利用物理溶解技术制作绿色纤维素包装膜
点击次数：次 发布日期：2009-2-3 来源：武汉用九包装机械有限公司
随着经济的发展，去超市购物已成了现代生活中不可或缺的一部分．而人们也早巳习惯了超市免费提供的塑料袋。值得关注的是，我国塑料袋的消费量正在逐年提高，塑料包装已占包装材料总量的1／3，其中上海塑料包装材料年产量高达15万吨。这些花花绿绿、大大小小的塑料袋对于环境的危害无疑是惊人的。
塑料袋给环境带来的污染主要有"视觉污染"和"潜在危害"。其中，"视觉污染"是指对市容景观的破坏，是"白色污染"问题中最突出的。"潜在危害"是指废塑料制品进入自然环境后，因其难以降解而带来的长期环境问题。塑料结构稳定，不易被天然微生物茁破坏，这就意味着废塑料垃圾如不加以回收，将在环境中变成污染物永久存在并不断积累。它不仅会影响工农业生产的发展，威胁动物生存环境．而且还会因为处理不当而影响土地的可持续利用和其它有机垃圾的综合利用。
近年来，由于塑料薄膜带来的严重的环境污染，可生物降解薄膜的开发和使用已越来越受到人们的重视，纤维素以其丰富的来源和优良的生物降解性成为目前合成生物降解薄膜的重要原材料。生物降解性聚合物作为一种可自然降解材料，必须是能被微生物完全消化，并只产生自然副产物(二氧化碳、甲烷、水)等，因此它被称为"清洁塑料"。生物降解塑料既能够以石油衍生物以及农作物衍生的各种天然物质为原料，也可以使用植物淀粉，纤维素等生物高分子进行制造。
纤维素保鲜包装膜
大自然通过光合作用每年生产1000亿吨-1500亿吨的植物纤维，然而每年计有200万吨的纤维素用于纤维素薄膜的生产。纤维素材料本身无毒，抗水性强，可能取代经久耐用的塑料薄膜，减少由于以石油产品为原料的合成膜带来的损害对环境。
纤维素是由D一吡哺式葡萄糖基(即脱水葡萄糖)通过β-1， 4糖苷键相互联结起来的线型高聚物。大分子中的每个葡萄糖基环均含有3个醇羟基，从而使纤维素分子间以及分子内具有极强的氢键作用，导致纤维素不溶于普通溶剂而难以被直接利用。
生产纤维素膜的工艺背景
在过去的纤维素膜的制备工艺中，纤维素总是被化学改性后再加以利用，最常用的两种方法是粘胶法和铜氨法。粘胶法生产纤维素薄膜虽然历史较长、工艺成熟，但工艺路线冗长，生产复杂、原材料和能量消耗多，同时还存在价格偏高，耐撕裂性差、坚固性有限等缺陷。
生产纤维素薄膜的传统工艺是粘胶工艺。在生产过程中，副产物硫化氢、二硫化碳等有害气体的放出使薄膜生产工序复杂化，并污染了环境。虽然最后成型的薄膜在于燥前有一道水洗的工序，但薄膜中仍会残留一部分含硫化合物。同时，这些有害气体会在生产中引起其他一些问题，如薄膜中的气泡导致强度不均匀，气体的聚集使凝胶状的膜管尺寸发生不可预料的变化，从而使产品性能下降。
利用NMMO工艺制造纤维衰保鲜包装膜
NMMO是一种脂肪族环状叔胺氧化物，由于N—O键能量较高，易于断裂，所以NM—MO是一种强氧化剂，且具有热不稳定性，在催化剂作用下极易导致N一0键的断裂。
1．NMMO溶解纤维素的机理
从NMMO结构上看，六元环上的N原子提供一对电子与具有空轨道的0原子形成配位键，使0原子上的电子云密度增加．N原子周围的电子云密度降低，从而增强了N一0集团进攻纤维素上的羟基的能力，使纤维素与NMMO溶剂间形成了新的氢键，切断了纤维素分子间的氢健，最终使纤维素以分子的形式溶解在NMMO中，形成分散均匀的均相溶液。纤维素在 NMMO溶液中的溶解机理为直接溶解，在溶解过程中没有纤维素衍生物形成。
2．NMMO溶解纤维素的过程
使纤维索原料与含水的．NM- MO相混合，因温度超过100℃会使纤维素的聚合度下降，所以混合物时的温度不宜过高，一般为30℃ -70℃，混合时间Ih-2h，然后在减压加热的条件下蒸出体系中的水，便可以得到均相纤维素溶液。但是水和纤维素含量必须严格控制在一定范围内才可得到均相溶液，而溶解温度必须控制在150~C以下，否则NMMO会发生分解，不宜回收，其回收率达99％以上，在工业上才有可行性。
