阅读说明：本技术 一种水溶性膜及制备方法 (Water-soluble film and preparation method thereof ) 是由 黄永新 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水溶性膜及制备方法,属于膜加工技术领域；由以下重量份的组分组成：天然纤维素30-70份、丙三醇8-30份、水15-17份、羧甲基纤维素纳1-5份、苯甲酸0.1-1.5份、二苯甲酮0.1-1份、二氧化钛0.5-3份、防粘连剂1-10份、增挺剂1-15份、直链淀粉5-20份；制备方法：(1)物料混合：将天然纤维素、羧甲基纤维素纳、二苯甲酮、二氧化钛、直链淀粉放入混合机中搅拌；加入丙三醇、水、苯甲酸、防粘连剂、增挺剂,经高速混合机加温进行混合；(2)挤出：将混合物料通过喂料机加入挤出机,挤出造粒；(3)吹膜：采用单螺杆挤出机对步骤(2)得到的颗粒进行吹膜,得到薄膜厚度为22~28μm；本发明原料天然,方法简单,制备的产品具有很好的阻隔性,水溶性,且成本低,节能环保。(The invention relates to a water-soluble film and a preparation method thereof, belonging to the technical field of film processing; the composition comprises the following components in parts by weight: 30-70 parts of natural cellulose, 8-30 parts of glycerol, 15-17 parts of water, 1-5 parts of sodium carboxymethyl cellulose, 0.1-1.5 parts of benzoic acid, 0.1-1 part of benzophenone, 0.5-3 parts of titanium dioxide, 1-10 parts of an anti-adhesion agent, 1-15 parts of a stiffness increasing agent and 5-20 parts of amylose; the preparation method comprises the following steps: (1) mixing materials: putting natural cellulose, sodium carboxymethyl cellulose, benzophenone, titanium dioxide and amylose into a mixer and stirring; adding glycerol, water, benzoic acid, an anti-adhesion agent and a stiffness increasing agent, and heating and mixing by a high-speed mixer; (2) extruding: adding the mixed material into an extruder through a feeder, and extruding and granulating; (3) film blowing: blowing a film on the particles obtained in the step (2) by using a single-screw extruder to obtain a film with the thickness of 22-28 mu m; the invention has natural raw materials and simple method, and the prepared product has good barrier property, water solubility, low cost, energy saving and environmental protection.)

一种水溶性膜及制备方法

技术领域

本发明涉及一种水溶性膜及制备方法，属于膜加工技术领域。

背景技术

水溶性薄膜采用能够在水中迅速溶解的水溶性高分子材料，通过特定的成膜工艺制作而成，是一种水溶性的可降解的新颖的绿色包装材料，具有环保易溶、安全无毒、耐油耐腐、防止静电、弹性抗拉、随意包装、计量准确、热封性强、透气阻氧、印刷清晰、高度防伪的特点。水溶性薄膜在欧美、日本等国被广泛用于水中使用产品的包装，如农药、化肥、颜料、染料、清洁剂、水处理剂、矿物添加剂、洗涤剂、混凝土添加剂。此外还可用作医用污染织物的垃圾袋或洗衣袋；用作水转印空白膜、临时用保护膜；用作防伪智能标签，防止产品混入水分等。生产厂家主要采用流涎法和吹塑法生产水溶性薄膜，主要是日本、美国、法国、韩国等生产销售此类产品，如法国GREENSOL公司和美国WORDWIDE TECHNOLOGY PARTNERS(W.T.P)公司，日本的合成化学公司等。

典型的水溶性薄膜有聚乙烯醇(PVA)薄膜、聚氧化乙烯(PEO)薄膜、甲基纤维素及其他可食性的淀粉膜等，成分为C、H、O化合物，安全无毒，制膜过程中各组分之间只发生物理溶解，改善其物理性能、力学性能、工艺性能及溶水性能,但不发生化学反应,不改变其化学性能。PVA膜是目前在包装领域中应用最广泛的水溶性薄膜。但是PVA分子中含有大量的羟基，熔融状态时易分解，因此PVA原料很难直接吹膜。除了难加工外，PVA耐潮性差，并且具有一定的醋酸味。聚氧化乙烯(PEO)因其良好的水溶性和热加工性能，成为一种极具开发前景的薄膜材料，应用范围更广，且具有抑菌性，在医用行业应用前景更好。国外专利US2001/0003613A1中提到低分子量PEO(小于30万)其虽然可以加工成膜，但膜的力学强度较低。高分子量的PEO(30万及以上)其熔体粘度较高，难以拉伸成型，只能得到厚度在70μm以上片材。目前对于纤维素及其他可食性的淀粉膜作为原料开发可溶性膜的研究相对较少，报道也鲜见。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种水溶性膜及制备方法，原料天然，方法简单，制备的产品具有很好的阻隔性，水溶性，且成本低，节能环保。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种水溶性膜，由以下重量份的成分制成：

