CN113845701A - 一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于淀粉基复合材料技术领域，涉及一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜及其制备方法，按重量份计，由以下组分组成：淀粉100份，甘油30份，铜金属有机框架1～7份。本发明利用铜金属有机框架作为改性剂，能够有效地改善淀粉基材料的性能。本发明所制备得到的铜金属有机框架改性淀粉基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、力学性能、水汽阻隔性能以及低的吸湿性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产，在包装、紫外线防护等领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及淀粉基复合材料技术领域，具体涉及一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜及其制备方法。
背景技术
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。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，如较差的机械性能和水汽阻隔性能、紫外线屏蔽性能、高能短波蓝光阻隔性能。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，对热塑性淀粉基材料的改性仍需进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，以热塑性淀粉为基料、铜金属有机框架为填料，提供一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜及其制备方法，将铜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、水汽阻隔性能，改性后的膜材料具有更低的吸湿性，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：
一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，增塑剂30份，铜金属有机框架1～7份。
所述的淀粉为玉米淀粉；所述的增塑剂为甘油。
所述铜金属有机框架的化学式为{·4H2O}n，式中AIP为5-氨基间苯二甲酸，式中PIY为2,3-二氨基-5-溴吡啶。
所述铜金属有机框架为自制纳米粒子，平均粒径为7～19nm。
所述铜金属有机框架的制备方法包括以下步骤：
分别将5-氨基间苯二甲酸(AIP)和2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶于乙醇中，配制浓度为0.133mmol/L的5-氨基间苯二甲酸(AIP)溶液和0.066mmol/L的2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶液；取15mL5-氨基间苯二甲酸(AIP)溶液与15mL2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶液倒入圆底烧瓶中，搅拌1h混匀后，将其置于80℃的恒温水浴锅中搅拌回流1h得到混合液；然后在室温下往上述混合液中逐滴加入15mL浓度为0.133mmol/L的氯化铜的乙醇溶液，并在室温下搅拌15min，再将所得混合液置于80℃的恒温水浴锅中搅拌回流1h，随后置于室温下静置30min，然后离心分离、用水洗涤、干燥，得到铜金属有机框架。
一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份淀粉与30份增塑剂加入到1600份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液；
(2)将1～7份铜金属有机框架分散于1200份去离子水中，搅拌1h，得到均匀的分散液；
(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85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到铜金属有机框架改性淀粉基复合膜。
本发明具有的有益效果：
本发明利用自制铜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铜金属有机框架改性淀粉基复合膜具有优异的紫外线屏蔽性能、力学性能、表面疏水性能、水汽阻隔性能，改性后的膜材料具有更低的吸湿性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产，在包装、紫外线防护等领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1为对比例1得到的纯淀粉膜实物照片。
图2为实施例4得到的淀粉基复合膜实物照片。
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，5-氨基间苯二甲酸(AIP)是由上海易恩化学技术有限公司提供的试剂、2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)是由上海皓鸿生物医药科技有限公司提供的试剂、二水合氯化铜是由西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂、乙醇是由天津市富宇精细化工有限公司提供的分析纯级试剂；玉米淀粉(CAS号:9005-25-8)购自于阿拉丁生化科技股份有限公司，丙三醇(甘油)是由西陇科学股份有限公司提供的分析纯级试剂。
在具体实施例和对比例配方中，铜金属有机框架为自制纳米粒子(平均粒径为7～19nm)，其制备方法包括以下步骤：分别将5-氨基间苯二甲酸(AIP)和2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶于乙醇中，配制浓度为0.133mmol/L的5-氨基间苯二甲酸(AIP)溶液和0.066mmol/L的2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶液；取15mL5-氨基间苯二甲酸(AIP)溶液与15mL2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶液倒入圆底烧瓶中，搅拌1h混匀后，将其置于80℃的恒温水浴锅中搅拌回流1h得到混合液；然后在室温下往上述混合液中逐滴加入15mL浓度为0.133mmol/L的氯化铜的乙醇溶液，并在室温下搅拌15min，再将所得混合液置于80℃的恒温水浴锅中搅拌回流1h，随后置于室温下静置30min，然后离心分离、用水洗涤、干燥，得到铜金属有机框架。
实施例1
