一种阻燃生物质基抗菌膜的制备工艺制造技术

一种阻燃生物质基抗菌膜，由甲壳素、羧甲基壳聚糖、水溶性聚磷酸铵、三聚氰铵聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦、壳聚糖接枝聚乙二醇、八臂氨盐笼状倍半硅氧烷、氨基聚乙二醇醛基构成，其制备方式为将其他原料加入溶解后的甲壳素水溶液，在溶液中组装、交联、脱水而成，所制备得到了生物质纸具有良好的阻燃抗菌性，力学性能优异，可用于高端包装领域。

Preparation technology of a flame retardant bio based antibacterial membrane

A fire-retardant biomass based anti microbial membrane is composed of chitin, carboxymethyl chitosan, water-soluble ammonium polyphosphate, ammonium cyanogen polyphosphate, trimethylolphosphine oxide, chitosan grafted polyethylene glycol, octabrachial ammonium salt caged sesquioxane and amino polyethylene glycol aldehyde. The preparation method is to add other raw materials into the dissolved chitin aqueous solution, assemble, cross-linking in the solution The bio paper prepared by dehydration has good fire-retardant and antibacterial properties, excellent mechanical properties, and can be used in the field of high-end packaging.

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃生物质基抗菌膜的制备工艺
本专利技术涉及一种阻燃膜材的制备方法，尤其涉及一种具有优异强度、柔性、撕裂性及优异的阻燃性，抗菌性的膜材料的制备方法。
技术介绍
火灾频发令人民生命财产受到严重损失，阻燃防火已被科学界高度重视，以往的研究中板材阻燃研究较多，膜材料阻燃研究较少，而膜材料往往起到包裹作用，也是引起火灾的重要源头，实现膜材料的良好阻燃同样可起到阻止火灾的作用。在目前的膜材料中，塑料材料仍为主要原料，塑料膜材虽然拥有较优异的性能和广泛的适用性，但其来源于石油产品且无法降解，在资源危机和环境污染越发严重的今天，寻找性能优良且可再生的替代材料则成为目前材料领域研究的重中之重。生物质来源于自然，可再生，是理想的塑料替代品，但同时，生物质加工成膜也具有显著的性能缺陷，生物质分子链复杂，容易断链，结晶度不好控制导致不同的生物质各有缺陷，如淀粉膜强度低，聚乳酸膜撕裂强度低，PBAT膜硬度较大，开发具有优异力学性能，且可实现一定功能性的生物质阻燃膜是非常有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了生物质膜材料力学性能较差且阻燃性不佳的缺陷，提供一种具有优异力学性能、阻燃性能和抗菌性的生物质基膜材。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种阻燃生物质基抗菌膜的制备工艺，其特征在于：由以下质量份数的材料为主要原料制备构成：甲壳素30-45份羧甲基壳聚糖6-12份水溶性聚磷酸铵1-1.8份三聚氰铵聚磷酸盐0.6-1.2份三羟甲基氧化膦0.5-1份壳聚糖接枝聚乙二醇8-14份八臂氨盐笼状倍半硅氧烷0.8-1.4份氨基聚乙二醇醛基1.2-2.2份进一步，所述膜材料的制备工艺如下：（1）甲壳素的溶解：将一定质量的精制甲壳素投入7wt%NaOH-5wt%尿素水溶液后，搅拌10-12分钟，冷冻至-20℃-30℃后，保温4小时，升温至20℃解冻并搅拌，重复此冷冻-解冻过程3-5次，得到透明甲壳素水溶液I，其中甲壳素的质量分数为3-4.5%之间；（2）预反应溶液的制备：将一定量羧甲基壳聚糖、壳聚糖接枝聚乙二醇溶于去离子水中，20℃下搅拌均匀得到4-7%的水溶液，后在水溶液中加入八臂氨盐笼状倍半硅氧烷，搅拌均匀并静置2-4h，后加入水溶性聚磷酸铵、三聚氰铵聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦并高速搅拌均匀，得到溶液II,将溶液II倒入溶液I中，20℃下以200-400rpm转速搅拌6-10分钟，后将溶液继续放置入-20℃-30℃环境中保温4小时，后升温至20℃解冻，后加入浓度为8-12wt%的氨基聚乙二醇醛基水溶液，快速搅拌至均匀得到溶剂III，备用；（3）材料的成型：将溶液III流延于光滑可控温模具表面，模具表面温度加温至50℃并保温1-2小时，后降温至40℃保温2-4小时，后降至35℃，干燥至膜中水分比例降于0.5%以下，得到产品。进一步，所述阻燃生物质基抗菌膜的厚度介于0.2-0.6mm之间。进一步，所述羧甲基壳聚糖的取代度介于0.8-1.2之间，N位取代度小于0.2。