天然纤维素30-70份、丙三醇8-30份、水15-17份、羧甲基纤维素纳1-5份、苯甲酸0.1-1.5份、二苯甲酮0.1-1份、二氧化钛0.5-3份、防粘连剂1-10份、增挺剂1-15份、直链淀粉5-20份；

所述的天然纤维素为麦芽糖纤维素、玉米淀粉纤维素、甘蔗淀粉纤维素、土豆淀粉纤维素中的一种或两种以上的组合物，其中玉米淀粉纤维素、甘蔗淀粉纤维素、土豆淀粉纤维素的目数为1600目-2000目；

所述的防粘连剂为单双甘油脂肪酸酯；

所述的增挺剂为苯二甲酸二辛酯；

所述的直链淀粉的直链比为50%以上。

本发明的另一个目的是提供一种水溶性膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将天然纤维素30-70份、羧甲基纤维素纳1-5份、二苯甲酮0.1-1份、二氧化钛0.5-3份、直链淀粉5-20份放入高速混合机中，转速70-150r/min，搅拌10-20min；然后加入丙三醇8-30份、水15-17份、苯甲酸0.1-1.5份、防粘连剂1-10份、增挺剂1-15份，经高速混合机加温至70-90℃进行混合，转速100-300r/min，搅拌20-45min；

（2）挤出：将步骤（1）制备的混合物料通过喂料机加入挤出机，进行挤出造粒；

（3）吹膜：采用长径比为1：36的单螺杆挤出机对步骤（2）得到的颗粒进行吹膜，得到薄膜厚度为22~28µm；

步骤（2）所述的所述喂料机的转速为10-30r/min，挤出机的螺杆转速为50-100r/min，挤出机的工作温度为85-110℃；

步骤（3）所述的单螺杆挤出机的工作温度为100-170℃，吹膜机的吹胀比为1：4-8，牵伸速度为1.6~2.4m/min。

本发明的有益效果是：

（1）采用的原料之间具有良好的相容性、分散性及耐久性，制备的产品性能优良，对氧气、氮气、氢气及二氧化碳气具有良好的阻隔性，使其可以完好保持被包装产品的成分及本身气味。

（2）采用该方法制备的水溶性膜，水溶效果好，降解速度快。

（3）本发明方法简单，成本低廉，节能环保，适合产业化推广。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

一种水溶性膜，由以下成分的重量份组成：

麦芽糖纤维素30份、丙三醇8份、水15份、羧甲基纤维素纳1份、苯甲酸0.1份、二苯甲酮0.1份、二氧化钛0.5份、防粘连剂1份、增挺剂1份、50%直链比的直链淀粉5份。

一种水溶性膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将天然纤维素、羧甲基纤维素纳、二苯甲酮、二氧化钛、直链淀粉放入高速混合机中，转速70r/min，搅拌20min；然后加入丙三醇、水、苯甲酸、防粘连剂单双甘油脂肪酸酯、增挺剂苯二甲酸二辛酯，经高速混合机加温至85℃进行混合，转速100r/min，搅拌45min；

（2）挤出：将步骤（1）制备的混合物料通过喂料机加入挤出机，进行挤出造粒，其中喂料机的转速为10r/min，挤出机的螺杆转速为50r/min，挤出机的工作温度为110℃；

（3）吹膜：采用长径比为1：36的单螺杆挤出机对步骤（2）得到的颗粒进行吹膜，得到薄膜厚度为22~28µm，其中单螺杆挤出机的工作温度为170℃，吹膜机的吹胀比为1：8，牵伸速度为1.6~2.4m/min。

实施例2

一种水溶性膜，由以下成分的重量份组成：

天然纤维素70份、丙三醇30份、水17份、羧甲基纤维素纳5份、苯甲酸1.5份、二苯甲酮1份、二氧化钛3份、防粘连剂5份、增挺剂10份、60%直链比的直链淀粉15份。

一种水溶性膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将天然纤维素、羧甲基纤维素纳、二苯甲酮、二氧化钛、直链淀粉放入高速混合机中，转速150r/min，搅拌10min；然后加入丙三醇、水、苯甲酸、防粘连剂：单双甘油脂肪酸酯、增挺剂：苯二甲酸二辛酯，经高速混合机加温至85℃进行混合，转速300r/min，搅拌20min；

（2）挤出：将步骤（1）制备的混合物料通过喂料机加入挤出机，进行挤出造粒，其中喂料机的转速为30r/min，挤出机的螺杆转速为100r/min，挤出机的工作温度为85℃；

（3）吹膜：采用长径比为1：36的单螺杆挤出机对步骤（2）得到的颗粒进行吹膜，得到薄膜厚度为22~28µm，其中单螺杆挤出机的工作温度为100℃，吹膜机的吹胀比为1：4，牵伸速度为1.6~2.4m/min。

实施例3

一种水溶性膜，由以下成分的重量份组成：

玉米淀粉纤维素（1600目）50份、丙三醇20份、水16份、羧甲基纤维素纳3份、苯甲酸0.8份、二苯甲酮0.5份、二氧化钛2份、防粘连剂10份、增挺剂15份、70%直链比的直链淀粉20份。

