CN117304582A - 一种高性能多功能马铃薯淀粉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，涉及一种高性能多功能马铃薯淀粉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：马铃薯淀粉，山梨醇，铜‑钠金属有机框架。本发明还提供了上述高性能多功能马铃薯淀粉复合膜的制备方法，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、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，具体涉及一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜及其制备方法与应用。
背景技术
马铃薯淀粉来源丰富，价格低廉，具有完全可降解的特性，以及高生物相容性和良好的成膜性，是最有潜力的天然生物降解材料之一。将马铃薯淀粉与增塑剂共混后，可以制得具有优异成膜性能的热塑性淀粉材料。因此，热塑性淀粉基生物可降解材料在食品包装、农业生产、造纸、电子器件等各个领域具有潜在应用价值。然而，热塑性淀粉基材料表现出一些局限性，如较差的力学强度、韧性、水汽阻隔性能、紫外线屏蔽性能和高能短波蓝光阻隔性能，并缺少氨气响应变色与抗菌功能，这严重制约了热塑性淀粉基复合材料在包装、紫外线防护等领域的应用。因此，开发高性能多功能的热塑性淀粉基复合膜材料，具有广泛而重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，以马铃薯淀粉和山梨醇为基料、铜-钠金属有机框架为功能性填料，提供一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜及其制备方法与应用。该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：
本发明提供了一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：马铃薯淀粉150份，山梨醇30份，铜-钠金属有机框架3-9份；
所述铜-钠金属有机框架的化学式为CuNa2(C6S2O6NH5)2(H2O)2，式中C6S2O6NH5为2-氨基-1,4苯二磺酸阴离子；
所述铜-钠金属有机框架为自制的纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：
(1)将28质量份的一水合醋酸铜溶解在1500质量份的去离子水中，得到均匀的醋酸铜溶液，备用；(2)将10质量份的2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐溶解在1500质量份的去离子水中，得到均匀的溶液，备用；(3)将步骤(2)得到的溶液加入至步骤(1)得到的醋酸铜溶液中，在室温下搅拌1 h，得到均匀的共混溶液；(4)将上述步骤(3)所得共混溶液用保鲜膜密封于烧杯中，然后置于烘箱中在80℃下反应48h，随后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到铜-钠金属有机框架。
一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将150份马铃薯淀粉、30份山梨醇加入至4000份去离子水中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的淀粉溶液，备用；
（2）将3-9份铜-钠金属有机框架分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
（4）将步骤(3)得到的成膜液浇注到有机玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥48h，即得到高性能多功能马铃薯淀粉复合膜。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果：
本发明利用自制的铜-钠金属有机框架作为功能性填料，能够有效地改善马铃薯淀粉基复合膜材料的性能。本发明所制备得到的高性能多功能马铃薯淀粉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、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为本发明所涉及的铜-钠金属有机框架的扫描电镜图；
图2为本发明所涉及的铜-钠金属有机框架的傅里叶红外图谱；
图3为本发明对比例所制备的马铃薯淀粉膜样品与实施例1所制备的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜样品的光学照片。
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2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐是由上海科思曼化学技术有限公司提供的分析纯级试剂；一水合醋酸铜是由西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂；马铃薯淀粉（CAS号: 9005-25-8）购自于阿拉丁生化科技股份有限公司；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。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述铜-钠金属有机框架为纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：(1)将28质量份的一水合醋酸铜溶解在1500质量份的去离子水中，得到均匀的醋酸铜溶液，备用；(2)将10质量份的2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐溶解在1500质量份的去离子水中，得到均匀的溶液，备用；(3)将步骤(2)得到的溶液加入至步骤(1)得到的醋酸铜溶液中，在室温下搅拌1 h，得到均匀的共混溶液；(4)将上述步骤(3)所得共混溶液用保鲜膜密封于烧杯中，然后置于烘箱中在80℃下反应48h，随后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到铜-钠金属有机框架。
实施例1
一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：马铃薯淀粉150份，山梨醇30份，铜-钠金属有机框架3份。
制备方法，包括如下步骤：
（1）将150份马铃薯淀粉、30份山梨醇加入至4000份去离子水中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的淀粉溶液，备用；
（2）将3份铜-钠金属有机框架分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
（4）将步骤(3)得到的成膜液浇注到有机玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥48h，即得到高性能多功能马铃薯淀粉复合膜。
实施例2
一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：马铃薯淀粉150份，山梨醇30份，铜-钠金属有机框架6份。
制备方法，包括如下步骤：
（1）将150份马铃薯淀粉、30份山梨醇加入至4000份去离子水中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的淀粉溶液，备用；
