一种兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜及其制备方法

本发明涉及高分子材料，特别是涉及一种兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、传统的塑料包装材料因难以在自然环境中降解，容易对环境造成污染，因此促使研究者致力于开发环境友好型的替代材料。纤维素作为自然界中储量最为丰富的天然高分子，具备安全无毒、生物可降解及优良成膜性能等突出优势，已被广泛应用于食品、医药、化工等诸多领域，在食品包装和可降解包装材料方面展现出广阔的应用前景。甲基纤维素（mc）作为一种由天然纤维素衍生而来的高分子衍生物，兼具良好的水溶性、成膜性以及生物可降解特性，是构建绿色包装材料的理想基体之一。

2、然而，纯甲基纤维素膜在实际应用中仍存在一些局限性，例如力学强度不足、水汽阻隔性能欠佳，同时缺乏紫外线屏蔽能力、高能短波蓝光阻隔性能及氨气响应变色等功能特性，这严重制约了其在高端食品包装和紫外防护等领域的推广使用。因此，亟需开发高性能化的甲基纤维素基复合材料，以突破上述性能瓶颈，拓展其应用领域。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜及其制备方法，以解决背景技术中的上述问题。所得复合膜兼具优异的拉伸强度、断裂韧性、全波段紫外线（uva/uvb/uvc）阻隔能力、高能蓝光过滤效率、长期贮藏稳定性以及生物可降解特性，并可通过肉眼可辨的颜色转变实时反映氨气氛围的存在，具备作为智能指示材料的潜力。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜，包括以下原料：甲基纤维素、柠檬酸三乙酯、功能性纳米粒子；所述的甲基纤维素、柠檬酸三乙酯与功能性纳米粒子的质量比为100:10:1-5；

4、所述功能性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：

5、将纳米tio2与胡椒酸在分散介质中混合，反应，得到共混液，然后与硫酸铁混合，进行配位络合反应，然后固液分离，得到所述功能性纳米粒子。

6、优选地，所述纳米tio2和胡椒酸的质量比为30:15.41。

7、优选地，所述纳米tio2和硫酸铁的质量比为30:20。

8、优选地，所述反应的温度为80℃，时间为2 h。

9、优选地，所述配位络合反应的温度为80℃，时间为20 min。

10、优选地，所述功能性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：

11、（1）取0.1541 g胡椒酸，将其溶于30ml乙醇中，开启搅拌并控制搅拌转速为 500r/min，向体系中滴加 0.5ml 浓度为 1mol/l 的氢氧化钠乙醇溶液，滴加完成后升温至 80℃进行回流处理 30min，获得均一溶液，备用；

12、（2）取0.2 g的硫酸铁，将其溶于含有15ml去离子水和15ml乙醇的混合溶液中，得到均匀的硫酸铁溶液，备用；

13、（3）取0.3 g的纳米tio2，将其分散于30ml的乙醇中，得到均匀的tio2分散液，备用；

14、（4）将步骤(3)所得纳米tio2分散液加入至步骤(1)所得的溶液中，在搅拌转速为500r/min、温度为80℃下回流2 h，得到均匀的共混液，备用；

15、（5）将步骤(2)所得硫酸铁溶液加入至步骤(4)所得的共混液中，在搅拌转速为500r/min、温度为80℃下回流20 min，随后依次经离心分离、用乙醇洗涤、干燥，即得到所述功能性纳米粒子。

16、本发明技术方案之二：提供一种上述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜的制备方法，包括以下步骤：

17、将所述甲基纤维素、柠檬酸三乙酯和功能性纳米粒子在分散介质中混合，得到成膜液；

18、对所述成膜液进行成膜处理，得到所述复合膜。

19、优选地，所述成膜处理为浇注后进行干燥处理；所述干燥处理的温度为60℃，时间为12 h。

20、优选地，所述分散介质为水。

21、优选地，所述复合膜的制备方法包括以下步骤：

22、（1）将2 g 甲基纤维素和0.2 g柠檬酸三乙酯加入至70ml去离子水中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的甲基纤维素溶液，备用；

23、（2）将0.02-0.1 g功能性纳米粒子分散于10ml 去离子水中，在室温下搅拌10min，得到均匀的分散液，备用；

24、（3）将步骤(2)所得的分散液加入到步骤(1)所得到的甲基纤维素溶液中，在室温下搅拌30 min，得到均匀的成膜液，备用；

25、（4）将步骤(3)所得的成膜液浇注到平底有机玻璃皿中，在60℃的烘箱中干燥12h，得到所述复合膜。

26、本发明技术方案之三：提供一种上述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜在包装材料领域中的应用。

27、该复合膜能够用于食品包装、紫外线/高能蓝光防护材料、智能材料、氨气响应材料、氨气检测、环境监测与安全领域。

28、本发明的有益技术效果如下：

29、本发明以甲基纤维素为成膜基质，通过引入柠檬酸三乙酯与功能性纳米粒子作为填料，旨在协同改善基体的力学强度、断裂伸长率、紫外阻隔效率、高能蓝光阻隔能力及氨气响应变色行为，能够突破现有的甲基纤维素膜在功能多样性方面的性能瓶颈，制备出综合性能优异的复合膜材料。所得复合膜在具有高的长期贮藏稳定性的同时，兼具优异的拉伸强度、断裂伸长率、全波段紫外线（uva/uvb/uvc）阻隔能力、高能蓝光过滤效率以及生物可降解特性，并可通过肉眼可辨的颜色转变实时反映氨气氛围的存在，具备作为智能指示材料的潜力。

30、在制备层面，该复合膜的加工工艺简便、反应条件温和，整个制备过程无需添加催化剂、不产生副产物，具有高效、绿色、环境友好且成本可控的特点，易于实现工业化放大生产。基于上述综合性能，该复合膜可用作智能指示材料，及时、可视地反映肉类食品（如虾、猪肉、鱼等）在贮藏过程中的新鲜度变化情况，在食品智能包装、药品包装、紫外线/高能蓝光防护、氨气监测、环境检测与安全防护等众多领域展现出广阔的应用前景。

1.一种兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜，其特征在于，包括以下原料：甲基纤维素、柠檬酸三乙酯、功能性纳米粒子；所述的甲基纤维素、柠檬酸三乙酯与功能性纳米粒子的质量比为100:10:1-5；

2.根据权利要求1所述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜，其特征在于，所述纳米tio2和胡椒酸的质量比为30:15.41。

3.根据权利要求1所述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜，其特征在于，所述纳米tio2和硫酸铁的质量比为30:20。

4.根据权利要求1所述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜，其特征在于，所述反应的温度为80℃，时间为2 h。

5.根据权利要求1所述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜，其特征在于，所述配位络合反应的温度为80℃，时间为20 min。

6.一种权利要求1-5任一项所述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述成膜处理为浇注后进行干燥处理；所述干燥处理的温度为60℃，时间为12 h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述分散介质为水。

9.一种权利要求1-5任一项所述的兼备氨敏变色、紫外线防护与高能蓝光过滤功能的甲基纤维素基复合膜在包装材料领域中的应用。