CN114164710B - 可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可无线实时监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法，制备过程是以普通滤纸为基材，先利用水和有机溶剂共混液、碱溶液及改性剂对普通滤纸改性得到改性滤纸，再将金属离子与改性滤纸进行化学交联，最后通过在金属交联位点上生长纳米金属材料的策略，制备出可无线实时监测水果新鲜度的多功能包装纸。多功能包装纸表面的纳米金属物质不仅能有效灭杀大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和黑曲霉菌等病原微生物，还具有在不同湿度下表现出不同电阻变化的湿度响应特性。本发明所得的多功能包装纸制备工艺简单，滤纸绿色环保，该复合材料不仅可以应用于农业领域中水果的保鲜及质量监测，还有望在生物医学领域中应用。
Description
技术领域
本发明涉及包装纸的技术领域，具体是一种可用于实时无线监测水果新鲜度且具有抑菌保鲜功能的包装纸的制备方法。
背景技术
水果属鲜活农产品，显著的特点是生鲜易腐，需要明确了解其可食用期，才能在其最大限度地保持原有新鲜度、风味和营养的期限内进行运输和销售。而贮运是水果从采收到上市销售的重要过程，在运输和储存过程中容易发生霉烂变质，然而在实际贮运过程中，水果始终处于密封状态，难以实时获取水果品质变化信息。因此，如何准确监测和评估水果质量变得越来越重要。在贮运过程中，水果的呼吸代谢会消耗部分水分，失重率的变化在很大程度上反映了果实的品质，因此，准确监测果实失重变化对于揭示果实品质状况也是一个途径。目前大多数是利用传感器监测贮运果蔬环境，但传统传感器体积庞大且需要苛刻的测试条件，这限制了它们在实际应用中的进一步应用。
经研究发现，在实际的水果储运过程中，仅对水果质量进行监控是不够的，还需要在监测的同时能有效延长水果的保鲜期，这就需要包装纸同时具备抗菌性能和湿度响应能力的材料。
发明内容
本发明的目的是一种操作简易的可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法，制备方法简单，制备得到的包装纸可用于实时监测水果新鲜度，且具有抑菌保鲜功能。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）按重量份数取普通滤纸0.1-2份、金属盐1-10份、羧酸类有机配体0.5-8份；所述的金属盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、硝酸钴或氯化铁；所述的羧酸类有机配体为对苯二甲酸或均苯三甲酸；
（2）将普通滤纸置于适量的水和有机溶剂共混液中，水和有机溶剂的体积比为1:（2-5）；然后加入适量的质量百分浓度为10-30%碱溶液，置于反应体系中，在20-80℃下搅拌1-4小时后，向反应体系中加入2-5份的改性剂并搅拌3-6小时；取出制备好的改性滤纸，用甲醇清洗2-3次烘干备用；所述的改性剂为氯乙酸钠；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；
（3）利用金属盐和有机溶剂制备浓度为10-100mmol/L的金属盐/有机溶剂溶液；利用羧酸类有机配体和有机溶剂制备浓度为50-300mmol/L的羧酸类有机配体溶液；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺；
（4）向容器中加入等体积的金属盐/有机溶剂溶液和羧酸类有机配体溶液，然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用乙醇清洗2-3次，然后在30-60℃真空烘箱中干燥10-12小时，得到多功能包装纸；
（5）将多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下面，制作成多功能包装箱，用于储运过程中水果的保鲜及实时质量监测。
进一步优选的：所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
所述的可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法制备得到的多功能包装纸可应用于生物医学领域中，可以用于伤口敷料等。
本可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法的优点为：
