CN117209859A - 一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜及其制备方法与应用，它是由如下原料制备而成的：醋酸纤维素、甘油、铁‑赖氨酸配合物纳米粒子。本发明还提供了上述醋酸纤维素复合膜的制备方法，所制备的复合膜具有优异的力学强度、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、氨气响应变色、生物可降解等性能，同时能保持较高的可见光透明性，且该复合材料制备工艺简单，在食品包装、智能材料、生物医学、氨气检测、环境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，具体涉及一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜及其制备方法与应用。
背景技术
醋酸纤维素(CA)是一种具有生物降解性的环境友好材料，来源于植物体内的纤维素，具有良好的相容性、选择透过性、力学性能，可应用于包装材料、废水处理、超滤和反渗透等。醋酸纤维素是以纤维素浆粕为原料，经过乙酰化后形成的，纤维素大分子链上3个游离的醇羟基发生了酯化反应，其化学结构呈现晶态和非晶态共存的“两相”结构，晶型为正交晶系，分子链上含有大量的羟基、乙酰基等极性基团，分子间作用力较大，是性能良好的成膜材料。将醋酸纤维素与增塑剂共混后，可以制得具有优异成膜性能的包装材料。本发明以醋酸纤维素为基质，利用铁-赖氨酸配合物纳米粒子作为功能性填料，以此来改善醋酸纤维素膜材料的力学强度、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、氨气响应变色等性能，开发兼具紫外阻隔和氨气响应功能的强韧醋酸纤维素纳米复合膜材料，拓宽其在食品包装、智能材料、生物医学、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，提供一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜及其制备方法与应用。该复合材料具有优异的力学强度、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、氨气响应变色等性能，同时还能保持较高的可见光透明性，且该复合材料制备工艺简单、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紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：醋酸纤维素200份，甘油35份，铁-赖氨酸配合物纳米粒子10-30份；
所述铁-赖氨酸配合物纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：
（1）将14.6份L-赖氨酸加入至5000份乙醇中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的分散液，备用；
（2）取20份硫酸铁，将其加入至1000份去离子水与1000份乙醇的混合溶剂中，在室温下搅拌30 min得到均匀的硫酸铁溶液，备用；
（3）将步骤(2)所得硫酸铁溶液加入至步骤(1)所得的分散液中，在室温下搅拌反应15 min，随后依次经离心分离、洗涤、干燥，即得到铁-赖氨酸配合物纳米粒子。
本发明还提供了上述兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将200份醋酸纤维素、35份甘油加入至3000份丙酮中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的醋酸纤维素溶液，备用；
（2）将10-30份铁-赖氨酸配合物纳米粒子分散于2400份丙酮中，在室温下搅拌60min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得的分散液加入到步骤(1)所得到的醋酸纤维素溶液中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的成膜液，备用；
（4）将步骤(3)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在35℃的烘箱中干燥12 h，即得到兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜材料。
所述兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜的应用，其特征在于，用于食品包装、智能材料、氨气检测、环境安全等领域。
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醋酸纤维素复合膜具有优异的力学强度、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、氨气响应变色、生物可降解等性能，同时还能保持较高的可见光透明性，且该复合材料制备工艺简单、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、氨气检测、环境安全等领域具有广泛的应用价值。
附图说明
图1为本发明所涉及铁-赖氨酸配合物纳米粒子的扫描电镜图；
图2为本发明对比例制备的醋酸纤维素膜样品的光学照片；
图3为本发明实施例2制备的醋酸纤维素复合膜样品的光学照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述， 有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明包括范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述醋酸纤维素采用的是由如一生物科技有限公司提供的产品；L-赖氨酸采用的是上海易恩化学技术有限公司提供的分析纯试剂；丙酮、甘油和硫酸铁是西陇化工股份有限公司提供的分析纯试剂；乙醇采用的是天津市精细化工有限公司提供的分析纯试剂。
在下述具体实施例和对比例配方中，所述铁-赖氨酸配合物纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：
（1）将14.6份L-赖氨酸加入至5000份乙醇中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的分散液，备用；
（2）取20份硫酸铁，将其加入至1000份去离子水与1000份乙醇的混合溶剂中，在室温下搅拌30 min得到均匀的硫酸铁溶液，备用；
（3）将步骤(2)所得硫酸铁溶液加入至步骤(1)所得的分散液中，在室温下搅拌反应15 min，随后依次经离心分离、洗涤、干燥，即得到铁-赖氨酸配合物纳米粒子（其颜色为黄色；其粒径为50-250nm，见图1）。
实施例1
一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：醋酸纤维素200份，甘油35份，铁-赖氨酸配合物纳米粒子10份。
制备方法，包括如下步骤：
（1）将200份醋酸纤维素、35份甘油加入至3000份丙酮中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的醋酸纤维素溶液，备用；
（2）将10份铁-赖氨酸配合物纳米粒子分散于2400份丙酮中，在室温下搅拌60min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得的分散液加入到步骤(1)所得到的醋酸纤维素溶液中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的成膜液，备用；
