一種含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的hpmc復合膜的制作方法
【專利說明】
[0001]
技術領域 本申請涉及一種HPMC復合材料，特別涉及一種含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的 HPMC復合膜。
[0002]
【背景技術】
[0003] 羥丙甲基纖維素（HPMC)是一種非離子型纖維素醚，通常以棉纖維素作為原料，經 堿性條件下的醚化制成。HPMC無毒且具有較強的增稠能力、排鹽性、pH穩(wěn)定性、保水性、優(yōu) 良的成膜性、以及耐酶性、粘結性等特點，而被廣泛應用醫(yī)藥、食品、建筑等多個行業(yè)。此外， HPMC膜還由于具有良好的軟硬度、較高的透明度、以及優(yōu)良的抗油脂性能而在食品包裝領 域有著廣泛的應用前景。但是，HPMC由于其親水性，而使其在潮濕環(huán)境下使用或用于高水 分含量的食品時，其具有較高的透水性，導致其防護性能大大降低。因此長久以來，人們試 圖向其中添加疏水性的添加劑(如長鏈脂肪酸等）來降低其親水力?？墒茄芯堪l(fā)現，這些疏 水性添加劑的加入會降低HPMC膜的機械性能甚至增加了這些添加劑從HPMC中移動到食品 中的風險。此后，人們又嘗試使用有機酸形成交聯(lián)的HPMC膜來降低其親水性，但是，膜的機 械性能同樣會被顯著降低，特別是斷裂伸長率會大幅度降低，這會導致膜變得硬且易碎。因 此需要提供一種既能降低的親水性又不會使其機械性能大大降低的HPMC膜材料。
[0004] 生物纖維素（Biocellulose，BC)，也稱細菌纖維素 （Bacterial cellulose，）。其 與天然纖維素相比，其具有很高的純度、精細的空間網狀結構、很強的持水性能及生物可降 解性。已經在食品、醫(yī)藥等領域廣泛應用。
[0005] 包括金屬氧化物在內的無機納米顆粒由于其在生物傳導、抑菌等特性而具有廣泛 的用途。氧化鋅是一種多功能的無機金屬氧化物，其具有特殊的物理化學穩(wěn)定性。氧化鋅 納米顆粒被認為是安全的，并廣泛應用于化妝品、紡織品、食品、涂料等多個領域。
[0006]

【發(fā)明內容】

[0007] 針對上述現有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的 HPMC復合膜，其是通過向HPMC中復合生物纖維素粉末和氧化鋅納米顆粒而制備的。
[0008] 本發(fā)明中的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其通過下述方法 制備而成： 1) 生物纖維素粉末的制備：經純化后的生物纖維素凝膠機械破碎后，加入4-5倍重量 的鹽酸，加熱至沸騰水解2-5小時，然后離心分離，固態(tài)物質反復水洗去除鹽酸，冷凍干燥 并粉碎得到生物纖維素粉末； 2) HPMC復合膜的制備：將2-8%的步驟1)中制備的生物纖維素粉末加入到濃度為 10-20%的氧化甲基嗎啉水溶液中，加熱到70-90°C后，保溫攪拌過夜，然后再加入1-3%氧化 鋅納米顆粒和等量的濃度為8-15%的HPMC水溶液，加熱攪拌并用超聲波處理20-30min后 倒盤成膜，將形成的膜水洗去除氧化甲基嗎啉后，冷凍干燥即可。
[0009] 其中，步驟1)中所述鹽酸的濃度為3-6N。
[0010] 其中，步驟1)中鹽酸優(yōu)選的用量為5倍重，水解時間優(yōu)選為4小時。
[0011] 其中，步驟2)中生物纖維素粉末的用量優(yōu)選為3-4%。
[0012] 其中，步驟2)中氧化甲基嗎啉水溶液的濃度為12-15%，加熱溫度優(yōu)選為80°C。
[0013] 其中，步驟2)中氧化鋅納米顆粒的加入量優(yōu)選為2%。
[0014] 其中，步驟2)中HPMC水溶液的濃度為10%。
[0015] 其中，步驟2)中超聲波振幅為70-80%，處理時間優(yōu)選30min。
[0016] 本發(fā)明中所使用的生物纖維素為本領域常規(guī)方法制備的生物纖維素即可，如使用 木醋桿菌、木葡糖酸醋桿菌等微生物，通過淺盤靜態(tài)發(fā)酵制備的生物纖維素凝膠濕膜或采 用動態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)制備的生物纖維素凝膠顆粒都可以實施本發(fā)明。