1、在实际的水果储运过程中，仅对水果质量进行监控是不够的，还需要在监测的同时能有效延长水果的保鲜期，这就需要包装纸同时具备抗菌性能和湿度响应能力的材料。基于上述需求，纳米级金属有机材料是有望解决上述问题的材料之一。一方面，纳米级金属有机材料具有一定导电能力；另一方面，纳米级金属有机材料具有一定的抗菌性能，可以在一定程度上保护水果在贮藏过程中遭受微生物的侵害。然而，纳米级金属有机材料固有的脆性和较差的可加工性限制了它们在传感领域的进一步应用。一种可行的方法是将纳米级金属有机材料与柔性材料结合。滤纸基材料是柔性和环境友好的基材，然而纳米级金属有机材料与滤纸复合的制备方法较少，并且这些方法通常包括苛刻的反应条件、昂贵的设备和复杂的制备过程。此外，纳米级金属有机材料难以与滤纸基材料形成紧密结合的复合材料，而本方法利用普通滤纸为基材并对其改性，再将金属离子与改性滤纸进行化学交联，最后通过在金属交联位点上生长纳米金属材料的策略，制备出可无线实时监测水果新鲜度的多功能包装纸，其制备方法简单，反应条件温和，纳米级金属有机材料与改性滤纸之间可以紧密结合，柔性和稳定性好。
2、制备得到的多功能包装纸对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和黑曲霉菌具有良好的抑菌效果。
3、制备得到的多功能包装纸具有很好的湿度响应，通过对储存中水果的失重反映其品质变化，通过监测器与手机相连能实现实时无线监测水果品质变化的功能。
附图说明
图1是制备得到的银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸实物图及扫描电镜图；
图1中的a部分是银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的实物图，b部分是银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的扫描电镜图；
图2是制备得到的可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸制成包装盒的实物图；
图3是制备得到的银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸揉搓前的实物图和电镜图；
图3中的a部分是揉搓前的实物图，a1部分是揉搓前的电镜图；
图4是制备得到的银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸揉搓后的实物图和电镜图；
图4中的b部分是揉搓后的实物图，b1部分是揉搓后的电镜图；
图5是制备得到的银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸包装水果(李子和蓝莓)的保鲜效果对照图；
图5中的a部分是水果外部变化对比，b部分是水果内部变化对比；
图6是银基纳米材料@改性滤纸对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和黑曲霉菌(A.niger)的抑菌圈大小图；
图6中(i)区域是普通滤纸；(ii)区域是改性滤纸；(iii)区域是银基纳米材料@改性滤纸；(iv)区域是银基纳米材料@普通滤纸；
图7是制备得到的银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸用于实时无线监测水果品质变化图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
采用以下步骤可生产得到可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸：
（1）按重量份数取普通滤纸0.1份、金属盐1份、羧酸类有机配体0.5份；所述的金属盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、硝酸钴或氯化铁；所述的羧酸类有机配体为对苯二甲酸或均苯三甲酸。
（2）将普通滤纸置于适量的水和有机溶剂共混液中，水和有机溶剂的体积比为1:2；然后加入适量的质量百分浓度为10%碱溶液，置于反应体系中，在80℃下搅拌1小时后，向反应体系中加入2份的改性剂并搅拌3小时；取出制备好的改性滤纸，用甲醇清洗2次烘干备用；所述的改性剂为氯乙酸钠；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
（3）利用金属盐和有机溶剂制备浓度为10mmol/L的金属盐/有机溶剂溶液；利用羧酸类有机配体和有机溶剂制备浓度为50mmol/L的羧酸类有机配体溶液；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
（4）向容器中加入等体积的金属盐/有机溶剂溶液和羧酸类有机配体溶液。然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用乙醇清洗2次，然后在30℃真空烘箱中干燥10小时，得到多功能包装纸。
（5）将多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下面，制作成多功能包装箱，用于储运过程中水果的保鲜及质量监测。
实施例2
采用以下步骤可生产得到可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸：
