[發(fā)明專利]一種通過C6位氧化制備農(nóng)作物秸稈增強淀粉塑料的方法

無效

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• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103421214A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭斌;姜海天;王禮建;唐皞;薛嵐
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08L3/02
• 分類號: C08L3/02;C08L1/04;C08K5/053;C08B15/04
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于秸稈資源和淀粉塑料的高附加值利用領(lǐng)域，涉及一種改性秸稈纖維增強淀粉塑料的制備方法。

背景技術(shù)

淀粉分子是由葡萄糖單元組成的，每個單元都有3個親水的羥基。原淀粉并不具有塑料的加工和使用性質(zhì)，必須進行塑化轉(zhuǎn)變成熱塑性淀粉(TPS)。然而，當(dāng)原淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)門PS后，由于原淀粉分子間的氫鍵斷裂，使得許多羥基處于較為自由的狀態(tài)，從而大大增加了TPS的親水性。耐水性差是當(dāng)前TPS塑料在應(yīng)用中存在的突出問題，對力學(xué)性能等方面也有一定的影響。

水稻秸稈的化學(xué)組成主要有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。纖維素是秸稈纖維的主要成分，半纖維素和木質(zhì)素在纖維細胞中起著“粘合劑”和“填充劑”的作用，分布在細纖維之間的間隙里。與淀粉相似，纖維素是由葡萄糖單元組成的大分子多糖。由于天然纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)特點及其分子間和分子內(nèi)存在著很多氫鍵和較高的結(jié)晶度，在水和一般溶劑中溶解性較差，缺乏熱可塑性，并且耐蝕性、強度都比較差，致使其應(yīng)用受到許多限制。通過氧化的方法可使纖維素單元上的羥基發(fā)生反應(yīng)，改變纖維素的結(jié)構(gòu)，并賦予纖維素許多新的功能，大大拓展了纖維素的應(yīng)用領(lǐng)域。

探索和開拓可再生的纖維素資源及其衍生物應(yīng)用的新領(lǐng)域以及對熱塑性淀粉的增強研究，都是當(dāng)前與今后國內(nèi)外研究的熱點課題。目前，用纖維素增強淀粉塑料已有相關(guān)的研究，而通過選擇性氧化秸稈纖維中的纖維素，并用來增強淀粉塑料還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

首先通過對秸稈纖維中的纖維素C6位醇羥基進行氧化，進一步將其與熱塑性淀粉共混擠出，發(fā)生酯化交聯(lián)反應(yīng)，得到改性秸稈纖維增強的淀粉塑料。

1)氧化秸稈纖維的制備

采用TEMPO(2、2、6、6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基)作為氧化劑，使秸稈纖維中纖維素鏈單元中C6位伯羥基氧化成羧基，反應(yīng)方程式如下：

步驟：

將秸稈通過粉碎機制成小段秸稈纖維，取250ml三口燒瓶一個，升至預(yù)設(shè)溫度，加入預(yù)設(shè)濃度的TEMPO溶液，快速加入一定量的秸稈纖維，在5℃以下反應(yīng)一定的時間，待反應(yīng)完全后抽濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌，烘干，得氧化秸稈纖維素。

2)氧化秸稈纖維與淀粉共混擠出

氧化秸稈纖維中的纖維素大分子上的羧基與淀粉分子上的羥基發(fā)生酯化交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)方程如下(St-OH為淀粉)：

步驟：

稱取300g淀粉，加入100g的甘油和一定量的氧化秸稈纖維，加入離心攪拌器中，混合均勻后，經(jīng)雙螺桿擠出機高溫剪切條件下擠出，各區(qū)溫度分別為109、115、119和115℃(從喂料口到磨口)。切粒，注塑為啞鈴狀樣條，注塑機各區(qū)溫度分別為123、125、130、125、123℃。

本發(fā)明優(yōu)點在于：

1)本發(fā)明中使用的農(nóng)作物秸稈是天然可再生材料，綠色環(huán)保。

2)本發(fā)明中使用的的農(nóng)作物秸稈纖維素具有良好的生物相容性。

3)本發(fā)明制備的改性的農(nóng)作物秸稈纖維增強淀粉塑料力學(xué)性能、耐水性能均有提高。

4)本發(fā)明制備的改性的農(nóng)作物秸稈纖維增強淀粉塑料可用于食品包裝行業(yè)。

5)合成路線及工藝簡單。

具體實施方式

實施例1：C6位氧化的農(nóng)作物秸稈纖維可以是按照下列方法獲得的：

①取250ml三口燒瓶一個，控制在5℃以下，調(diào)節(jié)pH為11～11.5，加入0.030mol/L的TEMPO溶液，快速加入2g秸稈纖維，避光恒溫反應(yīng)6h后，，抽濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌，烘干，得氧化秸稈纖維素。

②取250ml三口燒瓶一個，控制在5℃以下，調(diào)節(jié)pH為11～11.5，加入0.045mol/L的TEMPO溶液，快速加入2g秸稈纖維，避光恒溫反應(yīng)6h后，抽濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌，烘干，得氧化秸稈纖維素。

實施例2：稱取300g淀粉，加入100g的甘油和36g氧化秸稈纖維素，加入離心攪拌器中，混合均勻后，經(jīng)雙螺桿擠出機高溫剪切條件下擠出，各區(qū)溫度分別為109、115、119和115℃(從喂料口到磨口)。切粒，注塑為啞鈴狀樣條，注塑機各區(qū)溫度分別為123、125、130、125、123℃。

實施例3：稱取300g淀粉，加入100g的甘油和48g氧化秸稈纖維素，加入離心攪拌器中，混合均勻后，經(jīng)雙螺桿擠出機高溫剪切條件下擠出，各區(qū)溫度分別為109、115、119和115℃(從喂料口到磨口)。切粒，注塑為啞鈴狀樣條，注塑機各區(qū)溫度分別為123、125、130、125、123℃。

實施例4：稱取300g淀粉，加入100g的甘油和60g氧化秸稈纖維素，加入離心攪拌器中，混合均勻后，經(jīng)雙螺桿擠出機高溫剪切條件下擠出，各區(qū)溫度分別為109、115、119和115℃(從喂料口到磨口)。切粒，注塑為啞鈴狀樣條，注塑機各區(qū)溫度分別為123、125、130、125、123℃。