CN116478432A - 基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备及应用 - Google Patents
基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116478432A CN116478432A CN202310189461.7A CN202310189461A CN116478432A CN 116478432 A CN116478432 A CN 116478432A CN 202310189461 A CN202310189461 A CN 202310189461A CN 116478432 A CN116478432 A CN 116478432A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- suspension
- nano cellulose
- preparation
- sugar alcohol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title claims description 19
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 claims abstract description 45
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002696 acid base indicator Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 150000005846 sugar alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000004386 Erythritol Substances 0.000 claims description 20
- UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N Erythritol Natural products OCC(O)C(O)CO UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 235000019414 erythritol Nutrition 0.000 claims description 20
- UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N erythritol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N 0.000 claims description 20
- 229940009714 erythritol Drugs 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- -1 small molecule sugar alcohol Chemical class 0.000 claims description 11
- 235000010208 anthocyanin Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000004410 anthocyanin Substances 0.000 claims description 10
- 229930002877 anthocyanin Natural products 0.000 claims description 10
- 150000004636 anthocyanins Chemical class 0.000 claims description 10
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 claims description 7
- 229930195725 Mannitol Natural products 0.000 claims description 7
- 239000000594 mannitol Substances 0.000 claims description 7
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000000845 maltitol Substances 0.000 claims description 5
- 235000010449 maltitol Nutrition 0.000 claims description 5
- VQHSOMBJVWLPSR-WUJBLJFYSA-N maltitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]([C@H](O)CO)O[C@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O VQHSOMBJVWLPSR-WUJBLJFYSA-N 0.000 claims description 5
- 229940035436 maltitol Drugs 0.000 claims description 5
- 230000026041 response to humidity Effects 0.000 claims description 4
- 230000035440 response to pH Effects 0.000 claims description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 3
- NEZONWMXZKDMKF-JTQLQIEISA-N Alkannin Chemical compound C1=CC(O)=C2C(=O)C([C@@H](O)CC=C(C)C)=CC(=O)C2=C1O NEZONWMXZKDMKF-JTQLQIEISA-N 0.000 claims description 2
- 235000009328 Amaranthus caudatus Nutrition 0.000 claims description 2
- 240000001592 Amaranthus caudatus Species 0.000 claims description 2
