本發(fā)明涉及海洋浮游生物的無(wú)害處理和加工應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、塑料污染是全球性的環(huán)境問(wèn)題，每年有數(shù)百萬(wàn)噸的塑料垃圾進(jìn)入自然環(huán)境，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。塑料在生產(chǎn)過(guò)程中依賴化石燃料，釋放有害物質(zhì)，且含有潛在的有毒化學(xué)物質(zhì)。塑料垃圾在自然環(huán)境中難以降解并很難回收利用，帶來(lái)了環(huán)境污染、生態(tài)破壞和微塑料問(wèn)題。微塑料顆粒已經(jīng)遍布全球，對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成巨大威脅。因此利用可再生的生物資源開(kāi)發(fā)一種安全的可降解生物塑料來(lái)替代這些石化塑料受到了廣泛關(guān)注。

2、滸苔的大量繁殖和聚集會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)惡化、水產(chǎn)品受損、生態(tài)平衡受到破壞，以及旅游業(yè)受影響。滸苔災(zāi)害對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡造成嚴(yán)重影響，需要有效的治理方法。它們含有豐富的生物質(zhì)（如纖維素）資源，特別有希望用來(lái)生產(chǎn)可降解生物塑料。因?yàn)樵孱?lèi)含有少量的天然物理化學(xué)屏障，所以無(wú)需嚴(yán)格的化學(xué)處理就可以獲得纖維素。研究表明，藻類(lèi)纖維素纖維小而細(xì)，比陸生植物纖維素具有更高的長(zhǎng)度、更大的長(zhǎng)徑比和更小的粒徑，這對(duì)于制備生物基材料特別有吸引力。因此，從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)性的角度來(lái)看，將滸苔轉(zhuǎn)化為可生物降解的生物塑料具有重大意義。

3、然而，關(guān)于從藻類(lèi)直接生產(chǎn)生物塑料的研究很少，更缺乏關(guān)于滸苔轉(zhuǎn)化為生物塑料的相關(guān)報(bào)道。目前報(bào)道的藻類(lèi)生產(chǎn)的生物塑料普遍表現(xiàn)出差的性能，例如低的機(jī)械強(qiáng)度、柔韌度和水穩(wěn)定性，這阻礙了這種材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。因此，如何通過(guò)簡(jiǎn)單和可持續(xù)的方式將滸苔轉(zhuǎn)化為可降解的生物塑料是具有挑戰(zhàn)和意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的塑料環(huán)境污染問(wèn)題，以及目前生物塑料機(jī)械性能較差、難以回收再次利用、需要添加成膜劑、增塑劑等化學(xué)試劑等問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料及其制備方法，目的在于提供一種基于滸苔綠色、簡(jiǎn)便和可持續(xù)制備可降解多功能生物塑料的方法，該方法所得生物塑料機(jī)械性能好，具有可降解和可回收的性能。

2、本發(fā)明提供一種基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，包括以下步驟：

3、1）將滸苔晾干并粉碎；

4、2）將步驟1）所得物與naoh溶液混合，在高壓環(huán)境下進(jìn)行破壁處理，隨后在95℃下磁力攪拌2-4?h，以促進(jìn)木質(zhì)素和纖維素的分離；

5、3）使用稀鹽酸溶液將步驟2）所得混合物的ph調(diào)節(jié)至酸性得到混合液，隨后對(duì)所述混合液進(jìn)行酸沉降；

6、4）將步驟3）所得酸沉降后的混合液進(jìn)行固液分離，取沉淀，并重新分散到水中得到混合懸浮液；

7、5）將步驟4）所得混合懸浮液超聲分散，攪拌至均勻得到木質(zhì)纖維素成膜漿料；

8、6）將步驟5）所得漿料進(jìn)行脫氣，平鋪至基板，干燥后揭膜，即得生物塑料。

9、優(yōu)選的，步驟1）中，滸苔粉碎后過(guò)200目篩；本發(fā)明使用滸苔作為原料，利用其木質(zhì)素和纖維素進(jìn)行原位重組，獲得木質(zhì)纖維素生物塑料。除此之外，其他組成類(lèi)似滸苔的藻類(lèi)同樣可適用本方法。

10、優(yōu)選的，步驟2）中，naoh溶液的濃度為1-2.5?m，步驟1）所得物與naoh溶液混合的質(zhì)量體積比為1?g:(25-50)?ml，所述高壓環(huán)境的壓力為2.0-3.0?mpa。

11、優(yōu)選的，步驟2）中，所述破壁處理為超聲微波協(xié)同處理，微波功率為300-700w，超聲功率為300-500w，處理時(shí)間為10-20min；

12、在高壓協(xié)同超聲微波的環(huán)境下，微波快速的升溫會(huì)使植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被快速地破碎，使其更快地暴露在堿溶液中，加快了滸苔中纖維素和木質(zhì)素分離。

13、優(yōu)選的，步驟3）中，將混合物的ph調(diào)節(jié)至2-3得到混合液，酸沉降的溫度為25℃，靜置時(shí)間為4-6?h；酸沉降步驟可以使混合液中的木質(zhì)素原位沉降到底層的纖維素基底上，促進(jìn)它們的結(jié)合。

14、優(yōu)選的，步驟4）中，沉淀重新分散時(shí)的水用量需要根據(jù)沉淀的量進(jìn)行判斷，更具體的，每10g滸苔粉原料在重新分散時(shí)對(duì)應(yīng)100ml的水，若沉淀比例過(guò)高，則木質(zhì)纖維素含量比例過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致步驟5）中局部聲空化使超聲波探針附近聚合物團(tuán)聚，影響聲波傳遞使木質(zhì)纖維素很難在水中分散形成均勻的木質(zhì)纖維素漿料，這種固液分離的漿料使其無(wú)法用于鋪膜，此外，還會(huì)損害超聲波探針的壽命；而比例過(guò)低會(huì)使基質(zhì)濃度的降低而導(dǎo)致薄膜很難成型。

