一种含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的hpmc复合膜的制作方法
【专利说明】
[0001]
技术领域 本申请涉及一种HPMC复合材料，特别涉及一种含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的 HPMC复合膜。
[0002]
【背景技术】
[0003] 羟丙甲基纤维素（HPMC)是一种非离子型纤维素醚，通常以棉纤维素作为原料，经 碱性条件下的醚化制成。HPMC无毒且具有较强的增稠能力、排盐性、pH稳定性、保水性、优 良的成膜性、以及耐酶性、粘结性等特点，而被广泛应用医药、食品、建筑等多个行业。此外， HPMC膜还由于具有良好的软硬度、较高的透明度、以及优良的抗油脂性能而在食品包装领 域有着广泛的应用前景。但是，HPMC由于其亲水性，而使其在潮湿环境下使用或用于高水 分含量的食品时，其具有较高的透水性，导致其防护性能大大降低。因此长久以来，人们试 图向其中添加疏水性的添加剂(如长链脂肪酸等）来降低其亲水力。可是研究发现，这些疏 水性添加剂的加入会降低HPMC膜的机械性能甚至增加了这些添加剂从HPMC中移动到食品 中的风险。此后，人们又尝试使用有机酸形成交联的HPMC膜来降低其亲水性，但是，膜的机 械性能同样会被显著降低，特别是断裂伸长率会大幅度降低，这会导致膜变得硬且易碎。因 此需要提供一种既能降低的亲水性又不会使其机械性能大大降低的HPMC膜材料。
[0004] 生物纤维素（Biocellulose，BC)，也称细菌纤维素 （Bacterial cellulose，）。其 与天然纤维素相比，其具有很高的纯度、精细的空间网状结构、很强的持水性能及生物可降 解性。已经在食品、医药等领域广泛应用。
[0005] 包括金属氧化物在内的无机纳米颗粒由于其在生物传导、抑菌等特性而具有广泛 的用途。氧化锌是一种多功能的无机金属氧化物，其具有特殊的物理化学稳定性。氧化锌 纳米颗粒被认为是安全的，并广泛应用于化妆品、纺织品、食品、涂料等多个领域。
[0006]
【发明内容】
[0007] 针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的 HPMC复合膜，其是通过向HPMC中复合生物纤维素粉末和氧化锌纳米颗粒而制备的。
[0008] 本发明中的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其通过下述方法 制备而成： 1) 生物纤维素粉末的制备：经纯化后的生物纤维素凝胶机械破碎后，加入4-5倍重量 的盐酸，加热至沸腾水解2-5小时，然后离心分离，固态物质反复水洗去除盐酸，冷冻干燥 并粉碎得到生物纤维素粉末； 2) HPMC复合膜的制备：将2-8%的步骤1)中制备的生物纤维素粉末加入到浓度为 10-20%的氧化甲基吗啉水溶液中，加热到70-90°C后，保温搅拌过夜，然后再加入1-3%氧化 锌纳米颗粒和等量的浓度为8-15%的HPMC水溶液，加热搅拌并用超声波处理20-30min后 倒盘成膜，将形成的膜水洗去除氧化甲基吗啉后，冷冻干燥即可。
[0009] 其中，步骤1)中所述盐酸的浓度为3-6N。
[0010] 其中，步骤1)中盐酸优选的用量为5倍重，水解时间优选为4小时。
[0011] 其中，步骤2)中生物纤维素粉末的用量优选为3-4%。
[0012] 其中，步骤2)中氧化甲基吗啉水溶液的浓度为12-15%，加热温度优选为80°C。
[0013] 其中，步骤2)中氧化锌纳米颗粒的加入量优选为2%。
[0014] 其中，步骤2)中HPMC水溶液的浓度为10%。
[0015] 其中，步骤2)中超声波振幅为70-80%，处理时间优选30min。
[0016] 本发明中所使用的生物纤维素为本领域常规方法制备的生物纤维素即可，如使用 木醋杆菌、木葡糖酸醋杆菌等微生物，通过浅盘静态发酵制备的生物纤维素凝胶湿膜或采 用动态发酵培养制备的生物纤维素凝胶颗粒都可以实施本发明。
