一种改性生物聚合物基包装材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种改性生物聚合物基包装材料及其制备方法，属于包装材料技术领域。本发明专利技术通过混酸处理的酯化微晶纤维素负载硅酸镁锂，利用硅酸镁锂表面含有丰富的硅氧单元，其氧负离子能够与纤维素表面的极性基团形成较强分子间与分子内氢键作用，形成氢键网络，增强包装材料的机械性能和阻隔性能，促进纤维素的交联，并改善分散性和生物相容性，有效强化生物聚合物基包装材料的力学性能，同时通过硅酸镁锂晶片诱导聚乳酸分子链形成了新的结构规整的结晶相，排列紧密的晶区阻止水分子的进入，增大物理交联密度，增强包装材料的刚性，有效改善耐水性能，强化生物聚合物基包装材料的力学性能。

A modified biopolymer based packaging material and its preparation method

The invention relates to a modified biopolymer based packaging material and a preparation method, which belongs to the technical field of packaging materials. The present invention loads lithium magnesium silicate by esterification of microcrystalline cellulose treated by mixed acid, containing silica rich unit using lithium magnesium silicate surface, the formation of a strong intermolecular and intramolecular interaction with polar groups on the surface of the cellulose negative oxygen ions can form hydrogen bond network, enhance the packaging material mechanical properties and barrier properties, promote cellulose cross-linked, and improve the dispersion and biocompatibility, effectively enhance the mechanical properties of biopolymer based packaging materials, and the polylactic acid molecular chain formed a regular crystalline structure of new phase by lithium magnesium silicate wafer induced into crystalline arrangement closely to prevent water molecules, increasing physical crosslink density, enhancement of packaging materials the rigid, effectively improve the water resistance, strengthen the mechanical properties of biopolymer based packaging materials.

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物聚合物基包装材料及其制备方法
本专利技术涉及一种改性生物聚合物基包装材料及其制备方法，属于包装材料

