一種利用玉米秸稈作為原料制備玉米秸稈纖維素膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維素膜領(lǐng)域，特別涉及一種利用玉米秸桿作為原料制備玉米秸桿纖維素膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，秸桿的年再生量達(dá)6億噸，其中玉米秸桿資源擁有量居世界首位，是我國產(chǎn)量最大的可再生生物質(zhì)能源，年產(chǎn)量達(dá)到2.2億噸(王關(guān)斌，趙光輝，李俊平.玉米芯資源的綜合利用[J].食品與藥品，2006，8(01A):55-57.)玉米秸桿中含有豐富的纖維素、半纖維素、木素等重要的化工原料，如果能將這些原料從秸桿中提取出來，那么將減輕化石燃料的負(fù)擔(dān)，但是在我國，玉米秸桿這種重要的生物質(zhì)資源，除了少部分用來替代木材制造紙張、人工板材和還田外，絕大部分被人們用來焚燒取暖，這不僅大大浪費(fèi)了資源，燃燒產(chǎn)生的煙塵、顆粒物等還污染了人們的居住環(huán)境，對人們的身體健康造成了很大的危害。在我國一些農(nóng)村，玉米秸桿還用來喂養(yǎng)牲畜等，玉米秸桿本身絕大部分是纖維素，進(jìn)入牲畜體內(nèi)無法被充分的消化吸收，使得其營養(yǎng)價(jià)值低，并不適合直接使用。
[0003]天然生物質(zhì)在大自然中存在了上萬年，上千年的時(shí)間，其中的成分，結(jié)構(gòu)必定很穩(wěn)定，這就成了我們利用纖維素最大的難關(guān)，目前，秸桿纖維素的利用率很低。如何改進(jìn)秸桿纖維素的提取工藝，成為提高秸桿纖維素利用率的決定性問題。
[0004]由于玉米秸桿中的纖維素和半纖維素以及木質(zhì)素緊密的相互作用，要利用好秸桿纖維素的前提就是將纖維素分離提純出來，現(xiàn)在主要的思路是，先借助物理或化學(xué)方法，破壞三者之間緊密聯(lián)系的橋梁-化學(xué)鍵，然后通過溶解、氧化、萃取等方法，將纖維素與半纖維素和木質(zhì)素分離成兩相，得到純凈的纖維素。
[0005]近些年，武漢大學(xué)張俐娜研究出NaOH/硫脲體系，更加符合多方面的要求。LinaZhang 等(Ruan Dong ；Zhang Lina ；Mao Yuan ；Zeng Ming ；Li Xiaobin.Microporousmembranes prepared from cellulose in NaOH/th1urea aqueous solut1n.JournalofMembrane Science，2004，241 (2)，265-274)將 NaOH:硫脲:水以 10: 8: 82 的比例混合，預(yù)冷到-10?_12°C時(shí)，將纖維素快速加入到溶劑中，在室溫下快速攪拌5min，得到透明清澈的纖維素溶液，然后在5°C下以5000轉(zhuǎn)的速度攪拌15min，除去少量的雜質(zhì)和不溶物。溶解的關(guān)鍵在于整個(gè)體系要處于低溫下，NaOH與水形成大的溶劑分子集團(tuán)，進(jìn)入纖維素的間隙后，與纖維素上的羥基作用會破壞分子內(nèi)氫鍵作用，使纖維素最大限度溶脹成絡(luò)合物。硫脲作為電子給體和受體，與水和纖維素形成氫鍵，形成穩(wěn)定的覆蓋層。因此，整個(gè)溶解過程實(shí)際上是一個(gè)溶劑小分子(Na0H、H20、硫脲)與纖維素大分子之間的自組裝過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用玉米秸桿作為原料制備玉米秸桿纖維素膜的方法，該方法制備的玉米纖維素膜具有良好的力學(xué)性能，可應(yīng)用作包裝膜、地膜、分離膜，原料價(jià)格便宜，操作簡單，有廣泛的應(yīng)用前景。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用玉米秸桿作為原料制備玉米秸桿纖維素膜的方法，其特征在于，具體步驟包括:
[0008]步驟1:將玉米秸桿漿柏粉碎，加入氫氧化鈉溶液，在55°C _90°C條件下，攪拌反應(yīng)2_3h，抽濾，洗滌，真空干燥，再在干燥后的纖維素中加入乙酸/硝酸混合溶液，在70-90°C的條件下，攪拌反應(yīng)10-40min，抽濾，洗滌，真空干燥，得到玉米秸桿纖維素；
[0009]步驟2:配制氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液，預(yù)冷至-18?_8°C，再將上述玉米秸桿纖維素加入到所述的氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液中，攪拌10-30min，即得鑄膜液；
[0010]步驟3:將上述的鑄膜液在玻璃板上刮膜，再放入丙酮/水混合物中成膜，得到玉米纖維素膜。
[0011]優(yōu)選地，所述的步驟1中的玉米秸桿漿柏與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為
1: 10-1: 20ο
[0012]優(yōu)選地，所述的步驟1中的纖維素與乙酸/硝酸混合溶液的固液質(zhì)量比為
1-10-1: 20ο
[0013]優(yōu)選地，所述的氫氧化鈉溶液的濃度為3_10wt%。
[0014]優(yōu)選地，所述的步驟1中的真空干燥溫度為50_80°C，真空干燥時(shí)間為12_36h。
[0015]優(yōu)選地，所述的步驟2所得的鑄膜液中玉米秸桿纖維素的濃度為4_8wt%。
[0016]優(yōu)選地，所述的步驟3中的丙酮/水混合物中的丙酮濃度為2_5wt %。
