[发明专利]一种具有耐水、阻光功能的蓝藻基生物复合薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有耐水、阻光功能的蓝藻基生物复合薄膜材料及其制备方法，属于材料学领域。本发明将含水率不大于10％的蓝藻粉末与水、羧甲基纤维素、增溶剂和改性剂混合制成蓝藻混合物，再将纳米纤维素溶液与聚乙烯醇溶液混合得到聚乙烯醇/纳米纤维素混合液，最后将蓝藻混合物与聚乙烯醇/纳米纤维素混合液、偶联剂混匀后在55℃条件下反应2小时得到成膜溶液，浇注于培养皿中，烘干即得耐水阻光性蓝藻基生物复合薄膜材料，该薄膜材料耐水性与阻光性相比聚乙烯醇薄膜有显著提升，可用作包装材料，工艺简单，成本低廉，有效利用了湖泊水体中打捞的蓝藻，解决了环境问题。

技术领域

本发明涉及一种具有耐水、阻光功能的蓝藻基生物复合薄膜材料及其制备方法，属于材料学领域。

背景技术

塑料包装薄膜应用十分广泛，以石油或天然气为原料，经提炼、裂解成各种石化基本原料后，再经聚合反应而得，但塑料包装薄膜不易分解，可造成严重的“白色污染”，若燃烧则容易产生有毒有害气体和异味，因此业内对于可降解薄膜材料的研发一直在进行。聚乙烯醇薄膜是以聚乙烯醇为主体，加入改性剂等助剂，经过特殊工艺加工、可以被土壤中的微生物完全降解的绿色环保功能性材料。它可在短时间内降解为二氧化碳和水，并有改良土壤的作用。但聚乙烯醇薄膜最大的优点是水溶性，最大的缺点是耐水性差。之所以耐水性差，是由于其分子中带有亲水性的羟基(-OH)。如果能将羟基适当封闭，接上耐水性基团，就可提高PVA薄膜的耐水性。

春夏两季，在营养丰富的水体中，蓝藻休眠会高效吸纳水中大量氮磷等营养元素，快速增殖形成水华。水华严重时，蓝藻会大量消耗水体中氧气，致使水中生物因缺氧大量死亡，危害水体环境。为了避免用水危机和环境污染，每年政府都花费大量人力、物力和财力打捞蓝藻，堆肥处理藻泥。然而，蓝藻打捞后，若无有效地资源化利用，也会导致腐烂发臭，严重污染周边环境。水华蓝藻含有丰富的藻蓝蛋白、多糖等营养成分，可以作为生产生物塑料的原料，既能解决石油基塑料难降解的问题，又为蓝藻资源化利用提供新途径。

目前，以水华蓝藻为原料制备生物塑料的技术主要有以下几个方面：

(1)采用微生物发酵法，以蓝藻为培养基生产乳酸，再通过聚合反应制备聚乳酸，最终制得生物塑料。例如，陈可夏等采用聚乙二醇二丙稀酸酯、牛奶蛋白纤维和粘胶基甲壳素纤维配合蓝藻发酵深加工产物在交联剂作用下制备蓝藻基生物塑料，该塑料具有生物可降解性，加入的生物质纳米纤维素配合纳米二氧化硅增加了改性聚乳酸的结构稳定性，提高了该生物塑料的力学性能。然而这种方法存在蓝藻发酵后的废渣难以处理及乳酸转化率不高等问题。

(2)培养并提取藻蓝蛋白生产生物塑料，该技术工艺繁琐，并且仅仅针对藻蓝蛋白，浪费了蓝藻中其他占比较大的营养成分。

(3)利用转基因和代谢工程，以蓝藻为培养基，生产并制备生物塑料。NoriakiKatayama等利用转基因和代谢工程蓝藻生产生物塑料化合物。日本旭化成公司的研究人员将某种酶的DNA引入蓝藻细胞中，3个星期后，在每升生长介质中蓝藻生产出2.4g2，3-丁二醇，产率极大地提高了。但是该技术繁琐，并且生产过程较长。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有耐水、阻光功能的蓝藻基生物复合薄膜材料，使之耐水性能及阻光性能与聚乙烯醇薄膜相比有较大的提高。本发明所要解决的另一技术问题在于提供所述具有耐水、阻光功能的蓝藻基生物复合薄膜材料的制备方法，利用蓝藻全细胞、纳米纤维素和聚乙烯醇等原料，制备出耐水性及阻光性与聚乙烯醇薄膜相比有较大提高的蓝藻基生物复合薄膜材料。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种具有耐水、阻光功能的蓝藻基生物复合薄膜材料，制备原料中含有蓝藻组分、纳米纤维素组分。

优选地，所述的纳米纤维素与蓝藻的质量比为3-5∶1。