（2）将6份铜-钠金属有机框架分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
（4）将步骤(3)得到的成膜液浇注到有机玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥48h，即得到高性能多功能马铃薯淀粉复合膜。
实施例3
一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：马铃薯淀粉150份，山梨醇30份，铜-钠金属有机框架9份。
制备方法，包括如下步骤：
（1）将150份马铃薯淀粉、30份山梨醇加入至4000份去离子水中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的淀粉溶液，备用；
（2）将9份铜-钠金属有机框架分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
（4）将步骤(3)得到的成膜液浇注到有机玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥48h，即得到高性能多功能马铃薯淀粉复合膜。
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铜-钠金属有机框架的情况下所制备的马铃薯淀粉材料，包括如下步骤：
（1）将150份马铃薯淀粉、30份山梨醇加入至4000份去离子水中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的淀粉溶液，备用；
（2）将1000份去离子水加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
（3）将步骤(2) 得到的成膜液浇注到有机玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥48h，即得到马铃薯淀粉膜。
结构与性能测试：
对上述对比例制备得到的马铃薯淀粉膜以及实施例制备得到的高性能多功能马铃薯淀粉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；拉伸性能通过电子拉力试验机(LDW-2G)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。
虾新鲜度监测实验：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马铃薯淀粉膜及实施例3所制备的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜（预先裁剪为直径为1 cm的样品膜材料），随后将上述虾样品置于25℃烘箱中贮藏，观察并记录虾的新鲜度变化以及样品膜材料的颜色变化。
上述性能测试数据如表1与表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）
氨气响应测试实验结果证明，对比例制备得到的马铃薯淀粉膜是无色透明的，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；实施例1制备得到的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜是浅淡绿色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为浅淡蓝色；实施例2制备得到的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜是浅绿色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为浅蓝色；实施例3制备得到的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜是绿色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为蓝色，此外将上述颜色变为蓝色的复合膜置于相对湿度为90%的环境中后，其颜色可恢复为绿色，再将其暴露于氨气环境中后，其颜色又转变为蓝色；上述结果说明，本发明实施例制备得到的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜具有优异的氨气响应变色性能，且可以重复使用。
总之，由样品性能测试数据（见表1与2）看出，本发明所制备得到的高性能多功能马铃薯淀粉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（见表2），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)
1.一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：马铃薯淀粉150份，山梨醇30份，铜-钠金属有机框架3-9份；
所述铜-钠金属有机框架的化学式为CuNa2(C6S2O6NH5)2(H2O)2，式中C6S2O6NH5为2-氨基-1,4苯二磺酸阴离子；
所述铜-钠金属有机框架为纳米粒子，其制备方法包括以下步骤：(1)将28质量份的一水合醋酸铜溶解在1500质量份的去离子水中，得到均匀的醋酸铜溶液，备用；(2)将10质量份的2-氨基-1,4苯二磺酸单钠盐溶解在1500质量份的去离子水中，得到均匀的溶液，备用；(3)将步骤(2)得到的溶液加入至步骤(1)得到的醋酸铜溶液中，在室温下搅拌1 h，得到均匀的共混溶液；(4)将上述步骤(3)所得共混溶液用保鲜膜密封于烧杯中，然后置于烘箱中在80℃下反应48h，随后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到铜-钠金属有机框架。
2.根据权利要求1所述的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将150份马铃薯淀粉、30份山梨醇加入至4000份去离子水中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的淀粉溶液，备用；
（2）将3-9份铜-钠金属有机框架分散于1000份去离子水中，在室温下搅拌30min，得到均匀的分散液，备用；
（3）将步骤(2)所得分散液加入到步骤(1)所得的淀粉溶液中，在90℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
（4）将步骤(3)得到的成膜液浇注到有机玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥48h，即得到高性能多功能马铃薯淀粉复合膜。
3.根据权利要求1所述的高性能多功能马铃薯淀粉复合膜的应用，其特征在于，用于食品包装、智能材料、氨气检测、环境监测与安全领域。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311215312.XA CN117304582A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202311215312.XA CN117304582A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种高性能多功能马铃薯淀粉复合膜及其制备方法与应用 |
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| CN117304582A true CN117304582A (zh) | 2023-12-29 |
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