CN113717441B - 松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料及其制备方法。本发明复合材料是以热塑性淀粉为基料，以松香酸钠、纤维素纳米晶为填料。本发明还提供了上述复合材料的制备方法，所制备得到的淀粉基纳米复合材料具有优异的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能、力学性能、荧光性能、水汽阻隔性能以及低的吸湿性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产，在包装、紫外线防护等领域具有很好的应用前景。

Description

松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料及 其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
淀粉是一种天然高分子化合物，也是世界上最有效的天然可降解材料之一。由于淀粉具有来源丰富、可降解、成本较低等优点，因而在可生物降解塑料中得到了广泛的应用。但是，淀粉的加工性能有很大的缺陷。为了使淀粉具有热塑性加工特性，提升其加工性能，通常将淀粉与增塑剂混合，从而制得热塑性淀粉。然而，热塑性淀粉材料的力学性能和水汽阻隔性能较差，且不具备紫外线屏蔽性能和高能短波蓝光阻隔，这限制了其在防护领域或食品包装领域的应用。因而，改善热塑性淀粉基材料的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能、水汽阻隔性能和力学性能，拓宽其应用领域具有重要的意义。本发明利用松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性热塑性淀粉，能够大大提高淀粉基复合材料的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能、水汽阻隔性能和力学性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，以热塑性淀粉为基料、松香酸钠和纤维素纳米晶为填料，提供一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料及其制备方法，该复合材料具有优异的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性、力学性能、荧光性、水汽阻隔性以及低的吸湿性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。
本发明的技术方案：
本发明提供一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料，其由淀粉、增塑剂、松香酸钠、纤维素纳米晶组成；以重量份计，其由以下组分组成：淀粉90份，增塑剂10份，松香酸钠6份，纤维素纳米晶1～7份；
本发明中，所述的淀粉为阳离子淀粉；所述的增塑剂为甘油。
本发明中，所述纤维素纳米晶直径为4～10nm，长度为100～500nm。
本发明还提供一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将90份淀粉与10份增塑剂加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将6份松香酸钠分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到松香酸钠溶液，备用；
(3)将1～7份纤维素纳米晶分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(4)将步骤(2)所得的松香酸钠溶液与步骤(3)所得的纤维素纳米晶分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，将成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明所制备得到的淀粉基纳米复合材料具有优异的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性、力学性能、荧光性、水汽阻隔性以及低的吸湿性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面结合具体实施例对本发明进一步详细解释，但本发明的实施方式不限于此。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述淀粉均为阳离子淀粉，购自于东莞东美食品有限公司；纤维素纳米晶采用的是桂林奇宏科技有限公司提供的产品(型号为CNC-C)，其直径为4～10nm，长度为100～500nm；丙三醇(甘油)是由西陇科学股份有限公司提供的分析纯级试剂。
实施例1
一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉90份，甘油10份，松香酸钠6份，纤维素纳米晶1份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将90份淀粉与10份甘油加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将6份松香酸钠分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到松香酸钠溶液，备用；
(3)将1份纤维素纳米晶分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(4)将步骤(2)所得的松香酸钠溶液与步骤(3)所得的纤维素纳米晶分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，将成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料。
实施例2
一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉90份，甘油10份，松香酸钠6份，纤维素纳米晶3份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将90份淀粉与10份甘油加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将6份松香酸钠分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到松香酸钠溶液，备用；
(3)将3份纤维素纳米晶分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(4)将步骤(2)所得的松香酸钠溶液与步骤(3)所得的纤维素纳米晶分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，将成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料。
实施例3
一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉90份，甘油10份，松香酸钠6份，纤维素纳米晶5份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将90份淀粉与10份甘油加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将6份松香酸钠分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到松香酸钠溶液，备用；
(3)将5份纤维素纳米晶分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(4)将步骤(2)所得的松香酸钠溶液与步骤(3)所得的纤维素纳米晶分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，将成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料。
实施例4
一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉90份，甘油10份，松香酸钠6份，纤维素纳米晶7份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将90份淀粉与10份甘油加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将6份松香酸钠分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到松香酸钠溶液，备用；
(3)将7份纤维素纳米晶分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(4)将步骤(2)所得的松香酸钠溶液与步骤(3)所得的纤维素纳米晶分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，将成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料。
对比例1
作为以上各个实施例的对比标准，本发明提供在不含有松香酸钠、纤维素纳米晶的情况下所制备的热塑性淀粉材料，包括如下步骤：
(1)将90份淀粉与10份甘油加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)向步骤(1)所得的淀粉溶液中加入1600份去离子水，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(3)将步骤(2)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到热塑性淀粉材料。
对比例2
作为以上各个实施例的对比标准，本发明提供在不含有维素纳米晶的情况下所制备的热塑性淀粉/松香酸钠复合材料，包括如下步骤：
(1)将90份淀粉与10份甘油加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将6份松香酸钠分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到松香酸钠溶液，备用；
(3)将步骤(2)所得的松香酸钠溶液与800份去离子水加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，将成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得热塑性淀粉/松香酸钠复合材料。
结构与性能测试：
对上述对比例制备得到的热塑性淀粉材料、热塑性淀粉/松香酸钠复合材料和实施例制备得到的淀粉基纳米复合材料进行性能测试，其中紫外可见性能采用紫外分光光度计(TU-1901，北京普析通用仪器有限责任公司)测试，并参照GB/T18830-2009计算紫外线(UVA、UVB与UVC)平均透过率；水汽透过系数按照ASTME96测试；荧光性能采用日立荧光分光光度计(F-7000FL)测试，并用395nm的激发波长激发样品。
吸湿性实验方法如下：
将尺寸为20mm×20mm×0.1mm的膜样品置于105℃的真空干燥箱中，干燥3h后，称量膜样品的质量(记为M0)；然后，将上述干燥膜样品置于相对湿度为75％、温度为25℃的密闭容器中，放置48h后，称量膜样品的质量(记为M1)；膜样品的吸湿率(％)＝100*(M1-M0)/M0。
上述性能测试数据如表1所示。
表1性能测试数据
Figure BDA0003258292930000051
由表1可以看出，本发明制备得到的淀粉基纳米复合材料具有优异的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能、力学性能、水汽阻隔性能、荧光性能以及低的吸湿性，拓展了淀粉基复合材料的应用领域。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料，其特征在于，由淀粉、增塑剂、松香酸钠、纤维素纳米晶组成；以重量份计，其由以下组分组成：淀粉90份，增塑剂10份，松香酸钠6份，纤维素纳米晶1～7份；其中：
所述的淀粉为阳离子淀粉；
所述的增塑剂为甘油；
所述纤维素纳米晶直径为4～10nm，长度为100～500nm。
2.根据权利要求1所述的一种松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将90份淀粉与10份增塑剂加入到1200份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将6份松香酸钠分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到松香酸钠溶液，备用；
(3)将1～7份纤维素纳米晶分散于800份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(4)将步骤(2)所得的松香酸钠溶液与步骤(3)所得的纤维素纳米晶分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，将成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到松香酸钠和纤维素纳米晶协同改性的淀粉基纳米复合材料。
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Denomination of invention: Starch based nanocomposites with synergistic modification of sodium rosinate and cellulose nanocrystals and their preparation method

Granted publication date: 20230324

License type: Common License

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Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

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License type: Common License

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Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980045248

Denomination of invention: Starch based nanocomposites with synergistic modification of sodium rosinate and cellulose nanocrystals and their preparation method

Granted publication date: 20230324

License type: Common License

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