[发明专利]一种含有纳米纤维素的变性淀粉的制备方法及其在可降解材料中的应用

说明书

本发明涉及塑料领域，本发明公开了一种含有纳米纤维素的变性淀粉的制备方法及其在可降解材料中的应用，变性淀粉制备包括：1）将淀粉与水混合后加活化剂活化；加热，加氧化剂氧化；加酸酸化，中和，得到预处理淀粉液；2）将纳米纤维素与水混合，加活化剂活化，加酯化剂酯化；得到预处理纳米纤维素液；3）将预处理淀粉液和预处理纳米纤维素液及补强剂混合；经洗涤、干燥、过筛后得到变性淀粉。本发明通过纳米纤维素使淀粉有效形成网状空间架构，使其性能得到增强，将其添加至生物质基材中后可改善力学性能，且本发明方案B中先对变性淀粉通过双螺杆挤出机制得淀粉母粒，再与生物质基材混合制得成品，可减少生物质基材的一次成型能耗。

技术领域

本发明涉及塑料领域，尤其涉及一种含有纳米纤维素的变性淀粉的制备方法及其在可降解材料中的应用。

背景技术

目前塑料制品到处可见，按体积计算已经跃居世界首位，据统计显示塑料主要应用于工业、农业、国防和包装等领域，塑料具有质量轻、抗腐蚀、机械性能较好等优良特点，但塑料垃圾引起的环境污染问题日渐严重，大量的塑料垃圾给环境造成了严重的破坏，给人体健康造成了严重的危害，对于如何有效解决“白色污染”的问题是我们面临的主要难题，随着人们环保意识日益提高，如何有效解决“白色污染”已经成为全球关注的焦点。

生物可降解材料指在自然环境中的真菌、细菌、病菌等微生物作用下可自然降解的材料。此类微生物与生物可降解材料、变性淀粉彼此发生相互作用，主要包括物理、化学和生物作用，通过微生物的相互作用，将生物可降解材料及其中的变性淀粉等物质进行分解，将其中的碳、氢、氧等元素重新回归大自然。

目前有在可降解材料中添加淀粉的相关报道，然而，目前在可降解材料制品中添加淀粉后存在以下问题：(1)所得制品力学性能差；(2)工作环境粉尘污染严重；(3)在添加淀粉后生物质基材需要塑化、成型，浪费能源，成本高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含有纳米纤维素的变性淀粉的制备方法及其在可降解材料中的应用，本发明通过纳米纤维素使淀粉有效形成网状空间架构，使变性淀粉的性能得到更进一步的增强，从而将其添加至生物质基材中后可改善力学性能，且本发明先对变性淀粉通过双螺杆挤出机制得淀粉母粒，再与生物质基材混合制得成品，减少了生物质基材的一次塑化能耗。

本发明的具体技术方案为：

一种含有纳米纤维素的变性淀粉的制备方法，包括以下步骤(下述原料份数为重量份)：

1)淀粉的预处理：将1000份淀粉与1100-2000份水混合均匀，添加0.1-10份活化剂活化处理10-30min，保持pH为7.5-11.0；将活化后所得淀粉浆液加热至35-50℃，添加0.5-100份氧化剂氧化处理1-5h，保持pH为7.5-11.0；向氧化后的淀粉浆液中添加10-150份酸酸化处理2-6h，然后进行中和至pH在4.0-7.5，得到预处理淀粉液。

在步骤1)中，本发明对淀粉依次进行活化、氧化和酸化处理；其中：

活化的反应机理是淀粉在碱性环境中，碳键上的主要基团羟基活性大大增加；从而能够降低反应能，使淀粉中的活化部位更容易引入其他基团。

氧化的机理是氧化剂在碱性条件下生成活性氯或活性氧，它可使淀粉断键、降解和氧化，在淀粉分子上引入羰基和羧基，氧化后的淀粉，白度增加、粘度下降。

对淀粉进行进一步酸化的作用是：1、进一步降低淀粉粘度；2、提高淀粉凝胶性；3、更有利于淀粉进行高浓度塑化。

2)纳米纤维素的预处理：将100份1-5wt％纳米纤维素溶液与1000-2000份水混合均匀，添加0.1-1份活化剂进行活化处理10-30min，保持pH为7.5-9.0；向活化所得的纳米纤维素液中添加0.01-0.03份酯化剂酯化处理1-2h，保持pH为7.5-9.0；得到预处理纳米纤维素液。