一种秸秆芯基复合膜及其制备方法和用途技术

一种秸秆芯基复合膜，包括纳米纤维素、聚氧化乙烯、秸秆芯颗粒，纳米纤维素与纳米纤维素之间、纳米纤维素与聚氧化乙烯之间、聚氧化乙烯与聚氧化乙烯之间通过氢键相连并相互缠绕构成网络结构，秸秆芯颗粒均匀分布在网络结构中，包括步骤：1)取秸秆芯，经干燥后粉碎过筛，得到秸秆芯颗粒；2)配置PEO水溶液、CNF分散液、多酚类功能化合物分散液；3)将CNF分散液、PEO水溶液、秸秆芯颗粒混匀，加入多酚类功能化合物分散液，混匀；4)将混匀的溶液转移至模具中，经流延成膜，得到复合膜。本发明专利技术利用秸秆芯作为原料，可有效提高秸秆芯的利用价值，复合膜具有优良的强度和韧性，以及抗菌、抗氧化、抗紫外线和水蒸汽阻隔性能，具有广阔的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆芯基复合膜及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及材料领域，特别涉及一种秸秆芯基复合膜及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]秸秆是一种天然的来源广泛的生物可降解材料。由于其含有一定的营养成分，长期以来作为牲畜的饲料原料之一，造成秸秆的极大浪费。
[0003]因此，如何有效利用秸秆芯，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种秸秆芯基复合膜，利用秸秆芯作为原料，可有效提高秸秆芯的利用价值，此外，复合膜具有优良的强度和韧性，以及抗菌、抗氧化、抗紫外线和水蒸汽阻隔性能，具有广阔的应用前景。
[0005]本专利技术的目的之二是提供上述秸秆芯基复合膜的制备方法，其工艺简单、绿色环保，可实现低成本大规模生产的目的。
[0006]实现本专利技术目的之一的技术方案是：一种秸秆芯基复合膜，包括纳米纤维素、聚氧化乙烯、秸秆芯颗粒，所述纳米纤维素与纳米纤维素之间、纳米纤维素与聚氧化乙烯之间、聚氧化乙烯与聚氧化乙烯之间通过氢键相连并相互缠绕构成网络结构，所述秸秆芯颗粒均匀分布在网络结构中，组合构成秸秆芯基复合膜。
[0007]进一步的，所述纳米纤维素、聚氧化乙烯、秸秆芯颗粒的质量比为2
‑
3：1
‑
2：3
‑
4。
[0008]优选的，所述秸秆芯颗粒为玉米秸秆芯和/或葵花秸秆芯和/或芝麻秸秆芯，粒径为20
‑
70um，纳米纤维素的直径为3
‑
5nm，长径比＞1000，所述聚氧化乙烯的分子量为1000000
‑
10000000。
[0009]进一步的，还包括多酚类功能化合物，多酚类功能化合物与秸秆芯颗粒的体积质量比为0.1
‑
5：100，所述多酚类功能化合物为驱虫斑鸠菊多酚。
[0010]实现本专利技术目的之二的技术方案是：任一上述秸秆芯基复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)取秸秆芯，经干燥后粉碎过筛，得到秸秆芯颗粒备用；
[0012]2)配置PEO水溶液、CNF分散液、多酚类功能化合物分散液备用；
[0013]3)将CNF分散液、PEO水溶液、秸秆芯颗粒混匀，加入多酚类功能化合物，混匀；
[0014]4)将混匀的溶液转移至模具中，经流延成膜，得到秸秆芯基复合膜。
[0015]优选的，步骤1)所述干燥，为在鼓风干燥箱中干燥24h以上。
[0016]进一步的，步骤2)PEO水溶液的配置方法为：
[0017]取PEO粉末溶于去离子水中，升温后搅拌，然后于室温下搅拌至透亮，PEO水溶液的浓度为1wt％，升温至50
‑
80℃以600rpm搅拌3h，室温搅拌24h。
[0018]进一步的，步骤2)多酚类功能化合物分散液的制备方法为：
[0019]取多酚类功能化合物，用水冲洗后，用混合溶剂浸泡后过滤，混合溶剂为乙醇和去
离子水按照体积比为4：1的混合物，且混合溶剂和多酚类化功能化合物的体积比为5：1。
[0020]进一步的，步骤4)所述流延成膜，为在60
‑
65℃环境下蒸发溶剂至成膜。
[0021]本专利技术还提供了任一上述秸秆芯基复合膜在用于通气、阻水蒸汽中的用途，进一步的，用于食品级包装、口罩内衬、印刷用纸、书写用纸中的用途。
[0022]采用上述技术方案具有以下有益效果：
[0023]1、本专利技术复合膜利用秸秆芯颗粒、纳米纤维素(CNF)和聚氧化乙烯(PEO)作为原料，通过CNF增强、PEO增韧，CNF与CNF之间、CNF与PEO之间、PEO和PEO之间氢键相互作用、缠绕作用构成网络结构，秸秆芯颗粒均匀分布在网络结构中，且网络结构也填充在秸秆芯颗粒缝隙之间，解决了秸秆芯无法成膜、强度低和韧性差的问题。制备得到的复合膜由于秸秆芯颗粒微观表面光滑，水蒸汽难以从表面渗透，具备通气、阻隔水蒸汽的性能。
