CN115304685A - 一种兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子及其制备方法和应用。本发明将六水合硝酸钴、2‑甲基咪唑加入至淀粉纳米粒子分散液中，在室温搅拌反应，随后依次经过离心分离、用甲醇洗涤、干燥，即得到改性淀粉纳米粒子。所制备得到的改性淀粉纳米粒子具有优异的耐水性、热稳定性、紫外线吸收和氨气响应变色等性能，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在功能性填料、智能材料、紫外防护、生物医学、氨气响应材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，可再生的生物降解材料越来越成为人们研究的热点，纳米材料由于其颗粒小，比表面积大，高强度等突出优势得到了迅速的发展。天然淀粉是自然界中仅次于纤维素的第二大类聚多糖，作为储能物质存在于多种植物中，具有价格低廉、可再生、可生物降解、来源广泛等特点。近年来，淀粉纳米粒子作为一种新型的有机纳米颗粒，由于其生物可降解性、无毒性、粒径小和大的比表面积而越来越受到人们的重视，其作为颗粒乳化剂、材料填充剂等已经在化学、材料学和聚合物科学领域得到了广泛的研究与应用。但是，淀粉纳米粒子具有较差的耐水性，同时缺少氨气响应、紫外吸收等功能，使其在实际运用中受到了一定的限制。
值得一提的是，淀粉纳米粒子表面含有大量的羟基，易于对其进行改性，因而有望提高淀粉纳米粒子的耐水性、并赋予其一些特定的功能性(如紫外线吸收与氨气响应等)。开发简单经济的方法来制备具有优异耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子，在功能性填料、智能材料、紫外防护、生物医学、氨气响应材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有广泛的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子及其制备方法和应用。该改性淀粉纳米粒子具有优异的耐水性、热稳定性、紫外线吸收和氨气响应变色等性能，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：
一种兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将200份的淀粉加入至5000份的去离子水中，在90℃下搅拌30min，得到淀粉溶液,然后再加入5000份的乙醇,在90℃下继续搅拌75min，待冷却至室温，随后依次经过离心分离、乙醇洗涤、干燥，得到白色的淀粉纳米粒子，备用；
(2)称取步骤(1)所得淀粉纳米粒子100份，将其加入至3000份的甲醇中，在室温下搅拌30min，得到均匀的淀粉纳米粒子分散液，备用；
(3)取29.11份的六水合硝酸钴，将其溶于3000份的甲醇中，得到均匀的硝酸钴溶液，备用；
(4)将步骤(3)所得的硝酸钴溶液加入至步骤(2)所得的淀粉纳米粒子分散液中，在室温下搅拌2小时，得到均匀的共混液，备用；
(5)取65.68份的2-甲基咪唑，将其溶于3000份的甲醇中，得到均匀的2-甲基咪唑溶液，备用；
(6)将步骤(5)所得的2-甲基咪唑溶液加入至步骤(4)所得的共混液中，在室温下搅拌反应12h，随后依次经过离心分离、用甲醇洗涤、干燥，即得到兼具优异耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子(其颜色为紫色)。
上述方法制备的兼具优异耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子。
所述兼具优异耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子的应用，其特征在于，用于功能性填料、智能材料、紫外防护、生物医学、氨气响应材料、氨气检测、环境监测与安全等领域。
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改性淀粉纳米粒子，不仅具有高的耐水性、热稳定性，还具有优异的紫外线吸收和氨气响应变色等功能，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在功能性填料、智能材料、紫外防护、生物医学、氨气响应材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有广泛的应用价值。
附图说明
图1(a)为本发明对比例制备的淀粉纳米粒子的扫描电镜图；图1(b)为实施例制备的改性淀粉纳米粒子的扫描电镜图；
图2为本发明对比例制备的淀粉纳米粒子与实施例制备的改性淀粉纳米粒子的傅里叶红外图谱；
图3为本发明对比例制备的淀粉纳米粒子与实施例制备的改性淀粉纳米粒子的紫外可见吸收光谱。
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，所述淀粉采用的是由阿拉
丁生化科技股份有限公司提供的玉米淀粉(CAS号:9005-25-8)；2-甲基咪唑是上海易恩化学技术有限公司提供的分析纯级试剂；六水合硝酸钴、甲醇、乙醇是由西陇科学股份有限公司提供的分析纯级试剂。
实施例
一种兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将200份的淀粉加入至5000份的去离子水中，在90℃下搅拌30min，得到淀粉溶液,然后再加入5000份的乙醇,在90℃下继续搅拌75min，待冷却至室温，随后依次经过离心分离、乙醇洗涤、干燥，得到白色的淀粉纳米粒子，备用；
(2)称取步骤(1)所得淀粉纳米粒子100份，将其加入至3000份的甲醇中，在室温下搅拌30min，得到均匀的淀粉纳米粒子分散液，备用；