[0017]優(yōu)選地，所述的氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液中氫氧化鈉的濃度為7_10wt%，硫脲的濃度為5_8wt%。
[0018]優(yōu)選地，所述的乙酸/硝酸混合溶液中乙酸溶液的濃度為50-80vol %，硝酸溶液的濃度為0.5-3vol%。
[0019]本發(fā)明所述的玉米纖維素膜可用作食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域中的包裝膜、地膜或分離膜等。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0021](1)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)明采用氫氧化鈉對玉米秸桿漿柏進(jìn)行預(yù)處理，使其中的半纖維素含量大大降低，再用乙酸/硝酸混合溶液處理，使其中的木質(zhì)素含量大大降低，從而使纖維素在氫氧化鈉/硫脲/水體系中快速溶解。
[0023](3)本發(fā)明采用丙酮/水混合液作為凝固浴，促進(jìn)鑄膜液的
[0024](4)本發(fā)明工藝簡單、操作方便且條件溫和，原料價(jià)廉易得，無毒無污染，是一種綠色的生產(chǎn)工藝。
[0025](5)本發(fā)明制備的玉米纖維素膜具有良好的力學(xué)性能，可應(yīng)用作包裝膜、地膜、分離膜，原料價(jià)格便宜，操作簡單，有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)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(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)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(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0027]實(shí)施例1
[0028]—種利用玉米秸桿作為原料制備玉米秸桿纖維素膜的方法，具體步驟為:
[0029](1)取玉米秸桿漿柏放入粉碎機(jī)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，稱取9g的氫氧化鈉，量取291ml的水溶液，溶解后氫氧化鈉的濃度為3%，并加入上述三口燒瓶中，然后在55°C條件下，攪拌反應(yīng)2h。反應(yīng)結(jié)束后抽濾，并依次用蒸餾水和乙醇洗滌至溶液呈中性，50°C真空干燥24h。將干燥好的纖維素14.56g粉碎并加入到三口燒瓶中，量取160ml乙酸、2ml硝酸和38ml水溶液，此時(shí)乙酸濃度80vol%，硝酸濃度lvol%,加入到上述三口燒瓶中，在85°C下，攪拌反應(yīng)20min，結(jié)束后抽濾，并依次用蒸餾水和乙醇洗滌至溶液呈中性，50°C真空干燥24h，得到玉米秸桿纖維素；
[0030](2)分別稱取10g的氫氧化鈉和8g的硫脲，加入燒杯中，再加入82ml的蒸餾水，攪拌至完全溶解，得到氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液，此時(shí)氫氧化鈉濃度10 %，硫脲濃度8 %，放入冰箱中預(yù)冷直至溶液溫度達(dá)到_12°C，稱取2.91g上述處理過的玉米秸桿纖維素并加入到50ml所述的氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液中(玉米秸桿纖維素的濃度為5.5wt%),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2wt %丙酮/水混合物中成膜，制備出玉米纖維素膜。測得纖維素膜的拉伸強(qiáng)度為55.0MPa。
[0031]實(shí)施例2
[0032]—種利用玉米秸桿作為原料制備玉米秸桿纖維素膜的方法，具體步驟為:
[0033](1)與實(shí)施例1相同。
[0034](2)分別稱取10g的氫氧化鈉和5g的硫脲，加入燒杯中，再加入85ml的蒸餾水，攪拌至完全溶解，得到氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液，此時(shí)氫氧化鈉濃度10 %，硫脲濃度5 %，放入冰箱中預(yù)冷直至溶液溫度達(dá)到-10°C，稱取2.63g上述處理過的玉米秸桿纖維素并加入到50ml所述的氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液中(玉米秸桿纖維素的濃度為5wt% )，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2wt %丙酮/水混合物中成膜，制備出纖維素膜。測得纖維素膜的拉伸強(qiáng)度為50.2MPa。
[0035]實(shí)施例3
[0036]—種利用玉米秸桿作為原料制備玉米秸桿纖維素膜的方法，具體步驟為:
[0037](1)與實(shí)施例1相同。
[0038](2)分別稱取10g的氫氧化鈉和8g的硫脲，加入燒杯中，再加入82ml的蒸餾水，攪拌至完全溶解，得到氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液，此時(shí)氫氧化鈉濃度10 %，硫脲濃度8 %，放入冰箱中預(yù)冷直至溶液溫度達(dá)到_15°C，稱取2.08g上述處理過的玉米秸桿纖維素并加入到50ml所述的氫氧化鈉/硫脲的混合水溶液中(玉米秸桿纖維素的濃度為4wt% )，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3