[0024]2、本专利技术复合膜，还添加有多酚类功能化合物，多酚类化合物加强了秸秆芯颗粒、CNF和PEO之间的结合力，提高复合膜的结构强度，同时，也避免多酚类功能化合物在加工成膜和使用过程中脱落，保证复合膜上的多酚类功能化合物长时间发挥对应功能，使其成为具有广泛应用场景和实际推广价值的纳米复合膜。这种复合膜不仅为植物秸秆芯高值化利用提供了新思路，更符合绿色环保与碳中和的理念与政策。
[0025]3、本专利技术复合膜，通过限定玉米秸秆芯，粒径为20
‑
70um，纳米纤维素的直径为3
‑
5nm，长径比＞1000，所述聚氧化乙烯的分子量为1000000
‑
10000000。通过限定纳米纤维素、聚氧化乙烯、秸秆芯颗粒的质量比为2：1：1。其原因在于：首先，玉米秸秆芯微粒太大或者太小，微粒之间的缝隙会增大或增多，不利于水蒸汽的截留；其次，纳米纤维素是提供力学强度的基础，太短容易造成强度下降；PEO的选择也是如此，由于其水溶性较好，太小的分子容易随水份流失，且无法提供相当的韧性；限定各组份比例的目的在于尽可能提高性能的情况下降低成本，改变用量范围对材料的性能及成本影响较大。
[0026]4、本专利技术制备方法，采用过筛、共混和流延方式得到秸秆芯基复合膜，制备工艺简单、绿色环保，可低成本供大规模工业化应用。通过控制PEO水溶液的浓度为0.5wt％～1.5wt％，需升温搅拌，目的在于其在常温下的溶解性能较差，升高适合的温度有利于溶解。烘干温度为50
‑
60℃，烘干时间为5
‑
8h，由于材料都是天然的且具有生物降解性，因此不适合在温度太高的条件下长时间烘干，需要一个相对温和的条件去除溶剂。
[0027]经申请人试验验证，本专利技术制备得到的秸秆芯基复合膜拉伸强度在24
‑
40MPa，水蒸气阻隔系数可以达到10
‑
14
，DPPH自由基清除率在80％以上，且具有明显抗紫外线性和抗菌效果。
[0028]下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。
附图说明
[0029]图1为复合膜材料水蒸汽透过系数的对比图；
[0030]图2为复合膜的UV
‑
vis透射光谱图；
[0031]图3为复合膜DPPH自由基清除率(％)图；
[0032]图4为复合膜与VAE的FTIR谱图；
[0033]图5为复合膜的抗菌性测试结果图；
[0034]图6为复合膜实际应用于牛奶被细菌污染所需时间图。
具体实施方式
[0035]本专利技术中，玉米秸秆芯(Corn straw core)源于山西省吕梁市交城县夏家营镇大辛村；纤维素纳米纤维浆料(CNF)(直径为3
‑
5nm，长径比＞1000，固含量1.137％)购自天津市木精灵生物科技有限公司；聚氧化乙烯(PEO)购自上海阿拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种秸秆芯基复合膜，其特征在于，包括纳米纤维素、聚氧化乙烯、秸秆芯颗粒，所述纳米纤维素与纳米纤维素之间、纳米纤维素与聚氧化乙烯之间、聚氧化乙烯与聚氧化乙烯之间通过氢键相连并相互缠绕构成网络结构，所述秸秆芯颗粒均匀分布在网络结构中，组合构成秸秆芯基复合膜。2.根据权利要求1所述的秸秆芯基复合膜，其特征在于，所述纳米纤维素、聚氧化乙烯、秸秆芯颗粒的质量比为2
‑
3：1
‑
2：3
‑
4。3.根据权利要求1或2所述的秸秆芯基复合膜，其特征在于，所述秸秆芯颗粒为玉米秸秆芯和/或葵花秸秆芯和/或芝麻秸秆芯，粒径为20
‑
70um，纳米纤维素的直径为3
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5nm，长径比＞1000，所述聚氧化乙烯的分子量为1000000
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10000000。4.根据权利要求1所述的秸秆芯基复合膜，其特征在于，还包括多酚类功能化合物，多酚类功能化合物与秸秆芯颗粒的体积质量比为0.1
‑
5：100，所述多酚类功能化合物为驱虫斑鸠菊多酚。5.权利要求1
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4任一秸秆芯基复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取秸秆芯，经干燥后粉碎过筛，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵自强，李枝茂，王飞俊，王灿，尚琰龙，程春祖，关杰，刘燕华，闫春霞，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：