CN117209865A - 一种综合性能优异的海藻酸钠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，具体涉及一种综合性能优异的海藻酸钠复合膜及其制备方法与应用，该复合膜是由如下原料制备而成的：海藻酸钠，铁金属有机框架、山梨醇。本发明还提供了上述海藻酸钠复合膜材料的制备方法，所制备的海藻酸钠复合膜材料具有优异的力学强度、断裂伸长率、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)、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，且制备工艺简单，在食品包装、智能材料、氨气检测、环境监测与安全等领域具有广泛的应用价值。
Description
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种综合性能优异的海藻酸钠复合膜及其制备方法与应用。
背景技术
海藻酸钠是天然高分子材料，无毒、无刺激、机械性能良好、可再生、透明度高、可塑性好，尤其是具有优异的生物相容性和生物降解性，在人体内不会产生免疫
排斥且可被代谢吸收，是目前最有前途的可降解高分子之一。海藻酸钠被广泛应用于食品包装、药物传送和印纺工业等。但与传统石化材料相比，海藻酸钠也存在明显缺点，如水汽阻隔性差、延展性较差、不抗压、断裂伸长率较低、结晶率低、耐热性能不理想等缺点。根据已有的研究可知，将功能性的填料掺杂到海藻酸钠基质中可以有效改善海藻酸钠的性能，提高其应用价值。本发明以海藻酸钠为基质，利用铁金属有机框架和山梨醇作为填料，以此来改善海藻酸钠复合材料的力学强度、断裂伸长率、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)、氨气响应变色等性能，开发综合性能优异的海藻酸钠复合膜材料，拓宽其在食品包装、智能材料、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，提供一种综合性能优异的海藻酸钠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、断裂伸长率、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)、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：
本发明提供了一种综合性能优异的海藻酸钠复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，铁金属有机框架5份、山梨醇0-3份；
所述铁金属有机框架为纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：
（1）称取72.45份的2-吲哚甲酸和25.2份氢氧化钾，将其加入至1500份甲醇中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的溶液，备用；
（2）取40.5份六水合三氯化铁溶于1000份甲醇溶液中，并将其滴加到步骤（1）所得溶液中，在室温下搅拌反应12 h，随后依次经离心分离、用乙醇洗涤、干燥，即得到铁金属有机框架。
本发明还提供了上述综合性能优异的海藻酸钠复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）称取5份的铁金属有机框架加入至8000 份的去离子水中，在室温下搅拌45min，得到铁金属有机框架的均匀分散液，备用；
（2）向步骤（1）的分散液中加入100份的海藻酸钠，在室温下搅拌30 min，得到均匀的混合液，备用；
（3）向步骤（2）的混合液中加入0-3份的山梨醇，在60℃下搅拌2h，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皿中，在60℃的烘箱中干燥24 h，即得到综合性能优异的海藻酸钠复合膜。
所述综合性能优异的海藻酸钠复合膜的应用，可用于食品包装、智能材料、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综合性能优异的海藻酸钠复合膜具有优异的力学强度、断裂伸长率、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)、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，在食品包装、智能材料、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为本发明所涉及的铁金属有机框架的扫描电镜图；
图2为实施例3制备的海藻酸钠复合膜样品材料的实物照片。
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，所述海藻酸钠是由皓鸿生物医药科技有限公司提供的产品 （CAS号：9005-38-3）；山梨醇是由易恩科技发展有限公司提供的分析纯试剂；氢氧化钾是由西陇科学股份有限公司提供的分析纯试剂（CAS号：1310-58-3）；甲醇是由西陇科学股份有限公司提供的分析纯试剂；2-吲哚甲酸是由华威锐科化工有限公司提供的分析纯试剂（CAS号：1477-50-5）。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述铁金属有机框架为纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：
（1）称取72.45份的2-吲哚甲酸和25.2份氢氧化钾，将其加入至1500份甲醇中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的溶液，备用；
（2）取40.5份六水合三氯化铁溶于1000份甲醇溶液中，并将其滴加到步骤（1）所得溶液中，在室温下搅拌反应12 h，随后依次经离心分离、用乙醇洗涤、干燥，即得到铁金属有机框架。
实施例1
一种综合性能优异的海藻酸钠复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，铁金属有机框架5份；
制备方法，包括如下步骤：
（1）称取5份的铁金属有机框架加入至8000 份的去离子水中，在室温下搅拌45min，得到铁金属有机框架的均匀分散液，备用；
（2）向步骤（1）的分散液中加入100份的海藻酸钠，在室温下搅拌30 min，得到均匀的混合液，备用；
（3）将步骤（2）的混合液在60℃下搅拌2h，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皿中，在60℃的烘箱中干燥24 h，即得到综合性能优异的海藻酸钠复合膜。
实施例2
一种综合性能优异的海藻酸钠复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，铁金属有机框架5份、山梨醇 1份；
制备方法，包括如下步骤：