一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，铜金属有机框架1份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将1份铜金属有机框架分散于1200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85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到铜金属有机框架改性淀粉基复合膜。
实施例2
一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，铜金属有机框架3份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将3份铜金属有机框架分散于1200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85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到铜金属有机框架改性淀粉基复合膜。
实施例3
一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，铜金属有机框架5份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将5份铜金属有机框架分散于1200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85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到铜金属有机框架改性淀粉基复合膜。
实施例4
一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，甘油30份，铜金属有机框架7份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将7份铜金属有机框架分散于1200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85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到铜金属有机框架改性淀粉基复合膜。
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金属有机框架的情况下所制备的热塑性淀粉材料，包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份甘油加入到1600份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)向步骤(1)所得的淀粉溶液中加入1200份去离子水，并在85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(3)将步骤(2)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到热塑性淀粉膜材料。
性能测试：
对上述对比例制备得到的热塑性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，其中拉伸性能按照GB/T1040-2006测试，水汽透过系数按照ASTME96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/T18830-2009计算紫外线(UVA、UVB与UVC)平均透过率。
吸湿性实验方法如下：
将尺寸为20mm×20mm×0.1mm的膜样品置于105℃的真空干燥箱中，干燥3h后，称量膜样品的质量(记为M0)；然后，将上述干燥膜样品置于相对湿度为75％、温度为25℃的密闭容器中，放置48h后，称量膜样品的质量(记为M1)；膜样品的吸湿率(％)＝100*(M1-M0)/M0；上述性能测试数据如表1所示。
表1性能测试数据
由表1可知，将铜金属有机框架纳米粒子添加到淀粉基复合膜中以后，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、水汽阻隔性能，且改性后的膜材料具有更低的吸湿性。
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)
1.一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜，其特征在于，由以下重量份的组分组成：淀粉100份，增塑剂30份，铜金属有机框架1～7份；
所述的淀粉为玉米淀粉；
所述的增塑剂为甘油；
所述铜金属有机框架的化学式为{[Cu(AIP)2(PIY)(H2O)2]·4H2O}n，式中AIP为5-氨基间苯二甲酸，式中PIY为2,3-二氨基-5-溴吡啶；
所述铜金属有机框架为纳米粒子，平均粒径为7-19nm。
2.根据权利要求1所述的一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜，其特征在于，所述铜金属有机框架的制备方法包括以下步骤：分别将5-氨基间苯二甲酸(AIP)和2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶于乙醇中，配制浓度为0.133mmol/L的5-氨基间苯二甲酸(AIP)溶液和0.066mmol/L的2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶液；取15mL 5-氨基间苯二甲酸(AIP)溶液与15mL 2,3-二氨基-5-溴吡啶(APY)溶液倒入圆底烧瓶中，搅拌1h混匀后，将其置于80℃的恒温水浴锅中搅拌回流1h得到混合液；然后在室温下往上述混合液中逐滴加入15mL浓度为0.133mmol/L的氯化铜的乙醇溶液，并在室温下搅拌15min，再将所得混合液置于80℃的恒温水浴锅中搅拌回流1h，随后置于室温下静置30min，然后离心分离、用水洗涤、干燥，得到铜金属有机框架。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种铜金属有机框架改性淀粉基复合膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将100份淀粉与30份增塑剂加入到1600份去离子水中，先在室温下搅拌30分钟，再在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(2)将1～7份铜金属有机框架分散于1200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85℃下搅拌1h，得到均匀的成膜液；
(4)将步骤(3)中的成膜液浇注到有机玻璃皿上，在50℃的真空烘箱中干燥24h，即得到铜金属有机框架改性淀粉基复合膜。
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