一种具有晶相可逆响应的钙基多孔含水材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于多孔材料技术领域，特别是涉及一种具有晶相可逆响应的钙基多孔含水材料及其制备方法。所述钙基多孔含水材料的化学式为[Ca(NH2‑mbdc)(H2O)4]·(H2O)，式中NH2‑mbdc为5‑氨基间苯二甲酸配体的阴离子。本发明专利技术提供一种原料简单易得、制备方法简单的晶相可逆响应的钙基多孔含水材料，钙基多孔含水材料含水量高，不仅能够通过自身的水动态平衡为产品提供保润的作用，而且能够通过易检测的晶相变化掌握产品的水环境变化。在卷烟产品的保润、烟草产品的包装和国内食品行业的包装等方面具有广泛的应用前景。

A Calcium-based Porous Water-bearing Material with Reversible Response of Crystalline Phase and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of porous materials, in particular to a calcium-based porous water-bearing material with reversible crystal phase response and a preparation method thereof. The chemical formula of the calcium-based porous water-bearing material is [Ca (NH2 mbdc) (H_2O) 4] (H_2). In the formula, NH_2 mbdc is an anion of 5 amino isophthalic acid ligand. The present invention provides a calcium-based porous water-bearing material with simple raw material and simple preparation method. The calcium-based porous water-bearing material has high water content. It can not only provide moisturizing effect for the product through its own water dynamic balance, but also grasp the water environment change of the product through easily detected crystal phase change. It has broad application prospects in cigarette product moisturizing, packaging of tobacco products and packaging of domestic food industry.

