基本信息
- 项目名称：
- 一种可完全降解的绿色包装薄膜材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 绿色包装材料是指以天然植物或矿物为原料制造出对生态环境和人类健康无害，有利于回收利用，易于降解、可持续发展的环保型包装材料。本作品采用魔芋精粉（主要含魔芋葡甘聚糖）和淀粉为主要原料开发了一种新型绿色包装薄膜材料。具体是用流延成膜法制备出一种在自然条件下可完全降解的天然高分子复合薄膜；并从成本和性能的角度完善这种材料的制备工艺。目前已在国内外刊物上发表相关论文2篇，申请发明型专利1项。
- 详细介绍：
- 本作品涉及一种对环境无害、废弃后可完全降解且可以通过工艺参数来调控降解速率的天然高分子薄膜材料。其原料来源丰富、成本低廉、生产工艺简单、力学性能好、有较好的透明度。可用于取代那些对环境有害，导致白色污染或水资源污染的塑料薄膜。本作品的特色是利用云南的特有物种资源——魔芋。对促进云南省地方特色资源的经济开发和产业化发展有积极作用。 本作品采用魔芋粉（主要含魔芋葡甘聚糖）和淀粉为主要原料，用流延成膜法制备了一种在自然条件下可完全降解且降解速率可调节的天然高分子复合薄膜，并从成本和性能的角度完善了这种材料的制备工艺。相关技术目前已申请发明型专利1项，并已在国内外学术刊物上发表论文2篇（其中1篇EI，1篇中文核心期刊）。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品涉及的一种降解速率可调的天然高分子薄膜材料及制备方法。本作品采用魔芋精粉（主要含魔芋葡甘聚糖）和淀粉为主要原料开发了一种新型绿色包装薄膜材料。具体是用流延成膜法制备出一种在自然条件下可完全降解的天然高分子复合薄膜；并从成本和性能的角度完善这种材料的制备工艺。复合工艺所依据的原理是：淀粉为葡萄糖的高聚体，而魔芋精粉（主要含魔芋葡甘聚糖）为葡萄糖和甘露糖的高聚体，它们两者都含有大量的葡萄糖基团，故存在很好地复合的化学结构。另外，由于淀粉价格低廉但单纯的淀粉膜脆性大，单纯的魔芋精粉成膜性能好但价格昂贵，它们两者复合能很好地实现经济价值与实用价值的平衡。还有，交联定型工艺步骤是利用魔芋葡甘聚糖的脱乙酰作用形成交联的三维网络状结构，在定型剂中浸泡时间越长，交联度越高，膜体越不容易分解。一般情况下，降解周期可被调节为1～14天（河流等水体环境中）或1～12个月(土壤等自然环境中)。最后，淀粉和魔芋精粉都是可完全降解的食品级天然高分子，复合膜无毒、环保。
科学性、先进性
- 本作品涉及的技术具有以下积极效果: 1.所用技术方案能够很好地解决现有技术中淀粉/魔芋精粉复合高分子薄膜材料所存在的三大问题（易溶于水、易长霉菌、加工成本较高），利用乙醇和氨水的混合液（交联剂兼脱水剂）对薄膜进行交联，使薄膜的降解速率可控（薄膜不会迅速溶解于水）；利用乳酸（抑菌剂）增强薄膜的抑菌能力，使薄膜不易长霉菌；利用微波协同乳酸(改性剂)作用切断魔芋精粉和淀粉中的长链结构，大大降低了胶液的粘度，提高了胶液浓度范围，从而降低了薄膜的加工成本。2.原料都是来源丰富的食品级的天然高分子材料，如魔芋精粉、淀粉等，对人体无害，可在自然条件下完全降解，对环境无害，原材料成本低； 3. 含水量为5%～55%，水的作用相当于增塑剂和填料，可在改善力学性能的同时降低材料的成本。4.制备工艺过程绿色无毒，膜材料对皮肤无刺激（薄膜中残留的少量乳酸和极微量的氨水、乙醇是卫生用品中常见的消毒抑菌成分，乳酸铵和甘油均为化妆品中常见的保水滋养成分）。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品于2010年1月作为昆明理工大学学生课外创新课题进行立项，项目编号为2010YB023。于2011年1月通过项目结题验收。 2.本作品于2010年3月参加昆明理工大学学生课外学术科技作品竞赛，并获得二等奖。 3.本作品相关技术于2010年11月11日申请发明型专利1项（专利号为：201010539943.3 申请人为昆明理工大学，第一发明人为本人导师，第二发明人为本人）。 4.本作品所涉及相关技术已经发表学术论文2篇。（其中：ＥＩ检索1篇；中文核心期刊1篇，均已收录）第一作者均为本人。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利授权或转让（专利权所有人为昆明理工大学）