[0017] 本发明中使用的氧化锌纳米颗粒也没有特别的要求，采用本领域已知方法制备的 氧化锌纳米颗粒都可以使用。
[0018] 本发明提供的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，通过重组再生 的方式，将HPMC、生物纤维素凝胶与氧化锌纳米颗粒结合在一起，能够降低HPMC的亲水性， 降低其透水性，且保证其具有良好的机械性能，能够在多个领域广泛应用。
[0019]
【具体实施方式】
[0020] 下面结合【具体实施方式】和对比实验来对本发明作进一步的说明，但是下文中的具 体实施方法不应当被理解为对本发明的限制。本领域普通技术人员能够在本发明基础上显 而易见地作出的各种改变和变化，应该均在本发明的范围之内。
[0021] 实施例1 : 将经纯化后的浅盘静态发酵生产的生物纤维素凝胶膜机械破碎后，加入5倍重量的盐 酸(浓度4N)，加热至沸腾水解4小时，然后离心分离，固态物质反复水洗去除盐酸，冷冻干 燥并粉碎得到生物纤维素粉末；再将4%的生物纤维素粉末加入到浓度为10%的氧化甲基吗 啉水溶液中，加热到80°C后，保温搅拌过夜，然后再加入2%氧化锌纳米颗粒(市售）和等量 的浓度为10%的HPMC水溶液，加热搅拌并用超声波(振幅80%)处理30min后倒盘成膜，将 形成的膜水洗去除氧化甲基吗啉后，冷冻干燥制得本发明的含有生物纤维素和氧化锌纳米 颗粒的HPMC复合膜。
[0022] 实施例2 : 将经纯化后的浅盘静态发酵生产的生物纤维素凝胶膜机械破碎后，加入4倍重量的盐 酸(浓度5N)，加热至沸腾水解3小时，然后离心分离，固态物质反复水洗去除盐酸，冷冻干 燥并粉碎得到生物纤维素粉末；再将6%的生物纤维素粉末加入到浓度为12%的氧化甲基吗 啉水溶液中，加热到90°C后，保温搅拌过夜，然后再加入3%氧化锌纳米颗粒(市售）和等量 的浓度为15%的HPMC水溶液，加热搅拌并用超声波(振幅80%)处理25min后倒盘成膜，将 形成的膜水洗去除氧化甲基吗啉后，冷冻干燥制得本发明的含有生物纤维素和氧化锌纳米 颗粒的HPMC复合膜。
[0023] 实施例3 : 将经纯化后的浅盘静态发酵生产的生物纤维素凝胶膜机械破碎后，加入5倍重量的盐 酸(浓度6N)，加热至沸腾水解2小时，然后离心分离，固态物质反复水洗去除盐酸，冷冻干 燥并粉碎得到生物纤维素粉末；再将8%的生物纤维素粉末加入到浓度为20%的氧化甲基吗 啉水溶液中，加热到70°C后，保温搅拌过夜，然后再加入2%氧化锌纳米颗粒(市售）和等量 的浓度为12%的HPMC水溶液，加热搅拌并用超声波(振幅80%)处理30min后倒盘成膜，将 形成的膜水洗去除氧化甲基吗啉后，冷冻干燥制得本发明的含有生物纤维素和氧化锌纳米 颗粒的HPMC复合膜。
[0024] 实验例1 :膜透水性实验 实验样品：取实施例1-3中制备的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜作 为实验例1-3组；取市售普通HPMC膜作为对照例组。
[0025] 实验方法：取无水氯化钙5g置于20个25*40mm的称量瓶中，分别用实验例1-3和 对照例的膜将其封口，每种膜封口 5个称量瓶，并用橡皮筋扎紧，分别放于20个干燥器中， 再在每个干燥器中放入装入了 200ml蒸馏水的的烧杯，密封干燥器。每天一次测定称量瓶 重量。计算出各实验例和对照例中的膜的透水量，计算方法为透水量=称量瓶测定重量-称 量瓶自重-5g_膜自重。取每种膜的5个实验结果的平均值作为实验结果，结果下下表1 : 表1 :各组膜的透水量实验结果
从上述实验可以看出，实验例1-3中的膜与对照例相比显著降低了膜的透水量，因此 能够改善其在高相对湿度环境或对于高水分含量食品的防护性能。
