CN115368644B - 一种高性能多功能海藻酸钠基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，涉及一种高性能多功能海藻酸钠基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、甘油、大黄酸、淀粉包覆的银纳米粒子。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、力学强度、韧性、pH响应、氨气响应、抗菌、紫外屏蔽、蓝光屏蔽等性能，可作为智能指示材料有效地指示虾在贮藏过程中的变质，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

一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种高性能多功能海藻酸钠基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、力学强度、韧性等性能，同时缺少pH响应、氨气响应、抗菌、紫外屏蔽、蓝光屏蔽等功能，使其在实际运用中受到了一定的限制。本发明以海藻酸钠为基质，利用淀粉包覆的银纳米粒子、大黄酸作为功能性填料，以此来增强海藻酸钠的水汽阻隔、力学强度、韧性、pH响应、氨气响应、抗菌、紫外屏蔽、蓝光屏蔽等性能，制备高性能多功能海藻酸钠基复合材料，拓宽其在食品包装、智能材料、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，提供一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料及其制备方法。该复合材料具有优异的水汽阻隔、力学强度、韧性、氨气响应、抗菌、紫外屏蔽、蓝光屏蔽等性能，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：
本发明提供了一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油20份，大黄酸0.5份，淀粉包覆的银纳米粒子3-9份；
所述淀粉包覆的银纳米粒子的制备方法包括以下步骤：(S1)将100份的淀粉、25份的氢氧化钠加入至500份的去离子水中，在70℃下搅拌10min，使淀粉完全糊化，得到淀粉溶液；(S2)将60份的硝酸银加入至500份、质量比为200:300的去离子水和异丙醇的混合溶剂中，搅拌混合均匀得到硝酸银溶液；(S3)将步骤S2中所得硝酸银溶液滴加到步骤S1中的淀粉溶液中，在70℃下搅拌反应30min，得到均匀的棕黄色分散液；(S4)将步骤S3中所得棕黄色分散液放置在80℃的烘箱中干燥24h，即得到淀粉包覆的银纳米粒子。
本发明还提供了上述高性能多功能海藻酸钠基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3-9份淀粉包覆的银纳米粒子分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到淀粉包覆的银纳米粒子均匀分散液，备用；
(2)将0.5份大黄酸分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到大黄酸的均匀分散液，备用；
(3)将100份海藻酸钠、20份甘油加入至6000份去离子水中，在70℃下搅拌30min，得到均匀的海藻酸钠溶液，备用；
(4)将步骤(1)所得的银纳米粒子分散液、步骤(2)所得的大黄酸分散液一起加入到步骤(3)所得到的海藻酸钠溶液中，在70℃下搅拌90min，得到均匀的成膜液，备用；
(5)将步骤(4)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥24h，即得到高性能多功能海藻酸钠基复合材料。
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、力学强度、韧性、pH响应、氨气响应、抗菌、紫外屏蔽、蓝光屏蔽等性能，可作为智能指示材料有效地指示虾在贮藏过程中的变质，在食品包装、智能材料、生物医学、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有潜在应用价值。
附图说明
图1为本发明所涉及的淀粉包覆的银纳米粒子的扫描电镜图；
图2为本发明实施例3所制备的海藻酸钠基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℃)；大黄酸是上海贤鼎生物科技有限公司提供的分析纯级试剂；硝酸银是由山东西亚化学工业有限公司提供的分析纯级试剂；氢氧化钠是由天津市致远化学试剂有限公司提供的分析纯级试剂；异丙醇、甘油是由西陇科学股份有限公司提供的分析纯级试剂；淀粉是由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供的玉米淀粉，为分析纯级试剂。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述淀粉包覆的银纳米粒子的制备方法包括以下步骤：(S1)将100份的淀粉、25份的氢氧化钠加入至500份的去离子水中，在70℃下搅拌10min，使淀粉完全糊化，得到淀粉溶液；(S2)将60份的硝酸银加入至500份、质量比为200:300的去离子水和异丙醇的混合溶剂中(即该混合溶剂是由200份的去离子水和300份的异丙醇所组成)，搅拌混合均匀得到硝酸银溶液；(S3)将步骤S2中所得硝酸银溶液滴加到步骤S1中的淀粉溶液中，在70℃下搅拌反应30min，得到均匀的棕黄色分散液；(S4)将步骤S3中所得棕黄色分散液放置在80℃的烘箱中干燥24h，即得到淀粉包覆的银纳米粒子(其扫描电镜图见图1)。
实施例1
一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油20份，大黄酸0.5份，淀粉包覆的银纳米粒子3份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将3份淀粉包覆的银纳米粒子分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到银纳米粒子的均匀分散液，备用；
(2)将0.5份大黄酸分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到大黄酸的均匀分散液，备用；
(3)将100份海藻酸钠、20份甘油加入至6000份去离子水中，在70℃下搅拌30min，得到均匀的海藻酸钠溶液，备用；
(4)将步骤(1)所得的银纳米粒子分散液、步骤(2)所得的大黄酸分散液一起加入到步骤(3)所得到的海藻酸钠溶液中，在70℃下搅拌90min，得到均匀的成膜液，备用；
(5)将步骤(4)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥24h，即得到高性能多功能海藻酸钠基复合材料。
实施例2
一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油20份，大黄酸0.5份，淀粉包覆的银纳米粒子6份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将6份淀粉包覆的银纳米粒子分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到银纳米粒子的均匀分散液，备用；
(2)将0.5份大黄酸分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到大黄酸的均匀分散液，备用；
(3)将100份海藻酸钠、20份甘油加入至6000份去离子水中，在70℃下搅拌30min，得到均匀的海藻酸钠溶液，备用；
(4)将步骤(1)所得的银纳米粒子分散液、步骤(2)所得的大黄酸分散液一起加入到步骤(3)所得到的海藻酸钠溶液中，在70℃下搅拌90min，得到均匀的成膜液，备用；
