一種溶解玉米秸稈漿粕制備玉米纖維素交聯(lián)膜的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維素膜領域，特別涉及一種溶解玉米秸桿漿柏制備玉米纖維素交聯(lián)膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于煤、石油以及天然氣等不可再生資源的日益銳減，以它們?yōu)樵系漠a(chǎn)品的發(fā)展也將會受到越來越大的制約。同時，聚乙烯、聚氯乙烯等塑料薄膜難以降解，給環(huán)境造成了嚴重的污染問題。隨著社會發(fā)展，各國對環(huán)境污染問題日益關注，因此，對于可降解膜的研宄引起了政府與相關科學家的高度重視。其中，天然纖維素因具有生物可降解性、環(huán)境協(xié)調(diào)性逐漸成為可降解膜材料的主要來源，傳統(tǒng)的可利用的天然纖維素主要來源是木材、棉花等，但是有限的林業(yè)資源并不能滿足需求，所以具有豐富資源的草本植物的合理開發(fā)應用必將成為熱點。
[0003]玉米已經(jīng)有幾千年的栽培歷史，也成為全世界總產(chǎn)量最高的糧食作物之一。玉米秸桿的主要成分是纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素三種，有研宄表明纖維素的含量最高達到45%，半纖維素約為35%，木質(zhì)素含量最少，僅15%左右，另外還有少量的其他有機物質(zhì)及無機物組成(Prsad S., Singh A., Joshi H.C.Ethanol as an alternative fuelfrom agricultural, industrial and urban residues[J].Resources Conservat1n andRecycling, 2007，50(1):1-39.)。我國作為農(nóng)業(yè)大戶，到2009年玉米秸桿量已經(jīng)增加到了1.7億噸(朱建春，李榮華，楊香云，張增強，樊志民.近30年來中國農(nóng)作物秸桿資源量的時空分布[J].農(nóng)林科技大學學報，2012，40 (4): 139-144.)。其產(chǎn)量雖大，但是資源利用率較低，其中大約42.2%的玉米秸桿被就地焚燒或者閑置浪費，造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。以玉米秸桿為原料，不僅可以充分利用自然資源，還可以完全降解，甚至有望取代對環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染的以石油為原料合成的塑料制品。
[0004]目前，對于纖維素的溶解主要有黃原酸化法、銅氨溶液體系、氯化鋰/二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)、ΝΜΜ0/Η20、多聚甲醛/ 二甲基亞砜(PF/DMS0)、堿水溶液體系(即氫氧化鈉/尿素/水體系、氫氧化鋰/尿素/水體系、氫氧化鈉/硫脲/水體系)。其中，張俐娜(中國專利公開號CN1193061C)發(fā)明一種氫氧化鈉/尿素/水體系溶解纖維素的方法，由于此方法生產(chǎn)過程簡單方便、無毒無污染，從而得到廣泛關注。其基本原理(JingpingZhou,Lina Zhang, Jie Caij Hong Shu.Cellulose microporous membranes preparedfrom NaOH/urea aqueous solut1n [J].Journal of Membrane，2002，210:77-90 ;Xingzhen Qinj Ang Lu，Jie Cai，Lina Zhang.Stability of inclus1n complex formedby cellulose in NaOH/urea aqueous solut1n at low temperature[J].CarbohydratePolymers, 2013，92:1315-1320.)是在低溫下氫氧化鈉與水形成了較穩(wěn)定低分子締合物，容易破壞纖維素分子間原有的氫鍵結(jié)構(gòu)從而形成新的氫鍵網(wǎng)絡，尿素在堿溶液與纖維素新形成的結(jié)構(gòu)表面通過自組裝形成一種包合物，從而使纖維素快速溶解。但是氫氧化鈉/尿素/水體系溶解纖維素的條件要求比較苛刻，一般用于溶解α -纖維素含量較高的棉短絨或木漿，但對α-纖維素含量較低的玉米秸桿漿柏的溶解及其玉米纖維素膜的制備目前卻鮮有報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種溶解玉米秸桿漿柏制備玉米纖維素交聯(lián)膜的方法，該方法制備的玉米纖維素膜具有良好的力學性能，可應用于食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)領域中的包裝膜、地膜、分離膜，并且原料價格便宜，對環(huán)境無污染，操作簡單，因此具有廣泛的應用前景。