[0017] 本發(fā)明中使用的氧化鋅納米顆粒也沒有特別的要求，采用本領域已知方法制備的 氧化鋅納米顆粒都可以使用。
[0018] 本發(fā)明提供的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，通過重組再生 的方式，將HPMC、生物纖維素凝膠與氧化鋅納米顆粒結合在一起，能夠降低HPMC的親水性， 降低其透水性，且保證其具有良好的機械性能，能夠在多個領域廣泛應用。
[0019]
【具體實施方式】
[0020] 下面結合【具體實施方式】和對比實驗來對本發(fā)明作進一步的說明，但是下文中的具 體實施方法不應當被理解為對本發(fā)明的限制。本領域普通技術人員能夠在本發(fā)明基礎上顯 而易見地作出的各種改變和變化，應該均在本發(fā)明的范圍之內。
[0021] 實施例1 : 將經純化后的淺盤靜態(tài)發(fā)酵生產的生物纖維素凝膠膜機械破碎后，加入5倍重量的鹽 酸(濃度4N)，加熱至沸騰水解4小時，然后離心分離，固態(tài)物質反復水洗去除鹽酸，冷凍干 燥并粉碎得到生物纖維素粉末；再將4%的生物纖維素粉末加入到濃度為10%的氧化甲基嗎 啉水溶液中，加熱到80°C后，保溫攪拌過夜，然后再加入2%氧化鋅納米顆粒(市售）和等量 的濃度為10%的HPMC水溶液，加熱攪拌并用超聲波(振幅80%)處理30min后倒盤成膜，將 形成的膜水洗去除氧化甲基嗎啉后，冷凍干燥制得本發(fā)明的含有生物纖維素和氧化鋅納米 顆粒的HPMC復合膜。
[0022] 實施例2 : 將經純化后的淺盤靜態(tài)發(fā)酵生產的生物纖維素凝膠膜機械破碎后，加入4倍重量的鹽 酸(濃度5N)，加熱至沸騰水解3小時，然后離心分離，固態(tài)物質反復水洗去除鹽酸，冷凍干 燥并粉碎得到生物纖維素粉末；再將6%的生物纖維素粉末加入到濃度為12%的氧化甲基嗎 啉水溶液中，加熱到90°C后，保溫攪拌過夜，然后再加入3%氧化鋅納米顆粒(市售）和等量 的濃度為15%的HPMC水溶液，加熱攪拌并用超聲波(振幅80%)處理25min后倒盤成膜，將 形成的膜水洗去除氧化甲基嗎啉后，冷凍干燥制得本發(fā)明的含有生物纖維素和氧化鋅納米 顆粒的HPMC復合膜。
[0023] 實施例3 : 將經純化后的淺盤靜態(tài)發(fā)酵生產的生物纖維素凝膠膜機械破碎后，加入5倍重量的鹽 酸(濃度6N)，加熱至沸騰水解2小時，然后離心分離，固態(tài)物質反復水洗去除鹽酸，冷凍干 燥并粉碎得到生物纖維素粉末；再將8%的生物纖維素粉末加入到濃度為20%的氧化甲基嗎 啉水溶液中，加熱到70°C后，保溫攪拌過夜，然后再加入2%氧化鋅納米顆粒(市售）和等量 的濃度為12%的HPMC水溶液，加熱攪拌并用超聲波(振幅80%)處理30min后倒盤成膜，將 形成的膜水洗去除氧化甲基嗎啉后，冷凍干燥制得本發(fā)明的含有生物纖維素和氧化鋅納米 顆粒的HPMC復合膜。
[0024] 實驗例1 :膜透水性實驗 實驗樣品：取實施例1-3中制備的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜作 為實驗例1-3組；取市售普通HPMC膜作為對照例組。
[0025] 實驗方法：取無水氯化鈣5g置于20個25*40mm的稱量瓶中，分別用實驗例1-3和 對照例的膜將其封口，每種膜封口 5個稱量瓶，并用橡皮筋扎緊，分別放于20個干燥器中， 再在每個干燥器中放入裝入了 200ml蒸餾水的的燒杯，密封干燥器。每天一次測定稱量瓶 重量。計算出各實驗例和對照例中的膜的透水量，計算方法為透水量=稱量瓶測定重量-稱 量瓶自重-5g_膜自重。取每種膜的5個實驗結果的平均值作為實驗結果，結果下下表1 : 表1 :各組膜的透水量實驗結果
從上述實驗可以看出，實驗例1-3中的膜與對照例相比顯著降低了膜的透水量，因此 能夠改善其在高相對濕度環(huán)境或對于高水分含量食品的防護性能。
