一种高韧性生物质复合膜及其制备方法

本发明属于膜材料，尤其涉及一种高韧性生物质复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、为解决石油基原料塑料制品引发的环境污染及不可再生等问题，开发以生物质原料为主体的塑料制品被认为是最有效的解决方法之一。根据国内外相关研究报道，研究主要集中于以蛋白类、脂类、多糖类等生物质基膜材料的开发。

2、魔芋是一种以含有丰富魔芋葡甘聚糖(kgm)为主的一类多糖类生物质原料，具有优异的成膜性、保水性及生物可降解性等突出特性，除此之外，魔芋中还含有丰富的碳水化合物、蛋白质、纤维素等成分，也是制备膜材料常用的原料组分。同时，魔芋具有悠久的栽培和食用历史，资源储备量较为可观。

3、为拓展魔芋的应用范围，提升魔芋综合附加值，将其作为膜材料合成用主要原料，已被广泛报道。但值得注意的是，由于魔芋有强烈的凝胶性，目前绝大多数研究工作选择提取魔芋中的葡甘聚糖作为制备膜材料的主要成膜物质，而对于魔芋中碳水化合物、蛋白质、纤维素等有利于膜材料综合性能提升的组分并未得以有效利用，因此，导致魔芋的综合利用率较低。为实现魔芋的全组分利用，解决魔芋葡甘聚糖分离提纯过程中产生的能量消耗与化学污染等问题，前期在“一种高强度魔芋粉复合膜及其制备方法(zl202211320593.0)”专利中，发明人提供了相关技术方法，但是该专利在制备魔芋粉复合膜的过程中需要加入乙二醛等低毒物质，不够环保；同时该专利成膜过程依赖高分子物质聚乙烯醇，魔芋粉复合膜的高强度也依赖于聚乙烯醇。

4、因此，为满足环保要求更加严苛的应用领域，有必要提供一种更加环保、无需引入高分子物质的以全生物质原料作为成膜材料的制备方法。

技术实现思路

1、为充分利用魔芋资源优势，满足膜材料在绿色、环保要求更严苛的高端领域的使用需求，本发明提出了一种高韧性生物质复合膜及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明的技术方案之一：

4、一种高韧性生物质复合膜的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)常温下，将魔芋原粉与双醛淀粉溶于水中，搅拌均匀，得到溶液；

6、(2)向步骤(1)的所述溶液中加入乙醇、丙三醇和水，搅拌至溶液呈乳白色；

7、(3)将步骤(2)的溶液置于恒温水浴条件下进行交联反应，持续进行搅拌；

8、(4)继续向步骤(3)的溶液中加入碳酸钠溶液，充分搅拌后，降温、冷却，得到成膜液；

9、(5)将所述成膜液过滤，倒入模具，常温下自然干燥，即可得到所述高韧性生物质复合膜。

10、魔芋粉中含有丰富的魔芋葡甘聚糖(kgm)、蛋白质、碳水化合物等，双醛淀粉中含有大量的醛基，可以与魔芋粉中的氨基、羟基等发生羟醛缩合、席夫碱等化学反应，生成醚键、酯键等；同时，借助魔芋粉与双醛淀粉的大分子结构，混合体系在丙三醇、乙醇及碳酸钠等作用下，形成具有柔韧性的三维网状结构，魔芋粉中的各组成成分被充分激发参与交联反应，最终赋予复合膜优异的机械强度及柔韧性，提高了膜的耐水性。本发明以魔芋原粉和双醛淀粉为主体原料，通过合理的工艺处理及醇类物质的改性，制备出一种高韧性生物质复合膜材料。本发明所制得的高韧性生物质复合膜具有优异的韧性，优良的机械强度、耐热性及透明性。由于制膜所用主体原料为生物质魔芋原粉及双醛淀粉，因此，该复合膜材料具有显著的环境友好性及可生物降解性等特征。

11、优选的，步骤(1)中，所述魔芋原粉为未经任何改性和纯化处理的、过40目筛的魔芋粉。

12、优选的，步骤(1)中，所述魔芋原粉与双醛淀粉的质量比为2∶(0.1～0.7)，更优选为2∶0.5；

13、所述搅拌的时间不低于20min。

14、优选的，步骤(1)中，所述溶液的质量浓度为10％。

15、优选的，步骤(2)中，所述乙醇的加入量为所述魔芋原粉质量的1.5倍；所述丙三醇的加入量为所述魔芋原粉质量的0.25倍；所述水的加入量为所述魔芋原粉质量的40倍。不在上述限定范围内，所制得的复合膜的韧性会变差，或者会导致成膜时间延长。