[0026] 实验例2 :膜拉伸断裂实验 实验样品：取实施例1-3中制备的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜作 为实验例1-3组；取市售普通HPMC膜作为对照例组。各组的待测试样品为切割成20_*5_ 的小条，每组准备5条进行平行实验； 实验方法：对各实验样品进行拉伸实验，负载标准为50N，拉伸速度为0. 5mm/分钟。在 室温条件下进行拉伸实验，测定断裂压强，每组样品重复5次，取平均值作为实验结果，实 验结果见下表2 : 表2 :各组膜的拉伸断裂实验结果
从上述实验可以看出，实验例1-3中的膜与对照例相比，拉伸断裂强度并没有降低，反 而还有一定量的增加，因此本发明的复合膜在降低了亲水性能的情况下，并不会显著降低 机械性能，特别是拉伸断裂强度。
[0027] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技 术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在于：是通过向HPMC 中复合生物纤维素粉末和氧化锌纳米颗粒而制备的。2. 根据权利要求1所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：通过下述方法制备而成： 1) 生物纤维素粉末的制备：经纯化后的生物纤维素凝胶机械破碎后，加入4-5倍重量 的盐酸，加热至沸腾水解2-5小时，然后离心分离，固态物质反复水洗去除盐酸，冷冻干燥 并粉碎得到生物纤维素粉末； 2. HPMC复合膜的制备：将2-8%的步骤1)中制备的生物纤维素粉末加入到浓度为 10-20%的氧化甲基吗啉水溶液中，加热到70-90°C后，保温搅拌过夜，然后再加入1-3%氧化 锌纳米颗粒和等量的浓度为8-15%的HPMC水溶液，加热搅拌并用超声波处理20-30min后 倒盘成膜，将形成的膜水洗去除氧化甲基吗啉后，冷冻干燥即可。3. 根据权利要求2所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：步骤1)中所述盐酸的浓度为3-6N。4. 根据权利要求3所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：步骤1)中盐酸的用量为5倍重,水解时间为4小时。5. 根据权利要求2所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：步骤2)中生物纤维素粉末的用量为3-4%。6. 根据权利要求5所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：步骤2)中氧化甲基吗啉水溶液的浓度为12-15%，加热温度为80°C。7. 根据权利要求6所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：步骤2)中氧化锌纳米颗粒的加入量为2%。8. 根据权利要求5所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：步骤2)中HPMC水溶液的浓度为10%。9. 根据权利要求5所述的含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，其特征在 于：步骤2)中超声波振幅为70-80%，处理时间为30min。
【专利摘要】本发明涉及一种含有生物纤维素和氧化锌纳米颗粒的HPMC复合膜，通过重组再生的方式，将HPMC与经过水解的生物纤维素粉末与氧化锌纳米颗粒复合在一起，并采用了超声处理促进其复合。能够获得降低了亲水性，即膜透水能力的HPMC复合膜，同时还能保证其具有良好的机械性能，能够在多个领域广泛应用。
【IPC分类】C08K3/22, C08L1/26, C08L1/02, C08J5/18
【公开号】CN105017566
【申请号】CN201410173963
【发明人】钟春燕, 钟宇光
【申请人】海南光宇生物科技有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年4月28日