（4）将步骤(3)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在35℃的烘箱中干燥12 h，即得到兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜材料。
实施例2
一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：醋酸纤维素200份，甘油35份，铁-赖氨酸配合物纳米粒子20份。
制备方法，包括如下步骤：
（1）将200份醋酸纤维素、35份甘油加入至3000份丙酮中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的醋酸纤维素溶液，备用；
（2）将20份铁-赖氨酸配合物纳米粒子分散于2400份丙酮中，在室温下搅拌60min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得的分散液加入到步骤(1)所得到的醋酸纤维素溶液中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的成膜液，备用；
（4）将步骤(3)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在35℃的烘箱中干燥12 h，即得到兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜材料。
实施例3
一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：醋酸纤维素200份，甘油35份，铁-赖氨酸配合物纳米粒子30份。
制备方法，包括如下步骤：
（1）将200份醋酸纤维素、35份甘油加入至3000份丙酮中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的醋酸纤维素溶液，备用；
（2）将30份铁-赖氨酸配合物纳米粒子分散于2400份丙酮中，在室温下搅拌60min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得的分散液加入到步骤(1)所得到的醋酸纤维素溶液中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的成膜液，备用；
（4）将步骤(3)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在35℃的烘箱中干燥12 h，即得到兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜材料。
对比例
作为以上实施例的对比标准，本发明提供在不含有铁-赖氨酸配合物纳米粒子的情况下所制备的醋酸纤维素膜，包括如下步骤：
（1）将200份醋酸纤维素、35份甘油加入至3000份丙酮中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的醋酸纤维素溶液，备用；
（2）将2400份丙酮加入到步骤(1)所得到的醋酸纤维素溶液中，在室温下搅拌60min，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35℃的烘箱中干燥12 h，即得到醋酸纤维素膜。
结构与性能测试：
对上述对比例制备得到的醋酸纤维素膜及实施例制备得到的醋酸纤维素复合膜材料进行结构与性能测试，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计算紫外线平均透过率；拉伸性能按照GB/T1040-2006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
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| 紫外线平均透过率（%） | 0.2 | 0.1 | 0 | 45.1 |
| 高能蓝光平均透过率（%） | 26.7 | 18.9 | 6.3 | 82.9 |
| 拉伸强度（MPa） | 24.7 | 26.3 | 24.1 | 20.0 |
| 韧性（MJ/m3） | 1.5 | 2.1 | 1.4 | 1.0 |
氨气响应测试实验结果证明，对比例制备得到的醋酸纤维素膜是白色透明的，暴露于氨气环境中后，其颜色没有发生变化，还是呈现出白色透明的光学性质；实施例1制备得到醋酸纤维素复合膜是浅黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为浅棕褐色；实施例2制备得到的醋酸纤维素复合膜是黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为棕褐色；实施例3制备得到的醋酸纤维素复合膜是黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为棕褐色。
总之，由样品性能测试数据（表1）看出，本发明所制备得到的醋酸纤维素复合膜具有优异的力学强度、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、氨气响应变色性能，同时还能保持较高的可见光透明性，且该复合材料制备工艺简单、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、氨气检测、环境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)
1.一种兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：醋酸纤维素200份，甘油35份，铁-赖氨酸配合物纳米粒子10-30份；
所述铁-赖氨酸配合物纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：
（1）将14.6份L-赖氨酸加入至5000份乙醇中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的分散液，备用；
（2）取20份硫酸铁，将其加入至1000份去离子水与1000份乙醇的混合溶剂中，在室温下搅拌30 min得到均匀的硫酸铁溶液，备用；
（3）将步骤(2)所得硫酸铁溶液加入至步骤(1)所得的分散液中，在室温下搅拌反应15min，随后依次经离心分离、洗涤、干燥，即得到铁-赖氨酸配合物纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将200份醋酸纤维素、35份甘油加入至3000份丙酮中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的醋酸纤维素溶液，备用；
（2）将10-30份铁-赖氨酸配合物纳米粒子分散于2400份丙酮中，在室温下搅拌60 min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得的分散液加入到步骤(1)所得到的醋酸纤维素溶液中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的成膜液，备用；
（4）将步骤(3)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在35℃的烘箱中干燥12 h，即得到兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜材料。
3.根据权利要求1所述的兼具紫外屏蔽与氨敏变色功能的醋酸纤维素复合膜的应用，其特征在于，用于食品包装、智能材料、氨气检测、环境安全领域。
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