一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法及應用的製作方法
2024-03-27 00:56:05 2
一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法及應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，包括以下步驟：海藻酸或海藻酸鹽溶液的製備：取海藻酸或海藻酸鹽加入到蒸餾水或含有電解質的水溶液中，配製質量百分濃度為1-20%的海藻酸或海藻酸鹽溶液；薄膜的製備：取製得的海藻酸或海藻酸鹽溶液均勻地塗覆於一片介質表面上，然後再用另一片介質蓋到海藻酸或海藻酸鹽溶液上面，放入真空烘箱中靜置除泡，除泡時間為2-30小時，除泡後再加熱蒸發1-70小時，加熱溫度為20-120℃，乾燥完成即得到海藻酸液晶薄膜或海藻酸鹽液晶薄膜。該液晶膜可用於裝飾、防偽標記、彩色塗料、支撐材料、溫敏傳感器或光學驗證設備。
【專利說明】一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種海藻酸液晶膜或海藻酸鹽液晶膜的製備方法及應用，屬於天然高分子領域，也屬於液晶材料領域。
【背景技術】
[0002]海藻酸或海藻酸鹽是從褐藻或細菌中提取出的一種天然多糖物質，是由a-L-甘露糖醛酸(M單元)與P-D-古羅糖醛酸(G單元)依靠1，4 一糖苷鍵連接並由不同比例的GM、麗和GG片段組成的共聚物。海藻酸(鹽)廣泛應用於食品、醫藥、紡織、印染、造紙、日用化工等產品領域，作為增稠劑、乳化劑、穩定劑、粘合劑、上漿劑等使用，對其進行加工利用勢必會帶來較高的經濟價值。 [0003]隨著對多糖類的研究，天然多糖類的液晶性能已經成為當前高分子研究領域的一個熱點，如纖維素及其衍生物、甲殼素、透明質酸等均發現有溶致液晶性，有的還有熱致液晶性。但是由於海藻酸(鹽)分子鏈剛性較差，分子鏈G段、M段交替排列等特點，較難形成液晶相，因此關於海藻酸(鹽)液晶材料及其製備方法的研究卻鮮有報導。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了填補關於海藻酸(鹽)液晶材料的空白，提供一種具有彩虹條紋的海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法及應用。
[0005]本發明所採用的技術解決方案是:
[0006]一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，包括以下步驟:
[0007](I)海藻酸或海藻酸鹽溶液的製備:取海藻酸或海藻酸鹽加入到蒸餾水或含有電解質的水溶液中，配製質量百分濃度為1-20%的海藻酸或海藻酸鹽溶液；
[0008](2)薄膜的製備:取步驟(1)中的海藻酸或海藻酸鹽溶液均勻地塗覆於一片介質表面上，然後再用另一片介質蓋到海藻酸或海藻酸鹽溶液上面，放入真空烘箱中靜置除泡，除泡時間為2-30小時，除泡後再加熱蒸發1-70小時，加熱溫度為20-120°C，乾燥完成即得到海藻酸液晶薄膜或海藻酸鹽液晶薄膜。
[0009]步驟(1)中:所述海藻酸或海藻酸鹽優選為從褐藻或細菌中提取出的。
[0010]步驟(1)中:所述海藻酸鹽優選為海藻酸鈉精製品，海藻酸鈉精製品是採用如下步驟製成的:
[0011]a原料預處理:稱取海藻酸鈉粗製品2.0g置於50ml蒸餾水中，攪拌使之溶解，加入濃度為0.3%的甲醛溶液60ml，浸泡24h ；
[0012]b酸凝聚:向步驟a所得溶液中加入濃度為10%的鹽酸溶液，邊加邊攪拌，調節溶液PH值至2，使海藻酸沉澱完全，過濾，用蒸餾水洗去海藻酸凝膠上附著的雜質；
