本发明属于生物塑料，具体涉及一种基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、塑料因其可塑性强、轻便、廉价、低导热，因而被广泛应用于日常生活。然而，塑料制品在生产和消费之后产生的废弃物难以降解，对生态环境及人类健康造成严重威胁。因此，可降解塑料成为目前塑料污染防治工作的研究焦点。
2、明胶是哺乳动物(牛、猪、鱼类等)的结缔组织或者表皮组织中的胶原蛋白部分变性或者物理化学降解的产物。具备优良的物理化学性能，例如易成膜性、亲水性以及生物相容性等。同时，由于明胶低廉的制造成本和优良的物理化学性质，明胶被频繁应用在食品的包装和制造、生物制药和造纸印刷等行业，应用前景广泛。
3、据研究报道，世界46％的明胶来源于猪皮，29.4％来源于牛皮，23.1％来源于猪和牛的骨骼，仅有1.5％的明胶来源于鱼类。随着医药、食品行业的发展，市场对明胶的需求急剧增长，此时大众的视野也逐渐转向海洋生物，寻找哺乳动物明胶的替代品。水生动物被视为最有可能代替哺乳动物的明胶类型。同时，海洋鱼类丰富，鱼类明胶来源种类多，具备与哺乳动物类似的物理功能特性。此外，从环保和经济的角度来看，明胶材料的开发和应用不仅缓解了哺乳动物类明胶供不应求的痛点，而且避免了鱼类加工副产物中鱼皮、鱼骨等明胶来源的浪费。利用这些加工废料，减少了对环境的污染并且提高了海洋生物的综合利用。
4、明胶虽然成膜性能良好，但薄膜机械性能不足，主要是因为明胶分子的高玻璃转变温度和明胶分子链上的环结构、分子链间的氢键作用及高内聚能密度，导致明胶分子间微晶结区域的三维网络在脱水后极易产生脆性薄膜。因此，如何改善明胶生物薄膜的分子链间作用力，是获得高柔韧性和高强度的基于明胶的海洋生物可降解薄膜的关键。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料及其制备方法与应用，以克服现有技术中存在的不足。
2、为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：
3、本发明实施例提供了一种基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，包括：
4、提供包含明胶、增塑剂和水的第一混合体系，加热、搅拌所述第一混合体系，使明胶与增塑剂完全混合；
5、向第一混合体系中加入粘土溶液，使粘土水合、膨胀，并与明胶形成胶体分散液；
6、将所述胶体分散液进行成膜处理，并干燥，制得基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料。
7、进一步地，所述明胶的添加量为胶体分散液质量的8％～15％。
8、进一步地，所述增塑剂的添加量为胶体分散液的0％～1.2％。
9、进一步地，所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，包括：采用高剪切搅拌设备对粘土与水的混合体系搅拌2～4h后，对其进行过滤，以形成质量分数为1％～6％的粘土溶液，其中，所述粘土的添加量为胶体分散液质量的0.5％～3％。
10、进一步地，所述粘土为膨胀型纳米复合材料。
11、更进一步地，所述膨胀型纳米复合材料包括锂藻土、蛭石、蒙脱土、水滑石、累脱石、海泡石、硅藻土、硅酸盐、硅铝酸盐、磷酸盐、硫酸盐或碳酸盐中的任意一种或两种以上的组合。
12、进一步地，所述加热的温度为50～70℃，加热的时间为2～5h，搅拌的速度为300～600rpm。
13、进一步地，采用透明、易剥离的聚苯乙烯培养皿，通过刮涂或浇铸成膜。
14、进一步地，所述干燥的条件为：于室温条件下，干燥36～72h。
15、本发明实施例还提供了一种基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料，由前述方法制备而成，且所述基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的断裂强度为断裂强度为6.45-89.1mpa、断裂伸长率为4.9-88％、杨氏模量为54-2346mpa，透过率在波长为390-780nm的可见光范围内可以保持在79.98-91.57％。
16、本发明实施例还提供了前述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料在包装、农业或生物医学领域中的应用。
17、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
18、(1)本发明基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，能够让粘土均匀分散在明胶溶液中，在获得高剪切应力的同时，添加少量的增塑剂可使明胶分子链中的相互作用力减小，并因此获得较好的柔韧性；另外，该有机薄膜生产过程绿色环保，不存在二次污染。
19、(2)本发明基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，操作条件温和、反应过程简单、避免了高危实验环境，也无需特殊条件和设备，明胶的应用避免了海洋生物对环境的污染，为海洋工业发展提供一个优质的应用平台，降低经济损失，确保海洋工业和环境的长久发展。
20、(3)本发明制得的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料不仅具有柔韧性好、透明度高、易生物降解、成本低等优点，而且生产过程绿色环保，主要合成组分或来自于可再生资源、或能够重复利用；可应用于农业地膜、食品包装材料等多个领域；同时，由于基于明胶的海洋生物可降解薄膜具有优异的生物相容性，在生物医学领域也有潜在的应用前景。
1.一种基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述明胶的添加量为胶体分散液总质量的8％～15％；和/或，所述增塑剂的添加量为胶体分散液总质量的0％～1.2％。
3.根据权利要求1或2所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述明胶包括鱼皮明胶、鱼鳞明胶、鱼骨明胶、猪皮明胶、牛皮明胶、猪骨胶、牛骨胶中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1或2所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为含有2个或3个羟基的低碳链的有机物，优选的，所述的含有2个或3个羟基的低碳链的有机物包括甘油、二甘醇、乙二醇、丙二醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乳酸中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括：采用高剪切搅拌设备对粘土与水的混合体系搅拌2～4h后，过滤，形成质量分数为1％～6％的粘土溶液，其中，所述粘土的添加量为胶体分散液质量的0.5％～3％。
6.根据权利要求5所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述粘土为膨胀型纳米复合材料，优选的，所述膨胀型纳米复合材料包括锂藻土、蛭石、蒙脱土、水滑石、累脱石、海泡石、硅藻土、硅酸盐、硅铝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐中的任意一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述加热的温度为50～70℃，加热的时间为2～5h，搅拌的速度为300～600rpm。
8.根据权利要求1所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括：至少采用刮涂法或溶液浇铸法成膜进行所述的成膜处理；
9.一种基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料，其特征在于，由权利要求1-8中任意一项所述制备方法制备而成，且所述基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料的断裂强度为6.45-89.1mpa、断裂伸长率为4.9-88％、杨氏模量为54-2346mpa，透过率在波长为390-780nm的可见光范围内可以保持在79.98-91.57％。
10.权利要求9所述的基于明胶的海洋生物可降解薄膜材料在包装、农业或生物医学领域的应用。
