CN113788989B - 一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于淀粉基复合材料技术领域，涉及一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料及其制备方法，按重量份计，由以下组分组成：淀粉100份，甘油30份，单宁酸修饰的埃洛石1～7份。本发明利用单宁酸修饰的埃洛石作为改性剂，能够有效地改善淀粉的性能。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、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)以及低的吸湿性，此外，该复合膜制备工艺简单环保，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
技术领域
本发明涉及淀粉基复合材料术领域，具体涉及一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
在众多的可食膜天然高分子材料中，淀粉被誉为最具有发展潜力的原材料之一。将淀粉与增塑剂共混后，可以制得热塑性淀粉。热塑性淀粉不仅具有良好的成膜性，还具有资源丰富、价格低廉、可食用、可再生等一系列的优点。但热塑性淀粉膜也存在水汽阻隔性差、紫外线屏蔽性能差、机械性能差以及自由基清除活性(即抗氧化活性)差等缺点。因此，改善热塑性淀粉基材料的紫外线屏蔽性能、力学性能、水汽阻隔性能和自由基清除活性(即抗氧化活性)，拓宽其应用领域具有重要意义。
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、单宁酸修饰的埃洛石为填料，提供一种具有紫外屏蔽功能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能、力学性能、水汽阻隔性、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)以及低的吸湿性，此外，该复合膜制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。
本发明的技术方案：
一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，增塑剂30份，单宁酸修饰的埃洛石1～7份。
所述的淀粉为玉米淀粉；所述的增塑剂为甘油。
所述单宁酸修饰的埃洛石直径为40～80nm，长度为200～1000nm。
所述单宁酸修饰的埃洛石的制备方法包括以下步骤：
先将埃洛石纳米管分散于pH为8.0的Tris缓冲溶液中，然后将单宁酸加入上述埃洛石纳米管分散液中，30℃下搅拌反应24h，最后，离心分离、水洗、干燥，得到单宁酸修饰的埃洛石；
所述Tris缓冲溶液的浓度为0.01mol/L；所述Tris缓冲溶液、埃洛石纳米管、单宁酸的质量比为100:1:0.2。
一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份淀粉与30份增塑剂加入到1600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1～7份单宁酸修饰的埃洛石分散于1200份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(3)将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)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，即得到具有紫外屏蔽功能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、热稳定性能、水汽阻隔性能、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)以及低的吸湿性，此外，该复合膜制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。
附图说明
图1为对比例1得到的纯淀粉膜实物照片。
图2为实施例4得到的淀粉基复合膜实物照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
在具体实施例和对比例配方中，单宁酸是罗恩试剂提供的产品；埃洛石纳米管采用的是广州润沃材料科技有限公司提供的高纯度产品；盐酸采用的是西陇科学股份有限公司提供的产品；三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)采用的是北京华威锐科化工有限公司提供的产品；玉米淀粉(CAS号:9005-25-8)购自于阿拉丁生化科技股份有限公司；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。
在具体实施例和对比例配方中，单宁酸修饰的埃洛石为自制纳米粒子(平均直径为40～80nm，平均长度为200～1000nm)，单宁酸修饰的埃洛石的制备方法包括以下步骤：
先将埃洛石纳米管分散于pH为8.0的Tris缓冲溶液中，然后将单宁酸加入上述埃洛石纳米管分散液中，30℃下搅拌反应24h，最后，离心分离、水洗、干燥，得到单宁酸修饰的埃洛石；
所述Tris缓冲溶液的浓度为0.01mol/L；所述Tris缓冲溶液、埃洛石纳米管、单宁酸的质量比为100:1:0.2。
实施例1
一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，单宁酸修饰的埃洛石1份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600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1份单宁酸修饰的埃洛石分散于1200份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(3)将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)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，即得到具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料。
实施例2
一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，单宁酸修饰的埃洛石3份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600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3份单宁酸修饰的埃洛石分散于1200份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(3)将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)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，即得到具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料。
实施例3
一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，单宁酸修饰的埃洛石5份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600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5份单宁酸修饰的埃洛石分散于1200份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(3)将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)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，即得到具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料。
实施例4
一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，单宁酸修饰的埃洛石7份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600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7份单宁酸修饰的埃洛石分散于1200份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(3)将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)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，即得到具有紫外屏蔽功能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单宁酸修饰的埃洛石的情况下所制备的热塑性淀粉材料，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600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1200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。
结构与性能测试：
对上述对比例制备得到的热塑性淀粉膜材料和实施例制备得到的淀粉基纳米复合膜材料进行性能测试，其中拉伸性能按照GB/T1040-2006测试，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。
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。
DPPH自由基清除实验方法如下：
实验组，将0.2g膜样品剪碎、浸泡于5mL乙醇中，浸泡24h后，提取2mL上述浸泡液的上清液，备用；接着，在上述2mL上清液中加入1mL50mg/L的DPPH溶液，将其摇匀后置于室温黑暗条件下静置1h；然后，采用紫外分光光度计(Lambda750，珀金埃尔默仪器公司)测试上述混合液在517nm处的吸光度(记为Asample)；对照组，在2mL乙醇中加入1mL50mg/L的DPPH溶液，将其摇匀后置于室温黑暗条件下静置1h；然后，采用紫外分光光度计(Lambda750，珀金埃尔默仪器公司)测试上述混合液在517nm处的吸光度(记为Acontrol)；DPPH自由基清除率(％)＝100*(Acontrol-Asample)/Acontrol。
上述性能测试数据如表1所示。
表1复合材料的性能测试数据
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、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)以及低的吸湿性，此外，该复合膜制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产，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 (1)
1.一种具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，增塑剂30份，单宁酸修饰的埃洛石7份；
所述的淀粉为玉米淀粉；
所述的增塑剂为甘油；
所述单宁酸修饰的埃洛石直径为40～80nm，长度为200～1000nm；
所述单宁酸修饰的埃洛石的制备方法包括以下步骤：
先将埃洛石纳米管分散于pH为8.0的Tris缓冲溶液中，得到埃洛石纳米管分散液，然后将单宁酸加入所述埃洛石纳米管分散液中，30℃下搅拌反应24h，最后，离心分离、水洗、干燥，得到所述单宁酸修饰的埃洛石；
所述Tris缓冲溶液的浓度为0.01mol/L；
所述Tris缓冲溶液、埃洛石纳米管、单宁酸的质量比为100:1:0.2；
所述具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份增塑剂加入到1600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7份单宁酸修饰的埃洛石分散于1200份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液，备用；
(3)将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)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，即得到所述具有紫外屏蔽功能的淀粉基纳米复合材料。
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