薄膜成型方法：
国内外使用的方法是挤出成型法，且都是湿法成型。在80℃- 100℃温度下将纤维素／NMMO溶液经环隙模头下吸成腆，将高黏度和高弹性的溶液经过一段空气隙后进入一段凝固浴凝固，在空气隙中可以通过改变拉伸速率和吹胀比来得到不同性能的双向拉伸薄膜，在凝固液中，薄膜经过卷绕辊而折为平幅膜。
利用LiCI／DMAc工艺制造纤维素薄膜
1．LiCI／DMAc工艺制造纤维素薄膜的原理
DMAc分子中存在着电负性高的N原子和O原子，由于N和0含有孤对电子，它们易与具有空轨道的原子形成配位键。当DMAc与 LiCI相作用时，具有同时形成Li一 0与Li—N键的可能，产生Li一0的可能性大于产生Li—N健的可能性。由于Li一0配位键的生成，同时生成Li+(DMAc)x大阳离子的生成，使Li与Cl原子之间的电荷分布发生变化，使Cl一带有更多负电荷，从而增强Cl一进攻纤维素OH一上的氢的能力，使Cell—OH与 DMAc—Li—Cl之间形成强烈的氢健，因而也是Cell—OH以大分子形式存在，得到真溶液。
2．溶液的溶解特性
LiCI的含量有一个最佳值，当 DMAc中的LiCI的含量为10%时才对 Cell—OH有溶解的能力，即DMAc：Li- CI的摩尔比为4：I时LiCI才有此作用。
纤维素膜在包装方面的应用
食品包装中气体透过性在延长食品保存期或保存新鲜度上有重要功能。用醇做凝固浴可制得多孔的纤维素薄膜。该膜有较好的透气性。可以防止因蔬菜，水果、肉肠等呼吸性食品代谢产生的二氧化碳,滞留在包装袋内所引起的食品发酵和腐败。因此这种类型的薄膜还可以用于制作糖果、锤点，药品。垃圾的包装材料，另外透气性好的多孔纤维素薄膜可望用于水果生产。用该膜做成果套可保护水果免遭虫害和鸟害，还可防止农药雨水直接接触，同时对水果、对环境均没有污染。可降解纤维素膜韵使用可以大大减少合成高分子薄膜对环境造成的"白色污染"，为绿色环保包装业的发展带来了巨大的机遇。并且NMMO溶剂法生产纤维素纤维在英国、美国、奥地利已经实现了 工业化生产，LiCl/DMAc溶剂法生产纤维素纤维的研究在德国也有望实现工业化生产。
塑料袋给环境带来的污染主要有"视觉污染"和"潜在危害"。其中，"视觉污染"是指对市容景观的破坏，是"白色污染"问题中最突出的。"潜在危害"是指废塑料制品进入自然环境后，因其难以降解而带来的长期环境问题。塑料结构稳定，不易被天然微生物茁破坏，这就意味着废塑料垃圾如不加以回收，将在环境中变成污染物永久存在并不断积累。它不仅会影响工农业生产的发展，威胁动物生存环境．而且还会因为处理不当而影响土地的可持续利用和其它有机垃圾的综合利用。
近年来，由于塑料薄膜带来的严重的环境污染，可生物降解薄膜的开发和使用已越来越受到人们的重视，纤维素以其丰富的来源和优良的生物降解性成为目前合成生物降解薄膜的重要原材料。生物降解性聚合物作为一种可自然降解材料，必须是能被微生物完全消化，并只产生自然副产物(二氧化碳、甲烷、水)等，因此它被称为"清洁塑料"。生物降解塑料既能够以石油衍生物以及农作物衍生的各种天然物质为原料，也可以使用植物淀粉，纤维素等生物高分子进行制造。
纤维素保鲜包装膜
大自然通过光合作用每年生产1000亿吨-1500亿吨的植物纤维，然而每年计有200万吨的纤维素用于纤维素薄膜的生产。纤维素材料本身无毒，抗水性强，可能取代经久耐用的塑料薄膜，减少由于以石油产品为原料的合成膜带来的损害对环境。
纤维素是由D一吡哺式葡萄糖基(即脱水葡萄糖)通过β-1， 4糖苷键相互联结起来的线型高聚物。大分子中的每个葡萄糖基环均含有3个醇羟基，从而使纤维素分子间以及分子内具有极强的氢键作用，导致纤维素不溶于普通溶剂而难以被直接利用。
生产纤维素膜的工艺背景