(3)取29.11份的六水合硝酸钴，将其溶于3000份的甲醇中，得到均匀的硝酸钴溶液，备用；
(4)将步骤(3)所得的硝酸钴溶液加入至步骤(2)所得的淀粉纳米粒子分散液中，在室温下搅拌2小时，得到均匀的共混液，备用；
(5)取65.68份的2-甲基咪唑，将其溶于3000份的甲醇中，得到均匀的2-甲基咪唑溶液，备用；
(6)将步骤(5)所得的2-甲基咪唑溶液加入至步骤(4)所得的共混液中，在室温下搅拌反应12h，随后依次经过离心分离、用甲醇洗涤、干燥，即得到兼具优异耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子(其颜色为紫色)。
对比例
本发明提供了淀粉纳米粒子作为以上实施例的对比标准，包括以下步骤：
将200份的淀粉加入至5000份的去离子水中，在90℃下搅拌30min，得到淀粉溶液,然后再加入5000份的乙醇,在90℃下继续搅拌75min，待冷却至室温，随后依次经过离心分离、乙醇洗涤、干燥，即得到淀粉纳米粒子(其颜色为白色)。
结构与性能测试：
对上述对比例制备得到的淀粉纳米粒子及实施例制备得到的改性淀粉纳米粒子进行结构与性能测试，其中紫外可见吸收性能采用紫外可见光谱仪(Lamdba365，铂金埃尔默仪器公司)测试；采用热失重分析仪(SDT-Q600，美国TA公司)对样品材料的热稳定性能进行评价；耐水性测试方法如下：将1质量份的实施例制备得到的改性淀粉纳米粒子样品材料加入至100质量份的去离子水中，在85℃下搅拌120min，观察改性淀粉纳米粒子的溶解情况，另外将1质量份的对比例制备得到的淀粉纳米粒子样品材料加入至100质量份的去离子水中，在85℃下搅拌120min，观察淀粉纳米粒子的溶解情况；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。
图1(a)为本发明对比例制备的淀粉纳米粒子的扫描电镜图，图1(b)为实施例制备的改性的淀粉纳米粒子的扫描电镜图，图2为本发明对比例制备的淀粉纳米粒子与实施例制备的改性的淀粉纳米粒子的傅里叶红外图谱；结果表明，相比淀粉纳米粒子，本发明制备的改性的淀粉纳米粒子具有不同的结构。
耐水性测试结果表明，将1质量份的对比例制备得到的淀粉纳米粒子样品材料加入至100质量份的去离子水中，在85℃下搅拌120min后，淀粉纳米粒子完全溶解在水溶剂中，形成了均匀的共混溶液(用激光笔照射共混溶液，不能观察到丁达尔效应)，即淀粉纳米粒子的耐水性较差；将1质量份的实施例制备得到的改性淀粉纳米粒子样品材料加入至100质量份的去离子水中，在85℃下搅拌120min后，改性淀粉纳米粒子并不会溶解在水溶剂中，改性淀粉纳米粒子仍能在水溶剂中稳定存在、维持其原先的纳米颗粒状形态(用激光笔照射共混液，仍能观察到明显的丁达尔效应)，即改性淀粉纳米粒子具有优异的耐水性能。
采用热失重分析仪(SDT-Q600，美国TA公司)对样品材料的热稳定性能进行评价，结果表明，本发明制备的改性淀粉纳米粒子产品，其初始热降解温度为266℃，说明该改性淀粉纳米粒子产品具有优异的热稳定性。
紫外可见吸收性能结果表明，改性淀粉纳米粒子产品具有优异的紫外线吸收性能。
氨气响应测试实验结果证明，对比例制备的淀粉纳米粒子是白色的，暴露于氨气环境中后，其颜色没有发生变化，还是呈现出白色的外观；实施例制备得到的改性淀粉纳米粒子是紫色的，暴露于氨气环境中后，其颜色立即变为棕色。
综上所述，本发明所制备得到的改性淀粉纳米粒子具有优异的耐水性、热稳定性、紫外线吸收和氨气响应变色等性能，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在功能性填料、智能材料、紫外防护、生物医学、氨气响应材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有广泛的应用价值。
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)
1.一种兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将200份的淀粉加入至5000份的去离子水中，在90℃下搅拌30min，得到淀粉溶液,然后再加入5000份的乙醇,在90℃下继续搅拌75min，待冷却至室温，随后依次经过离心分离、乙醇洗涤、干燥，得到白色的淀粉纳米粒子，备用；
(2)称取步骤(1)所得淀粉纳米粒子100份，将其加入至3000份的甲醇中，在室温下搅拌30min，得到均匀的淀粉纳米粒子分散液，备用；
(3)取29.11份的六水合硝酸钴，将其溶于3000份的甲醇中，得到均匀的硝酸钴溶液，备用；
(4)将步骤(3)所得的硝酸钴溶液加入至步骤(2)所得的淀粉纳米粒子分散液中，在室温下搅拌2小时，得到均匀的共混液，备用；
(5)取65.68份的2-甲基咪唑，将其溶于3000份的甲醇中，得到均匀的2-甲基咪唑溶液，备用；
(6)将步骤(5)所得的2-甲基咪唑溶液加入至步骤(4)所得的共混液中，在室温下搅拌反应12h，随后依次经过离心分离、用甲醇洗涤、干燥，即得到兼具优异耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子(其颜色为紫色)。
2.根据权利要求1所述制备方法得到的兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子。
3.权利要求1-2任一项所述兼具耐水性、紫外线吸收和氨气响应变色功能的改性淀粉纳米粒子的应用，其特征在于，用于功能性填料、智能材料、紫外防护、生物医学、氨气响应材料、氨气检测、环境监测与安全等领域。
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