（1）称取5份的铁金属有机框架加入至8000 份的去离子水中，在室温下搅拌45min，得到铁金属有机框架的均匀分散液，备用；
（2）向步骤（1）的分散液中加入100份的海藻酸钠，在室温下搅拌30 min，得到均匀的混合液，备用；
（3）向步骤（2）的混合液中加入1份的山梨醇，在60℃下搅拌2h，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皿中，在60℃的烘箱中干燥24 h，即得到综合性能优异的海藻酸钠复合膜。
实施例3
一种综合性能优异的海藻酸钠复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，铁金属有机框架5份、山梨醇 3份；
制备方法，包括如下步骤：
（1）称取5份的铁金属有机框架加入至8000 份的去离子水中，在室温下搅拌45min，得到铁金属有机框架的均匀分散液，备用；
（2）向步骤（1）的分散液中加入100份的海藻酸钠，在室温下搅拌30 min，得到均匀的混合液，备用；
（3）向步骤（2）的混合液中加入3份的山梨醇，在60℃下搅拌2h，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皿中，在60℃的烘箱中干燥24 h，即得到综合性能优异的海藻酸钠复合膜。
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金属有机框架和山梨醇的情况下所制备的海藻酸钠膜，包括如下步骤：
（1）将100份的海藻酸钠加入到8000份的去离子水中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的混合液，备用；
（2）将步骤（1）的混合液在60℃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皿中，在60℃的烘箱中干燥24 h，即得到海藻酸钠膜。
结构与性能测试：
对上述对比例制备得到的海藻酸钠膜及实施例制备得到的综合性能优异的海藻酸钠复合膜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/T 1040-2006测试；氨气响应测试方法如下：将样品膜材料暴露于氨气环境中，观察样品膜材料的颜色变化。
DPPH自由基清除实验方法如下：
实验组，将0.2g膜样品剪碎、浸泡于5mL乙醇中，浸泡24h后，提取2mL上述浸泡液的上清液，备用；接着，在上述2mL上清液中加入1ml 50mg/L的DPPH溶液，将其摇匀后置于室温黑暗条件下静置1h；然后，采用紫外分光光度计(Lambda750，珀金埃尔默仪器公司)测试上 述混合液在517nm处的吸光度(记为Asample)；对照组，在2mL乙醇中加入1mL 50mg/L的DPPH溶 液，将其摇匀后置于室温黑暗条件下静置1h；然后，采用紫外分光光度计(Lambda750，珀金 埃尔默仪器公司)测试上述混合液在517nm处的吸光度(记为Acontrol)；DPPH自由基清除率 (％)＝100*(Acontrol-Asample)/Acontrol。
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1 |
| 紫外线平均透过率（%） | 0.75 | 0.36 | 0.32 | 42.74 |
| 高能蓝光平均透过率（%） | 6.69 | 6.46 | 6.27 | 76.12 |
| 拉伸强度（MPa） | 79.71 | 81.23 | 83.71 | 76.4 |
| 断裂伸长率（%） | 12.48 | 12.81 | 13.02 | 12.07 |
| 韧性（MJ/m3） | 8.93 | 10.80 | 13.1 | 6.19 |
氨气响应测试实验结果证明，对比例制备得到的海藻酸钠膜材料是无色透明的，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1制得的综合性能优异的海藻酸钠复合膜材料是棕褐色，暴露于氨气环境中，其颜色变为黄色；实施例2制备得到的综合性能优异的海藻酸钠复合膜材料是棕褐色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为黄色；实施例3制备得到的综合性能优异的海藻酸钠复合膜材料是棕褐色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为黄色。
DPPH自由基清除实验结果证明，对比例制备得到的海藻酸钠膜材料没有抗氧化活性，而实施例1制得的综合性能优异的海藻酸钠复合膜材料，其DPPH自由基清除率为11.03%，即实施例1制得的综合性能优异的海藻酸钠复合膜材料具有明显的抗氧化活性。
总之，由样品性能测试数据（见表1）看出，本发明所制备得到的综合性能优异的海藻酸钠复合膜材料具有优异的力学强度、断裂伸长率、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、DPPH自由基清除活性(即抗氧化活性)、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、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)
1.一种综合性能优异的海藻酸钠复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：海藻酸钠100份，铁金属有机框架5份、山梨醇0-3份；
所述铁金属有机框架，其制备方法包括以下步骤：
（1）称取72.45份的2-吲哚甲酸和25.2份氢氧化钾，将其加入至1500份甲醇中，在室温下搅拌2 h，得到均匀的溶液，备用；
（2）取40.5份六水合三氯化铁溶于1000份甲醇溶液中，并将其滴加到步骤（1）所得溶液中，在室温下搅拌反应12 h，随后依次经离心分离、用乙醇洗涤、干燥，即得到铁金属有机框架。
2.根据权利要求1所述的综合性能优异的海藻酸钠复合膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）称取5份的铁金属有机框架加入至8000 份的去离子水中，在室温下搅拌45min，得到铁金属有机框架的均匀分散液，备用；
（2）向步骤（1）的分散液中加入100份的海藻酸钠，在室温下搅拌30 min，得到均匀的混合液，备用；
（3）向步骤（2）的混合液中加入0-3份的山梨醇，在60℃下搅拌2h，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皿中，在60℃的烘箱中干燥24 h，即得到综合性能优异的海藻酸钠复合膜。
3.根据权利要求1所述的综合性能优异的海藻酸钠复合膜的应用，其特征在于，用于食品包装、智能材料、氨气检测、抗氧化、环境监测与安全领域。
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Legal Events
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