分离出来，包括植物、动物、细菌和藻类等，纳米微晶纤维素具有高纯度、高结晶度、高弹性模量、高强度等特性，还具有纳米颗粒的特性，其兼具生物材料的轻质、可降解、生物相容性以及可再生性的特点，使其在高性能复合材料中显示出巨大的应用前景。近年来，随着对环境问题越来越高的重视，全降解包装材料已经成为解决石油基食品包装问题的必由之路和将来食品包装发展的方向。因此，有必要将纳米纤维素与淀粉结合在一起制备全降解的复合薄膜，从而提供一种稳定性高、环保的膜来满足当下生产生活的需求，并拓宽纳米纤维素的应用范围。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法，与现有技术相比，本专利技术制备的生物膜以氧化淀粉、纳米微晶纤维素和甘油为主要原料，步骤简单、操作方便、实用性强、制备成本低，制备的生物膜可生物降解性、环保性好；同时，本专利技术将纳米纤维素既作为催化剂，又作为强化剂，生物膜的合成，减少了化学药品的使用，且对淀粉白度影响小。本专利技术的目的之一是提供一种氧化淀粉的制备方法。本专利技术的目的之二是提供一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法。本专利技术的目的之三是提供上述氧化淀粉生物膜的制备方法、纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法及其制备的生物膜的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种氧化淀粉的制备方法，具体的，所述制备方法包括以下步骤：a)常温下，将淀粉溶于水中；b)将催化剂纳米微晶纤维素加入淀粉溶液中，搅拌均匀，水浴反应进行预糊化处理；c)加入淀粉氧化剂反应；d)调节反应体系pH，终止反应后用无水乙醇和去离子水反复洗涤产物，即得氧化淀粉。步骤a)中，所述淀粉为玉米淀粉。步骤b)中，所述催化剂的含量为绝干的淀粉重量的0.5％-5。步骤b)中，所述纳米微晶纤维素的纤维长度为100-800nm。步骤b)中，所述搅拌的时间为8-10h。步骤b)中，所述水浴反应指：首先在75℃反应2h，然后降温至50℃。步骤c)中，所述淀粉氧化剂包括H2O2、KMnO4或NaClO。优选的，所述H2O2的加入方式为：气流量为10-15g/ml，时间60min。步骤c)中，所述淀粉氧化剂的含量为绝干的淀粉重量的3-5％。步骤d)中，所述调节反应体系pH指：用0.1mol/L的HCl和0.1mol/L的NaOH调节反应体系的pH至8-10。其次，本专利技术公开了一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法，包括：将上述氧化淀粉的制备方法制备的氧化淀粉溶于水中，然后加入增塑剂和纳米微晶纤维素混合均匀，水浴反应后得到均匀的成膜液，最后将成膜液于超声波清洗器中混合振动进行脱气处理，采用溶液流延方式将脱气处理后的成膜制备成生物膜，即得。所述纳米微晶纤维素的含量为绝干的氧化淀粉重量的1-10％。所述增塑剂的含量为绝干的氧化淀粉重量的20-30％。所述增塑剂包括：甘油、乙二醇、丁二醇、山梨醇、木糖醇、甲酰胺、己内酰胺、尿素或硬脂酸甘油酯等。所述水浴反应指：在70℃反应3h。最后，本专利技术公开了上述纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法及其制备的生物膜在食品包装中的应用。本专利技术的特点在于：(1)本专利技术不仅将纳米晶纤维素作为生物膜合成过程中的增强剂，同时将将纳米晶纤维素作为制备氧化淀粉的催化剂，不仅大幅度简化了淀粉的氧化步骤，减少化学药品的使用，而且用纳米晶纤维素作为催化剂对淀粉的白度影响非常小，有助于得到更加洁净和美观的生物膜。(2)本专利技术以氧化淀粉代替普通的淀粉制备生物膜，因为氧化剂将淀粉表面羟基氧化为羰基和羧基后，使得淀粉具有更好的耐热性能和可降解性能，从而增加生物膜作为包装袋时的使用寿命和废弃后的自动降解能力。(3)纳米晶纤维素作为催化剂，由于体积小，其能够进入到淀粉内部，从而增大淀粉分子间的空隙，有利于氧化剂的进入，并使氧化反应不仅发生在淀粉分子表面，并发生在淀粉分子的内部；相比于普通催化剂，相同催化剂添加量时，纳米晶纤维素的助氧化效果更明显；(4)氧化淀粉相比于原淀粉具有更易溶于水、稳定性好、熔融流动性较好、易成膜、黏度低等优点，成膜后的物理强度好。