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 claims description 2
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 claims description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 2
- 241001071917 Lithospermum Species 0.000 claims description 2
- TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N Xylitol Natural products OCCC(O)C(O)C(O)CCO TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UNNKKUDWEASWDN-UHFFFAOYSA-N alkannin Natural products CC(=CCC(O)c1cc(O)c2C(=O)C=CC(=O)c2c1O)C UNNKKUDWEASWDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000012735 amaranth Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004178 amaranth Substances 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 229960001855 mannitol Drugs 0.000 claims description 2
- HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N meso ribitol Natural products OCC(O)C(O)C(O)CO HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 claims description 2
- 235000010356 sorbitol Nutrition 0.000 claims description 2
- 229960002920 sorbitol Drugs 0.000 claims description 2
- 239000000811 xylitol Substances 0.000 claims description 2
- 235000010447 xylitol Nutrition 0.000 claims description 2
- HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N xylitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960002675 xylitol Drugs 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000004986 Cholesteric liquid crystals (ChLC) Substances 0.000 description 4
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000001599 direct drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000003098 cholesteric effect Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000006174 pH buffer Substances 0.000 description 1
- 239000007793 ph indicator Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000005316 response function Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2301/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08J2301/02—Cellulose; Modified cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/05—Alcohols; Metal alcoholates
- C08K5/053—Polyhydroxylic alcohols
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Preparation And Processing Of Foods (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备方法，包括步骤：配制纳米纤维素晶体悬浮液：将纳米纤维素晶体与去离子水混合搅拌，配制为悬浮液，配制复合悬浮液：将小分子糖醇与纳米纤维素晶体以质量比(0.5～3)：10的配比，酸碱指示剂以质量比(0.5‑5)：100的配比加入所述悬浮液中；制备薄膜：取配制的复合悬浮液至容器中，密封静置24‑72h后，自然干燥成膜。本制备方法将纳米纤维素晶体与常见小分子糖醇进行复合，利用糖醇增塑性，一定程度上解决了纳米纤维素晶体薄膜脆性大的问题；与糖醇复合也并未影响纳米纤维素晶体薄膜独特的光学特性，扩大了其实用价值及应用范围。
Description
技术领域
本发明属于有机高分子材料领域，具体涉及一种具有双重响应功能的复合膜的制备方法，以及复合膜的应用。
背景技术
纳米纤维素晶体通常是通过硫酸水解所获得的直径小于100nm的纤维素材料，具有易获得、可降解的特性。由于其表面的磺酸根离子，在高于临界浓度时纳米纤维素晶体可自组装形成胆甾型液晶。这样的特殊结构赋予纳米纤维素独特的光学特性，并能通过简单的室温干燥过程将特殊结构保留在形成的薄膜中，使薄膜呈现独特的结构色。纳米纤维素晶体亲水性较强，对环境中的水分子及其他小分子具有吸附作用，可以改变胆甾型液晶的螺距从而有效调节纳米纤维素晶体薄膜的颜色，因此纳米纤维素晶体也逐渐被应用于传感器等领域。
