CN115368643B - 一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料及其制备方法与应用，它是由如下原料制备而成的：海藻酸钠、甘油、钴配合物修饰的埃洛石纳米管。本发明还提供了上述高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的制备方法。本发明所制备得到的高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料具有优异的水汽阻隔、力学强度、韧性、紫外阻隔、抗菌、氨气响应变色等性能，同时还能保持较高的光学透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在食品包装、智能响应材料、生物医学、抗菌材料、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
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料及其制备方法与应用。
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。铝硅酸盐矿物质埃洛石纳米管(HNTs)具有储量丰富、价格低廉、生物相容性和环境友好等特点。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潜在的应用。本发明以海藻酸钠为基质，利用钴配合物修饰的埃洛石纳米管作为功能性填料，以此来改善海藻酸钠材料的水汽阻隔、力学强度、韧性、紫外阻隔、抗菌、氨气响应变色等性能，开发高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料，拓宽其在食品包装、智能响应材料、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，提供一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料及其制备方法与应用。该复合材料具有优异的水汽阻隔、力学强度、韧性、紫外阻隔、抗菌、氨气响应变色等性能，同时还能保持较高的光学透明性，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：
本发明提供了一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油25份，钴配合物修饰的埃洛石纳米管3-9份；
所述钴配合物修饰的埃洛石纳米管，其制备方法包括以下步骤：将15质量份的硝酸钴溶解在5000质量份的DMF中，再加入30质量份的埃洛石纳米管，搅拌4h得到均匀的分散液，再向上述分散液中加入7质量份的均苯三甲酸，搅拌混合1h得到均匀的共混液，然后在120℃下回流反应30h，冷却至室温，随后依次经离心分离、用DMF与乙醇交替洗涤数次、干燥，即得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管。
本发明还提供了上述高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3-9份钴配合物修饰的埃洛石纳米管分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠、25份甘油一起加入到步骤(1)所得到的钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液中，在室温下搅拌2h，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℃的烘箱中干燥48h，即得到高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料。
高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的应用，其特征在于，用于食品包装、智能响应材料、生物医学、抗菌材料、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高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料具有优异的水汽阻隔、力学强度、韧性、紫外阻隔、抗菌、氨气响应变色等性能，同时还能保持较高的可见光透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在食品包装、智能响应材料、生物医学、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全等领具有广泛的应用价值。
附图说明
图1(a)为埃洛石纳米管的扫描电镜图、图1(b)为钴配合物修饰的埃洛石纳米管的扫描电镜图；
图2为钴配合物修饰的埃洛石纳米管与埃洛石纳米管的红外图谱；
图3为实施例3所制备的高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的断面扫描电镜图。
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；均苯三甲酸由罗恩化学试剂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；埃洛石纳米管是由广州润博材料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，所述钴配合物修饰的埃洛石纳米管，其制备方法包括以下步骤：将15质量份的硝酸钴溶解在5000质量份的DMF中，再加入30质量份的埃洛石纳米管，搅拌4h得到均匀的分散液，再向上述分散液中加入7质量份的均苯三甲酸，搅拌混合1h得到均匀的共混液，然后在120℃下回流反应30h，冷却至室温，随后依次经离心分离、用DMF与乙醇交替洗涤数次、干燥，即得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管。
实施例1
一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油25份，钴配合物修饰的埃洛石纳米管3份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将3份钴配合物修饰的埃洛石纳米管分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠、25份甘油一起加入到步骤(1)所得到的钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液中，在室温下搅拌2h，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℃的烘箱中干燥48h，即得到高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料。
实施例2
一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油25份，钴配合物修饰的埃洛石纳米管6份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将6份钴配合物修饰的埃洛石纳米管分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠、25份甘油一起加入到步骤(1)所得到的钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液中，在室温下搅拌2h，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℃的烘箱中干燥48h，即得到高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料。
实施例3
一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油25份，钴配合物修饰的埃洛石纳米管9份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将9份钴配合物修饰的埃洛石纳米管分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液，备用；
(2)将100份海藻酸钠、25份甘油一起加入到步骤(1)所得到的钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液中，在室温下搅拌2h，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℃的烘箱中干燥48h，即得到高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料。
对比例
作为以上实施例的对比标准，本发明提供在不含有钴配合物修饰的埃洛石纳米管的情况下所制备的海藻酸钠材料，包括如下步骤：
(1)将100份海藻酸钠、25份甘油一起加入到5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2h，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℃的烘箱中干燥48h，即得到海藻酸钠材料。
结构与性能测试：
分别采用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪对钴配合物修饰的埃洛石纳米管与埃洛石纳米管进行了表征，结果见图1与图2；实施例3所得高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的断面形貌是通过SEM(SU-5000，日本高新技术公司)仪器来表征，结果见图3；此外，对上述对比例制备得到的海藻酸钠材料和实施例制备得到的高强韧多功能海藻酸钠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可见光谱仪(Lamdba365，铂金埃尔默仪器公司)测试，并参照GB/T18830-2009计算紫外线(UVA、UVB与UVC)平均透过率；拉伸性能按照GB/T1040-2006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ASTME96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
高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的SEM结果表明，钴配合物修饰的埃洛石纳米管能够均匀地分散在海藻酸钠基体中(见图3)，有利于获得综合性能优异的海藻酸钠基纳米复合材料。
氨气响应测试实验结果证明，对比例制备得到的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，实施例制备得到的高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料是淡蓝色的，暴露于氨气环境中后，其颜色迅速变为棕色，表明本发明所制备得到的高强韧多功能海藻酸钠基纳米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高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料具有优异的水汽阻隔、力学强度、韧性、紫外阻隔、抗菌、氨气响应变色等性能，同时还能保持较高的可见光透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉、适于放大生产，在食品包装、智能响应材料、生物医学、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全等领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)
1.一种高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料，其特征在于，由以下质量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油25份，钴配合物修饰的埃洛石纳米管3-9份；
所述钴配合物修饰的埃洛石纳米管，其制备方法包括以下步骤：将15质量份的硝酸钴溶解在5000质量份的DMF中，再加入30质量份的埃洛石纳米管，搅拌4 h得到均匀的分散液，再向上述分散液中加入7质量份的均苯三甲酸，搅拌混合1 h得到均匀的共混液，然后在120℃下回流反应30 h，冷却至室温，随后依次经离心分离、用DMF与乙醇交替洗涤数次、干燥，即得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管；
所述高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将3-9份钴配合物修饰的埃洛石纳米管分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2 h，得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液，备用；
（2）将100份海藻酸钠、25份甘油一起加入到步骤(1)所得到的钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液中，在室温下搅拌2 h，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℃的烘箱中干燥48 h，即得到高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧多功能海藻酸钠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3-9份钴配合物修饰的埃洛石纳米管分散于5000份蒸馏水中，在室温下搅拌2 h，得到钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液，备用；
（2）将100份海藻酸钠、25份甘油一起加入到步骤(1)所得到的钴配合物修饰的埃洛石纳米管均匀分散液中，在室温下搅拌2 h，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℃的烘箱中干燥48 h，即得到高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料。
3.根据权利要求1所述的高强韧多功能海藻酸钠基纳米复合材料的应用，其特征在于，用于食品包装、智能响应材料、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全领域。
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