与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：本专利技术制备的生物膜以氧化淀粉、纳米微晶纤维素(CNC)和甘油为主要原料，步骤简单、操作方便、实用性强、制备成本低，制备的生物膜可生物降解性、环保性好；同时，本专利技术将纳米纤维素既作为催化剂，又作为强化剂，生物膜的合成，不仅减少了化学药品的使用，且不影响对淀粉的白度。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所述，随着对环境问题越来越高的重视，全降解包装材料已经成为解决石油基食品包装问题的必由之路和将来食品包装发展的方向；因此，本专利技术提出一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法；现结合具体实施方式对本专利技术进行进一步说明。实施例1一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法，包括以下步骤：1)氧化淀粉的制备：a)常温下，将10g玉米淀粉溶于30ml去离子水中；b)将0.5％(相对于绝干玉米淀粉质量)的纳米微晶纤维素(纳米微晶纤维素的纤维长度在100-300nm之间)加入淀粉溶液中，搅拌8h后在75℃水浴中反应2h，然后降温至50℃；c)加入4％(相对于绝干玉米淀粉质量)NaClO进行氧化反应；用0.1mol/L的HCl和0.1mol/L的NaOH调节反应体系的pH至8，搅拌2h后中通过和反应终止氧化反应，反应终止后用无水乙醇和去离子水反复洗涤产物，即得氧化淀粉。2)生物膜的制备：将5g步骤1)中的氧化淀粉溶于100ml去离子水中，然后加入1g甘油和0.05g纳米微晶纤维素混合均匀，在70℃的水浴中反应3h后得到均匀的成膜液，将成膜液于超声波清洗器中混合振动30min进行脱气处理，称取成膜液以0.15g/cm2流延于光滑的玻璃板上，等溶剂自然挥发后经真空干燥(60℃)至恒重，即得。实施例2一种纳米纤维素/氧化淀粉生物膜的制备方法，包括以下步骤：1)氧化淀粉的制备：a)常温下，将10g玉米淀粉溶于30ml去离子水中；b)将1.5％(相对于绝干玉米淀粉质量)的纳米微晶纤维素(纳米微晶纤维素的纤维长度在100-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化淀粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：a)常温下，将淀粉溶于水中；b)将催化剂纳米微晶纤维素加入淀粉溶液中，搅拌均匀，水浴反应进行预糊化处理；c)加入淀粉氧化剂反应；d)调节反应体系pH，终止反应后用无水乙醇和去离子水反复洗涤产物，即得氧化淀粉。

【技术特征摘要】
1.一种氧化淀粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：a)常温下，将淀粉溶于水中；b)将催化剂纳米微晶纤维素加入淀粉溶液中，搅拌均匀，水浴反应进行预糊化处理；c)加入淀粉氧化剂反应；d)调节反应体系pH，终止反应后用无水乙醇和去离子水反复洗涤产物，即得氧化淀粉。2.如权利要求1所述的氧化淀粉的制备方法，其特征在于，所述催化剂的含量为绝干的淀粉重量的0.5％-5％；优选的，所述淀粉为玉米淀粉。3.如权利要求1所述的氧化淀粉的制备方法，其特征在于，所述纳米微晶纤维素的纤维长度为100-800nm；优选的，所述搅拌的时间为8-10h。4.如权利要求1所述的氧化淀粉的制备方法，其特征在于，所述水浴反应指：首先在75℃反应2h，然后降温至50℃。5.如权利要求1-4任一项所述的氧化淀粉的制备方法，其特征在于，所述淀粉氧化剂包括H2O2、KMnO4或NaClO；优选的，所述H2O2的加入方式为：气流量为10-15g/ml，时间60min；优选的，所述淀粉氧化剂的含量为绝干的淀粉重量的3-5％。6.如权利要求5所述的氧化淀粉的制备方法，其特征在于，所述调节反应体系pH指：用0...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂花，夏媛媛，陈嘉川，林兆云，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37