CN112940473A - 一种荧光颜色可调的生物降解材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光颜色可调的生物降解材料，包括碳硼烷衍生物(Ⅲ)和聚乳酸。本发明还公开了该生物降解材料的制备方法，具体步骤为：将二苯并噻吩‑2‑硼酸(II)、对邻碳硼烷溴苯(I)、四(三苯基膦)钯和碳酸钠溶于四氢呋喃中，在氮气氛围保护下加热反应12～24h，回流温度为85‑110℃，反应结束后冷却至室温得到第一混合液。去除第一混合液中的无机物、水分、有机溶剂和杂质后得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)；将碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。该生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm紫外光照射下发出绿色荧光。
Description
技术领域
本发明涉及可降解防伪材料技术领域，尤其是涉及一种荧光颜色可调的生物降解材料及其制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料，其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，是公认的环境友好材料。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好。主要应用于包装袋、包装用膜、医用薄膜、泡沫塑料、餐具等等。
目前，报道的改性聚乳酸主要提升聚合物的韧性、耐热性、冲击强度等。但是针对聚乳酸的防伪、可溯源的改性研究较少。市场流通的聚乳酸原材料或者相应的聚乳酸高端产品冒牌，如何低成本、便捷的对相关材料和产品进行识别，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供了一种在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm紫外光照射下发出绿色荧光的生物降解材料。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种荧光颜色可调的生物降解材料，包括碳硼烷衍生物(Ⅲ)和聚乳酸，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)的分子结构式为：
所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)和所述聚乳酸熔融混合。
本发明的目的之二在于提供了一种生产成本低、制备工艺简单，重复性高的生物降解材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将二苯并噻吩-2-硼酸(II)、对邻碳硼烷溴苯(I)或对邻碳硼烷氯苯或对邻碳硼烷氟苯或对邻碳硼烷碘苯、四(三苯基膦)钯和碳酸钠溶于四氢呋喃中，在氮气氛围保护下加热回流反应12～24h，回流温度为85-110℃，反应结束后冷却至室温，得到第一混合液，其中，对邻碳硼烷溴苯(I)、二苯并噻吩-2-硼酸(II)、四(三苯基膦)钯和碳酸钠的物质的量和四氢呋喃体积比为1mmol:1.3-2mmol:0.04-0.08mmol:0.5-1.0mmol:20-40mL，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分和有机溶剂得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)；
3)生物降解材料的制备：将碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。
作为优选，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的质量比为1:100-1000。
作为优选，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯步骤中，采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。
作为优选，萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为3～4:1，萃取次数为2～3次，干燥剂为无水硫酸镁。
作为优选，采用柱色谱分离和蒸馏的方式将所述第二混合液中的杂质和有机溶剂去除得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。
作为优选，所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为10-12:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。
作为优选，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为175-200℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明制备的生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm紫外光照射下发出绿色荧光。由该生物降解材料制备的包装膜、医用薄膜、3D打印产品等具有一定自带防伪功能。其次现有技术中大部分荧光分子价格较高，本发明的制备碳硼烷衍生物(Ⅲ)的原料价格很低，且碳硼烷衍生物(Ⅲ)的最大掺杂度为1％，因此本发明制备的荧光颜色可调的生物降解材料的成本远低于市场上的其他荧光防伪材料。
附图说明
图1为荧光颜色可调的生物降解材料分别在365nm和254nm的紫外光照射下呈现的图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1：
一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将2.96g(13mmol)二苯并噻吩-2-硼酸(II)、2.99g(10mmol)对邻碳硼烷溴苯(I)、0.46g(0.4mmol)四(三苯基膦)钯和0.42g(5mmol)碳酸钠于两颈反应瓶中进行抽真空充氮气操作，再取200mL四氢呋喃(THF)注射入上述反应瓶中。在氮气氛围保护下加热回流反应12h，回流温度为85℃，反应结束后冷却至室温，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分、杂质和有机溶剂得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。其中采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。采用柱色谱分离和蒸馏的方式将所述第二混合液中的杂质和有机溶剂去除，最终得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)1.6g。其中，萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为4:1，萃取次数为3次，干燥剂为无水硫酸镁。所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为10:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。本发明只是公开了一种将第一混合液中的无机盐、水分、杂质和有机溶剂依次进行去除的方式，现有技术中能实现上述效果的其他方式依旧在本发明的保护范围内。
产品收率为40％，1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.32(d,J＝1.7Hz,1H),8.27–8.18(m,1H),8.01–7.87(m,2H),7.73–7.56(m,5H),7.57–7.46(m,2H),4.03(s,1H),3.60–0.61(m,10H)；