[0026] 實驗例2 :膜拉伸斷裂實驗 實驗樣品：取實施例1-3中制備的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜作 為實驗例1-3組；取市售普通HPMC膜作為對照例組。各組的待測試樣品為切割成20_*5_ 的小條，每組準備5條進行平行實驗； 實驗方法：對各實驗樣品進行拉伸實驗，負載標準為50N，拉伸速度為0. 5mm/分鐘。在 室溫條件下進行拉伸實驗，測定斷裂壓強，每組樣品重復5次，取平均值作為實驗結果，實 驗結果見下表2 : 表2 :各組膜的拉伸斷裂實驗結果
從上述實驗可以看出，實驗例1-3中的膜與對照例相比，拉伸斷裂強度并沒有降低，反 而還有一定量的增加，因此本發(fā)明的復合膜在降低了親水性能的情況下，并不會顯著降低 機械性能，特別是拉伸斷裂強度。
[0027] 以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范 圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發(fā)明的技 術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在于：是通過向HPMC 中復合生物纖維素粉末和氧化鋅納米顆粒而制備的。2. 根據權利要求1所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：通過下述方法制備而成： 1) 生物纖維素粉末的制備：經純化后的生物纖維素凝膠機械破碎后，加入4-5倍重量 的鹽酸，加熱至沸騰水解2-5小時，然后離心分離，固態(tài)物質反復水洗去除鹽酸，冷凍干燥 并粉碎得到生物纖維素粉末； 2. HPMC復合膜的制備：將2-8%的步驟1)中制備的生物纖維素粉末加入到濃度為 10-20%的氧化甲基嗎啉水溶液中，加熱到70-90°C后，保溫攪拌過夜，然后再加入1-3%氧化 鋅納米顆粒和等量的濃度為8-15%的HPMC水溶液，加熱攪拌并用超聲波處理20-30min后 倒盤成膜，將形成的膜水洗去除氧化甲基嗎啉后，冷凍干燥即可。3. 根據權利要求2所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：步驟1)中所述鹽酸的濃度為3-6N。4. 根據權利要求3所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：步驟1)中鹽酸的用量為5倍重,水解時間為4小時。5. 根據權利要求2所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：步驟2)中生物纖維素粉末的用量為3-4%。6. 根據權利要求5所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：步驟2)中氧化甲基嗎啉水溶液的濃度為12-15%，加熱溫度為80°C。7. 根據權利要求6所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：步驟2)中氧化鋅納米顆粒的加入量為2%。8. 根據權利要求5所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：步驟2)中HPMC水溶液的濃度為10%。9. 根據權利要求5所述的含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，其特征在 于：步驟2)中超聲波振幅為70-80%，處理時間為30min。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含有生物纖維素和氧化鋅納米顆粒的HPMC復合膜，通過重組再生的方式，將HPMC與經過水解的生物纖維素粉末與氧化鋅納米顆粒復合在一起，并采用了超聲處理促進其復合。能夠獲得降低了親水性，即膜透水能力的HPMC復合膜，同時還能保證其具有良好的機械性能，能夠在多個領域廣泛應用。
【IPC分類】C08K3/22, C08L1/26, C08L1/02, C08J5/18
【公開號】CN105017566
【申請?zhí)枴緾N201410173963
【發(fā)明人】鐘春燕, 鐘宇光
【申請人】海南光宇生物科技有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年4月28日