CN114409972A - 一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料及其制备方法，它是由如下原料制备而成的：海藻酸钠、钴配合物晶体[Co3(HCO2)6]·C3H7NO，式中(HCO2)为甲酸失去1个质子的阴离子。本发明还提供了上述海藻酸钠复合材料的制备方法。本发明所制备得到的海藻酸钠复合材料具有优异的水汽阻隔性、力学性能、热稳定性、氨气响应性能、抗菌功能、紫外阻隔性能，同时还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在食品包装、生物医学、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有潜在应用价值。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料及其制备方法。
背景技术
海藻酸钠作为一种生物可降解材料，是一种具有良好成膜性能、生物相容性的环境友好型有机高分子聚合物，在食品包装、生物医疗、智能凝胶等领域具有广泛的应用前景。然而，纯海藻酸钠材料具有较差的水汽阻隔、力学等性能，同时缺少氨气响应、抗菌、紫外阻隔等功能，使其在实际运用中受到了一定的限制。金属有机配合物是一类具有周期性网络结构的晶体多孔材料，有着易于调控的结构与功能等优点，在高分子复合材料、生物医疗、光电磁材料、催化和环境监测与安全等领域具有广泛的应用前景。本发明以海藻酸钠为基质、功能性钴配合物为填料制备复合材料，以此来增强海藻酸钠的水汽阻隔、力学、热稳定性、氨气响应、抗菌、紫外阻隔等性能，拓宽其在食品包装、生物医学、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全等领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料及其制备方法。该复合材料具有优异的水汽阻隔性、力学性能、热稳定性、氨气响应性能、抗菌功能、紫外阻隔性能，同时还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产。
本发明技术方案：
本发明提供了一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，钴配合物晶体3-9份；
所述钴配合物晶体的化学式为·C3H7NO，式中(HCO2)为甲酸失去1个质子的阴离子。
所述钴配合物晶体的制备方法包括以下步骤：
将硝酸钴溶解在去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10min混合均匀后，再缓慢加入2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐，搅拌混合1h，然后将其置于反应釜中，120℃条件下反应48h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到钴配合物晶体；
所述硝酸钴、2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐、去离子水、DMF的质量比为15：13：130：1070。
本发明还提供了上述兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3-9份钴配合物晶体分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，在室温下搅拌2h，然后超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在50℃的真空烘箱中干燥48h，即得到兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果：
本发明所制备得到的海藻酸钠复合材料具有优异的水汽阻隔性、力学性能、热稳定性、氨气响应性能、抗菌功能、紫外阻隔性能，同时还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在食品包装、生物医学、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有潜在应用价值。
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，所述海藻酸钠均采用的是由罗恩化学试剂提供的产品，其黏度200-500mpa.s(25℃)；硝酸钴是西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂；DMF(N,N-二甲基甲酰胺)是由西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂；2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐使用的是上海麦克林生化科技有限公司提供的产品。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述钴配合物晶体的化学式为·C3H7NO，式中(HCO2)为甲酸失去1个质子的阴离子，制备方法包括以下步骤：
将硝酸钴溶解在去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10min混合均匀后，再缓慢加入2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐，搅拌混合1h，然后将其置于反应釜中，120℃条件下反应48h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到钴配合物晶体；
所述硝酸钴、2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐、去离子水、DMF的质量比为15：13：130：1070。
实施例1
一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，钴配合物晶体3份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将3份钴配合物晶体分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，在室温下搅拌2h，然后超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在50℃的真空烘箱中干燥48h，即得到兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料。
实施例2
一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，钴配合物晶体6份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将6份钴配合物晶体分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，在室温下搅拌2h，然后超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在50℃的真空烘箱中干燥48h，即得到兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料。
实施例3
一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，钴配合物晶体9份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将9份钴配合物晶体分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，在室温下搅拌2h，然后超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在50℃的真空烘箱中干燥48h，即得到兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料。
对比例
纯海藻酸钠材料的制备，包括如下步骤：
(1)将100份海藻酸钠加入到5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，然后超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(2)将步骤(1)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在50℃的真空烘箱中干燥48h，即得到纯海藻酸钠材料。
性能测试：
对上述对比例制备得到的纯海藻酸钠材料和实施例制备得到的海藻酸钠复合材料进行性能测试，其中紫外可见性能采用紫外可见光谱仪(Lamdba365，铂金埃尔默仪器公司)测试，并参照GB/T 18830-2009计算紫外线(UVA、UVB与UVC)平均透过率；拉伸性能按照GB/T 1040-2006测试；采用热失重分析仪(SDT-Q600，美国TA公司)对产品的热稳定性能进行评价；水汽透过系数按照ASTM E 96测试；按照QBT2591-2003进行材料的抗菌性测试；氨气响应测试方法如下：将样品材料暴露于氨气环境中，观察样品材料的颜色变化。
上述性能测试数据如表1所示。
表1样品性能测试数据
氨气响应测试实验结果证明，对比例制备得到的纯海藻酸钠材料是无色透明的，暴露于氨气环境中后，其颜色没有发生变化，还是呈现出无色透明的光学性质，实施例制备得到的海藻酸钠复合材料是淡粉红色的，暴露于氨气环境中后，其颜色迅速(1min内)变为棕色，表明本发明所制备得到的海藻酸钠复合材料具有优异的氨气响应性能；此外，由样品性能测试数据(见表1)看出，本发明所制备得到的海藻酸钠复合材料还具有优异的水汽阻隔性、力学性能(如拉伸强度与韧性)、热稳定性、紫外线阻隔性能以及抑菌功能，同时还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在食品包装、生物医学、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有潜在应用价值。
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 (3)
1.一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，钴配合物晶体3-9份；
所述钴配合物晶体的化学式为[Co3(HCO2)6]·C3H7NO，式中(HCO2)为甲酸失去1个质子的阴离子。
2.根据权利要求1所述的一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料，其特征在于，所述钴配合物晶体的制备方法包括以下步骤：
将硝酸钴溶解在去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10min混合均匀后，再缓慢加入2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐，搅拌混合1h，然后将其置于反应釜中，120℃条件下反应48h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到钴配合物晶体；
所述硝酸钴、2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐、去离子水、DMF的质量比为15：13：130：1070。
3.根据权利要求1～2任一项所述的一种兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将3-9份钴配合物晶体分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，在室温下搅拌2h，然后超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在50℃的真空烘箱中干燥48h，即得到兼具氨气响应与抗菌功能的海藻酸钠复合材料。
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