【技术实现步骤摘要】
一种具有晶相可逆响应的钙基多孔含水材料及其制备方法
本专利技术属于多孔材料
，特别是涉及一种具有晶相可逆响应的钙基多孔含水材料及其制备方法。
技术介绍
目前，保润材料广泛地应用于人们的生活，对包装材料的物理保润性能的研究也成为近几年关注的热点。国内食品行业已经针对粮食作物和畜产品的包装材料的贮藏以及保鲜效果进行考察。烟草行业也对烟卷原料和包装的保润性能进行研究，保润材料能够显著改善卷烟的保润性能，对提升烟草耐加工性能和卷烟的感官品质具有重要作用。常见的保润材料有多元醇类、糖及其衍生物、有机酸及其盐类等，其中钙基保润材料也是一类重要的保润材料。考虑为了提高钙基的储水能力，需要构筑具有多孔的钙基材料以提供更大的储存水分子的空间，但是存在水分子易于获得也易于失去的问题；考虑利用裸露的钙离子为配位水提供配位空间以通过强的键合能力稳定水分子，但是金属离子的配位数有限，降低了储存水分子的能力，因此，设计跟合成有效的钙基多孔含水材料至关重要。另外考虑到钙离子不具有特征的光学、磁学等方面的表征，还需要检测钙基多孔含水材料中水分子的失去和获得。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有可逆晶相响应的钙基多孔含水材料，不仅能够通过自身的水动态平衡为产品提供保润的作用，而且能够通过易检测的晶相变化掌握产品的水环境变化。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术的一方面提供一种钙基多孔含水材料，所述钙基多孔含水材料的化学式为[Ca(NH2-mbdc)(H2O)4]·(H2O)，式中NH2-mbdc为5-氨基间苯二甲酸配体的阴离子。在本专利技术的一些实施方式中，所述钙基多孔含水材料中，一分子钙基多孔含水材料中包括四分子配位水和一分子晶格水，所述配位水在钙基多孔含水材料中的质量百分比为23.3％，所述晶格水在钙基多孔含水材料中的质量百分比为5.8％。在本专利技术的一些实施方式中，所述钙基多孔含水材料中，钙离子处于八配位的配体场中，每个钙离子分别与四分子配位水中的4个氧原子和一分子NH2-mbdc中的2个羧基中的4个氧原子配位，再通过NH2-mbdc配体的阴离子构筑成三维网络结构。在本专利技术的一些实施方式中，所述配位水是通过配位键与钙离子连接，所述晶格水是存在于孔道中通过氢键与配位水连接。在本专利技术的一些实施方式中，所述钙基多孔含水材料的晶型属于三方晶系，空间群为R-3，晶胞参数为在本专利技术的一些实施方式中，所述钙基多孔含水材料在40～80℃失去晶格水，80～200℃失去配位水，使晶态的钙基多孔含水材料转变成非晶态的钙基多孔材料。在本专利技术的一些实施方式中，所述非晶态的钙基多孔材料在含水环境中吸收水分子转变成晶态的钙基多孔含水材料。本专利技术的另一方面提供一种钙基多孔含水材料的制备方法，包括将钙盐与5-氨基间苯二甲酸在溶剂中反应制得。在本专利技术的一些实施方式中，所述钙盐、5-氨基间苯二甲酸和溶剂的摩尔比为1:(1～2):(100～200)，室温搅拌5～40min，在80～140℃反应24～72h。在本专利技术的一些实施方式中，所述钙盐选自氢氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙、硝酸钙、硫酸钙、氯化钙中的一种或多种的组合；所述溶剂选自水、N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基乙酰胺、N,N’-二乙基甲酰胺、乙醇、乙醚中的一种或多种的组合。本专利技术的另一方面提供本专利技术所述的钙基多孔含水材料在烟草产品保润和包装以及食品包装中的用途。附图说明图1为本专利技术钙基多孔含水材料形貌图。图2为本专利技术钙基多孔含水材料晶体结构体。图3为本专利技术钙基多孔含水材料可逆晶相转变图。图4为本专利技术钙基多孔含水材料热重曲线图。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的具有可逆晶相响应的钙基多孔含水材料及其制备方法。本专利技术的第一方面提供一种钙基多孔含水材料，所述钙基多孔含水材料的化学式为[Ca(NH2-mbdc)(H2O)4]·(H2O)，式中NH2-mbdc为5-氨基间苯二甲酸配体的阴离子。本专利技术所提供的钙基多孔含水材料中，所述钙基多孔含水材料中，一分子钙基多孔含水材料中包括四分子配位水和一分子晶格水，所述配位水在钙基多孔含水材料中的质量百分比为23.3％，所述晶格水在钙基多孔含水材料中的质量百分比为5.8％。所述钙基多孔含水材料的含水量较高，所述钙基多孔含水材料含水量达5个水分子/1分子钙离子，较传统钙盐，例如硫酸钙(2个水分子/1分子钙离子)，醋酸钙(1个水分子/1分子钙离子)高，且将水通过结构区分为配位水和结晶水，增强保润的能力。本专利技术所提供的钙基多孔含水材料中，所述钙基多孔含水材料晶体的形貌为棒状，所述棒状晶体的长度是20μm～100μm(如图1)。所述一分子钙基多孔含水材料中含一个脱质子的5-氨基间苯二甲酸根、一个钙离子、四分子配位水和一分子晶格水。钙离子处于八配位的配体场中，每个钙离子分别与四分子配位水中的4个氧原子和一分子NH2-mbdc中的2个羧基中的4个氧原子配位，再通过NH2-mbdc配体的阴离子构筑成三维网络结构(如图2)。本专利技术所提供的钙基多孔含水材料中，所述配位水是通过配位键与钙离子连接，所述晶格水是存在于孔道中通过氢键与配位水连接。本专利技术所提供的钙基多孔含水材料中，所述钙基多孔含水材料的晶型属于三方晶系，空间群为R-3，晶胞参数为晶体X射线衍射测定数据见表1。特征X-射线粉末衍射数据与所用X-射线波长无关的面间距再现的衍射数据如表2。本专利技术所提供的钙基多孔含水材料中，具有对环境温度/湿度变化表现出可逆的得/失晶格水、配位水的能力，所述钙基多孔含水材料在40～80℃失去晶格水，80～200℃失去配位水，使晶态的钙基多孔含水材料转变成非晶态的钙基多孔材料。具体是：由于晶格水和配位水的逃逸能级差异，钙基多孔含水材料随着温度从40～80℃，首先失去晶格水分子；当温度高于80℃时，材料开始失去配位水分子，并导致材料从晶态转变为非晶态，表现为特征X-射线粉末衍射数据的对应信号消失(如图3)。说明该材料可以根据环境温度的变化，通过自身的水动态平衡失去晶格水、配位水。热重曲线显示(如图4)，随着温度的升高，该材料迅速失水，直到200℃失去全部的水分子，500℃时钙基多孔含水材料整个骨架坍塌，说明该材料能够较好地锁住水分。因此，该钙基含水材料能够为有保润要求的产品提供一定的保润作用。本专利技术所提供的一种具有晶相可逆响应的钙基多孔含水材料，具有对环境温度/湿度变化表现出可逆的得/失晶格水、配位水的能力，所述非晶态的钙基多孔材料在含水环境中吸收水分子转变成晶态的钙基多孔含水材料。具体是：失水后的该钙基多孔非晶态材料在含水的环境中，能够通过吸收水分子，重新恢复成晶态材料，表现为X-射线粉末衍射数据的对应信号，尤其是主强峰恢复(如图3)。说明该材料可以根据环境湿度的变化，通过自身的水动态平衡得到结晶水、配位水，从非晶态结构转变为晶态结构，因此，该材料可以通过这种易检测的晶相变化掌握产品水环境的变化。本专利技术的第二方面提供钙基多孔含水材料的制备方法，包括将钙盐与5-氨基间苯二甲酸在溶剂中反应制得。本专利技术所提供的钙基多孔含水材料的制备方法，所述钙盐、5-氨基间苯二甲酸和溶剂的摩尔比为1:(1～2):(100～200)，室温搅拌5～40min，在80～140℃反应24～72h。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙基多孔含水材料，所述钙基多孔含水材料的化学式为[Ca(NH2‑mbdc)(H2O)4]·(H2O)，式中NH2‑mbdc为5‑氨基间苯二甲酸配体的阴离子。

【技术特征摘要】
1.一种钙基多孔含水材料，所述钙基多孔含水材料的化学式为[Ca(NH2-mbdc)(H2O)4]·(H2O)，式中NH2-mbdc为5-氨基间苯二甲酸配体的阴离子。2.如权利要求1所述的钙基多孔含水材料，其特征在于，所述钙基多孔含水材料中，一分子钙基多孔含水材料中包括四分子配位水和一分子晶格水，所述配位水在钙基多孔含水材料中的质量百分比为23.3％，所述晶格水在钙基多孔含水材料中的质量百分比为5.8％。3.如权利要求1所述的钙基多孔含水材料，其特征在于，所述钙基多孔含水材料中，钙离子处于八配位的配体场中，每个钙离子分别与四分子配位水中的4个氧原子和一分子NH2-mbdc中的2个羧基中的4个氧原子配位，再通过NH2-mbdc配体的阴离子构筑成三维网络结构。4.如权利要求1所述的钙基多孔含水材料，其特征在于，所述配位水是通过配位键与钙离子连接，所述晶格水是存在于孔道中通过氢键与配位水连接。5.如权利要求1所述的钙基多孔含水材料，其特征在于，所述钙基多孔含水材料的晶型属于三方晶系，空间群为R-3，晶胞参数为6.如权利要求1所述的钙基多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼佳颖，吴达，沙云菲，张乾，姚鹤鸣，刘百战，
申请(专利权)人：上海烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31