本发明涉及一种水果专用生物质缓冲包装材料的制备方法，属于包装材料制备领域。
背景技术：
目前包装类产品主要是塑料类，由于塑料类包装的废弃物不可回收、不可降解，其大量使用引起了严重的白色污染，带来了巨大的环境压力。由于大多数塑料包装制品来源于不可再生的石油资源，因此寻找一种新的行之有效的方法来处理塑料包装材料造成的污染，同时摆脱对石油基材料的过度依赖成为全球的热点问题。18 世纪以来的现代工业，在为人类创造了巨大物质财富的同时也给人们带来了资源和生态环境方面的问题，尤其是石化资源的短缺及其对环境的污染等，严重威胁着人类的生存和发展。以绿色为本，替代非再生和重污染的石化资源，以满足人类对资源和材料的需求已成为重要的研究发展趋势。
凤眼莲中含有18.7%的纤维素、48.7%的半纤维素和3.5%的木质素。这些成分都是制备生物质复合材料的有效成分。其纤维表面大分子的重复单元每个基环都含有 3 个羟基，使纤维在制备过程中具有较强的极性，为纤维间和纤维与胶黏剂间的再结合提供了很好的基础。另外，凤眼莲中大量含有的半纤维素在加工成型时可以减少制品的变形，并提高材料的负荷能力，同时也是良好的天然胶黏剂。因此，使用水生植物制备材料与陆上植物相比可以降低胶黏剂的添加量，提高材料强度的作用。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对目前常见的水果包装材料是以塑料为主，来源于不可再生的石油资源，存在不可降解，遗弃后会引起严重的白色污染，并且传统包装材料功能单一的缺陷，提供了一种水果专用生物质缓冲包装材料的制备方法。该方法以生物质材料凤尾莲为原料，经打浆帚化制得富含活性基团的纤维，再将其和魔芋淀粉混合经根瘤菌改性，在助剂的作用下注模压制，干燥后即得生物质缓冲包装材料。本发明利用凤尾莲纤维丰富的活性羟基具有极高的极性来提高材料的负荷能力，和魔芋淀粉经根瘤菌的生物固氮作用向基料中接入亲水氨基，提高材料保水性，可以防止水果运输过程水分的散失，提高水果新鲜度，再经发泡干燥使材料内部具有丰富的孔隙，提高其缓冲性能，既解决了传统的塑料水果包装材料来源于不可再生的石油资源，存在不可降解，遗弃后会引起严重的白色污染的问题，又弥补了水果包装材料功能单一的缺陷，即可缓冲防震，亦可保水保鲜，并且本发明制得包装材料可生物降解，对环境无任何危害。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取1～2kg凤尾莲用铡刀切成7～8cm的小段，按固液比为1:5将凤尾莲小段和去离子水混合后放入高速剪切机中，以500～600r/min转速剪切10～15min后转入卧式砂磨机继续研磨7～10min，过滤分离得到滤渣；
（2）将上述得到的滤渣浸入其体积3～5倍浓度为0.3mol/L氢氧化钠溶液中，用打浆机打浆5～7h后移入卧式离心机以3000～4000r/min转速离心10～15min，分离得到下层沉淀，将沉淀物放入烘箱烘干后即得帚化凤尾莲纤维；
（3）称取40～50g大豆根用去离子水冲洗3～5遍后放入刚玉研钵研磨成糊状物，将等质量的魔芋淀粉和上述帚化凤尾莲纤维混合后装入陶瓷发酵罐中，再加入两者总质量30%的糊状大豆根，搅拌均匀后得混合物；
（4）按接种量为8%向上述混合物中接种大豆根瘤菌，以3～5mL/min速率向陶瓷发酵罐中持续通入氮气40～60min后密封罐口，将发酵罐放入25～35℃的恒温箱中，保温发酵改性6～9天，得发酵产物；
（5）将上述发酵产物放入真空浓缩罐，降低罐内压力至700～800Pa，减压浓缩至其原体积的1/3，得浓缩发酵物，再向浓缩发酵物中加入其总质量3～5%甘油和1～3%乙二醇，用磁力搅拌机以400～500r/min转速搅拌混合20～30min得包装材料基料；
（6）将上述基料装入反应釜中，再加入基料总质量1～2%十二烷基苯磺酸钠和5～8%碳酸氢钠，启动搅拌器均匀搅拌1～2h后得湿料，将湿料注入不锈钢模具中，以2～3MPa压力压制成型后放入烘箱，在氮气保护下以130～140℃的温度下保温干燥过夜，拆模后即得水果专用生物质缓冲包装材料。
