一种由竹粉制备再生纤维素基包装薄膜的方法

本发明属于生物质材料领域，具体涉及一种竹基再生纤维素包装薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、在人们环保意识的日渐增强下，以石油基物质为原料制备的塑料包装薄膜引发的污染问题得到了越来越多的关注，急需寻找一种可以代替石油基塑料包装材料的可降解生物质新材料。纤维素是一种最具有代表性的可降解生物质材料，其因为原料来源广泛、易降解、可再生等特点被认为是代替石油基塑料薄膜产品最有潜力的一类材料。因此，研究以纤维素作为原材料制备再生纤维素薄膜具有重大意义。

2、纤维素材料的来源广泛，从一些以植物为原材料的日用品(纸杯、滤纸)到农作物(秸秆、棉花、生姜)甚至细菌都可以作为纤维素的原材料。其中木材和棉花是最常用的纤维素原材料，然而，木材的生长周期较长，大概需要五至十年才能成长为需要的材料，棉花主要用于纺织行业。因此竹子作为非木本植物之一，生长速度快，纤维素含量高，在我国种植广泛，可用于制造各种竹制品，因此成为纤维素原材料的绝佳来源。

3、据统计，竹材中纤维素含量在30-50％之间，除此之外含有大量非纤维素组分，因此在使用之前需要进行纯化处理，提高纤维素的含量，以制备性能更加优异的材料。相较于其他预处理手段应用的致癌物质，(专利《一种二氧六环/水共混溶液预处理竹粉制备木质纤维素再生膜的方法》cn 106519269a)，酸处理加碱处理是最常用也是最有效同时也是无毒低成本的预处理手段，实验证明，通过该方法，处理完成的竹粉中，纤维素的含量可以达到75％左右。

4、为了提高竹产品的价值，当前的研究往往采用各种工艺制备纳米纤维素或纳米纤维素复合材料(参考文献：“transparent and uv-absorbing nanocellulose filmsprepared by directly dissolving microwave liquefied bamboo in tbaa/dmso co-solvent system”，shao h.,《industrial crops&products》2021年,171:113899.)，然而，纳米纤维素的制备大都需要耗费大量的能量或者应用高成本且有毒害的化学物质，基于此，考虑通过简单的预处理步骤得到微米级纤维素，后通过有机碱液将上述纤维素直接溶解，成功制备力学性能优异、高透明、低粗糙度的再生纤维素薄膜，这对可降解包装材料来说具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服上述现有纤维素基包装材料存在的问题，本发明的目的是提出一种由竹粉到再生纤维素包装薄膜的制备方法以代替石油基塑料包装材料。

2、采用该制备方法无需复杂的化学处理以及高能耗的机械处理，即可获得竹基纤维素，后经过溶解再生制备的纤维素薄膜拥有优异的机械强度，低粗糙度以及高透明度，使可降解生物质包装材料代替石油基塑料材料成为可能。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种由竹粉制备再生纤维素包装薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、(1)预处理：将干燥的竹粉浸泡在碱性溶液中，后经过漂白处理，洗涤至中性后干燥完成预处理步骤，提取到竹基纤维素；

6、(2)制备再生纤维素薄膜：将上述竹纤维素加入已经预冷的有机碱溶液中，然后剧烈搅拌，接着加入交联剂，再次剧烈搅拌，将溶解和未溶解的部分经过分离后，得到半透明溶液，将溶液倒入模具中，经过室温固化、凝固浴成型、浸水、干燥步骤后，得到竹基再生纤维素薄膜。

7、优选的，步骤(1)所述竹粉的尺寸小于40目。

8、优选的，步骤(1)所述碱液是氢氧化钠溶液或/和氢氧化锂等溶液，浓度在2wt％—15wt％之间，加热的温度在室温-200℃之间。

9、优选的，步骤(1)所述漂白物质选自过氧化物、酸性亚氯酸盐类。

10、优选的，碱液处理和漂白处理的次数在2—5次。

11、优选的，步骤(2)有机碱溶液体系是氢氧化物与脲类物质的混合水溶液，氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾等中的一种或几种，脲类物质选自尿素或/和硫脲，氢氧化物质量百分比浓度为5％-8％，脲类物质质量百分比浓度为10-14％，余量水，进一步优选氢氧化物：脲类物质：水的质量比为7:12:81，预冷的温度范围在-5℃—-30℃。

12、优选的，剧烈搅拌中匀浆机的转速在2000rpm-20000rpm之间。

13、优选的，交联剂选择环氧氯丙烷，添加量占总体积的1％-15％。

14、半透明溶液中对应添加竹纤维素的质量百分比为3.5-6％。

15、优选的，所述凝固浴采用乙醇和水的体积比是1:1的溶液。

16、优选的，干燥温度是40℃—110℃，烘箱中的干燥时间是2—30h。

17、本发明具备的有效之处在于：

18、1、以竹子为原料，包括但不仅限于竹材加工中产生的废料，通过简单的预处理步骤提取竹基纤维素，有效的扩展了纤维素的来源，为目前纤维素原料大都限于木材和棉花的困境提供了新思路，大大降低了纤维素原材料的成本。

19、2、利用碱液多次处理纤维素中，碱液可以回收使用，降低了预处理的成本。且将竹粉经过简单的碱液和漂白预处理后直接溶解制备薄膜，整个过程无需其他复杂的化学处理或者高能耗的机械处理，有效解决了资源浪费的问题，工艺简单，对环境友好。

技术特征：

1.一种由竹粉制备再生纤维素包装薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述竹粉的尺寸小于40目。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碱液是氢氧化钠溶液或/和氢氧化锂等溶液，浓度在2wt％—15wt％之间，加热的温度在室温-200℃之间；步骤(1)所述漂白物质选自过氧化物、酸性亚氯酸盐类；碱液处理和漂白处理的次数在2—5次。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)有机碱溶液体系是氢氧化物与脲类物质的混合水溶液，氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾等中的一种或几种，脲类物质选自尿素或/和硫脲，氢氧化物质量百分比浓度为5％-8％，脲类物质质量百分比浓度为10-14％，余量水，进一步优选氢氧化物：脲类物质：水的质量比为7:12:81，预冷的温度范围在-5℃—-30℃；剧烈搅拌中匀浆机的转速在2000rpm-20000rpm之间。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，交联剂选择环氧氯丙烷，添加量占总体积的1％-15％。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，半透明溶液中对应添加竹纤维素的质量百分比为3.5-6％。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凝固浴采用乙醇和水的体积比是1:1的溶液；干燥温度是40℃—110℃，烘箱中的干燥时间是2—30h。

8.按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的薄膜。

9.按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的薄膜的应用，作为可降解包装薄膜。

技术总结
一种由竹粉制备再生纤维素基包装薄膜的方法，属于生物质材料领域。所述制备方法包括以下步骤：以竹粉为原料，经碱液和漂白液预处理，再经预冷的有机碱液溶解，分离固化成型洗涤干燥得到竹基再生纤维素薄膜。本发明所制纤维素来源于各类竹材，原料分布广泛成本低廉；所制竹基再生纤维素薄膜膜表面光滑平整，透明度较高，力学性能优异，可应用于可降解包装材料领域。

技术研发人员：孙凌,汪晶,褚莹莹
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8