16、优选的，步骤(3)中，所述恒温水浴的温度为65～75℃，所述持续进行搅拌的时间不低于60min。

17、优选的，步骤(4)中，所述碳酸钠溶液的质量浓度为20％，加入量为1.25ml/g魔芋原粉；

18、搅拌的时间不低于45min。

19、优选的，步骤(5)中，所述过滤为将成膜液过60目纱布；

20、所述自然干燥的时间为68-70h。

21、本发明的技术方案之二：

22、本发明还提供一种由上述制备方法得到的高韧性生物质复合膜，本发明制备的高韧性生物质复合膜具有优异的韧性，优良的机械强度、环保性、透明性及耐热性，符合gb/t10457-2021的规定，可用于食品领域。

23、本发明的技术方案之三：

24、本发明还提供一种由所述的高韧性生物质复合膜制备的食品保鲜膜，本发明的高韧性生物质复合膜未添加有毒物质，可以制备食品领域的保鲜材料。

25、本发明的技术方案之四：

26、本发明还所述的高韧性生物质复合膜在食品包装领域的应用。

27、本发明是在202211320593.0的基础上，为进一步满足以魔芋粉为主体原料膜在绿色、环保要求更严苛的高端领域的使用需求，并克服前期技术中膜的透明性及韧性方面不足的缺陷，本发明提供了一种高韧性生物质复合膜及其制备方法，以全生物质原料魔芋原粉作为成膜材料，赋予复合膜更加显著的环保性、透明性及高韧性，使其可以应用于食品领域，同时无需引入高分子物质就可以使复合膜达到高透明性、高韧性的要求。

28、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

29、(1)本发明中的复合膜材料是以魔芋原粉和双醛淀粉为主体原料，以丙三醇、乙醇及碳酸钠为改性剂，以水为溶剂的条件下制备而成。上述所有原料均无毒、无害，对环境和人体健康友好。因此，本发明中制备得到的复合膜材料具有显著的绿色、环保性，可满足高端领域使用需求。

30、(2)本发明所提供的复合膜材料制备方法，均是在常压及中低温条件下完成，而且所制膜材料是以魔芋原粉直接作为起始原料，无需过多的分离、纯化等耗能步骤，具有简单、安全、节能、易实施等突出特征，便于未来工业化实施及推广。

31、(3)本发明所制备的复合膜材料具备无色、透明、高韧性及优异力学强度和耐热性等显著特征，可为进一步拓展魔芋在新型高端膜材料领域的应用提供有力支持。

技术特征：

1.一种高韧性生物质复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高韧性生物质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述魔芋原粉为未经任何改性和纯化处理的天然魔芋粉。

3.根据权利要求1所述的高韧性生物质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述魔芋原粉与双醛淀粉的质量比为2∶(0.1～0.7)；

4.根据权利要求1所述的高韧性生物质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述乙醇的加入量为所述魔芋原粉质量的1.5倍；所述丙三醇的加入量为所述魔芋原粉质量的0.25倍；所述水的加入量为所述魔芋原粉质量的40倍。

5.根据权利要求1所述的高韧性生物质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述恒温水浴的温度为65～75℃，所述持续进行搅拌的时间不低于60min。

6.根据权利要求1所述的高韧性生物质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述碳酸钠溶液的质量浓度为20％，加入量为1.25ml/g魔芋原粉；

7.根据权利要求1所述的高韧性生物质复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述过滤为将成膜液过60目纱布；

8.一种高韧性生物质复合膜，其特征在于，权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。

9.一种食品保鲜膜，其特征在于，由权利要求8所述的高韧性生物质复合膜制备而成。

10.权利要求8所述的高韧性生物质复合膜在食品包装领域的应用。

技术总结
本发明公开了一种高韧性生物质复合膜及其制备方法，属于膜材料技术领域，该制备方法包括：常温下，将魔芋原粉与双醛淀粉配制成溶液；之后加入乙醇、丙三醇和水充分搅拌至形成均匀的乳白色液体；然后进行加热搅拌，并加入碳酸钠溶液后搅拌至透明状，经冷却、过滤后得到成膜液，将所得成膜液经过滤后倒入模具，自然干燥即可；本发明所制得的高韧性透明生物质复合膜具有显著的环保性、柔韧性、优良的机械强度及耐热性等，为进一步拓展魔芋在高端新型膜材料领域的应用提供了有力支持。

技术研发人员：王辉,张鑫,肖良俊
受保护的技术使用者：西南林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25