本发明的具体应用方法：在水果运输途中，用本发明制得的生物质缓冲包装材料包装水果即可，经检测，本发明生物质缓冲包装材料的拉伸强度为16.65～16.85MPa、断裂伸长率为15.0～16.0%、弯曲强度为21.9～22.8MPa，经过15天后其降解率可达80%以上，20天后降解率可达99.50%以上，具有极佳的缓冲保鲜功能。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的生物质缓冲包装材料原材料易得，制备步骤简单方便，成本低廉；
（2）本发明制得的生物质缓冲包装材料可以防止水果运输过程水分的散失，提高水果新鲜度，缓冲性能优异，功能多样；
（3）本发明制得的生物质缓冲包装材料易生物降解，对环境无任何危害。
具体实施方式
称取1～2kg凤尾莲用铡刀切成7～8cm的小段，按固液比为1:5将凤尾莲小段和去离子水混合后放入高速剪切机中，以500～600r/min转速剪切10～15min后转入卧式砂磨机继续研磨7～10min，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣浸入其体积3～5倍浓度为0.3mol/L氢氧化钠溶液中，用打浆机打浆5～7h后移入卧式离心机以3000～4000r/min转速离心10～15min，分离得到下层沉淀，将沉淀物放入烘箱烘干后即得帚化凤尾莲纤维；称取40～50g大豆根用去离子水冲洗3～5遍后放入刚玉研钵研磨成糊状物，将等质量的魔芋淀粉和上述帚化凤尾莲纤维混合后装入陶瓷发酵罐中，再加入两者总质量30%的糊状大豆根，搅拌均匀后得混合物；按接种量为8%向上述混合物中接种大豆根瘤菌，以3～5mL/min速率向陶瓷发酵罐中持续通入氮气40～60min后密封罐口，将发酵罐放入25～35℃的恒温箱中，保温发酵改性6～9天，得发酵产物；将上述发酵产物放入真空浓缩罐，降低罐内压力至700～800Pa，减压浓缩至其原体积的1/3，得浓缩发酵物，再向浓缩发酵物中加入其总质量3～5%甘油和1～3%乙二醇，用磁力搅拌机以400～500r/min转速搅拌混合20～30min得包装材料基料；将上述基料装入反应釜中，再加入基料总质量1～2%十二烷基苯磺酸钠和5～8%碳酸氢钠，启动搅拌器均匀搅拌1～2h后得湿料，将湿料注入不锈钢模具中，以2～3MPa压力压制成型后放入烘箱，在氮气保护下以130～140℃的温度下保温干燥过夜，拆模后即得水果专用生物质缓冲包装材料。
实例1
称取1kg凤尾莲用铡刀切成7cm的小段，按固液比为1:5将凤尾莲小段和去离子水混合后放入高速剪切机中，以500r/min转速剪切10min后转入卧式砂磨机继续研磨7min，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣浸入其体积3倍浓度为0.3mol/L氢氧化钠溶液中，用打浆机打浆5h后移入卧式离心机以3000r/min转速离心10min，分离得到下层沉淀，将沉淀物放入烘箱烘干后即得帚化凤尾莲纤维；称取40g大豆根用去离子水冲洗3遍后放入刚玉研钵研磨成糊状物，将等质量的魔芋淀粉和上述帚化凤尾莲纤维混合后装入陶瓷发酵罐中，再加入两者总质量30%的糊状大豆根，搅拌均匀后得混合物；按接种量为8%向上述混合物中接种大豆根瘤菌，以3mL/min速率向陶瓷发酵罐中持续通入氮气40min后密封罐口，将发酵罐放入25℃的恒温箱中，保温发酵改性6天，得发酵产物；将上述发酵产物放入真空浓缩罐，降低罐内压力至700Pa，减压浓缩至其原体积的1/3，得浓缩发酵物，再向浓缩发酵物中加入其总质量3%甘油和1%乙二醇，用磁力搅拌机以400r/min转速搅拌混合20min得包装材料基料；将上述基料装入反应釜中，再加入基料总质量1%十二烷基苯磺酸钠和5%碳酸氢钠，启动搅拌器均匀搅拌1h后得湿料，将湿料注入不锈钢模具中，以2MPa压力压制成型后放入烘箱，在氮气保护下以130℃的温度下保温干燥过夜，拆模后即得水果专用生物质缓冲包装材料。