(5)将步骤(4)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥24h，即得到高性能多功能海藻酸钠基复合材料。
实施例3
一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油20份，大黄酸0.5份，淀粉包覆的银纳米粒子9份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将9份淀粉包覆的银纳米粒子分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到银纳米粒子的均匀分散液，备用；
(2)将0.5份大黄酸分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到大黄酸的均匀分散液，备用；
(3)将100份海藻酸钠、20份甘油加入至6000份去离子水中，在70℃下搅拌30min，得到均匀的海藻酸钠溶液，备用；
(4)将步骤(1)所得的银纳米粒子分散液、步骤(2)所得的大黄酸分散液一起加入到步骤(3)所得到的海藻酸钠溶液中，在70℃下搅拌90min，得到均匀的成膜液，备用；
(5)将步骤(4)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥24h，即得到高性能多功能海藻酸钠基复合材料。
对比例
作为以上各个实施例的对比标准，本发明提供在不含有大黄酸、淀粉包覆的银纳米粒子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、20份甘油加入至6000份去离子水中，在70℃下搅拌30min，得到均匀的海藻酸钠溶液，备用；
(2)向步骤(1)所得的海藻酸钠溶液中加入2000份去离子水，在70℃下搅拌90min，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60℃的烘箱中干燥24h，即得到海藻酸钠材料。
结构与性能测试：
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海藻酸钠复合材料进行结构与性能测试，其中海藻酸钠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；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；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；pH响应测试方法如下：在样品材料表面滴上pH为9的碱性缓冲溶液，观察样品材料的颜色变化；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。虾新鲜度监测实验：在做虾新鲜度监测实验时，为了提供实施例的对比标准，本发明还制备了海藻酸钠/大黄酸复合材料(其由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油20份，大黄酸0.5份)，它的制备方法与实施例3的制备方法大致相同，与实施例3的区别在于，该海藻酸钠/大黄酸复合材料不含有淀粉包覆的银纳米粒子；从市场购买鲜虾，将虾(质量：30g)放置在皮氏培养皿内，并使用皮氏培养皿盖密封，盖的下面附有对比例制备的海藻酸钠材料、海藻酸钠/大黄酸复合材料以及实施例所制备的高性能多功能海藻酸钠基复合材料(预先裁剪为直径1cm的样品材料)，随后将上述虾样品置于25℃的环境中贮藏，观察并记录虾的新鲜度变化以及样品材料的颜色变化，并根据GB5009.288-2016方法测试虾样品在贮藏过程中释放的挥发性盐基氮(TVB-N)的值。
上述性能测试数据如表1和表2所示。
表1样品性能测试数据
表2虾新鲜度监测实验结果(其中t为鲜虾的贮藏时间)
海藻酸钠复合材料的SEM结果表明，大黄酸与淀粉包覆的银纳米粒子能够均匀地分散在海藻酸钠基体中，意味着大黄酸、淀粉包覆的银纳米粒子与海藻酸钠基体之间具有良好的相容性，有利于获得性能优异的海藻酸钠基复合材料；pH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，在海藻酸钠材料样品表面滴上pH为9的碱性缓冲溶液后，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棕黄色的，在海藻酸钠复合材料样品表面滴上pH为9的碱性缓冲溶液后，其颜色立即(1秒内)变为黑褐色，表明本发明所制备得到的海藻酸钠复合材料具有优异的pH响应变色性能；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，实施例制备得到的海藻酸钠复合材料是棕黄色的，暴露于氨气环境中后，其颜色可变为黑褐色，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变色性能。
总之，由样品性能测试数据看出(见表1和表2)，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、力学强度、韧性、pH响应、氨气响应、抗菌、紫外屏蔽、蓝光屏蔽等性能，可作为智能指示材料有效地指示虾在贮藏过程中的变质，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)

1.一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，甘油20份，大黄酸0.5份，淀粉包覆的银纳米粒子3-9份；
所述淀粉包覆的银纳米粒子的制备方法包括以下步骤：（S1）将100份的淀粉、25份的氢氧化钠加入至500份的去离子水中，在70℃下搅拌10min，使淀粉完全糊化，得到淀粉溶液；（S2）将60份的硝酸银加入至500份、质量比为200:300的去离子水和异丙醇的混合溶剂中，搅拌混合均匀得到硝酸银溶液；（S3）将步骤S2中所得硝酸银溶液滴加到步骤S1中的淀粉溶液中，在70℃下搅拌反应30 min，得到均匀的棕黄色分散液；（S4）将步骤S3中所得棕黄色分散液放置在80℃的烘箱中干燥24 h，即得到淀粉包覆的银纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种高性能多功能海藻酸钠基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将3-9份淀粉包覆的银纳米粒子分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到淀粉包覆的银纳米粒子均匀分散液，备用；
（2）将0.5份大黄酸分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到大黄酸的均匀分散液，备用；
（3）将100份海藻酸钠、20份甘油加入至6000份去离子水中，在70℃下搅拌30min，得到均匀的海藻酸钠溶液，备用；
（4）将步骤（1）所得的银纳米粒子分散液、步骤（2）所得的大黄酸分散液一起加入到步骤（3）所得到的海藻酸钠溶液中，在70℃下搅拌90min，得到均匀的成膜液，备用；
（5）将步骤（4）所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥24 h，即得到高性能多功能海藻酸钠基复合材料。
3.根据权利要求1所述的高性能多功能海藻酸钠基复合材料的应用，其特征在于，用于食品包装、智能材料、抗菌材料、氨气检测、环境监测与安全领域。
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GR01 Patent grant
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