[发明专利]一种疏水性可降解的淀粉纳米复合薄膜的制备方法及所得产品

说明书

本发明公开了一种疏水性可降解的淀粉纳米复合薄膜的制备方法及所得产品，首先将淀粉溶于水中，在高压反应釜中经水热反应得到浑浊均一的水热淀粉碳纳米微球溶液，后将水热淀粉碳纳米微球溶液或者其与纳米碳酸钙的混合物按照一定的剂量加入到淀粉、甘油和水组成的混合体系中，经过一定时间的淀粉糊化后，通过浇铸法或流延法制备出复合薄膜产品。本发明方法操作简单，可行性强，在不经过化学改性的条件下制备可降解的生物基复合淀粉膜，其中各类物质来源丰富，价格低廉，制备得到的复合薄膜疏水性强、机械性能好、性价比高、绿色环保。

技术领域

本发明涉及一种疏水性可降解的淀粉纳米复合薄膜的制备方法及所得产品，属于新型功能材料技术领域。

背景技术

随着智慧城市的进一步推进，物联网、大数据、人工智能等促进了餐饮业的蓬勃发展，由此催生了越来越多的塑料产品。然而，塑料产品因在环境中难以被生物降解而造成严重的环境污染，同时其原料来源主要为石油，塑料产品使用的日益增多也必然会进一步加剧“石油危机”，导致塑料价格的上涨。针对该问题，2020年1月，国家发改委、生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，规定到2020年底，全国范围餐饮行业禁止使用不可降解的一次性塑料吸管。因此，寻找塑料可替代型降解材料受到越来越多的学者和研究团体的关注。目前，在众多成膜基材料中，淀粉因其来源广泛、价格低廉、可再生和生物降解，淀粉基可降解材料已成为国内外研究最为广泛的一类生物降解材料。然而，纯淀粉膜其结构当中存在许多羟基和氢键，对水分子具有较强的亲附性，导致成品膜容易吸水和溶解，其疏水性能差严重限制了淀粉膜的进一步扩大和应用。目前为改善淀粉膜的疏水特性，大多数的研究倾向于通过交联、酯化这类化学改性的方法引入其他非极性基团来中和淀粉膜当中的极性基团，这些方法在很大程度上改善了淀粉膜的亲水性，但其引入的化学基团或多或少具有毒性，过程复杂，并在一定程度上影响了淀粉膜的可降解的特性，可能造成二次环境污染，因此其成品膜未能得到很好的普及和应用。

此外，单纯的淀粉膜还存在机械性能差的问题,实用性不高,限制了其在包装行业的应用。

发明内容

针对现有淀粉膜存在的疏水性差、机械性能差的不足，本发明提供了一种疏水性可降解的淀粉纳米复合薄膜的制备方法及所得产品，该制备方法原料易得、成本低廉、可实施性强，在淀粉膜中引入淀粉碳纳米微球或者同时引入淀粉碳纳米微球和纳米碳酸钙，这些引入物质不改变成膜淀粉的结构，同时极大的提升了淀粉膜的疏水性和机械性能，具有优良的应用前景。

研究表明，荷叶之所以疏水性强是因为荷叶表面的“莲花效应”，荷叶叶面上存在着复杂的多重纳米和微米级的超微结构，能够形成微米级的表面凹凸结构，这类结构之间的凹槽又能被空气占据，使得荷叶表面形成一层极薄的空气层，水滴无法填充凹槽能够在荷叶表面发生滚动，因而，荷叶具有超疏水的特性。本发明受荷叶表面的疏水效应启发，使用高压水热碳化反应后的淀粉来制备纳米级的水热淀粉碳纳米微球溶液，将其单独或与纳米碳酸钙合用，均匀的填充进淀粉膜当中，增加淀粉膜表面的微观粗糙程度，使其与水分子间形成空气隔离层，有效提升了其疏水性。此外，淀粉在高压水热碳化后含氧官能团含量减少，淀粉在高温高压条件下与水反应，持续水解产生葡萄糖；葡萄糖分子在水热条件下脱水，碳原子彼此共价相互作用并形成芳环，最终得到淀粉碳纳米微球，呈现出疏水的芳环区域，这些特点在很大程度上也提升了淀粉膜的疏水性。

本发明具体技术方案如下：

一种疏水性可降解的淀粉纳米复合薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将淀粉与水均匀混合，所得混合液在高压反应釜中进行水热反应，得到淀粉碳纳米微球溶液，此淀粉碳纳米微球溶液也可以称之为前处理液；

（2）将步骤（1）的淀粉碳纳米微球溶液与纳米碳酸钙混合，超声处理，使纳米碳酸钙均匀分散；

（3）将甘油、水和淀粉在容器中混合，在容器上盖上带通孔的盖子，加热搅拌，得混合液；