目前，纳米纤维素晶体薄膜基本均通过直接干燥方式制备，未经任何制备工艺优化的薄膜会出现明显的咖啡环现象，薄膜中心圆环与边界颜色差异较大，削弱了其作为传感材料的应用价值。另外，由于纳米纤维素晶体的脆性较大，其形成的薄膜同样具有此缺陷。一些高分子增塑剂，如聚乙二醇等，已经应用于纳米纤维素晶体薄膜中以提高机械性能，但高分子增塑剂的添加极易影响纳米纤维素晶体薄膜的特殊结构，导致其丧失独特的光学特性、薄膜颜色消失。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的第一个目的是提出一种一种基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备方法，获得对湿度和pH值变化均有颜色响应的薄膜。
本发明的第二个目的是提供所制得的双重响应柔性复合膜。
本发明的第三个目的是提供所述双重响应柔性复合膜的应用。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备方法，包括步骤：
(1)配制纳米纤维素晶体悬浮液：将纳米纤维素晶体与去离子水混合搅拌，配制为悬浮液，其中纳米纤维素晶体的浓度为1.0-3.0wt％；
(2)配制复合悬浮液：将小分子糖醇与纳米纤维素晶体以质量比(0.5～3)：10的配比，酸碱指示剂以质量比(0.5-5)：100的配比加入所述悬浮液中；
(3)制备薄膜：取步骤(2)配制的复合悬浮液至容器中，密封静置24-72h后，自然干燥成膜。
其中，所述小分子糖醇选自山梨糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇和麦芽糖醇中的一种或多种；所述酸碱指示剂为植物酸碱指示剂，选自花青素、紫草素、天然苋菜红色素中的一种。
优选地，所述小分子糖醇为赤藓糖醇，赤藓糖醇与纳米纤维素晶体以质量比(1～1.2)：10的配比加入。
其中，所述酸碱指示剂为花青素，花青素与纳米纤维素晶体以质量比(1-2)：100的配比加入所述悬浮液中。
进一步地，步骤(2)中，将小分子糖醇和酸碱指示剂加入后，持续搅拌1小时，然后400-1000W超声处理2-5min。
其中，所述步骤(3)中，取配制的复合悬浮液至容器中使液面厚度为2～5mm，密封静置24-72h后干燥成膜。
进一步优选地，所述步骤(3)中，取所述复合悬浮液至容器中，密封静置45-50h后，置于20～28℃，30～60％RH条件下自然干燥成膜。
所述制备方法制得的双重响应柔性复合膜。
所述双重响应柔性复合膜的应用，用于对湿度和酸碱度的颜色响应。
其中，置于35％-85％RH的湿度环境下，所述双重响应柔性复合膜可实现可逆颜色响应，在环境pH值范围为4-12时，同样可实现颜色响应。
本复合膜置于85％ RH，25℃的环境下进行湿度响应，3min后复合膜由蓝绿色(523nm)转变为红色(645nm)。放置于35％RH环境下能快速回到蓝色，且能实现多次循环响应。将本复合膜放入pH值由4到12的溶液中同样具有颜色响应现象。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提出的双重响应柔性复合膜制备方法简单且有效改善咖啡环效应，使薄膜颜色更加均匀。
(2)本制备方法将纳米纤维素晶体与常见小分子糖醇进行复合，利用糖醇增塑性，一定程度上解决了纳米纤维素晶体薄膜脆性大的问题；与糖醇复合也并未影响纳米纤维素晶体薄膜独特的光学特性，扩大了其实用价值及应用范围。
(3)本方法制备的双重响应柔性复合膜具有多重响应性和可逆性，基于小分子糖醇的吸湿性及花青素的pH敏感性，能实现对环境湿度及pH值变化的快速响应。
附图说明
图1为1.5wt％纳米纤维素晶体溶液密封静置不同时间后干燥制备所得柔性复合膜的图片。
图2为CNC悬浮液AFM图像。
图3为添加不同质量赤藓糖醇的双重响应柔性复合膜的AFM图像(添加量分别为10％、20％、30％)。
图4为添加不同质量甘露糖醇的双重响应柔性复合膜的AFM图像(添加量分别为10％、20％、30％)。
图5为添加不同质量麦芽糖醇的双重响应柔性复合膜的AFM图像(添加量分别为10％、20％、30％)
图6为添加不同质量赤藓糖醇的双重响应柔性复合膜的应力应变曲线图(添加量分别为10％、20％、30％)
图7为赤藓糖醇添加量为10％的双重响应柔性复合膜的循环响应曲线。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如无特别说明，说明书中使用的试验原料、测试仪器均可市购。
如无特别说明，实施例中的份数均为质量份，百分比例均为质量百分比。
参见图2，实施例所用纳米纤维素晶体(CNC)具有纺锤形棒状形貌，长度为150～330nm之间，直径为10～20nm。
实施例1：
本实施例的一种基于自组装行为的柔性复合膜的制备方法，包括步骤：
(1)称取0.300g纳米纤维素晶体于20mL去离子水中，磁力搅拌30min，使悬浮液混合均匀，转速约为1200rpm，使纳米纤维素晶体质量分数为1.5wt％，置于4℃冰箱中备用；
(2)取步骤(1)中配制的悬浮液3mL至直径为35mm的一次性塑料培养皿中，密封静置，静置的时间分别0,24,48和72小时。静置后置于室温条件(25℃，45％ RH)自然干燥成膜，观察薄膜颜色均匀程度。
参见图1可知，直接干燥的薄膜颜色范围较窄，大部分区域并未显示色彩，随着密封静置时间延长，明显观察到薄膜颜色范围扩大，密封静置时间为72h时，有颜色范围几乎覆盖整个薄膜。而密封静置48小时就能体现较为明显的颜色范围变化，因此后续试验均采用48小时的密封静置时间。
通过密封静置的方式，赋予纳米纤维素晶体更多时间进行自组装，减少在直接干燥工艺中胆甾型液晶未完全自组装便被固定在薄膜中的问题，使结构更加有序一致，从宏观观察即为薄膜颜色更加均匀。
实施例2
本实施例的一种基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备方法，包括步骤：
(1)称取纳米纤维素晶体于20mL去离子水中，磁力搅拌30min，使悬浮液混合均匀，转速约为1200rpm，最终纳米纤维素晶体质量分数为1.5wt％，置于4℃冰箱中备用；
(2)将赤藓糖醇与纳米纤维素晶体以质量比10％的配比，花青素以质量比2％的配比加入(1)所述溶液中，继续磁力搅拌1h后在400W下超声处理2min；
(3)取(2)中悬浮液3mL至直径为35mm的一次性塑料培养皿中，密封静置48h后，置于室温条件(25℃，45％ RH)自然干燥成膜。
图3是步骤(2)所得悬浮液的微观形貌。
实施例3
调整实施例2中添加小分子糖醇为甘露糖醇，其他步骤与实施例2保持一致。
实施例4
调整实施例2中添加小分子糖醇为麦芽糖醇，其他步骤与实施例2保持一致。
将实施例2-4所得悬浮液进行微观形貌观测，薄膜进行力学性能测试，测试结果示于图3-6。