技术介绍
食品包装的主要功能是在储存、运输期间保证食品的品质和安全，通过避免一些不利因素和条件比如腐败微生物、化学污染物、氧气、湿气、光、外力等来延长食品的保质期。为了实现这个目标，要求包装材料能够提供物理保护和为产品创造合适的物理化学环境，从而得到较长的保质期并保证食物的品质和安全。包装材料除了基本的性质比如力学、光学和热学性能之外，也应该具有防止湿度变化，阻止微生物污染，以及阻止水蒸气、氧气、二氧化碳和其他挥发性组分比如调料污染物渗透的屏障作用。食品包装不仅仅是作为容器而且更应该是带有一些新功能的防护屏障。从这个意义上讲，食品包装与其它耐用品比如电子产品、家电和家具等等大不相同，这是由于它的安全性和相当短的使用寿命。基本的食品包装材料比如纸和纸板、塑料、玻璃、金属以及材料的各种化学性质和物理结构的结合，可以满足各种类型的包装食品的要求。然而，为了增强它们在保持食品质量的效果、改善加工和最终的使用性能，越来越多的研究致力于开发不同种类的包装材料。自从二十世纪中期以来，在四种基本的包装材料中，石油基塑料材料被广泛使用。这主要是因为它们廉价以及使用方便，并且具有加工性能好、外形美和优越的物理化学性能等优点。超过40%的塑料被用于包装且其中几乎有一半以薄膜、片材、瓶子、杯子、桶和托盘等形式被用于食品包装。在它们使用过后，人们希望包装材料能够在一段合理的时间内被生物降解，从而不引起环境问题。尽管合成塑料包装材料已经被广泛地用作多种食物类型的包装，但是它们引起了一系列的环境问题，这是因为在使用过后它们在环境中不易降解。近，难降解的塑料包装废弃物所造成的环境污染成为了全球性的问题，这是因为它们难以处理。生物不可降解的塑料包装材料曾经引起的环境负担和自然资源枯竭问题越加严重，来自于可再生资源（生物聚合物）的作为合成塑料包装材料替代选择的生物可降解包装对食品的安全性要求越来越高，特别是用于短期性包装和废弃物处理方面的应用比如处理餐具、碟、杯子、尿布、垃圾袋、饮料瓶、农业地膜、快餐盒和医疗器械等。理想的生物可降解包装材料来自于可再生生物资源，通常叫做生物聚合物，具有优越的力学和阻隔性能且在它们使用之后能够被生物降解。生物聚合物已经被认为是潜在的环境友好型材料，可以作为生物不可降解和不可再生的塑料包装材料的替代品。生物聚合物包装材料还可以通过阻隔气体和溶剂来改善食物质量和延长保质期，来作为其它类型包装的补充。此外，生物聚合物包装材料可以结合各种各样的添加剂比如抗氧化剂、抗真菌剂、抗菌剂，颜料和其它营养素等。在生物基主要包装材料得到商业化应用之前必须要解决一些问题。这些问题包括在不同条件下的降解速率、在贮藏期间力学性能的变化、微生物生长的可能性和有毒组分的释放等。实际上，这些生物聚合物基包装材料力学性能相当差，亲水性好以及加工性差，这都限制了它们的工业应用。蛋白质和碳水化合物包装薄膜通常在低湿度下能很好的阻隔氧气并且具有优越的力学性能；然而，它们阻隔水蒸气的能力较差，这是由于它们的亲水性质。尽管许多研究工作聚焦于改善生物聚合物基包装薄膜的性能，而且薄膜性能也得到了显著改善，但是它们的物理、热学和力学性能仍旧不能令人满意并且在工业应用中也有许多困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对一般包装材料阻隔水蒸气的能力较差、耐水性差、力学性能差的问题，提供了一种改性生物聚合物基包装材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：1.一种改性生物聚合物基包装材料，所述包装材料由下述重量份原料制成：80～100份聚乳酸，10～30份生物聚合物，8～10份杂化微晶纤维素，0.1～0.5份抗氧剂1010，0.01～0.10份热稳定剂。所述杂化微晶纤维素由0.2～0.5重量份硅酸镁锂，6～8重量份酯化微晶纤维素组成，具体制备过程为将硅酸镁锂溶解在氢氧化钠与尿素的复合溶液中，再与酯化微晶纤维素混合，并用超声波超声处理后蒸发至干，水洗干燥制得。所述酯化微晶纤维素为微晶纤维素与混酸按质量比1：50混合反应，并用无水乙醇提取纯化，干燥后制得。所述反应过程为在80～90℃下，以300～400r/min搅拌3～5h，再滴加氨水至pH呈中性后转入冷冻干燥箱中干燥20～24h，再加热至100～120℃处理1～2h。所述混酸为6mol/L乙酸溶液、6mol/L柠檬酸溶液和6mol/L盐酸按体积比4.5：4.5：1混合制得。所述聚乳酸为为L-乳酸制备而成，其重均分子量为50～120万，玻璃化温度范围为40～60℃，熔融温度范围为150～210℃。所述生物聚合物为聚己内酯、聚丁酸乙二醇酯、聚丁酸丁二醇酯中的一种或多种。所述热稳定剂为顺丁烯二酸酐、环氧大豆油、松香树脂中的任意一种。具体步骤为：S1.配置混酸；S2.将微晶纤维素加入混酸中酯化，再用无水乙醇提取纯化后干燥，得酯化微晶纤维素；S3.将硅酸镁锂溶解在在氢氧化钠与尿素的复合溶液中，再与酯化微晶纤维素混合，并用超声波超声处理后蒸发至干，水洗干燥得杂化微晶纤维素；S4.将生物聚合物、杂化微晶纤维素、聚乳酸、抗氧剂1010、热稳定剂，混合均匀后装入转矩流变仪中，在温度为160～200℃、30～50r/min下熔融共混插层3～6min，再以80～120r/min熔融共混插层3～6min；S5.熔融共混结束后转入单螺杆吹膜机中，控制单螺杆挤出温度为150～180℃，螺杆转速为100～200r/min，螺杆长径比L/D为20：1～40：1，吹胀比为2：1～4：1，拉伸比为3：1～6：1，挤出吹塑成型后在100～120℃下静置3～5h，得改性生物聚合物基包装材料。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术通过混酸处理的酯化微晶纤维素负载硅酸镁锂，利用硅酸镁锂表面含有丰富的硅氧单元，其氧负离子能够与纤维素表面的极性基团形成较强分子间与分子内氢键作用，形成氢键网络，增强包装材料的机械性能和阻隔性能，促进纤维素的交联，并改善分散性和生物相容性，有效强化生物聚合物基包装材料的力学性能；（2）本专利技术通过硅酸镁锂晶片诱导聚乳酸分子链形成了新的结构规整的结晶相，排列紧密的晶区阻止水分子的进入，增大物理交联密度，增强包装材料的刚性，有效改善耐水性能，强化生物聚合物基包装材料的力学性能。具体实施方式将6mol/L乙酸溶液、6mol/L柠檬酸溶液和6mol/L盐酸按体积比4.5：4.5：1混合，以300～400r/min搅拌15～20min，得混酸，将10～20g微晶纤维素加入500～1000g混酸中，在80～90℃下，以300～400r/min搅拌3～5h，再滴加氨水至pH呈中性后转入冷冻干燥箱中干燥20～24h，再加热至100～120℃处理1～2h，冷却至室温后与500～1000g无水乙醇混合，并置于索氏提取器中，在70～80℃下提取20～24h后干燥至恒重得酯化微晶纤维素，取5～10g氢氧化钠，10～15g尿素加入80～100mL去离子水中，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入0.2～0.5g硅酸镁锂，搅拌20～30min后加入6～8g酯化微晶纤维素，以30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性生物聚合物基包装材料，其特征在于，所述包装材料由下述重量份原料制成：80～100份聚乳酸，10～30份生物聚合物，8～10份杂化微晶纤维素，0.1～0.5份抗氧剂1010，0.01～0.10份热稳定剂。

