[發明專利]納米纖維素氨氣感應氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 202110023041.2
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112852001B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 張正健;張國華;張金珊;陳鳳寶;劉光發;陳蘊智
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08J3/24;C08L29/04;C08L1/02;C08K5/1545;G01N21/78
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

本發明提供了一種具有高比表面積的納米纖維素氨氣感應氣凝膠及其制備方法，(1)預處理桉木硫酸鹽漂白漿制備納米纖維素水凝膠；(2)將聚乙烯醇溶液加入到制得的納米纖維素水凝膠中，制得聚乙烯醇/納米纖維素復合水凝膠；(3)將蘿卜紅色素原位固定于聚乙烯醇/納米纖維素復合水凝膠的纖維上制得聚乙烯醇/蘿卜紅色素/納米纖維素復合水凝膠；(4)采用真空冷凍干燥法制備聚乙烯醇/蘿卜紅色素/納米纖維素復合氣凝膠。本發明極大的增強了對氨氣的吸附能力，縮短了響應時間。利用蘿卜紅色素的pH顏色響應性對氨氣的存在起到顏色指示作用，能實現對ppm級別氨氣的有效監測，在食品新鮮度指示等領域具備良好的實用性。

技術領域

本發明屬于包裝材料領域，涉及氣體指示和氣體響應的技術領域，具體涉及一種具有高比表面積的納米纖維素氨氣感應氣凝膠及其制備方法。

背景技術

以往研究中，以聚乙烯、聚乳酸、淀粉、殼聚糖等材料作為基質結合色素制成薄膜用于食品包裝中氣體感應的實例較多。聚乙烯、聚乳酸等材料雖然容易獲取，但不易降解，容易對環境產生污染且對氣體感應的靈敏度不高。淀粉和殼聚糖等成膜基材雖然綠色易降解，但其成膜后孔隙率極低且成本較高。應用于氣體感應的色素很多為對人體有害的化學染料。針對氣體感應基材和色素的各種缺點，尋找一種綠色環保、來源廣泛的材料，通過對其結構進行設計后能對特定氣體進行吸附以產生顏色的改變來確定氣體的吸附效果，從而改善現有薄膜結構對氣體吸附的缺陷。

天然植物纖維是一種可再生材料，價廉、無毒、來源廣泛且容易降解，還可以對感應器件的性能加以改善使纖維成為具有極大開發和使用價值的材料。纖維通過物理或化學等方法處理后制得的微纖化纖維素(MFC)或納米纖維素(CNF)是一種新興的高輕量、高強度、高比表面積和可調表面化學性質的納米材料，以其為材料制備的納米纖維素材料具有薄膜材料不具備的高孔隙率和高比表面積，對氣體具有良好的吸附效果。花青素具有很強的抗氧化能力而且花青素還可以在不同的pH值下改變其化學結構和顏色，適用于堿性氣體的檢測。

因此，將納米纖維素作為基材制備出一種性能優良的感應材料，將天然色素的顏色指示性和纖維素的剛性、熱穩定性相結合，得到的復合材料不僅具有優良的力學性能，又具有生物可降解性，與此同時，由于納米纖維素來源廣泛，對降低材料生產成本、擴大使用范圍、開發性能良好的環境友好型氣體吸附材料具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種具有高比表面積的納米纖維素氨氣感應氣凝膠及其制備方法，該氨氣感應氣凝膠響應時間快，質量輕、強度高，且制備方法簡單，原材料來源廣泛，經濟實惠，可大批量生產，可有效檢測氨氣的存在，能有效指示食品新鮮度等優點。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

為實現上述目的，本發明提供一種具有高比面積的納米纖維素氨氣感應氣凝膠及其制備方法。將蘿卜紅色素原位固定于納米纖維素水凝膠的纖維上得到復合水凝膠，經冷凍干燥后制得復合多孔氣凝膠，氨氣可以透過孔隙，水解后產生的氫氧根離子使蘿卜紅色素中的黃烊鹽離子向甲醇假堿和醌式堿轉變，使蘿卜紅色素產生顏色的變化，從而使氣凝膠的顏色變化，起到指示作用。

所述復合氣凝膠為具備密集網絡結構、高比表面積的天然植物纖維材料。

所述復合水凝膠是經過物理交聯共混的方法制得，納米纖維素氣凝膠本身具有網狀孔隙結構，其具有的孔隙網格的密度與大小可以通過對配比濃度和預冷凍溫度調控進行控制。

所述復合水凝膠制備材料選自納米纖維素、蘿卜紅色素、聚乙烯醇或甲基纖維素。

本發明還提供一種具有高比表面積的納米纖維素氨氣感應氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)預處理桉木硫酸鹽漂白漿，加入凍干保護劑混合均勻后高壓均質制備納米纖維素水凝膠；

(2)將聚乙烯醇溶液加入到制得的納米纖維素水凝膠中，均勻混合制得聚乙烯醇/納米纖維素復合水凝膠；