[0013]c鹼中和:於海藻酸凝膠中加入濃度為3 %的Na2CO3溶液，調節pH=7，充分攪拌，放置過夜，使之成為均勻粘稠的液體；
[0014]d脫水乾燥:向步驟c所得粘稠液體中加入無水乙醇，海藻酸鈉呈絮狀析出，此絮狀物再用無水乙醇浸洗一次，過濾，濾條擠幹後撕成細纖維，置於60°C鼓風乾燥箱中烘乾，粉碎，得到海藻酸鈉精製品。
[0015]步驟(1)中:所述含有電解質的水溶液的濃度即電解質水溶液濃度優選為0.1-lmol/L，所述電解質優選為硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、鈉鹽或鉀鹽以及聚合物電解質等，具體為氯化鈉、氯化鉀、硫酸鈉、硝酸鈉等。
[0016]優選步驟(1)中:邊攪拌邊將海藻酸或海藻酸鹽加入到蒸餾水或電解質水溶液中，最後得到均勻的海藻酸或海藻酸鹽溶液；海藻酸或海藻酸鹽溶液配製好後，還要放入50°C水浴鍋中攪拌半小時，再通過200-400目數的紗布對溶液進行過濾。
[0017]步驟(2)中:所述介質優選為四氟乙烯、聚苯乙烯、玻璃、紙張、金屬或矽片等。
[0018]步驟(2)中:所述加熱方法優選為傳導、對流、輻射、微波加熱或雷射加熱等。
[0019]步驟(2)中:所述海藻酸液晶薄膜或海藻酸鹽液晶薄膜的厚度優選為0.1-1mm0海藻酸液晶薄膜或海藻酸鹽液晶薄膜在偏光顯微下呈現各向異性，具有環代條紋，並且隨溼度的不同，顏色有所變化。
[0020]上述方法製得的海藻酸液晶膜或海藻酸鹽液晶膜可在溫度敏感器上應用。
[0021]上述方法製得的海藻酸液晶膜或海藻酸鹽液晶膜可在支撐材料方面應用。
[0022]本發明的有益技術效果是:
[0023]本發明利用海洋天然多糖為原材料，成本低廉；利用介質在特定的溫度、特定的濃度進行雙取向蒸發濃縮，製備工`藝簡單易於操作，製備過程中不會有任何附加產物的產生，綠色無汙染；通過本發明所得的海藻酸(鹽)薄膜彩虹條紋明顯，並隨溼度的不同顏色會發生變化，並且通過本發明所得的薄膜材料剛性好，強度大，在自然條件下形狀較穩定，不易變形。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為實施例1得到的海藻酸鈉液晶膜在偏光顯微鏡下觀察到的圖片。
[0025]圖2為實施例2得到的海藻酸鈉液晶膜在偏光顯微鏡下觀察到的圖片。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。
[0027]實施例1
[0028]海藻酸鈉溶液的製備:
[0029]稱取海藻酸鈉粗製品2.0g置於50ml蒸餾水中，攪拌使之溶解，加入質量百分濃度為0.3%的HCH060ml，浸泡24h。然後加入質量百分濃度為10%的HCl溶液，邊加邊攪拌，調節PH至2，使海藻酸沉澱完全，過濾，用蒸餾水洗去海藻酸凝膠上附著的酸、無機鹽、色素等雜質。再將海藻酸凝膠加入質量百分濃度為3%的Na2CO3溶液中，調節pH=7，充分攪拌，放置過夜，使之成為均勻粘稠的液體。最後脫水乾燥，加入無水乙醇，海藻酸鈉呈絮狀析出，此絮狀物再用無水乙醇浸洗一次，過濾，濾條擠幹後撕成細纖維，置於60°C鼓風乾燥箱中烘乾，粉碎，得到海藻酸鈉精製品粉末。稱取Ig上述海藻酸鈉精製品粉末邊攪拌邊加入到99mL去離子水中，室溫溶脹I小時，再將配製好的海藻酸鈉溶液放入50°C水浴鍋中溶脹半小時，以保證海藻酸鈉溶液的均勻性，最後得到質量百分濃度為1%的海藻酸鈉溶液。將上述溶液通過過濾紗布目數為200-400的溶液過濾器，進行過濾，得到所需溶液。
[0030]取上述步驟中得到的質量百分濃度為1%的海藻酸鈉溶液5ml，用成膜器均勻塗覆於普通的載玻片上，塗覆厚度約為1mm左右，然後再用另一個載玻片蓋到海藻酸鈉溶液上面，壓實。再將上述樣品放入真空乾燥箱中，靜置2h除泡。然後放置在120°C的烘箱中Ih後成膜，得到具有彩虹條紋的海藻酸鈉液晶薄膜。將海藻酸鈉液晶薄膜置於偏光顯微鏡下觀察，如圖1所示。
