CN117229594A - 一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜及其制备方法与应用 - Google Patents
一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜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，具体涉及一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜及其制备方法与应用，它是由如下原料制备而成的：聚乙烯乙酸酯、山梨醇、多功能纳米粒子。本发明还提供了上述强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜的制备方法，所制备得到的复合膜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、热致变色、生物可降解等性能，同时能保持较高的可见光透明性，可用作智能指示材料及时有效地指示虾等肉类食品在贮藏过程中的新鲜度变化情况，且该复合材料制备工艺简单，在食品包装、智能材料、热致变色材料、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，具体涉及一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜及其制备方法与应用。
背景技术
聚乙烯乙酸酯（PVAc）是乙酸乙烯酯（VAc）的橡胶状和无定形聚合物，因其具有杰出的特性，包括无毒、便宜、易于合成、优异的成膜性和可生物降解性等，已应用于做粘合剂、涂料、乳化剂、涂料，以及作为合成聚乙烯醇（PVA）的前体等。但是，聚乙烯乙酸酯具有较差的力学性能、热稳定性、水汽阻隔等性能，同时缺少氨气响应、热致变色、紫外阻隔、抗菌等功能，使其在实际运用中受到了一定的限制。本发明以聚乙烯乙酸酯为基质，利用多功能纳米粒子作为功能性填料，以此来改善聚乙烯乙酸酯材料的力学强度、韧性、紫外阻隔、高能蓝光阻隔、氨气响应变色、热致变色、生物可降解等性能，开发一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜，拓宽其在食品包装、智能材料、热致变色材料、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，提供一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基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、热致变色、生物可降解等性能，同时还能保持较高的可见光透明性，可用作智能指示材料及时有效地指示肉类食品（如虾、猪肉、鱼等）在贮藏过程中的新鲜度变化情况，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：
本发明提供了一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚乙烯乙酸酯100份，山梨醇20份，多功能纳米粒子2-8份；
所述多功能纳米材料，其制备方法包括以下步骤：（1）将10份硫酸铁溶解于500份去离子水和2000份乙醇的混合溶剂中，得到均匀的硫酸铁溶液，备用；（2）将20份L-色氨酸加入至500份去离子水和5000份乙醇的混合溶剂中，随后用1mol/L的氢氧化钠的醇溶液调节pH至8，在室温下搅拌30min，得到均匀的溶液，备用；（3）将步骤（2）所得溶液加入至步骤（1）所得到的硫酸铁溶液中，在室温下搅拌反应1h，之后离心分离、洗涤、冷冻干燥，即得到多功能纳米粒子。
本发明还提供了上述强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将100份聚乙烯乙酸酯、20份山梨醇加入至1000份甲醇中，在室温下搅拌3h，得到均匀的共混溶液，备用；
（2）将2-8份多功能纳米粒子分散于500份甲醇中，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)所得到的共混溶液中，在室温下搅拌60min，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55℃的烘箱中干燥24 h，即得到强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜。
所述强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜的应用，其特征在于，用于食品包装、智能材料、热致变色材料、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强韧多功能聚乙烯乙酸酯基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、热致变色、生物可降解等性能，同时还能保持较高的可见光透明性，可用作智能指示材料及时有效地指示肉类食品（如虾、猪肉、鱼等）在贮藏过程中的新鲜度变化情况，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、热致变色材料、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为本发明所涉及的多功能纳米粒子的扫描电镜图；
图2为L-色氨酸与本发明所涉及的多功能纳米粒子的傅里叶红外图谱；
图3为本发明所涉及的多功能纳米粒子的紫外吸收光谱；
图4为本发明对比例所制备的聚乙烯乙酸酯膜样品与实施例1所制备的强韧多功能聚乙烯乙酸酯基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，所述硫酸铁、乙醇、甲醇、氢氧化钠采用的是西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂；L-色氨酸、山梨醇是由上海易恩化学技术有限公司提供的分析纯级试剂；聚乙酸乙烯酯采用的是由如一生物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，所述多功能纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：（1）将10份硫酸铁溶解于500份去离子水和2000份乙醇的混合溶剂中，得到均匀的硫酸铁溶液，备用；（2）将20份L-色氨酸加入至500份去离子水和5000份乙醇的混合溶剂中，随后用1mol/L的氢氧化钠的醇溶液调节pH至8，在室温下搅拌30min，得到均匀的溶液，备用；（3）将步骤（2）所得溶液加入至步骤（1）所得到的硫酸铁溶液中，在室温下搅拌反应1h，之后离心分离、洗涤、冷冻干燥，即得到多功能纳米粒子（其扫描电镜表征结果见图1）。
实施例1
一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：由以下重量份的组分组成：聚乙烯乙酸酯100份，山梨醇20份，多功能纳米粒子2份；
制备方法，包括如下步骤：
（1）将100份聚乙烯乙酸酯、20份山梨醇加入至1000份甲醇中，在室温下搅拌3h，得到均匀的共混溶液，备用；
（2）将2份多功能纳米粒子分散于500份甲醇中，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)所得到的共混溶液中，在室温下搅拌60min，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55℃的烘箱中干燥24 h，即得到强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜。
实施例2
一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：由以下重量份的组分组成：聚乙烯乙酸酯100份，山梨醇20份，多功能纳米粒子5份；
制备方法，包括如下步骤：
