一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜，包括以下重量份的组分：淀粉1～6份，聚乙烯醇0.5～3份，增塑剂0.3～1.8份，纤维素纳米纤维0.01～0.06份，氧化石墨烯0.01～0.06份。制备方法为(1)溶液制备：纤维素纳米纤维0.01～0.06份、氧化石墨烯0.01～0.06份、水99.88～99.98份，超声波分散成悬浮液；配制质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；淀粉1～6份、增塑剂0.3～1.8份、水92.2～98.7份混合后水浴下搅拌糊化即得淀粉糊；(2)成膜液制备：将上述悬浮液、聚乙烯醇水溶液、淀粉糊混合搅拌均匀即得成膜液；(3)膜制备：将成膜液倾倒在成膜器上流延干燥成膜。本发明专利技术工艺流程简单，生产的淀粉膜拉伸强度高、刚性强、阻水阻气性能优良，具有良好的环境友好特性。

A cellulose nanofiber / graphene oxide reinforced starch film and its preparation method

The invention discloses a cellulose nanofiber / graphene oxide reinforced starch film, which comprises the following weight components: 1~6 starch, 0.5 to 3 polyvinyl alcohol, 0.3 to 1.8 plasticizers, 0.01 to 0.06 cellulose nanofibers, and 0.01 to 0.06 fractions of graphene oxide. The preparation method for the preparation of solution (1): 0.01 to 0.06 portions of cellulose nanofibers, graphene oxide from 0.01 to 0.06, 99.88 to 99.98 parts of water, ultrasonic dispersion into suspension; preparing the concentration of polyvinyl alcohol aqueous solution 5%; starch 1 - 6, 0.3 to 1.8 portions of plasticizer, water from 92.2 to 98.7 after mixing water bath under stirring to obtain the gelatinization of starch paste; (2) the film solution preparation: the suspension, PVA, starch paste mixing to obtain the film-forming solution; (3) membrane preparation: liquid film film is dumped in the dry cast film. The invention has the advantages of simple technological process, high tensile strength, strong rigidity, excellent resistance to water and gas, and good environmental friendly characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜及其制备方法
本专利技术属于食品加工
，具体涉及一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜及其制备方法。
技术介绍
目前，塑料包装材料因具有良好的力学、阻水阻气性能而在食品包装行业得到广泛应用。然而，塑料由于难以生物降解造成了严重的“白色污染”，对生态系统危害极大。另外，塑料处理成本高，焚烧污染大，成为各国政府亟待处理的难题。20世纪70年代以来，各国科学家将研究目光转移到淀粉、蛋白质和纤维素等可生物降解的天然高分子材料上，其来源广泛、产量丰富、可降解的特点使其具备在食品包装领域上应用的潜力。其中，由成本低廉的淀粉制备可降解膜材料已成为具备较好的发展潜力和应用前景的天然生物可降解材料之一。然而，纯淀粉膜材料的机械性能、耐湿热性能、热封性能等较差，在实际应用中受到较大限制。氧化石墨烯具有良好的耐热性能和增强作用，可以作为其它基质材料的增强剂。中国专利申请《一种耐热性的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法》(公开号CN103183837A)公开了大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜的制备方法为：先将石墨粉，硝酸钠和硫酸在冰浴中反应，再加入高锰酸钾反应，制得氧化石墨烯，然后将所得氧化石墨烯分散在水溶液中，与用甘油增塑改性的大豆蛋白溶液混合，将所得混合物倾倒在玻璃模板中，在20～60℃下干燥24～48h制得大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜，其中氧化石墨烯的用量为大豆蛋白的0～2wt％，且0～2wt％不包括0。甘油的用量为大豆蛋白的20～30wt％。制得的大豆蛋白/氧化石墨烯复合膜具有高耐热性和良好的力学性能，用作农业、化工、食品和环境等包装材料和一次性容器等。该专利技术生产过程简单方便，且大豆来源广泛，可以带来较大的经济效益和社会效益。但在实际使用过程中，纳米级氧化石墨烯由于纳米效应和表面电荷、范德华作用力导致其难以分散，严重影响了增强效果和应用范围。纤维素纳米纤维(CNF)是一种可再生和可降解的天然高分子材料，由于其特殊的晶体结构和直径维度上的纳米级尺寸，CNF具有良好的力学性能，常用于填充材料增强其他基体，另外，其巨大的比表面积和大分子效应，还能吸附其他颗粒并阻止颗粒团聚沉降，帮助分散。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜及其制备方法，使用纤维素纳米纤维良好地分散了氧化石墨烯，工艺流程简单、成本低，生产的淀粉膜拉伸强度和刚性强、透明度好、阻水阻气性能优良，具有良好的环境友好特性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜，包括以下重量份的组分：淀粉1～6份，聚乙烯醇0.5～3份，增塑剂0.3～1.8份，纤维素纳米纤维0.01～0.06份，氧化石墨烯0.01～0.06份。所述淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、豌豆淀粉、绿豆淀粉、山药淀粉、香蕉淀粉、西米淀粉或莲藕淀粉。