【技术特征摘要】
1.一种改性生物聚合物基包装材料，其特征在于，所述包装材料由下述重量份原料制成：80～100份聚乳酸，10～30份生物聚合物，8～10份杂化微晶纤维素，0.1～0.5份抗氧剂1010，0.01～0.10份热稳定剂。2.如权利要求1所述的一种改性生物聚合物基包装材料，其特征在于，所述杂化微晶纤维素由0.2～0.5重量份硅酸镁锂，6～8重量份酯化微晶纤维素组成，具体制备过程为将硅酸镁锂溶解在氢氧化钠与尿素的复合溶液中，再与酯化微晶纤维素混合，并用超声波超声处理后蒸发至干，水洗干燥制得。3.如权利要求2所述的一种改性生物聚合物基包装材料，其特征在于，所述酯化微晶纤维素为微晶纤维素与混酸按质量比1：50混合反应，并用无水乙醇提取纯化，干燥后制得。4.如权利要求3所述的一种改性生物聚合物基包装材料，其特征在于，所述反应过程为在80～90℃下，以300～400r/min搅拌3～5h，再滴加氨水至pH呈中性后转入冷冻干燥箱中干燥20～24h，再加热至100～120℃处理1～2h。5.如权利要求3所述的一种改性生物聚合物基包装材料，其特征在于，所述混酸为6mol/L乙酸溶液、6mol/L柠檬酸溶液和6mol/L盐酸按体积比4.5：4.5：1混合制得。6.如权利要求1所述的一种改性生物聚合物基包装材料，其特征在于，所述聚乳酸为为L-乳酸制备而成，其重均分子量为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，王之霖，史玉兰，
申请(专利权)人：常州市日臣艺术装饰材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32