由图2-5可知，相较于甘露糖醇和麦芽糖醇，赤藓糖醇能够更好地包裹于CNC晶体结构上，这意味着当CNC自组装时，赤藓糖醇能更好镶嵌于CNC胆甾相液晶结构中，调节薄膜颜色变化。因为赤藓糖醇具有较强吸湿性，当环境中湿度较大时，赤藓糖醇吸湿导致CNC胆甾相结构螺距变大，薄膜颜色红移。
由图6左图可知，当赤藓糖醇添加量为10％时，薄膜拉伸强度最大，应变量达到5.9％，薄膜韧性同样为最大；随着赤藓糖醇的添加量逐渐增大，复合薄膜拉伸强度和韧性均出现逐渐下降趋势，应变量下降至1.9％。添加量为10％和20％时，薄膜机械性能均优于纯CNC薄膜，当添加量为30％时，薄膜机械性能低于纯CNC薄膜。这是由于适量小分子糖醇可包裹在纳米纤维素晶体四周，改善其原有的脆性问题，增大了薄膜的韧性。但随着过多赤藓糖醇的加入，会破坏其原本的自组装结构，导致薄膜机械性能整体下降。
添加甘露糖醇的薄膜机械性能变化趋势与添加赤藓糖醇相同，参见图6之中间图，甘露糖醇添加量10％的复合膜的应变达4.4％，而添加量30％的复合膜应变降至2.8％。添加麦芽糖醇的薄膜机械性能，随着添加量增大而上升，参见图6之右图，麦芽糖醇添加量10％的复合膜的应变为2.7％，而添加量为30％的复合膜应变为4.2％，优于纯CNC薄膜应变量2.3％。但由于添加过量小分子糖醇嵌入CNC晶体结构，使得薄膜原本颜色红移，从而限制其薄膜后续应用。
应用实施例
将实施例2中赤藓糖醇添加量为10％的复合薄膜置于85％ RH，25℃的环境下进行湿度响应，3min后复合薄膜由蓝绿色(523nm)转变为红色(645nm)。且放置于35％RH环境下能快速回到蓝色，能实现多次循环响应。参见图7。将长20mm，宽10mm的长条形样品放入不同pH缓冲液(pH值由4到12)同样具有颜色响应现象。当置于酸性溶液(pH4-pH6)中，薄膜颜色出现轻微红移，这主要是因为CNC自身吸湿性。溶液为接近中性(pH7-pH8)时，薄膜接近无色；随着溶液碱性不断增强，薄膜颜色由浅灰色(pH9-pH10)，转变为浅绿色和深绿色(pH11-pH12)，这归因于花青素的pH敏感性。
本发明的制备方法，以纳米纤维素晶体作为原材料，以小分子糖醇作为增塑剂，以花青素作为pH指示剂，基于纳米纤维素晶体的自组装行为，通过先密封静置后干燥的薄膜制备工艺制备一种双重响应的柔性纳米纤维素复合膜。该制备方法简单，所有复合材料均安全无害、易于获得，制备所得的薄膜对湿度和pH值变化均有颜色响应，且较纯纳米纤维素晶体薄膜具有更好的柔韧性。
虽然，以上通过实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本发明精神和实质的前提下，对本发明所做的改进和变型，均应属于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)配制纳米纤维素晶体悬浮液：将纳米纤维素晶体与去离子水混合搅拌，配制为悬浮液，其中纳米纤维素晶体的浓度为1.0-3.0wt％；
(2)配制复合悬浮液：将小分子糖醇与纳米纤维素晶体以质量比(0.5～3)：10的配比，酸碱指示剂以质量比(0.5-5)：100的配比加入所述悬浮液中；
(3)制备薄膜：取步骤(2)配制的复合悬浮液至容器中，密封静置24-72h后，自然干燥成膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述小分子糖醇选自山梨糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、甘露糖醇和麦芽糖醇中的一种或多种；所述酸碱指示剂为植物酸碱指示剂，选自花青素、紫草素、天然苋菜红色素中的一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述小分子糖醇为赤藓糖醇，赤藓糖醇与纳米纤维素晶体以质量比(1～1.2)：10的配比加入。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸碱指示剂为花青素，花青素与纳米纤维素晶体以质量比(1-2)：100的配比加入所述悬浮液中。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将小分子糖醇和酸碱指示剂加入后，持续搅拌1小时，然后400-1000W超声处理2-5min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，取配制的复合悬浮液至容器中使液面厚度为2～5mm，密封静置24-72h后干燥成膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，取所述复合悬浮液至容器中，密封静置45-50h后，置于20～28℃，30～60％RH条件下自然干燥成膜。
8.权利要求1～7任一项所述制备方法制得的双重响应柔性复合膜。
9.权利要求8所述双重响应柔性复合膜的应用，其特征在于，用于对湿度和酸碱度的颜色响应。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，置于35％-85％RH的湿度环境下，所述双重响应柔性复合膜可实现可逆颜色响应，在环境pH值范围为4-12时，同样可实现颜色响应。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310189461.7A CN116478432A (zh) | 2023-02-23 | 2023-02-23 | 基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310189461.7A CN116478432A (zh) | 2023-02-23 | 2023-02-23 | 基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备及应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116478432A true CN116478432A (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=87225708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310189461.7A Pending CN116478432A (zh) | 2023-02-23 | 2023-02-23 | 基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116478432A (zh) |
-
2023