3)生物降解材料的制备：将1.6g碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与1600g聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为190℃。如图1所示，该生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm照射下发射出绿色荧光。
实施例2：
一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将3.42g(15mmol)二苯并噻吩-2-硼酸(II)、2.99g(10mmol)对邻碳硼烷溴苯(I)、0.69g(0.6mmol)四(三苯基膦)钯和0.5g(6mmol)碳酸钠于两颈反应瓶中进行抽真空充氮气操作，再取300mL四氢呋喃(THF)注射入上述反应瓶中。在氮气氛围保护下加热回流反应12h，回流温度为90℃，反应结束后冷却至室温，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分、杂质和有机溶剂得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。其中采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。采用柱色谱分离和蒸馏的方式将所述第二混合液中的杂质和有机溶剂去除，最终得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)1.69g，产品收率为42％。其中，萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为3:1，萃取次数为3次，干燥剂为无水硫酸镁。所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为10:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。本发明只是公开了一种将第一混合液中的无机盐、水分、杂质和有机溶剂依次进行去除的方式，现有技术中能实现上述效果的其他方式依旧在本发明的保护范围内；
3)生物降解材料的制备：将1.6g碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与1600g聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为190℃。该生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm照射下发射出绿色荧光。
实施例3：
一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将3.87g(17mmol)二苯并噻吩-2-硼酸(II)、2.99g(10mmol)对邻碳硼烷溴苯(I)、0.92g(0.8mmol)四(三苯基膦)钯和0.83g(10mmol)碳酸钠于两颈反应瓶中进行抽真空充氮气操作，再取350mL四氢呋喃(THF)注射入上述反应瓶中。在氮气氛围保护下加热回流反应24h，回流温度为100℃，反应结束后冷却至室温，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分、杂质和有机溶剂得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。其中采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。采用柱色谱分离和蒸馏的方式将所述第二混合液中的杂质和有机溶剂去除，最终得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)1.85g，产品收率为46％。其中，萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为3:1，萃取次数为3次，干燥剂为无水硫酸镁。所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为10:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。本发明只是公开了一种将第一混合液中的无机盐、水分、杂质和有机溶剂依次进行去除的方式，现有技术中能实现上述效果的其他方式依旧在本发明的保护范围内；
3)生物降解材料的制备：将1.6g碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与1600g聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为190℃。该生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm照射下发射出绿色荧光。
实施例4：
一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将4.10g(18mmol)二苯并噻吩-2-硼酸(II)、2.99g(10mmol)对邻碳硼烷溴苯(I)、0.92g(0.8mmol)四(三苯基膦)钯和0.83g(10mmol)碳酸钠于两颈反应瓶中进行抽真空充氮气操作，再取350mL四氢呋喃(THF)注射入上述反应瓶中。在氮气氛围保护下加热回流反应20h，回流温度为100℃，反应结束后冷却至室温，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分、杂质和有机溶剂得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。其中采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。采用柱色谱分离和蒸馏的方式将所述第二混合液中的有机溶剂和杂质去除，最终得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)2.1g，产品收率为52％。其中萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为4:1，萃取次数为2次，干燥剂为无水硫酸镁。所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为10:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。本发明只是公开了一种将第一混合液中的无机盐、水分和、杂质和有机溶剂依次进行去除的方式，现有技术中能实现上述效果的其他方式依旧在本发明的保护范围内；
3)生物降解材料的制备：将1.6g碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与160g聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为190℃。该生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm照射下发射出绿色荧光。
实施例5：