进一步，所述氨基聚乙二醇醛基的分子量介于2000-5000之间，其分子结构式如下：氨基聚乙二醇醛基的丙醛基可与壳聚糖接枝聚乙二醇中壳聚糖的N基进行反应，起到交联作用，进而大幅提高膜的强度。进一步，所述壳聚糖接枝聚乙二醇中聚乙二醇的接枝率按聚乙二醇的质量与壳聚糖质量之比计算介于8%-16%之间，接入的聚乙二醇聚合度介于1200-6000之间。进一步，所述壳聚糖接枝聚乙二醇的制备方式如下：（1）称取一定量的壳聚糖，并溶解于0.1mol/L-1的盐酸溶液中得到溶液I；（2）将由聚乙二醇羧酸酯水解得到的分子量为1200-6000之间的羧基聚乙二醇溶解于50mmol/L-1的PH=5.0的MES缓冲液中，得到溶液II；（3）向步骤（2）溶液II中加入水溶性1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐，搅拌10-20分钟至溶液均匀后，在溶液中继续加入N-羟基琥珀酰亚胺，继续搅拌均匀得到溶液III，后静置备用；其中水溶性1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺与羧基聚乙二醇的摩尔比均介于2:1-3:1之间；（4）将步骤（3）中得到的溶液III逐步加入溶液I的壳聚糖溶液中，继续搅拌24h，反应完成后将溶液通过不同分子量截留透析袋，将透析液冻干，得到产品，其溶液III和溶液I的比例调整可调整接枝度。进一步，所述水溶性聚磷酸铵、三聚氰铵聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦为市售产品，三者在体系中为阻燃组分，分别作为酸源和气源。进一步，三羟甲基氧化中的端羟基可与壳聚糖接枝聚乙二醇和甲壳素中的羟基、氨基产生氢键作用，增强膜的机械性能。进一步，所述八臂氨盐笼状倍半硅氧烷(Oa-POSS)为POSS的改性产物。，此POSS单体因为有大量端氨盐基的存在，使得单体具有良好的水溶性。其结构式如下：其中，Oa-POSS角落的八个氨盐基在一定酸碱度环境下容易解离，形成离子，在本膜材料制备中其离子特性的存在有利于其和其他阳离子型阻燃剂如水溶性聚磷酸铵、三聚氰铵聚磷酸盐结合，进而有利于阻燃剂在体系中的分散，同样也会强化纳米POSS与体系中组分的结合；纳米粒子的引入有利于膜强度和抗水性的提高。进一步，在体系中有多种可产生氢键的基团，如甲壳素、羧甲基壳聚糖中的羟基、三羟甲基氧化膦中的羟基、壳聚糖接枝聚乙二醇中的羟基和八臂氨盐笼状倍半硅氧烷、氨基聚乙二醇醛基中的氨基等，基团的氢键相互作用大幅强化了膜材料的力学性能。进一步，本专利技术体系的有益效果在于：膜材料中的各组分通过强的基团相互作用和基于壳聚糖N基的交联作用为膜提供了有益的机械性能，同时，体系中相互结合的甲壳素、壳聚糖接枝聚乙二醇等为阻燃提供了有效的碳源、而其他水溶性的阻燃组分作为酸源和碳源，仅需很少的用量如5%即可以使膜具有优异的阻燃特性；壳聚糖和甲壳素的存在也为膜提供了有效的抗菌性。以下将详细描述本专利技术的示例性实施方法。但这些实施方法仅为示范性目的，而本专利技术不限于此。具体实施例1本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种阻燃生物质基抗菌膜的制备工艺，其特征在于：由以下质量份数的材料为主要原料制备构成：甲壳素42份羧甲基壳聚糖8.5份水溶性聚磷酸铵1.2份三聚氰铵聚磷酸盐0.92份三羟甲基氧化膦0.84份壳聚糖接枝聚乙二醇12.5份八臂氨盐笼状倍半硅氧烷1.2份氨基聚乙二醇醛基2份进一步，所述膜材料的制备工艺如下：（1）甲壳素的溶解：将一定质量处理后的甲壳素投入7wt%NaOH-5wt%尿素水溶液后，搅拌11分钟，冷冻至-25℃后，保温4小时，升温至20℃解冻并搅拌，重复此冷冻-解冻过程4次，得到透明甲壳素水溶液I，其中甲壳素的质量分数为4%；（2）预反应溶液的制备：将羧甲基壳聚糖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃生物质基抗菌膜的制备工艺，由以下质量份数的材料为主要原料制备而成：/n甲壳素 30-45份/n羧甲基壳聚糖 6-12份/n水溶性聚磷酸铵 1-1.8份/n三聚氰铵聚磷酸盐 0.6-1.2份/n三羟甲基氧化膦 0.5-1份/n壳聚糖接枝聚乙二醇 8-14份/n八臂氨盐笼状倍半硅氧烷 0.8-1.4份/n氨基聚乙二醇醛基 1.2-2.2份/n其特征还在于：其制备工艺为：/n（1）甲壳素的溶解：将一定质量的精制甲壳素投入7wt%NaOH-5wt%尿素水溶液后，搅拌10-12分钟，冷冻至-20℃-30℃后，保温4小时，升温至20℃解冻并搅拌，重复此冷冻-解冻过程3-5次，得到透明甲壳素水溶液I，其中甲壳素的质量分数为3-4.5%之间；/n（2）预反应溶液的制备：将一定量羧甲基壳聚糖、壳聚糖接枝聚乙二醇溶于去离子水中，20℃下搅拌均匀得到4-7%的水溶液，后在水溶液中加入八臂氨盐笼状倍半硅氧烷，搅拌均匀并静置2-4h，后加入水溶性聚磷酸铵、三聚氰铵聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦并高速搅拌均匀，得到溶液II, 将溶液II倒入溶液I中，20℃下以200-400rpm转速搅拌6-10分钟，后将溶液继续放置入-20℃-30℃环境中保温4小时，后升温至20℃解冻，后加入浓度为8-12wt%的氨基聚乙二醇醛基水溶液，快速搅拌至均匀得到溶剂III，备用；/n（3）材料的成型：将溶液III流延于光滑可控温模具表面，模具表面温度加温至50℃并保温1-2小时，后降温至40℃保温2-4小时，后降至35℃，干燥至膜中水分比例降于0.5%以下，得到产品。/n...