（1）按重量份数取普通滤纸1份、金属盐5份、羧酸类有机配体4份；所述的金属盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、硝酸钴或氯化铁；所述的羧酸类有机配体为对苯二甲酸或均苯三甲酸。
（2）将普通滤纸置于适量的水和有机溶剂共混液中，水和有机溶剂的体积比为1:3；然后加入适量的质量百分浓度为20%碱溶液，置于反应体系中，在50℃下搅拌1-4小时后，向反应体系中加入3份的改性剂并搅拌4小时；取出制备好的改性滤纸，用甲醇清洗3次烘干备用；所述的改性剂为氯乙酸钠；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
（3）利用金属盐和有机溶剂制备浓度为50mmol/L的金属盐/有机溶剂溶液；利用羧酸类有机配体和有机溶剂制备浓度为80mmol/L的羧酸类有机配体溶液；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
（4）向容器中加入等体积的金属盐/有机溶剂溶液和羧酸类有机配体溶液。然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用乙醇清洗3次，然后在50℃真空烘箱中干燥11小时，得到多功能包装纸。
（5）将多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下面，制作成多功能包装箱，用于储运过程中水果的保鲜及质量监测。
实施例3
采用以下步骤可生产得到可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸：
（1）按重量份数取普通滤纸2份、金属盐10份、羧酸类有机配体8份；所述的金属盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、硝酸钴或氯化铁；所述的羧酸类有机配体为对苯二甲酸或均苯三甲酸。
（2）将普通滤纸置于适量的水和有机溶剂共混液中，水和有机溶剂的体积比为1:5；然后加入适量的质量百分浓度为30%碱溶液，置于反应体系中，在20℃下搅拌1-4小时后，向反应体系中加入5份的改性剂并搅拌6小时；取出制备好的改性滤纸，用甲醇清洗6次烘干备用；所述的改性剂为氯乙酸钠；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
（3）利用金属盐和有机溶剂制备浓度为100mmol/L的金属盐/有机溶剂溶液；利用羧酸类有机配体和有机溶剂制备浓度为300mmol/L的羧酸类有机配体溶液；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
（4）向容器中加入等体积的金属盐/有机溶剂溶液和羧酸类有机配体溶液。然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用乙醇清洗3次，然后在60℃真空烘箱中干燥12小时，得到多功能包装纸。
（5）将多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下面，制作成多功能包装箱，用于储运过程中水果的保鲜及质量监测。
实例4
银基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备过程为：
（1）按重量份数取普通滤纸0.1-2份、硝酸银1-10份、均苯三甲酸0.5-8份。
（2）将普通滤纸置于适量的水和异丙醇共混液中，水和异丙醇的体积比为1:2，然后加入适量的质量百分浓度为10%的氢氧化钠溶液，置于反应体系中，在50℃下搅拌1小时，然后，在30℃下向反应体系中加入2份氯乙酸钠并搅拌4小时；取出制备好的改性滤纸，甲醇清洗3次烘干备用。
（3）利用硝酸银和N-N二甲基甲酰胺制备浓度为10-100mmol/L的硝酸银/N-N二甲基甲酰胺溶液，利用均苯三甲酸和N-N二甲基甲酰胺制备浓度为50-300mmol/L的均苯三甲酸配体溶液。
（4）在烧杯中加入等体积的硝酸银/N-N二甲基甲酰胺溶液和均苯三甲酸配体溶液，然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用乙醇清洗3次，然后在40℃真空烘箱中干燥12h，得到银基可监测多功能包装纸。
（5）将银基可监测多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下，制作成多功能包装箱，用于草莓保鲜和实时监测。
实例5
铜基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备过程为：
（1）按重量份数取普通滤纸0.1-2份、硝酸铜1-10份、均苯三甲酸0.5-8份。
（2）将普通滤纸置于适量的水和乙醇共混液中，水和乙醇的体积比为1:2，然后加入适量的质量百分浓度为10%的氢氧化钠溶液，置于反应体系中，在50℃下搅拌1小时，然后，在30℃下向反应体系中加入2份氯乙酸钠并搅拌4小时；取出制备好的改性滤纸，甲醇清洗3次烘干备用。