在过去的纤维素膜的制备工艺中，纤维素总是被化学改性后再加以利用，最常用的两种方法是粘胶法和铜氨法。粘胶法生产纤维素薄膜虽然历史较长、工艺成熟，但工艺路线冗长，生产复杂、原材料和能量消耗多，同时还存在价格偏高，耐撕裂性差、坚固性有限等缺陷。
生产纤维素薄膜的传统工艺是粘胶工艺。在生产过程中，副产物硫化氢、二硫化碳等有害气体的放出使薄膜生产工序复杂化，并污染了环境。虽然最后成型的薄膜在于燥前有一道水洗的工序，但薄膜中仍会残留一部分含硫化合物。同时，这些有害气体会在生产中引起其他一些问题，如薄膜中的气泡导致强度不均匀，气体的聚集使凝胶状的膜管尺寸发生不可预料的变化，从而使产品性能下降。
利用NMMO工艺制造纤维衰保鲜包装膜
NMMO是一种脂肪族环状叔胺氧化物，由于N—O键能量较高，易于断裂，所以NM—MO是一种强氧化剂，且具有热不稳定性，在催化剂作用下极易导致N一0键的断裂。
1．NMMO溶解纤维素的机理
从NMMO结构上看，六元环上的N原子提供一对电子与具有空轨道的0原子形成配位键，使0原子上的电子云密度增加．N原子周围的电子云密度降低，从而增强了N一0集团进攻纤维素上的羟基的能力，使纤维素与NMMO溶剂间形成了新的氢键，切断了纤维素分子间的氢健，最终使纤维素以分子的形式溶解在NMMO中，形成分散均匀的均相溶液。纤维素在 NMMO溶液中的溶解机理为直接溶解，在溶解过程中没有纤维素衍生物形成。
2．NMMO溶解纤维素的过程
使纤维索原料与含水的．NM- MO相混合，因温度超过100℃会使纤维素的聚合度下降，所以混合物时的温度不宜过高，一般为30℃ -70℃，混合时间Ih-2h，然后在减压加热的条件下蒸出体系中的水，便可以得到均相纤维素溶液。但是水和纤维素含量必须严格控制在一定范围内才可得到均相溶液，而溶解温度必须控制在150~C以下，否则NMMO会发生分解，不宜回收，其回收率达99％以上，在工业上才有可行性。
薄膜成型方法：
国内外使用的方法是挤出成型法，且都是湿法成型。在80℃- 100℃温度下将纤维素／NMMO溶液经环隙模头下吸成腆，将高黏度和高弹性的溶液经过一段空气隙后进入一段凝固浴凝固，在空气隙中可以通过改变拉伸速率和吹胀比来得到不同性能的双向拉伸薄膜，在凝固液中，薄膜经过卷绕辊而折为平幅膜。
利用LiCI／DMAc工艺制造纤维素薄膜
1．LiCI／DMAc工艺制造纤维素薄膜的原理
DMAc分子中存在着电负性高的N原子和O原子，由于N和0含有孤对电子，它们易与具有空轨道的原子形成配位键。当DMAc与 LiCI相作用时，具有同时形成Li一 0与Li—N键的可能，产生Li一0的可能性大于产生Li—N健的可能性。由于Li一0配位键的生成，同时生成Li+(DMAc)x大阳离子的生成，使Li与Cl原子之间的电荷分布发生变化，使Cl一带有更多负电荷，从而增强Cl一进攻纤维素OH一上的氢的能力，使Cell—OH与 DMAc—Li—Cl之间形成强烈的氢健，因而也是Cell—OH以大分子形式存在，得到真溶液。
2．溶液的溶解特性
LiCI的含量有一个最佳值，当 DMAc中的LiCI的含量为10%时才对 Cell—OH有溶解的能力，即DMAc：Li- CI的摩尔比为4：I时LiCI才有此作用。
纤维素膜在包装方面的应用
食品包装中气体透过性在延长食品保存期或保存新鲜度上有重要功能。用醇做凝固浴可制得多孔的纤维素薄膜。该膜有较好的透气性。可以防止因蔬菜，水果、肉肠等呼吸性食品代谢产生的二氧化碳,滞留在包装袋内所引起的食品发酵和腐败。因此这种类型的薄膜还可以用于制作糖果、锤点，药品。垃圾的包装材料，另外透气性好的多孔纤维素薄膜可望用于水果生产。用该膜做成果套可保护水果免遭虫害和鸟害，还可防止农药雨水直接接触，同时对水果、对环境均没有污染。可降解纤维素膜韵使用可以大大减少合成高分子薄膜对环境造成的"白色污染"，为绿色环保包装业的发展带来了巨大的机遇。并且NMMO溶剂法生产纤维素纤维在英国、美国、奥地利已经实现了 工业化生产，LiCl/DMAc溶剂法生产纤维素纤维的研究在德国也有望实现工业化生产。
