[發明專利]一種玉米秸穰纖維素速成膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710107220.8
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106917309B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 張恒;高欣;陳克利
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: D21B1/06
• 分類號: D21B1/06;D21C5/00;D21H11/12;D21H17/66;D21F13/00
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技術領域

本發明涉及一種利用農業固體廢棄物---玉米秸穰快速制備纖維素膜材料的方法，屬于天然高分子改性材料技術領域。

背景技術

進入21世紀，隨著高分子材料科學的飛速發展，層出不窮的高分子材料產品開始走進人們生活的各個方面，如以聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯等為原料的高分子塑料薄膜，但合成這些膜材料的高分子聚合物大都來源于石油的加工煉制，其廢棄物難以降解，不僅給自然界、人類及其他生物的生存造成了巨大威脅，也給不可再生的石油資源帶來了嚴重的壓力。纖維素因其具有來源豐富、可生物降解以及性能穩定等優點，一直被認為是理想的高分子材料。

纖維素是地球上最為豐富的有機化合物，植物中約含33-90％左右的纖維素。自然界中的植物通過光合作用每年可以合成出質量約億萬噸的纖維素，這些纖維素是世界纖維素化工工業的主要來源。天然纖維素主要來源于森林木質纖維素類材料，木材是最主要的來源。其他含有纖維素的物質有農業殘余物、水生植物、草和其他一些植物類物質。

在我國稻麥稈、甘蔗渣、玉米秸稈等，都是纖維素的豐富來源。我國是玉米種植大國，玉米秸稈產量可達2.2億噸，這一巨大的生物資源在農村除被用作生活能源外，大部分棄之于地，或就地焚燒。如何使用這類農業廢棄物發揮自身價值造福人類已成為當今研究的重要課題。目前，玉米秸皮已經作為纖維原料在制漿造紙工業中得到了應用，緩解了我國造紙資源短缺的嚴峻形勢。然而，玉米秸穰（又稱玉米稈芯）由于組成細胞多為短小、壁薄、易碎的非纖維細胞（或稱為雜細胞），在纖維工業中的應用受到了嚴重的限制，大幅度降低了玉米秸稈的應用價值。雖然少部分秸穰已被開發用作飼料加工或酒精發酵工業，但受到自身特點和轉化技術的制約，現今還沒有大規模化工業應用。但不可否認的是，玉米秸穰中含有豐富的多糖高分子，且木素含量較低，從原料組分上證明玉米秸穰可作為纖維素功能材料的初始原料。另外，玉米秸穰的細胞壁結構疏松，比表面積較纖維細胞大，導致了其多糖大分子，尤其是纖維素分子鏈能夠最大限度地暴露出游離的羥基，提高溶解反應的速度，增加后續成膜的均勻性和重現性。因而，對于制備纖維素膜而言，玉米秸穰原料其獨特的優勢。

制備纖維素膜通常需要通過特定的溶劑全部或部分溶解植物纖維素來獲得。纖維素的溶解方法可分為兩類，其中衍生化法是在溶解過程中通過化學反應將某些官能團接到纖維素分子鏈上，使其變成可溶性的纖維素衍生物而溶解，包括NaOH/CS₂體系、氨基甲酸酯及質子酸等；而直接溶解法則是通過溶劑分子直接破壞纖維素分子間和分子內氫鍵作用而實現溶解，包括銅氨溶液、氯化鋰/N,N-二甲基乙酰胺、堿/尿素體系等。作為Luwis酸的一種，ZnCl₂溶液在溶解纖維素時無需活化，操作簡單，條件溫和，這使其成為纖維素溶劑的長久研究對象。再則，利用ZnCl₂溶液溶解纖維素成本低廉，溶劑易回收，在今天看來仍不失為一種綠色溶劑。

在膜材料領域中，新型的可降解的天然高分子膜材料的研究工作已迫在眉睫。近年來，纖維素膜開始走向多功能化，掀起了針對纖維素膜的研究熱潮。本申請從農業廢棄物的玉米秸穰中高效提取纖維素，并提出了在ZnCl₂極低用量條件下纖維素快速成膜的技術方法，這不僅為膜材料的開發利用工作指明了一個新方向，也開創了一個嶄新的研究領域。

發明內容

對于氯化鋅溶解植物類纖維素，并將其再生成膜的研究已有一定報道，但氯化鋅用量較高，且再生和成膜分段進行，耗時較長，因此大大阻礙了氯化鋅協同纖維素成膜技術的規模化產業利用和開發。本發明提供了一種溶解/成膜復合式高效纖維素膜的制備方法，該方法利用資源豐富但開發深度尚淺的玉米秸穰為原料，提取纖維素組分，繼而與氯化鋅混合，注入模具，加熱成膜，清洗、干燥，即得玉米秸穰纖維素膜，這不僅進一步拓展玉米秸穰的應用領域，提升其附加值，而且大幅度提高了效率。

實現本發明目的采取的工藝技術方案如下：

①玉米秸稈經風干后進行去皮，秸穰部分研磨和篩分，得合格原料；

②利用微波輻射技術，對篩分后的秸穰進行氫氧化鈉／過氧化氫／甲醇的脫木素和脫半纖維素處理，處理后的漿料浸泡清洗至中性，脫水、密封，制得玉米秸穰纖維素，備用；

③在控制體系水量的前提下，將纖維素與氯化鋅混合均勻，放入模具加熱成型，待形成均質半透明狀后，停止加熱，冷卻至室溫，揭膜，去離子水清洗，直至清洗液中滴加堿液后無沉淀，干燥，得到玉米秸穰纖維素膜。

本發明全天然高分子玉米秸穰纖維素膜的制備方法，具體操作如下：