本发明的具体应用方法：在水果运输途中，用本发明制得的生物质缓冲包装材料包装水果即可，经检测，本发明生物质缓冲包装材料的拉伸强度为16.65MPa、断裂伸长率为15.0%、弯曲强度为21.9MPa，经过15天后其降解率可达83%，20天后降解率可达99.60%，具有极佳的缓冲保鲜功能。
实例2
称取1kg凤尾莲用铡刀切成8cm的小段，按固液比为1:5将凤尾莲小段和去离子水混合后放入高速剪切机中，以550r/min转速剪切13min后转入卧式砂磨机继续研磨8min，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣浸入其体积4倍浓度为0.3mol/L氢氧化钠溶液中，用打浆机打浆6h后移入卧式离心机以3500r/min转速离心13min，分离得到下层沉淀，将沉淀物放入烘箱烘干后即得帚化凤尾莲纤维；称取45g大豆根用去离子水冲洗4遍后放入刚玉研钵研磨成糊状物，将等质量的魔芋淀粉和上述帚化凤尾莲纤维混合后装入陶瓷发酵罐中，再加入两者总质量30%的糊状大豆根，搅拌均匀后得混合物；按接种量为8%向上述混合物中接种大豆根瘤菌，以4mL/min速率向陶瓷发酵罐中持续通入氮气50min后密封罐口，将发酵罐放入30℃的恒温箱中，保温发酵改性8天，得发酵产物；将上述发酵产物放入真空浓缩罐，降低罐内压力至750Pa，减压浓缩至其原体积的1/3，得浓缩发酵物，再向浓缩发酵物中加入其总质量4%甘油和2%乙二醇，用磁力搅拌机以450r/min转速搅拌混合25min得包装材料基料；将上述基料装入反应釜中，再加入基料总质量1%十二烷基苯磺酸钠和7%碳酸氢钠，启动搅拌器均匀搅拌1h后得湿料，将湿料注入不锈钢模具中，以3MPa压力压制成型后放入烘箱，在氮气保护下以135℃的温度下保温干燥过夜，拆模后即得水果专用生物质缓冲包装材料。
本发明的具体应用方法：在水果运输途中，用本发明制得的生物质缓冲包装材料包装水果即可，经检测，本发明生物质缓冲包装材料的拉伸强度为16.75MPa、断裂伸长率为15.5%、弯曲强度为22.5MPa，经过15天后其降解率可达88%，20天后降解率可达99.70%，具有极佳的缓冲保鲜功能。
实例3
称取2kg凤尾莲用铡刀切成8cm的小段，按固液比为1:5将凤尾莲小段和去离子水混合后放入高速剪切机中，以600r/min转速剪切15min后转入卧式砂磨机继续研磨10min，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣浸入其体积5倍浓度为0.3mol/L氢氧化钠溶液中，用打浆机打浆7h后移入卧式离心机以4000r/min转速离心15min，分离得到下层沉淀，将沉淀物放入烘箱烘干后即得帚化凤尾莲纤维；称取50g大豆根用去离子水冲洗5遍后放入刚玉研钵研磨成糊状物，将等质量的魔芋淀粉和上述帚化凤尾莲纤维混合后装入陶瓷发酵罐中，再加入两者总质量30%的糊状大豆根，搅拌均匀后得混合物；按接种量为8%向上述混合物中接种大豆根瘤菌，以5mL/min速率向陶瓷发酵罐中持续通入氮气60min后密封罐口，将发酵罐放入35℃的恒温箱中，保温发酵改性9天，得发酵产物；将上述发酵产物放入真空浓缩罐，降低罐内压力至800Pa，减压浓缩至其原体积的1/3，得浓缩发酵物，再向浓缩发酵物中加入其总质量5%甘油和3%乙二醇，用磁力搅拌机以500r/min转速搅拌混合30min得包装材料基料；将上述基料装入反应釜中，再加入基料总质量2%十二烷基苯磺酸钠和8%碳酸氢钠，启动搅拌器均匀搅拌2h后得湿料，将湿料注入不锈钢模具中，以3MPa压力压制成型后放入烘箱，在氮气保护下以140℃的温度下保温干燥过夜，拆模后即得水果专用生物质缓冲包装材料。
本发明的具体应用方法：在水果运输途中，用本发明制得的生物质缓冲包装材料包装水果即可，经检测，本发明生物质缓冲包装材料的拉伸强度为16.85MPa、断裂伸长率为16.0%、弯曲强度为22.8MPa，经过15天后其降解率可达90%，20天后降解率可达99.90%，具有极佳的缓冲保鲜功能。