[0031]實施例2
[0032]海藻酸鈉溶液的製備:
[0033]稱取海藻酸鈉粗製品20.0g於500ml蒸餾水，攪拌使之溶解，加入質量百分濃度為0.3%的HCH0600ml，浸泡24h。然後加入質量百分濃度為10%的HCl溶液，邊加邊攪拌，調節PH至2，使海藻酸沉澱完全，過濾，用蒸餾水洗去海藻酸凝膠上附著的酸、無機鹽、色素等雜質。再於海藻酸凝膠中加入質量百分濃度為3 %的Na2CO3溶液，調節pH=7，充分攪拌，放置過夜，使之成為均勻粘稠的液體。最後脫水乾燥，加入無水乙醇，海藻酸鈉呈絮狀析出，此絮狀物再用無水乙醇浸洗一次，過濾，濾條擠幹後撕成細纖維，置於60°C鼓風乾燥箱中烘乾，粉碎，得到海藻酸鈉精製品。稱取IOg上述海藻酸鈉精製品粉末邊攪拌邊加入到90mL去離子水中，室溫溶脹4小時，再將配製的海藻酸鈉溶液放入50°C水浴鍋中溶脹半小時，以保證海藻酸鈉溶液的均勻性，最後得到質量百分濃度為10%的海藻酸鈉溶液。將上述溶液通過過濾紗布目數為200-400的溶液過濾器，進行過濾，得到所需溶液，溶液顏色呈淡黃色。
[0034]取上述步驟中得到的質量百分濃度為10%的海藻酸鈉溶液5ml，用成膜器均勻塗覆於普通的載玻片上，塗覆厚度約為1mm左右，然後再用另一個載玻片片蓋到海藻酸鈉溶液上面，壓實。再將上述樣品放入真空乾燥箱中，靜置24h除氣泡。再將上述樣品放置在80°C的烘箱中40h後成膜，得到具有彩虹條紋的海藻酸鈉液晶薄膜。將海藻酸鈉液晶薄膜置於偏光顯微鏡下觀察，如圖2所示。
[0035]實施例3
[0036]海藻酸鈉溶液製備:
[0037]稱取海藻酸鈉粗製品40.0g於50ml蒸餾水，攪拌使之溶解，加入質量百分濃度為0.3%的HCH01200ml，浸泡24h。然後加入質量百分濃度為10%的HCl溶液，邊加邊攪拌，調節PH至2，使海藻酸沉澱完全，過濾，用蒸餾水洗去海藻酸凝膠上附著的酸、無機鹽、色素等雜質。再於海藻酸凝膠中加入質量百分濃度為3%的Na2CO3溶液，調節pH=7，充分攪拌，放置過夜，使之成為均勻粘稠的液體。最後脫水乾燥，加入無水乙醇，海藻酸鈉呈絮狀析出，此絮狀物再用無水乙醇浸洗一次，過濾，濾條擠幹後撕成細纖維，置於60°C鼓風乾燥箱中烘乾，粉碎，得到海藻酸鈉精製品。稱取20g上述海藻酸鈉精製品邊攪拌邊加入到SOmL去離子水中，室溫溶脹7小時，再將配製的海藻酸鈉溶液放入50°C水浴鍋中溶脹半小時，以保證海藻酸鈉溶液的均勻性，最後得到質量百分濃度為20%的海藻酸鈉溶液。將上述溶液通過過濾紗布目數為200-300的溶液過濾器，進行過濾，得到所需溶液。
[0038]取上述步驟中得到的質量百分濃度為20%的海藻酸鈉溶液5ml，用成膜器均勻塗覆於普通的載玻片上，塗覆厚度約為1mm左右，然後再用另一個載玻片片蓋到海藻酸鈉溶液上面，壓實。再將上述樣品放入真空乾燥箱中，靜置除泡30h。再將上述樣品放置在20°C的烘箱中70h後成膜，得到得到具有彩虹條紋的海藻酸鈉液晶薄膜。[0039]實施例4
[0040]海藻酸鈉氯化鈉水溶液製備:
[0041]稱取海藻酸鈉粗製品20.0g於500ml蒸餾水，攪拌使之溶解，加入質量百分濃度為
0.3%的HCH0600ml，浸泡24h。然後加入質量百分濃度為10%的HCl溶液，邊加邊攪拌，調節PH至2，使海藻酸沉澱完全，過濾，用蒸餾水洗去海藻酸凝膠上附著的酸、無機鹽、色素等雜質。再於海藻酸凝膠中加入質量百分濃度為3%的Na2CO3溶液，調節pH=7，充分攪拌，放置過夜，使之成為均勻粘稠的液體。最後脫水乾燥，加入無水乙醇，海藻酸鈉呈絮狀析出，此絮狀物再用無水乙醇浸洗一次，過濾，濾條擠幹後撕成細纖維，置於60°C鼓風乾燥箱中烘乾，粉碎，得到海藻酸鈉精製品。稱取IOg上述海藻酸鈉精製品粉末邊攪拌邊加入到90mL濃度為0.lmol/L的氯化鈉水溶液中，室溫溶脹4小時，再將配製的海藻酸鈉溶液放入50°C水浴鍋中溶脹半小時，以保證海藻酸鈉溶液的均勻性，最後得到質量分數為10%的海藻酸鈉氯化鈉水溶液。將上述溶液通過過濾紗布目數為200-400的溶液過濾器，進行過濾，得到所需溶液。
[0042]取上述步驟中得到的質量百分濃度為20%的海藻酸鈉氯化鈉水溶液5ml，均勻塗覆於普通的載玻片上，塗覆厚度約為1mm左右，然後再用另一個載玻片片蓋到溶液上面，壓實。然後將上述樣品放入真空乾燥箱中，靜置除泡24h ;再將上述樣品放置在70°C的烘箱中48h後成膜，得到得到具有彩虹條紋的海藻酸鈉液晶薄膜。
[0043]實施例5
[0044]海藻酸鈉聚丙烯醯胺水溶液製備:
[0045]稱取海藻酸鈉粗製品20.0g於500ml蒸餾水，攪拌使之溶解，加入質量百分濃度為
0.3%的HCH0600ml，浸泡24h。然後加入濃度為10%的HCl溶液，邊加邊攪拌，調節pH至2，使海藻酸沉澱完全，過濾，用`蒸餾水洗去海藻酸凝膠上附著的酸、無機鹽、色素等雜質。再於海藻酸凝膠中加入濃度為3 %的Na2CO3溶液，調節pH=7，充分攪拌，放置過夜，使之成為均勻粘稠的液體。最後脫水乾燥，加入無水乙醇，海藻酸鈉呈絮狀析出，此絮狀物再用無水乙醇浸洗一次，過濾，濾條擠幹後撕成細纖維，置於60°C鼓風乾燥箱中烘乾，粉碎，得到海藻酸鈉精製品。稱取IOg上述海藻酸鈉精製品粉末邊攪拌邊加入到90mL濃度為lmol/L的聚丙烯醯胺水溶液中，室溫溶脹4小時，再將配製的海藻酸鈉放入50°C水浴鍋中溶脹半小時，以保證海藻酸鈉溶液的均勻性，最後得到質量分數為10%的海藻酸鈉聚丙烯醯胺水溶液。將上述溶液通過過濾紗布目數為200-400的溶液過濾器，進行過濾，得到所需溶液。
[0046]取上述步驟中得到的質量百分濃度為10%的海藻酸鈉聚丙烯醯胺水溶液5ml，用成膜器均勻塗覆於普通的載玻片上，塗覆厚度約為ImL左右，然後再用另一個載玻片片蓋到海藻酸(鹽)溶液上面，壓實，放入真空乾燥箱中，靜置除泡24h。再將上述樣品放置在100°C的烘箱中24h後成膜，得到具有彩虹條紋的海藻酸(鹽)液晶薄膜。
[0047]實施例6
[0048]海藻酸水溶液製備:
[0049]稱取IOg海藻酸邊攪拌邊加入到90ml蒸餾水中，配製質量百分濃度為10%的海藻酸水溶液。取5ml海藻酸水溶液均勻塗覆於四氟乙烯片上,然後再用另一個四氟乙烯片蓋到海藻酸溶液上面，壓實，放入真空乾燥箱中，靜置除泡24h。再將上述樣品放置在100°C的烘箱中24h後成膜，得到具有彩虹條紋的海藻酸液晶薄膜。[0050]實施例1
[0051]海藻酸水溶液製備:
[0052]稱取20g海藻酸邊攪拌邊加入到80ml蒸餾水中，配製質量百分濃度為20%的海藻酸水溶液。取5ml海藻酸水溶液均勻塗覆於金屬片上,然後再用另一個金屬片蓋到海藻酸溶液上面，壓實，放入真空乾燥箱中，靜置除泡15h。再將上述樣品放置在80°C的烘箱中30h後成膜，得到具有彩虹條紋的海藻酸液晶薄膜。
[0053]實施例8
[0054]稱取5g海藻酸邊攪拌邊加入到95ml濃度為lmol/L的聚丙烯醯胺水溶液中，配製質量百分濃度為5%的海藻酸聚丙烯醯胺水溶液。取5ml海藻酸聚丙烯醯胺水溶液均勻塗覆於金屬片上，然後再用另一個金屬片蓋到海藻酸溶液上面，壓實，放入真空乾燥箱中，靜置除泡10h。再將上述樣品放置在50°C的烘箱中24h後成膜，得到具有彩虹條紋的海藻酸液晶薄膜。
[0055]上述實施例中製得的液晶薄膜可用於裝飾、防偽標記、彩色塗料、支撐材料、溫敏傳感器或光學驗證設備等。
【權利要求】