所述增塑剂为木糖醇、山梨醇、甘露醇、丙二醇、甘油、果糖、蔗糖、邻苯二甲酸二乙酯或三乙酸甘油酯。一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜的制备方法，步骤如下：(1)溶液制备：纤维素纳米纤维0.01～0.06份、氧化石墨烯0.01～0.06份、水99.88～99.98份，超声波分散成悬浮液；聚乙烯醇0.5～3份加入水，水浴95℃，搅拌4小时，配制质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；淀粉1～6份、增塑剂0.3～1.8份和水92.2～98.7份，混合后水浴下搅拌糊化即得淀粉糊；(2)成膜液制备：将步骤(1)所得的悬浮液、聚乙烯醇水溶液和淀粉糊混合搅拌均匀即得成膜液；(3)膜制备：将步骤(2)所得的成膜液倾倒在成膜器上流延干燥成膜。所述步骤(1)中超声波功率为200～1800W，分散时间为10～50min。所述步骤(1)中水浴搅拌糊化的水浴温度80～95℃，时间10～50min，搅拌速度为60～360r/min。所述步骤(2)的搅拌速度为500～3000r/min，搅拌时间为30～60min。所述步骤(3)中的成膜液，控制重量为1g/cm2。所述步骤(3)的成膜器为表面涂有疏水层的一次性培养皿或其它利于揭膜的成膜器皿。所述步骤(3)中干燥成膜，条件为温度20～50℃，相对湿度20～50％，时间为48h。本专利技术的优点在于：由于石墨烯是片层结构，纤维素纳米纤维和淀粉链可以穿过该片层结构，形成良好的致密网络，显著增强拉伸强度。另外，纤维素纳米纤维能通过氢键作用将片层结构粘结在一起，提高了片层结构间的结合强度。两者的协同作用显著提高了基质的机构、力学等性能。本专利技术工艺流程简单、成本低，生产的淀粉膜拉伸强度和刚性强、透明度好、阻水阻气性能优良，具有良好的环境友好特性。附图说明图1为本专利技术纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜形成的致密的物理交联网络示意图。其中，1：纤维素纳米纤维，2：淀粉，3：片层氧化石墨烯，4：聚乙烯醇，5：氢键。具体实施方式通过以下具体实施例和对照例，进一步描述本专利技术。实施例1(1)溶液制备：按纤维素纳米纤维0.025份、氧化石墨烯0.025份、水99.95份，超声波分散配制纤维素纳米纤维和氧化石墨烯的水悬浮液，超声功率400W，分散时间30min；聚乙烯醇2.5份、水47.5份，水浴95℃，搅拌4小时，配制质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；按木薯淀粉5份、增塑剂1.5份，水93.5份，配制成混合液后，85℃水浴搅拌糊化，时间45min，搅拌速度为200r/min，即得淀粉糊；(2)成膜液制备：将步骤(1)所得悬浮液、聚乙烯醇水溶液、淀粉糊混合搅拌均匀，搅拌速度为1500r/min，时间为30min，即得成膜液；(3)膜制备：将步骤(2)所得成膜液按1g/cm2倾倒至一次性培养皿中流延干燥成膜，成膜条件为温度40℃，相对湿度40％，时间为48h。实施例2(1)溶液制备：按纤维素纳米纤维0.06份、氧化石墨烯0.06份、水99.88份，超声波分散配制纤维素纳米纤维和氧化石墨烯的水悬浮液，超声功率500W，分散时间30min；聚乙烯醇3份、水57份，水浴95℃，搅拌4小时，配制质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；按木薯淀粉6份、增塑剂1.8份、水92.2份，配制成混合液后，85℃水浴搅拌糊化，时间45min，搅拌速度为200r/min，即得淀粉糊；(2)成膜液制备：将步骤(1)所得悬浮液、聚乙烯醇水溶液、淀粉糊混合搅拌均匀，搅拌速度为1500r/min，时间为30min，即得成膜液；(3)膜制备：将步骤(2)所得成膜液按1g/cm2倾倒至一次性培养皿中流延干燥成膜，成膜条件为温度40℃，相对湿度40％，时间为48h。实施例3(1)溶液制备：按纤维素纳米纤维0.05份、氧化石墨烯0.025份、水99.925份，超声波分散配制纤维素纳米纤维和氧化石墨烯的水悬浮液，超声功率400W，分散时间30min；聚乙烯醇2.5份加入47.5份水，水浴95℃，搅拌4小时，配制质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；按木薯淀粉5份、增塑剂1.5份、水93.5份，配制成混合液后，85℃水浴搅拌糊化，时间45min，搅拌速度为200r/min，即得淀粉糊；(2)成膜液制备：将步骤(1)所得悬浮液、聚乙烯醇水溶液、淀粉糊混合搅拌均匀，搅拌速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：淀粉1～6份，聚乙烯醇0.5～3份，增塑剂0.3～1.8份，纤维素纳米纤维0.01～0.06份，氧化石墨烯0.01～0.06份。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：淀粉1～6份，聚乙烯醇0.5～3份，增塑剂0.3～1.8份，纤维素纳米纤维0.01～0.06份，氧化石墨烯0.01～0.06份。2.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜，其特征在于：所述淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、大米淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、豌豆淀粉、绿豆淀粉、山药淀粉、香蕉淀粉、西米淀粉或莲藕淀粉。3.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜，其特征在于：所述增塑剂为木糖醇、山梨醇、甘露醇、丙二醇、甘油、果糖、蔗糖、邻苯二甲酸二乙酯或三乙酸甘油酯。4.根据权利要求1-3之一所述的一种纤维素纳米纤维/氧化石墨烯增强淀粉膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)溶液制备：纤维素纳米纤维0.01～0.06份、氧化石墨烯0.01～0.06份、水99.88～99.98份，超声波分散成悬浮液；聚乙烯醇0.5～3份加入水，水浴95℃，搅拌4小时，配制质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；淀粉1～6份、增塑剂0.3～1.8份和水92.2～98.7份，混合后水浴下搅拌糊化即得淀粉糊；(2)成膜液制备：将步骤(1)所得的悬浮液、聚乙烯醇水溶液和淀粉糊混合搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦志永，魏鑫，张敏，高伟，莫柳婷，廖木荣，朱琪琦，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45