【技术特征摘要】
1.一种阻燃生物质基抗菌膜的制备工艺，由以下质量份数的材料为主要原料制备而成：
甲壳素30-45份
羧甲基壳聚糖6-12份
水溶性聚磷酸铵1-1.8份
三聚氰铵聚磷酸盐0.6-1.2份
三羟甲基氧化膦0.5-1份
壳聚糖接枝聚乙二醇8-14份
八臂氨盐笼状倍半硅氧烷0.8-1.4份
氨基聚乙二醇醛基1.2-2.2份
其特征还在于：其制备工艺为：
（1）甲壳素的溶解：将一定质量的精制甲壳素投入7wt%NaOH-5wt%尿素水溶液后，搅拌10-12分钟，冷冻至-20℃-30℃后，保温4小时，升温至20℃解冻并搅拌，重复此冷冻-解冻过程3-5次，得到透明甲壳素水溶液I，其中甲壳素的质量分数为3-4.5%之间；
（2）预反应溶液的制备：将一定量羧甲基壳聚糖、壳聚糖接枝聚乙二醇溶于去离子水中，20℃下搅拌均匀得到4-7%的水溶液，后在水溶液中加入八臂氨盐笼状倍半硅氧烷，搅拌均匀并静置2-4h，后加入水溶性聚磷酸铵、三聚氰铵聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦并高速搅拌均匀，得到溶液II,将溶液II倒入溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43