一种水溶性膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将天然纤维素、羧甲基纤维素纳、二苯甲酮、二氧化钛、直链淀粉放入高速混合机中，转速100r/min，搅拌15min；然后加入丙三醇、水、苯甲酸、防粘连剂：单双甘油脂肪酸酯、增挺剂：苯二甲酸二辛酯，经高速混合机加温至85℃进行混合，转速200r/min，搅拌35min；

（2）挤出：将步骤（1）制备的混合物料通过喂料机加入挤出机，进行挤出造粒，其中喂料机的转速为20r/min，挤出机的螺杆转速为80r/min，挤出机的工作温度为100℃；

（3）吹膜：采用长径比为1：36的单螺杆挤出机对步骤（2）得到的颗粒进行吹膜，得到薄膜厚度为22~28µm，其中单螺杆挤出机的工作温度为140℃，吹膜机的吹胀比为1：6，牵伸速度为1.6~2.4m/min。

实施例4

一种水溶性膜，由以下成分的重量份组成：

甘蔗淀粉纤维素（1800目）30份、土豆淀粉纤维素（1600目）20份、丙三醇20份、水16份、羧甲基纤维素纳4份、苯甲酸0.5份、二苯甲酮0.5份、二氧化钛1.4份、防粘连剂3份、增挺剂5份、80%直链比的直链淀粉8份。

一种水溶性膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将天然纤维素、羧甲基纤维素纳、二苯甲酮、二氧化钛、直链淀粉放入高速混合机中，转速90r/min，搅拌18min；然后加入丙三醇、水、苯甲酸、防粘连剂：单双甘油脂肪酸酯、增挺剂：苯二甲酸二辛酯，经高速混合机加温至85℃进行混合，转速150r/min，搅拌25min；

（2）挤出：将步骤（1）制备的混合物料通过喂料机加入挤出机，进行挤出造粒，其中喂料机的转速为15r/min，挤出机的螺杆转速为90r/min，挤出机的工作温度为100℃；

（3）吹膜：采用长径比为1：36的单螺杆挤出机对步骤（2）得到的颗粒进行吹膜，得到薄膜厚度为22~28µm，其中单螺杆挤出机的工作温度为160℃，吹膜机的吹胀比为1：5，牵伸速度为1.6~2.4m/min。

实施例5

一种水溶性膜，由以下成分的重量份组成：

甘蔗淀粉纤维素（2000目）60份、丙三醇28份、水17份、羧甲基纤维素纳1份、苯甲酸0.6份、二苯甲酮0.2份、二氧化钛2.5份、防粘连剂8份、增挺剂12份、90%直链比的直链淀粉16份。

一种水溶性膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将天然纤维素、羧甲基纤维素纳、二苯甲酮、二氧化钛、直链淀粉放入高速混合机中，转速80r/min，搅拌12min；然后加入丙三醇、水、苯甲酸、防粘连剂：单双甘油脂肪酸酯、增挺剂：苯二甲酸二辛酯，经高速混合机加温至85℃进行混合，转速150r/min，搅拌35min；

（2）挤出：将步骤（1）制备的混合物料通过喂料机加入挤出机，进行挤出造粒，其中喂料机的转速为25r/min，挤出机的螺杆转速为60r/min，挤出机的工作温度为90℃；

（3）吹膜：采用长径比为1：36的单螺杆挤出机对步骤（2）得到的颗粒进行吹膜，得到薄膜厚度为22~28µm，其中单螺杆挤出机的工作温度为140℃，吹膜机的吹胀比为1：8，牵伸速度为1.6~2.4m/min。

对比实验

1、将本发明的水溶性膜与传统塑料膜进行降解对比，结果如表1：

表1 本发明的水溶性膜与传统塑料膜降解实验采样对比表

水溶性膜（直链淀粉基）	降解时间	传统塑料	降解时间
				25%淀粉	120天	PP	不降解
35%淀粉	80天	PE	不降解
				50%淀粉	60天	PVC	不降解

2、将本发明的水溶性膜与传统塑料膜进行溶解对比，结果如表2：

表2 本发明的水溶性膜与传统塑料膜溶解实验采样对比表

水溶性膜（直链淀粉基）	溶解温度	传统塑料	溶解温度
				25%淀粉	85度	PP	不溶解
35%淀粉	65度	PE	不溶解
				50%淀粉	45度	PVC	不溶解

3、将本发明的水溶性膜与传统塑料膜进行分解对比，结果如表3：

表3 本发明的水溶性膜与传统塑料膜分解实验采样对比表

水溶性膜（直链淀粉基）	分解时间	传统塑料	分解时间
				25%淀粉	90天	PP	不分解
35%淀粉	60天	PE	不分解
				50%淀粉	40天	PVC	不分解

通过对比实验，可以得出，该发明的水溶性膜无论是可降解性、水溶性和分解性都优于传统的塑料膜，而且克服了传统塑料膜容易污染环境，不降解的缺陷，为环境保护提供了一种新的材料，既有利于农业发展又达到了环境保护的目的。