（3）利用硝酸铜和N-N二甲基甲酰胺制备浓度为50mmol/L的硝酸铜/N-N二甲基甲酰胺溶液，利用均苯三甲酸和N-N二甲基甲酰胺制备浓度为50mmol/L的均苯三甲酸配体溶液。
（4）在烧杯中加入等体积的硝酸铜/N-N二甲基甲酰胺溶液和均苯三甲酸配体溶液，然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用乙醇清洗3次，然后在40℃真空烘箱中干燥12h，得到铜基可监测多功能包装纸。
（5）将铜基可监测多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下，制作成多功能包装箱，用于水果保鲜和实时监测。
实例6
锌基可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备过程为：
（1）按重量份数取普通滤纸0.1-2份、硝酸锌1-10份、对苯三甲酸0.5-8份。
（2）将普通滤纸置于适量的水和甲醇共混液中，水和甲醇的体积比为1:2，然后加入适量的质量百分浓度为20%的氢氧化钾溶液，置于反应体系中，在50℃下搅拌1小时，然后，在30℃下向反应体系中加入2份氯乙酸钠并搅拌4小时；取出制备好的改性滤纸，甲醇清洗3次烘干备用。
（3）利用硝酸锌和N-N二甲基甲酰胺制备浓度为20mmol/L的硝酸锌/N-N二甲基甲酰胺溶液，利用对苯三甲酸和N-N二甲基甲酰胺制备浓度为50mmol/L的对苯三甲酸配体溶液。
（4）在烧杯中加入等体积的硝酸锌/N-N二甲基甲酰胺溶液和对苯三甲酸配体溶液，然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用甲醇清洗3次，然后在40℃真空烘箱中干燥12h，得到锌基可监测多功能包装纸。
（5）将锌基可监测多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下，制作成多功能包装箱，用于水果保鲜和实时监测。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法，其特征在于：是利用普通滤纸为基材并对其改性，再将金属离子与改性滤纸进行化学交联，最后通过在金属交联位点上生长纳米金属材料的策略，反应条件温和，纳米级金属有机材料与改性滤纸之间可以紧密结合，柔性和稳定性好，制备出可无线实时监测水果新鲜度的多功能包装纸，制备过程包括以下步骤：
（1）按重量份数取普通滤纸0.1-2份、金属盐1-10份、羧酸类有机配体0.5-8份；所述的金属盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸锌、硝酸钴或氯化铁；所述的羧酸类有机配体为对苯二甲酸或均苯三甲酸；
（2）将普通滤纸置于适量的水和有机溶剂共混液中，水和有机溶剂的体积比为1:（2-5）；然后加入适量的质量百分浓度为10-30%碱溶液，置于反应体系中，在20-80℃下搅拌1-4小时后，向反应体系中加入2-5份的改性剂并搅拌3-6小时；取出制备好的改性滤纸，用甲醇清洗2-3次烘干备用；所述的改性剂为氯乙酸钠；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇；
（3）利用金属盐和有机溶剂制备浓度为10-100mmol/L的金属盐/有机溶剂溶液；利用羧酸类有机配体和有机溶剂制备浓度为50-300mmol/L的羧酸类有机配体溶液；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺；
（4）向容器中加入等体积的金属盐/有机溶剂溶液和羧酸类有机配体溶液，然后将改性滤纸放入其中，室温下反应12小时后，将改性滤纸取出并用乙醇清洗2-3次，然后在30-60℃真空烘箱中干燥10-12小时，得到多功能包装纸；
（5）将多功能包装纸贴在普通包装箱内部四周及上下面，制作成多功能包装箱，制备得到的多功能包装纸具有很好的湿度响应，用于储运过程中水果的保鲜及质量监测，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和黑曲霉菌具有抑菌效果，具有抑菌保鲜功能，通过对储存中水果的失重反映其品质变化，通过监测器与手机相连能实现实时无线监测水果品质变化的功能。
2.根据权利要求1所述的可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法，其特征在于：所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
3.根据权利要求1所述的可实时无线监测水果新鲜度的多功能包装纸的制备方法制备得到的多功能包装纸在生物医学领域中的应用。
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