（1）将100份聚乙烯乙酸酯、20份山梨醇加入至1000份甲醇中，在室温下搅拌3h，得到均匀的共混溶液，备用；
（2）将5份多功能纳米粒子分散于500份甲醇中，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)所得到的共混溶液中，在室温下搅拌60min，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55℃的烘箱中干燥24 h，即得到强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜。
实施例3
一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：由以下重量份的组分组成：聚乙烯乙酸酯100份，山梨醇20份，多功能纳米粒子8份；
制备方法，包括如下步骤：
（1）将100份聚乙烯乙酸酯、20份山梨醇加入至1000份甲醇中，在室温下搅拌3h，得到均匀的共混溶液，备用；
（2）将8份多功能纳米粒子分散于500份甲醇中，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)所得到的共混溶液中，在室温下搅拌60min，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55℃的烘箱中干燥24 h，即得到强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜。
对比例
作为以上实施例的对比标准，本发明提供在不含有多功能纳米材料的情况下所制备的聚乙烯乙酸酯膜，包括如下步骤：
（1）将100份聚乙烯乙酸酯、20份山梨醇加入至1000份甲醇中，在室温下搅拌3h，得到均匀的共混溶液，备用；
（2）将500份甲醇加入到步骤(1)所得到的共混溶液中，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55℃的烘箱中干燥24 h，即得到聚乙烯乙酸酯膜。
结构与性能测试：
对上述对比例制备得到的聚乙烯乙酸酯膜以及实施例制备得到的强韧多功能聚乙烯乙酸酯基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：将样品材料暴露于氨气环境中2 h，观察并记录样品材料的颜色变化，同时计算样品材料在氨气响应前后的色差值∆E（备注：∆E >3表示人眼可见的明显颜色变化）。
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（%） | 23.2 | 16.6 | 10.5 | 43.8 |
| 高能蓝光平均透过率（%） | 39.8 | 29.3 | 23.1 | 59.7 |
| 可见光(400~800nm)平均透过率（%） | 42.8 | 31.8 | 25.2 | 62.3 |
| 拉伸强度（MPa） | 26.5 | 23.6 | 22.3 | 20.0 |
| 拉伸断裂伸长率（%） | 16.2 | 17.6 | 17.1 | 13.1 |
| 韧性（MJ/m3） | 3.7 | 3.5 | 3.2 | 2.1 |
氨气响应测试实验结果证明，对比例制备得到的聚乙烯乙酸酯复合膜是无色透明的，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，其∆E值为0.98（即该色差是可以忽略的、是人眼无法分辨的）；实施例1制备得到的聚乙烯乙酸酯基复合膜是浅淡黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色发生明显变化，其∆E高达4.81（备注：∆E >3表示人眼可见的明显颜色变化）；实施例2制备得到的聚乙烯乙酸酯基复合膜是浅黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色发生明显变化，其∆E值高达5.15（备注：∆E >3表示人眼可见的明显颜色变化）；实施例3制备得到的聚乙烯乙酸酯基复合膜是黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色发生明显变化，其∆E值高达6.98（备注：∆E >3表示人眼可见的明显颜色变化）。
本发明对比例制备得到的聚乙烯乙酸酯复合膜是无色透明的，置于105℃的高温环境下，其颜色没有发生明显变化，还是呈现出无色透明的光学性质；本发明实施例3制备得到的聚乙烯乙酸酯基复合膜是黄色，置于105℃的高温环境下，其颜色变为黑褐色，说明该复合膜材料具有优异的热致变色性能。
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聚乙烯乙酸酯基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、热致变色、生物可降解等性能，同时还能保持较高的可见光透明性，可用作智能指示材料及时有效地指示虾等肉类食品在贮藏过程中的新鲜度变化情况，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、热致变色材料、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)
1.一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜及其制备方法与应用，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚乙烯乙酸酯100份，山梨醇20份，多功能纳米粒子2-8份；
所述多功能纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：（1）将10份硫酸铁溶解于500份去离子水和2000份乙醇的混合溶剂中，得到均匀的硫酸铁溶液，备用；（2）将20份L-色氨酸加入至500份去离子水和5000份乙醇的混合溶剂中，随后用1mol/L的氢氧化钠的醇溶液调节pH至8，在室温下搅拌30min，得到均匀的溶液，备用；（3）将步骤（2）所得溶液加入至步骤（1）所得到的硫酸铁溶液中，在室温下搅拌反应1h，之后离心分离、洗涤、冷冻干燥，即得到多功能纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将100份聚乙烯乙酸酯、20份山梨醇加入至1000份甲醇中，在室温下搅拌3h，得到均匀的共混溶液，备用；
（2）将2-8份多功能纳米粒子分散于500份甲醇中，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)所得到的共混溶液中，在室温下搅拌60min，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55℃的烘箱中干燥24 h，即得到强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜。
3.根据权利要求1所述的一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜的应用，其特征在于，用于食品包装、智能材料、热致变色材料、氨气检测、环境监测与安全领域。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311215307.9A Pending CN117229594A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种强韧多功能聚乙烯乙酸酯基复合膜及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117229594A (zh) |
-
2023
- 2023-09-20 CN CN202311215307.9A patent/CN117229594A/zh active Pending
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