- 2023-02-23 CN CN202310189461.7A patent/CN116478432A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112266502B (zh) | 一种多重响应纳米纤维素复合膜及其制备方法 | |
| Ge et al. | Intelligent gelatin/oxidized chitin nanocrystals nanocomposite films containing black rice bran anthocyanins for fish freshness monitorings | |
| Galvis-Sanchez et al. | Natural deep eutectic solvents as green plasticizers for chitosan thermoplastic production with controlled/desired mechanical and barrier properties | |
| Minoura et al. | Physico-chemical properties of silk fibroin membrane as a biomaterial | |
| Garcia et al. | Physicochemical, water vapor barrier and mechanical properties of corn starch and chitosan composite films | |
| US3846404A (en) | Process of preparing gelled cellulose triacetate products and the products produced thereby | |
| KR101877606B1 (ko) | 천연 안토시아닌 색소와 천연 고분자 물질을 이용한 pH 인디케이터 필름 및 이의 제조방법 | |
| He et al. | Intelligent pH-sensing film based on polyvinyl alcohol/cellulose nanocrystal with purple cabbage anthocyanins for visually monitoring shrimp freshness | |
| JP2014528994A (ja) | 物性が強化されたキトサンおよび／またはキチン複合体およびその用途 | |
| CN108484797B (zh) | 烷氧醚树枝化壳聚糖、其水凝胶材料及其制备方法 | |
| CN106589429B (zh) | 一种多功能光子晶体纸及其制备方法 | |
| Liu et al. | pH-responsive discoloration silk fibroin films based on prodigiosin from microbial fermentation | |
| Zhang et al. | Variation of blending ratio and drying temperature optimize the physical properties and compatibility of HPMC/curdlan films | |
| Zhang et al. | Performance-enhanced regenerated cellulose film by adding grape seed extract | |
| CN113818095B (zh) | 一种基于霍夫迈斯特效应的可大规模制备可降解明胶水凝胶纤维的湿法纺丝方法 | |
| CN116478432A (zh) | 基于自组装行为的双重响应柔性复合膜的制备及应用 | |
| Zhang et al. | Blending with shellac to improve water resistance of soybean protein isolate film | |
| Cheng et al. | Aromatic vapor responsive molecular packing rearrangement in supramolecular gels | |
| Zakaria et al. | Alginate/dye composite film-based colorimetric sensor for ammonia sensing: Chicken spoilage | |
| An et al. | Cellulose nanocrystals-based bio-composite optical materials for reversible colorimetric responsive films and coatings | |
| Zhang et al. | Fabricating a visibly colorimetric film via self-releasing of anthocyanins from distributed mulberry pomace particles in hydrophilic sodium carboxymethyl starch-based matrix to monitor meat freshness | |
| Gao et al. | A biodegradable pH-response packaging film with blueberry extract: Blown-extrusion fabrication, multifunctional activity, and kinetic investigation | |
| Immirzi et al. | Biodegradable films of natural polysaccharides blends. | |
| Baimark et al. | Preparation of flexible silk fibroin films plasticized with glucose | |
| Mehraj et al. | Castor Oil and Cocoa Butter to Improve the Moisture Barrier and Tensile Properties of Pectin Films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |