[发明专利]一种具有近红外光热效应的机械增强型淀粉基膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有近红外光热效应的机械增强型淀粉基膜及其制备方法，属于包装材料加工技术领域。本发明制备具有近红外光热效应的机械增强型淀粉基膜的方法，该方法是将类儿茶酚胺类物质与石墨烯发生原位自组装形成石墨烯‑类儿茶酚胺类物质复合物；再采用金属离子修饰石墨烯‑类儿茶酚胺类物质复合物，再将金属离子修饰石墨烯‑类儿茶酚胺类物质复合物的溶液与糊化淀粉溶液混合，采用流延法制备即得；该淀粉基膜完整且连续，在近红外光照射下，30s即可从25℃提升至103℃，1min提升至110℃，机械抗拉伸强度达63MPa；具有优异的光热转化性能和机械抗拉伸强度，可以用于食品、药品、医疗器械，农产品包装领域。

技术领域

本发明涉及一种具有近红外光热效应的机械增强型淀粉基膜及其制备方法，属于包装材料加工技术领域。

背景技术

材料吸收近红外光能，经表面等离子体共振将光能转化为电子或空穴谐振的动能或电子跃迁产生能量，向周围环境转递，从而使环境温度升高的现象被称为近红外光热效应。具有该效应的材料可以通过近红外光激发产热从而达到杀灭细菌、病毒和其它微生物的效果。石墨烯具有优异的光热转换效率、高导热等性能，因而有极大的潜力被应用于食品、药品或医疗器械的包装中。

然而，石墨烯是一种疏水材料，这种特性使其很难均匀分散在水性包装材料中，特别是在生物可降解的天然聚合物基质中，从而导致此类包装膜材料的光热效应不稳定，易引起局部高热，导致局部膜结构破坏，出现融化、破裂等情况，因此很难实际应用于包装材料中。

现有的包装材料采用的灭菌方法大多采用外部加热、紫外线辐射、放射性射线辐照等技术；其中外部加热能源损耗大；紫外辐射耗时长；放射性射线辐照所需设备复杂，成本高昂，操作难。

因此，亟需开发一种能够均匀分散石墨烯，并具有近红外光光热效应的机械增强型生物可降解膜材料，这对于拓宽包装灭菌技术、延长食品、药品货架期、防止微生物污染、提升食品、药品安全品质和减少食品浪费具有重要的经济和社会意义。

发明内容

[技术问题]

石墨烯在水性聚合物基质中分散性差，导致淀粉基复合膜的光热性能不稳定，机械强度不足。

[技术方案]

为了解决上述问题，本发明采用石墨烯界面原位自组装协同金属多酚配位反应的双涂层方法制备具有近红外光热效应的机械增强型淀粉基膜。本发明的方法简单、绿色、无污染、低能耗。与纯淀粉基膜相比，本发明制备的淀粉基膜具有良好的光热转换性能，在近红外光照射下，30s即可从25℃提升至103℃，1min即可提升至110℃；具有良好的机械性能，抗拉伸强度从42MPa提升至63MPa。

本发明的第一个目的是提供一种制备具有近红外光热效应的机械增强型淀粉基膜的方法，包括如下步骤：

(1)石墨烯界面原位自组装类儿茶酚胺类物质：

将类儿茶酚胺类物质溶液和石墨烯分散液混合进行反应；反应结束，离心洗涤，冷冻干燥，得到石墨烯-类儿茶酚胺类物质复合物粉末；

(2)金属离子修饰石墨烯-类儿茶酚胺类物质复合物：

将石墨烯-类儿茶酚胺类物质复合物粉末分散在水中，之后加入金属离子溶液，进行反应，反应结束后，离心洗涤，冷冻干燥，得到金属离子修饰的石墨烯-类儿茶酚胺类物质复合物粉末；

(3)成膜液的制备：

将金属离子修饰的石墨烯-类儿茶酚胺类物质复合物粉末分散在水中，得到分散液；之后将分散液和淀粉糊化溶液混合均匀，得到成膜液；

(4)制膜：

将成膜液采用流延法制备得到所述的具有近红外光热效应的机械增强型淀粉基膜。