[0006]本發(fā)明的一種溶解玉米秸桿漿柏制備玉米纖維素交聯(lián)膜的方法，包括:
[0007](I)將玉米秸桿漿柏粉碎，加入到鹽酸水溶液中，在55_100°C條件下，攪拌反應1.5-3h，抽濾，洗滌，真空干燥，得到玉米秸桿纖維素；其中，玉米秸桿漿柏與鹽酸水溶液的質(zhì)量比為1:10-20 ；
[0008](2)配制氫氧化鈉/尿素的混合水溶液，預冷至-12?_6°C，再將上述玉米秸桿纖維素溶于混合水溶液中，攪拌5-30min，即得鑄膜液；
[0009](3)將上述鑄膜液在玻璃板上刮膜，再放入凝固浴中成膜，得到玉米纖維素膜；將玉米纖維素膜在高碘酸鈉水溶液中浸泡，清洗；再將玉米纖維素膜分別在甲醇以及二胺溶液中浸泡，清洗，得到玉米纖維素交聯(lián)膜。
[0010]所述步驟(I)中的鹽酸水溶液的濃度為6-28wt %。
[0011]所述步驟(I)中的真空干燥溫度為30-80°C，真空干燥時間為12-36h。
[0012]所述步驟(2)中的鑄膜液中，玉米秸桿纖維素的濃度為4_8wt %。
[0013]所述步驟⑵中的混合水溶液中，氫氧化鈉的濃度為7wt %，尿素的濃度為
12wt % ο
[0014]所述步驟⑶中的凝固浴為水。
[0015]所述步驟(3)中的高碘酸鈉水溶液的濃度為0.5-2.5wt%，浸泡時間為12_72h，浸泡溫度為20-60 °C。
[0016]所述步驟(3)中的甲醇浸泡時間為12?24h。
[0017]所述步驟(3)中的二胺為乙二胺、丙二胺、1，5-戊二胺、1，6-己二胺、1，12-二氨基十二烷或?qū)Ρ蕉?；二胺溶液的溶劑為甲醇，濃度?.02-lmol/l，浸泡時間為2-12h，浸泡溫度為20-40 °C。
[0018]所述步驟(3)得到的玉米秸桿纖維素交聯(lián)膜應用于食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)領域中的包裝膜、地膜或分離膜。
[0019]所述步驟(3)得到的玉米秸桿纖維素交聯(lián)膜的拉伸強度為50_100MPa。
[0020]有益效果
[0021](I)本發(fā)明采用玉米秸桿中提取的纖維素為原料，可充分利用自然資源。
[0022](2)本發(fā)明采用鹽酸對玉米秸桿漿柏進行預處理，使其中的半纖維素含量大大降低，從而使纖維素在氫氧化鈉/尿素/水體系中快速溶解。
[0023](3)本發(fā)明采用高碘酸鈉對纖維素膜進行改性處理，使纖維素鏈上葡萄糖單元二、三位碳上的羥基氧化成醛基。
[0024](4)本發(fā)明采用乙二胺、丙二胺、1，5-戊二胺、1，6-己二胺、1，12-二氨基十二烷、對苯二胺等對氧化過的纖維素膜進行交聯(lián)處理，使纖維素膜的力學性能得到改善。
[0025](5)本發(fā)明工藝簡單、操作方便且條件溫和，原料價廉易得，無毒無污染，是一種綠色的生產(chǎn)工藝。
[0026](6)本發(fā)明得到的纖維素膜，可應用于食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)領域中的包裝膜、地膜、分離膜等。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0028]實施例1
[0029]取玉米秸桿漿柏放入粉碎機中，將其粉碎，稱取15g粉碎后的玉米秸桿漿柏加入三口燒瓶中，再分別量取74ml的鹽酸溶液和226ml的水溶液，并加入上述三口燒瓶中，然后在55°C條件下，攪拌反應3h。反應結(jié)束后抽濾，并分別用蒸餾水和乙醇洗至溶液呈中性，30°C真空干燥36h，得到玉米秸桿纖維素。
[0030]分別稱取3.5g的氫氧化鈉和6g的尿素，加入三口燒瓶中，再加入40.5ml的蒸餾水，攪拌至完全溶解，放入冰箱中直至溶液溫度達到_12°C，稱取4.35g上述處理過的玉米秸桿纖維素并加入溶液中(玉米秸桿纖維素的濃度為8wt% )，在室溫下快速攪拌20min，得到鑄膜液，并在玻璃板上刮膜，再放入水中成膜，制備出纖維素膜。
[0031]將纖維素膜置于2.5被％的高碘酸鈉水溶液中，60°C下浸泡12h后，用蒸餾水清洗，再置于甲醇中浸泡12h，最后置于lmol/1的乙二胺甲醇溶液中，40°C下浸泡6h，得到玉米纖維素交聯(lián)膜。測得交聯(lián)膜的拉伸強度為90MPa。
[0032]實施例2
[0033]玉米秸桿漿柏的預處理如實施例1。分別稱取3.5g的氫氧化鈉和6g的尿素，加入三口燒瓶中，再加入40.5ml蒸餾水，攪拌至完全溶解，放入冰箱中直至溶液溫度達到_8°C，稱取3.19g上述處理過的玉米秸桿纖維素并加入溶液中(玉米秸桿纖維素的濃度為6wt% )，在室溫下快速攪拌lOmin，得到鑄膜液，并在玻璃板上刮膜，再放入水中成膜，制