作品可展示的形式
- 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品及其相关技术的目的是提供一种对环境无害、废弃后可完全降解且可以通过工艺参数来调控降解的速率、原料丰富、成本低廉、生产工艺简单、力学性能好、有较好的透明度的可降解天然高分子薄膜材料。可用于取代那些对环境有害，导致白色污染或水资源污染的塑料薄膜，如聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯醇薄膜等。该降解速率可调的天然高分子薄膜材料可用于包装、食品保鲜、美容面膜、农用地膜、医用耗材、卫生用品、生化隔离或透析等用途。 本作品的特色是充分利用云南省的资源优势，应用云南的特有物种——魔芋，用魔芋粉和淀粉为主要原料，来制备绿色环保型薄膜材料。对促进云南省特色资源的经济开发和产业化发展有积极地推动作用。
同类课题研究水平概述
- 为了缓解“白色污染”，寻求一种既具有塑料的优良性能又能被微生物完全降解的绿色环保高分子薄膜材料是解决当前白色污染问题最可行的方法。淀粉因其价格低廉，在各种环境中都具备完全生物降解能力，故以淀粉为原料的高分子降解材料被广泛研究，不过淀粉的成形性能和力学性能并不好，纯的淀粉薄膜很脆，故不宜单独使用。 魔芋精粉，是一种具有良好成膜性并易降解的材料，成膜后具有较好的力学性能，缺点是原料成本较高。由此可见，淀粉成本低性能差，魔芋精粉成本高性能好，极有可能实现优势互补。但诸如专利号ZL02115925.4一类的以淀粉和魔芋精粉为主要原料的复合高分子薄膜材料都存在三大问题： 一是易溶于水，降解速率不可控。魔芋精粉是可溶性高分子，遇水即化，这对于绝大多数包装材料而言是不太适用的。二是易长霉菌。淀粉和魔芋精粉都是食品级的天然高分子，它们复合后的薄膜不具任何抗菌或抑菌成分，极易染上霉菌。三是加工成本较高。淀粉/魔芋精粉水溶胶中的水含量太高，干燥成型时消耗热量太大，不利于成本控制。 专利号ZL02115945，一种可食性魔芋精粉复合食品包装膜及其制备方法，涉及的主要成分是魔芋精粉和褐藻酸盐，其中褐藻酸盐的成本（80～100元每千克）远高于淀粉（几元每千克）。专利号ZL 02115955，一种生物全降解包装膜及其制备方法，涉及魔芋精粉胶液和聚乙烯醇胶液共混薄膜，由于主要原料中的聚乙烯醇具有健康危害： 吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害，对眼睛和皮肤有刺激作用。聚乙烯醇还具有燃爆危险、刺激性，导致该类薄膜的应用受到限制。专利号ZL 99124936和专利号ZL 99124933涉及乙酰化魔芋胶和聚乙烯醇的复合，同样由于聚乙烯醇的健康危害和安全危害，而受到限制。申请号200810046814，一种流延制备含魔芋葡甘聚糖的全生物分解复合材料的方法，涉及魔芋葡甘聚糖接枝聚酯和聚酯的共混薄膜，其中聚酯主要为石化来源，故此类薄膜的原料来源并非可再生资源。专利号ZL 200810071316，一种环保包装膜及其制备方法，涉及魔芋葡甘聚糖、卡拉胶、甘油、蔗糖脂肪酸酯复合薄膜，其薄膜极易溶于水，易长霉菌，加工成本较高。专利号ZL 03128327，一种共混膜及其制备方法和用途，涉及魔芋葡甘聚糖与聚（４－乙烯－Ｎ－烷基吡啶）季胺盐共混的复合膜，该类薄膜的原料成本较高。