一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将4.56g(20mmol)二苯并噻吩-2-硼酸(II)、2.99g(10mmol)对邻碳硼烷溴苯(I)、0.92g(0.8mmol)四(三苯基膦)钯和0.83g(10mmol)碳酸钠于两颈反应瓶中进行抽真空充氮气操作，再取400mL四氢呋喃(THF)注射入上述反应瓶中。在氮气氛围保护下加热回流反应20h，回流温度为100℃，反应结束后冷却至室温，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分、杂质和有机溶剂得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。其中采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。采用柱色谱分离和蒸馏的方式将所述第二混合液中的有机溶剂和杂质去除，最终得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)1.97g，产品收率为49％。其中，萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为3:1，萃取次数为2次，干燥剂为无水硫酸镁。所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为12:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。本发明只是公开了一种将第一混合液中的无机盐、水分、杂质和有机溶剂依次进行去除的方式，现有技术中能实现上述效果的其他方式依旧在本发明的保护范围内；
3)生物降解材料的制备：将1.6g碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与1600g聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为190℃。该生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm照射下发射出绿色荧光。
实施例6：
一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将4.10g(18mmol)二苯并噻吩-2-硼酸(II)、2.99g(10mmol)对邻碳硼烷溴苯(I)(或对邻碳硼烷氯苯或对邻碳硼烷氟苯或对邻碳硼烷碘苯)、0.92g(0.8mmol)四(三苯基膦)钯和0.83g(10mmol)碳酸钠于两颈反应瓶中进行抽真空充氮气操作，再取350mL四氢呋喃(THF)注射入上述反应瓶中。在氮气氛围保护下加热回流反应20h，回流温度为100℃，反应结束后冷却至室温，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分、杂质和有机溶剂得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。其中采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。采用柱色谱分离和蒸馏的方式将所述第二混合液中的有机溶剂和杂质去除，最终得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。其中，萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为4:1，萃取次数为3次，干燥剂为无水硫酸镁。所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为12:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。本发明只是公开了一种将第一混合液中的无机盐、水分、杂质和有机溶剂依次进行去除的方式，现有技术中能实现上述效果的其他方式依旧在本发明的保护范围内；
3)生物降解材料的制备：将1.6g碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与160g聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为190℃。该生物降解材料在365nm的紫外光照射下发出白色荧光，而在254nm照射下发射出绿色荧光。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种荧光颜色可调的生物降解材料，其特征在于包括碳硼烷衍生物(Ⅲ)和聚乳酸，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)的分子结构式为：
所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)和所述聚乳酸熔融混合。
2.一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的合成：将二苯并噻吩-2-硼酸(II)、对邻碳硼烷溴苯(I)或对邻碳硼烷氯苯或对邻碳硼烷氟苯或对邻碳硼烷碘苯、四(三苯基膦)钯和碳酸钠溶于四氢呋喃中，在氮气氛围保护下加热回流反应12～24h，回流温度为85-110℃，反应结束后冷却至室温，得到第一混合液，其中，对邻碳硼烷溴苯(I)或对邻碳硼烷氯苯或对邻碳硼烷氟苯或对邻碳硼烷碘苯、二苯并噻吩-2-硼酸(II)、四(三苯基膦)钯和碳酸钠的物质的量和四氢呋喃体积比为1mmol:1.3-2mmol:0.04-0.08mmol:0.5-1.0mmol:20-40mL，合成路线为：
2)碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯：去除第一混合液中的无机物、水分、有机溶剂和杂质得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)；
3)生物降解材料的制备：将碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与聚乳酸颗粒熔融混合得到生物降解材料。
3.根据权利要求2所述的一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，其特征在于，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的质量比为1:100-1000。
4.根据权利要求2所述的碳硼烷衍生物(Ⅲ)的制备方法，其特征在于，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)的提纯步骤中，采用萃取的方式去除所述第一混合液中的无机物得到第二混合液。其中，萃取剂为二氯甲烷和水的混合溶剂，二氯甲烷和水的体积比为3～4:1，萃取次数为2～3次，干燥剂为无水硫酸镁。
5.根据权利要求4所述的碳硼烷衍生物(Ⅲ)的制备方法，其特征在于，采用柱色谱分离和减压蒸馏的方式将所述第二混合液中的杂质和有机溶剂去除得到碳硼烷衍生物(Ⅲ)。
6.根据权利要求5所述的碳硼烷衍生物(Ⅲ)的制备方法，其特征在于，所述柱色谱分离包括以下步骤：在所述第二混合液中加入硅胶粉进行拌样装柱，其中硅胶柱淋洗液为体积比为10-12:1的石油醚和二氯甲烷的混合液。
7.根据权利要求2所述的一种荧光颜色可调的生物降解材料的制备方法，其特征在于，所述碳硼烷衍生物(Ⅲ)固体粉末与所述聚乳酸颗粒的熔融温度为175-200℃。
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| CN107353302A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-11-17 | 南京邮电大学 | 一种基于咔唑的碳硼烷衍生物材料及其制备方法与应用 |
| CN109651416A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-19 | 湖州师范学院 | 基于激发波长依赖的三色荧光防伪材料、制备方法及应用 |
| CN111349324A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-06-30 | 广安长明高端产业技术研究院 | 荧光聚乳酸复合材料及其制备方法 |
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