[發明專利]一種具有高柔韌性和機械強度的半纖維素/殼聚糖基復合膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201910116948.6
• 申請日: 2019-02-15
• 公開（公告）號: CN109942847A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 孫潤倉;袁同琦;徐吉遠;曹學飛;孫少妮
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L5/08;C08L5/14;C08L1/02;C08K5/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種具有高柔韌性和機械強度的半纖維素/殼聚糖基復合膜的制備方法，包括：(1)將殼聚糖溶于乙酸溶液，加熱攪拌制得殼聚糖溶液。(2)將半纖維素溶于乙酸溶液，加熱攪拌制得半纖維素溶液。(3)將半纖維素和殼聚糖溶液混合，然后添加纖維素納米纖維溶液。(4)將增塑劑添加到混合液中，將混合液室溫攪拌，離心除去不溶性雜質，經超聲脫氣，靜置，得到復合成膜溶液。(5)取成膜溶液于培養皿中，將其置于真空干燥箱中干燥成膜。本發明制備的半纖維素/殼聚糖基復合膜，不但具有較高的柔韌性，而且抗張強度較高，阻氧性能較好，具有抗菌性、抗氧化性，在食品包裝和抗氧化等方面具有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及生物質資源利用技術領域及高分子膜材料領域,具體涉及一種具有高柔韌性和機械強度的半纖維素/殼聚糖基復合膜及其制備方法。

背景技術

包裝材料對于延長食品的保質期，控制水分和氣體交換以及降低氧化反應速率至關重要。目前使用的大多數包裝材料是不可再生資源，例如石油基聚合物，這不僅造成了資源浪費，而且還帶來了嚴重的環境問題。生物基聚合物具有可再生性，生物降解性和環境友好性，是替代石油基聚合物的理想材料。目前，利用生物基聚合物如多糖、蛋白質、脂質等制備包裝膜材料備受人們青睞。在各種成膜原料中，半纖維素因其生物降解性、生物相容性、資源豐富性而備受關注。此外，基于半纖維素的膜因能通過分子間較強的氫鍵作用而形成致密的大分子網絡結構，從而表現出優異的阻氧性能，這有助于半纖維素在食品包裝中的應用。

盡管半纖維素在制備生物基食品包裝膜方面具有巨大潛力，但半纖維素在食品包裝中的應用受到一些固有困難的限制，比如成膜性差，脆性，濕度敏感性和較低的機械強度。為了改善半纖維素薄膜的成膜性能，可以加入一些相容的大分子組分(如羧甲基纖維素、藻酸鹽、殼聚糖等)。共混膜的性質不僅取決于聚合物的固有物理性質，還取決于該組分與半纖維素之間的混溶程度，相容性和相互親和性。殼聚糖是甲殼素通過部分脫乙酰化獲得的，具有優異的成膜性。殼聚糖具有可生物降解性，無毒性，抗氧化活性和抗菌性，在食品包裝膜領域也具有較大的潛力。此外，殼聚糖具有豐富的羥基和胺基，可與半纖維素中的羥基形成較強的氫鍵作用，使半纖維素和殼聚糖之間具有良好的混溶性。

為了承受材料可能受到的應力和應變，拉伸強度和斷裂伸長率是食品包裝膜必須要考慮的重要參數。然而，半纖維素/殼聚糖復合膜仍然存在斷裂伸長率較低的問題，因此，為了進一步提高膜的柔韌性，本發明選取了3種增塑劑(甘油，山梨糖醇，木糖醇)來提高膜的斷裂伸長率，添加增塑劑會破壞聚合物鏈之間的氫鍵作用并增加分子鏈的移動性，從而賦予膜更好的柔韌性。值得注意的是，盡管膜的柔韌性得到改善，但膜的滲透性和拉伸強度也受到增塑劑的影響。因此，可以通過添加纖維素納米纖維(CNF)來進一步增強塑化膜的機械和阻隔性能，CNF作為一種綠色納米填料，具有較高的縱橫比和表面積，因此CNF增強的復合膜具有良好的機械和阻隔性能。總之，通過引入增塑劑可以改善半纖維素/殼聚糖基復合膜的柔韌性，并且通過添加CNF可以增強膜的機械和阻隔性能，因而可以制備一種兼具較高柔韌性、機械強度和較好阻氧性能的復合膜。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有高柔韌性和機械強度的半纖維素/殼聚糖基復合膜及其制備方法，為半纖維素的高值化利用提供了一條新的途徑。通過添加增塑劑以改善膜的柔韌性，并且通過添加CNF以保證膜仍然具有較高的機械強度和阻隔性能，從而制備出兼具較高柔韌性和機械強度，而且阻氧性能良好，具有抗菌活性的食品包裝膜。

本發明提出的目的通過以下技術方案實現：

1、一種具有高柔韌性和機械強度的半纖維素/殼聚糖基復合膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一：制備殼聚糖溶液：首先配制好濃度為1％的乙酸溶液，然后將殼聚糖與1％的乙酸溶液按質量比為1:(40-200)混合，在30℃-60℃下加熱攪拌直至殼聚糖完全溶解，得到澄清透明的質量分數為0.5％-2.5％的殼聚糖溶液。