一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及淀粉基复合材料技术领域，具体涉及一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜及其制备方法与应用。

背景技术

淀粉属于高分子碳水化合物，由多个葡萄糖通过糖苷键连接而成，是一种可再生植物资源，广泛存在于谷物、块茎和豆类中。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。然而，淀粉基材料表现出一些局限性，如较差的机械性能、水汽阻隔性能、氧气阻隔性能、紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能，同时缺少氨气响应、热致变色、抗菌等功能，使其在实际运用中受到了一定的限制。这严重制约了淀粉基复合材料在包装、紫外线防护、氨气响应、抗菌等领域的应用。因此，开发一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜是具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，以淀粉为基料、铁金属有机框架为填料，提供一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜及其制备方法，将铁金属有机框架纳米粒子添加到淀粉基体中以后，能够有效地改善淀粉基膜材料的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能、力学性能、氧气阻隔性、热致变色以及氨气响应变色性能，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。

本发明的技术方案：

一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉200份，铁金属有机框架2-6份。

所述铁金属有机框架的制备方法包括以下步骤：

（1）将15.5质量份的D-组氨酸溶解在5000质量份去离子水中，备用；

（2）将50质量份的硫酸铁溶解于1000质量份去离子水中，备用；

（3）将上述步骤(2)的硫酸铁溶液滴加至步骤(1)的溶液中，在室温下搅拌反应1h，然后离心、洗涤、冷冻干燥，即得到铁金属有机框架。

所述氨敏型的强韧淀粉基复合膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将200份淀粉添加到3000份去离子水中，先在室温下搅拌30min，再在95℃下搅拌30min，得到均匀的淀粉溶液，备用；

（2）将2-6份铁金属有机框架分散于1000份去离子水中，搅拌1h，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，并在95℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，备用；

（4）将步骤（3）中的成膜液浇注到塑料模具上，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到氨敏型的强韧淀粉基复合膜。

本发明具有的有益效果：

本发明利用自制铁金属有机框架作为改性剂，能够有效地改善淀粉基复合膜材料的性能。本发明所制备得到的氨敏型的强韧淀粉复合膜具有优异的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能、力学强度、韧性、氧气阻隔性、热致变色以及氨气响应变色性能，且制备工艺简单环保、成本低廉、适于放大生产，在氨气的可视化检测、热致变色材料、紫外阻隔材料、食品包装、智能材料、环境监测与安全领域等领域具有很好的应用前景。

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片；

图2为本发明对比例制备得到的纯淀粉膜样品的实物照片；

图3为本发明实施例3制备得到的淀粉基复合膜样品的实物照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

在具体实施例和对比例配方中，D-组氨酸是由上海易恩化学技术有限公司提供的分析纯级试剂，硫酸铁、甲醇是由西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂，淀粉是由上海易恩化学技术有限公司提供的产品。

在具体实施例和对比例配方中，铁金属有机框架的制备方法包括以下步骤：（1）将15.5质量份的D-组氨酸溶解在5000质量份去离子水中，备用；（2）将50质量份的硫酸铁溶解于1000质量份去离子水中，备用；（3）将上述步骤(2)的硫酸铁溶液滴加至步骤(1)的溶液中，在室温下搅拌反应1 h，然后离心、洗涤、冷冻干燥，即得到铁金属有机框架（其平均粒径为200nm）。

实施例1

一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉200份，铁金属有机框架2份。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将200份淀粉添加到3000份去离子水中，先在室温下搅拌30min，再在95℃下搅拌30min，得到均匀的淀粉溶液，备用；

（2）将2份铁金属有机框架分散于1000份去离子水中，搅拌1h，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，并在95℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，备用；

（4）将步骤（3）中的成膜液浇注到塑料模具上，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到氨敏型的强韧淀粉复合膜。

实施例2

一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉200份，铁金属有机框架4份。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将200份淀粉添加到3000份去离子水中，先在室温下搅拌30min，再在95℃下搅拌30min，得到均匀的淀粉溶液，备用；

（2）将4份铁金属有机框架分散于1000份去离子水中，搅拌1h，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，并在95℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，备用；

（4）将步骤（3）中的成膜液浇注到塑料模具上，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到氨敏型的强韧淀粉复合膜。

实施例3

一种氨敏型的强韧淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉200份，铁金属有机框架6份。

制备方法，包括如下步骤：

（1）将200份淀粉添加到3000份去离子水中，先在室温下搅拌30min，再在95℃下搅拌30min，得到均匀的淀粉溶液，备用；

（2）将6份铁金属有机框架分散于1000份去离子水中，搅拌1h，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，并在95℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，备用；

（4）将步骤（3）中的成膜液浇注到塑料模具上，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到氨敏型的强韧淀粉复合膜。

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铁金属有机框架的情况下所制备的纯淀粉膜材料，包括如下步骤：

（1）将200份淀粉添加到3000份去离子水中，先在室温下搅拌30min，再在95℃下搅拌30min，得到均匀的淀粉溶液，备用；

（2）向步骤（1）所得的淀粉溶液中加入1000份去离子水，并在95℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液，备用；

（3）将步骤（2）中的成膜液浇注到塑料模具上，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到淀粉膜材料。

性能测试：

对上述对比例制备得到的淀粉膜材料和实施例制备得到的淀粉基复合膜材料进行性能测试，其中拉伸性能通过电子拉力试验机(LDW-2G)测试，紫外可见性能采用紫外分光光度计（Lambda750，珀金埃尔默仪器公司）测试，并参照GB/T 18830-2009计算紫外线(UVA、UVB与UVC)平均透过率。

氧气透过系数测试方法如下：

将膜样品（直径：1.8cm）密封装有3g脱氧剂（其中包括1.0g活性炭、1.5g氯化钠和0.5g还原铁粉）的玻璃小瓶，对小瓶进行称重（记为W1），然后将其置于相对湿度为90%、温度为25 ℃的密闭容器中，放置48h后，对小瓶重新称重（记为W2），氧气透过系数OP =（W2–W1）/（S×t），其中S和t表示薄膜样品的面积和放置时间。

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。

表1性能测试数据

氨气响应测试实验结果证明，对比例制备得到的淀粉膜是无色透明的，暴露于氨气环境中后，其颜色没有发生明显变化，还是呈现出无色透明的光学性质；实施例1制备得到的淀粉基复合膜材料是浅黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为浅棕褐色；实施例2制备得到的淀粉基复合膜是黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为棕褐色；实施例3制备得到的淀粉基复合膜是黄色，暴露于氨气环境中后，其颜色变为棕褐色。

对比例制备得到的淀粉膜是无色透明的，置于120℃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；实施例3制备得到的淀粉基复合膜是黄色，置于120℃的高温环境下，其颜色变为黑褐色，说明该淀粉基复合膜具有明显的热致变色性能。

总之，由上述样品性能测试数据看出，本发明所制备得到的氨敏型的强韧淀粉复合膜具有优异的紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能、力学强度、韧性、氧气阻隔性、热致变色以及氨气响应变色性能，且制备工艺简单环保、成本低廉、适于放大生产，在氨气的可视化检测、热致变色材料、紫外阻隔材料、食品包装、智能材料、环境监测与安全领域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。