15、優(yōu)選的，步驟4）中，所述固液分離為過(guò)濾或離心。

16、優(yōu)選的，步驟5）中，所述超聲分散的超聲功率為200-500?w，超聲時(shí)間為5-20?min，隨后磁力攪拌至完全均勻；超聲波處理使木質(zhì)纖維素迅速在水中均勻地分散，并形成均一的懸濁液，以便進(jìn)一步生產(chǎn)生物塑料薄膜。

17、優(yōu)選的，步驟6）中，漿料平鋪至基板，漿料的厚度為0.3-0.5cm，干燥的條件為25-45℃下烘干或自然干燥至可順利揭下薄膜即可，所述干燥，為烘干或自然晾干；太薄和太厚都不利于薄膜的穩(wěn)定形成，溫度不宜過(guò)高，溫度過(guò)高容易導(dǎo)致薄膜在形成過(guò)程破裂。

18、本發(fā)明通過(guò)在高壓下，微波協(xié)同超聲處理完成滸苔細(xì)胞壁的破碎，隨后堿處理完成纖維素和木質(zhì)素的分離，隨后使用酸沉降使木質(zhì)素在纖維素上原位沉淀。單一組分的纖維素和木質(zhì)素各自都很難成膜或成膜后性能太差。

19、通過(guò)上述方法制備木質(zhì)纖維素生物塑料，在制備過(guò)程中，其它雜質(zhì)（半纖維素和部分寡糖多糖）均通過(guò)高壓微波超聲處理和堿處理，在后續(xù)的過(guò)濾步驟中去除。

20、本發(fā)明利用木質(zhì)素的原位再生原理，使其與纖維素纖維緊密的纏繞，并形成多尺度結(jié)構(gòu)，有利于提升薄膜的機(jī)械性能。所制備的生物塑料具備高機(jī)械性能、耐水性、抗紫外、耐熱性、可降解和可回收特性，有替代石化塑料產(chǎn)品的巨大潛力。

21、本發(fā)明所提供的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料及其制備方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

22、（1）本發(fā)明最大限度地利用了滸苔，不僅避免了它們帶來(lái)的環(huán)境和生態(tài)破壞，也提升了滸苔的應(yīng)用價(jià)值；

23、（2）所得生物塑料機(jī)械強(qiáng)度高（可達(dá)12.80?mpa），水穩(wěn)定性高（在水中可穩(wěn)定2個(gè)月以上）、抗紫外線（可吸收幾乎所有的紫外線）、且可完全降解（3個(gè)月內(nèi)可生物降解）；

24、（3）所得生物塑料可回收，使用周期結(jié)束后的生物塑料經(jīng)簡(jiǎn)單處理即可再次加工重新形成新的生物塑料；

25、（4）采用的方法，無(wú)需其他成膜劑、增塑劑等化學(xué)試劑，安全綠色且簡(jiǎn)便易行，成本低，容易實(shí)現(xiàn)可持續(xù)批量生產(chǎn)；

26、（5）所制備的生物塑料可以作為石化塑料的替代品，在包裝材料領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，步驟1）中，滸苔粉碎后過(guò)200目篩。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，步驟2）中，naoh溶液的濃度為1-2.5?m，步驟1）所得物與naoh溶液混合的質(zhì)量體積比為1?g:(25-50)?ml，所述高壓環(huán)境的壓力為2.0-3.0?mpa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，步驟2）中，所述破壁處理為超聲微波協(xié)同處理，微波功率為300-700w，超聲功率為300-500w，處理時(shí)間為10-20min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，步驟3）中，將混合物的ph調(diào)節(jié)至2-3得到混合液，酸沉降的溫度為25℃，靜置時(shí)間為4-6?h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，每10g步驟1）中的滸苔粉原料，在步驟4）中重新分散時(shí)對(duì)應(yīng)100ml的水。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，步驟4）中，所述固液分離為過(guò)濾或離心。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，步驟5）中，所述超聲分散的超聲功率為200-500?w，超聲時(shí)間為5-20?min，隨后磁力攪拌至完全均勻。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料的制備方法，其特征在于，步驟6）中，漿料平鋪至基板，漿料的厚度為0.3-0.5cm，干燥的條件為25-45℃下烘干或自然干燥至可順利揭下薄膜即可。

10.利用權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的制備方法制備的木質(zhì)纖維素生物塑料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及海洋浮游生物的無(wú)害處理和加工應(yīng)用領(lǐng)域，提供了一種基于滸苔的木質(zhì)纖維素生物塑料及其制備方法，包括以下步驟：1）將滸苔晾干并粉碎；2）將步驟1）所得物與NaOH溶液混合，在高壓環(huán)境下進(jìn)行破壁處理，隨后在95℃下磁力攪拌2?4?h；3）對(duì)所述混合液進(jìn)行酸沉降；4）固液分離，取沉淀并重新分散到水中得到混合懸浮液；5）將混合懸浮液超聲分散，攪拌至均勻得到木質(zhì)纖維素成膜漿料；6）將步驟5）所得漿料進(jìn)行脫氣，平鋪至基板，干燥后揭膜，即得生物塑料。所得生物塑料機(jī)械性能好，具有可降解和可回收的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李厚深,張士凱,丁嬰,李怡靖,鞠鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6