[发明专利]农作物秸秆制备再生纤维素复合膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于农业废弃物综合利用和绿色化学生物制品技术领域。本发明涉及的是利用农作物秸秆为主要原料，通过绿色溶解纤维素工艺制备一种纤维素膜，产品同时具备良好的生物可降解性质。

背景技术

植物纤维素是地球上最古老的天然高分子和最丰富的可再生资源，属环境友好材料。我国是农业大国，蕴藏着丰富的农业秸秆资源，目前年产量在8亿吨以上。如将其充分有效利用不仅可以减少温室气体排放保护环境，而且可以缓解石化资源日趋减少带来的能源危机。秸秆原料中的纤维素含量最为丰富，将纤维素高效溶解制成高分子材料成为近年来热门的研究方向。

传统工艺上，生产玻璃纸和人造丝等再生纤维素使用的原料多选用棉纤维，主要手段依然是粘胶法，典型的粘胶纤维生产工艺是将纤维素和二硫化碳反应生产纤维素磺酸脂，溶解在氢氧化钠溶液中，再将溶液喷射到硫酸溶液中，从而纤维素磺酸脂分解又生成了黏胶纤维。在实际工业生产中，此工艺过程复杂，水电等成本高。更重要的是纤维素经过烧碱、二硫化碳等化学试剂的反复处理，产生了大量的毒气和废水。由此原因，曾经黏胶纤维技术发达的欧美国家和日本已经退出了黏胶纤维素材料的生产。

解决再生纤维素可持续发展的根本方法是寻求绿色无毒的工艺技术来代替。选择合适的纤维素溶解体系，来直接破坏纤维素分子内和分子间氢键的过程，正成为人们研究的热点。多聚甲醛/二甲基亚砜(PF/DMSO)体系工艺简单，溶剂毒性小、操作安全，但溶剂回收难度较大。硫氰酸铵/液氨(NH₄SCN/NH₃)体系溶剂无毒，但用凝固剂用酸时溶剂回收难度大，制取的纤维性能一般。氯化锂/二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)体系用水作凝固剂时回收容易，所得纤维性能在普通黏胶纤维和高湿模量(HWM)黏胶纤维之间。当前真正实现产业化生产的只有N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)体系溶剂法一种，该体系适于干湿法纺丝，处理后纤维素的优于传统的HWM黏胶纤维。该体系有良好的溶解性能，但溶剂价格昂贵，需要有效的回收。目前已有用NaOH/尿素水溶液作为新型溶解纤维素溶剂，溶解纤维素并成功制备出性能较好的再生纤维素丝/膜制品，这种再生纤维素丝/膜成本较低，但物化性能指标有待于进一步提高。

聚乙烯醇(PVA)是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物，其水溶液有很好的黏接性和成膜性。本发明采用绿色工艺将价格低廉的秸秆纤维素溶解后，与聚乙烯醇复配制得膜制品，利用纤维素和聚乙烯醇分子之间大量的氢键作用结合制备力学性能优良的复合膜。本工艺过程操作简单，产品质量均匀稳定，不仅具有传统塑料薄膜所有的光学及热力学性质，而且具有生物可降解性。以玻璃纸为代表的纤维素膜产品因其具有塑料薄膜相似的物理性能受到了市场的广泛亲睐，但产品疏水性能差，生产工艺复杂，同时经济成本高。本发明希望在采用成本低廉的农作物秸秆原料的同时，完善改进纤维素膜性能，最终制备出较高品质的纤维素复合膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色优良的制备再生纤维素复合膜的方法，该方法可快速溶解纤维素，与聚乙烯醇复配制备性能优良的再生纤维素复合膜，易于操作。产品具有高韧性、可生物降解、相容性好的特点。

本发明所述的农作物秸秆制备再生纤维素复合膜的方法，以农作物秸秆为原料，包括以下步骤：

1)农作物秸秆纤维素的提取与精制：

秸秆经剪切和除尘后，在40-60℃下微生物发酵处理48小时，对其挤压、粗磨，再在0.1％-0.5％浓度的碱液中110-130℃蒸煮2-3小时，后经疏解和除砂后，得到高纯度秸秆纤维素浆料；

2)秸秆纤维素的溶解和再生：

取用步骤1)得到的浆料，分散于5-20wt％的NaOH水溶液中，在-5-10℃条件下充分搅拌均匀，再加入5-30wt％的尿素溶液，保持温度-5-10℃继续搅拌5-30min，得到均一的纤维素溶液；

上述纤维素溶液中，纤维素、NaOH和尿素的含量分别为2-10wt％、2-10wt％和2-15wt％；

3)纤维素-聚乙烯醇的复配与制膜：

将步骤2)得到的纤维素溶液和聚乙烯醇制成混合溶液，将混合溶液通过流延法制得再生纤维素复合膜；

上述再生纤维素复合膜中，纤维素与聚乙烯醇的质量比为1∶(0.2～2)。

其中：

所述的农作物秸秆为玉米秸秆或小麦秸秆。

所述的碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。