1.一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)海藻酸或海藻酸鹽溶液的製備:取海藻酸或海藻酸鹽加入到蒸餾水或含有電解質的水溶液中，配製質量百分濃度為1-20%的海藻酸或海藻酸鹽溶液； (2)薄膜的製備:取步驟(1)中的海藻酸或海藻酸鹽溶液均勻地塗覆於一片介質表面上，然後再用另一片介質蓋到海藻酸或海藻酸鹽溶液上面，放入真空烘箱中靜置除泡，除泡時間為2-30小時，除泡後再加熱蒸發1-70小時，加熱溫度為20-120°C，乾燥完成即得到海藻酸液晶薄膜或海藻酸鹽液晶薄膜。
2.根據權利要求1所述的一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中:所述海藻酸或海藻酸鹽為從褐藻或細菌中提取出的。
3.根據權利要求1所述的一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中:所述海藻酸鹽為海藻酸鈉精製品，海藻酸鈉精製品是採用如下步驟製成的: a原料預處理:稱取海藻酸鈉粗製品2.0g置於50ml蒸餾水中，攪拌使之溶解，加入濃度為0.3%的甲醛溶液60ml，浸泡24h ； b酸凝聚:向步驟a所得溶液中加入濃度為10%的鹽酸溶液，邊加邊攪拌，調節溶液pH值至2，使海藻酸沉澱完全，過濾，用蒸餾水洗去海藻酸凝膠上附著的雜質； c鹼中和:於海藻酸凝膠中加入濃度為3%的Na2CO3溶液，調節pH=7，充分攪拌，放置過夜，使之成為均勻粘稠的液體； d脫水乾燥:向步驟c所得粘稠液體中加入無水乙醇，海藻酸鈉呈絮狀析出，此絮狀物再用無水乙醇浸洗一次，過濾，濾條擠幹後撕成細纖維，置於60°C鼓風乾燥箱中烘乾，粉碎，得到海藻酸鈉精製品。`
4.根據權利要求1所述的一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中:所述含有電解質的水溶液的濃度為0.1-lmol/L，所述電解質為硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、鈉鹽、鉀鹽或聚合物電解質。
5.根據權利要求1所述的一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中:邊攪拌邊將海藻酸或海藻酸鹽加入到蒸餾水或電解質水溶液中，最後得到均勻的海藻酸或海藻酸鹽溶液；海藻酸或海藻酸鹽溶液配製好後，還要放入50°C水浴鍋中攪拌半小時，再通過200-400目數的紗布對溶液進行過濾。
6.根據權利要求1所述的一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中:所述介質為四氟乙烯、聚苯乙烯、玻璃、紙張、金屬或矽片。
7.根據權利要求1所述的一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中:所述加熱方法為傳導、對流、輻射、微波加熱或雷射加熱。
8.根據權利要求1所述的一種海藻酸或海藻酸鹽液晶膜的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中:所述海藻酸液晶薄膜或海藻酸鹽液晶薄膜的厚度為0.1-lmm。
9.如權利要求1-8中任一項所述製備方法製得的海藻酸或海藻酸鹽液晶膜在溫度敏感器上的應用。
10.如權利要求1-8中任一項所述製備方法製得的海藻酸或海藻酸鹽液晶膜在支撐材料方面的應用。
【文檔編號】C09K19/38GK103694488SQ201310699754
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】隋坤豔, 譚業強, 夏延致, 張慶旭, 張楊, 王兵兵 申請人:青島大學