一种复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术整体涉及复合材料。特别地，本发明专利技术涉及一种包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒的混合物的复合材料，其中所述金属颗粒设置在多孔二氧化硅颗粒的孔内。本发明专利技术还提供了一种制备用作氧气清除剂的复合材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种复合材料及其制备方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年3月5日提交的新加坡申请号10201801795R的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
本专利技术整体涉及复合材料。特别地，本专利技术涉及一种包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒的混合物的复合材料，其中所述金属颗粒设置在多孔二氧化硅颗粒的孔内。
技术介绍
包装中氧气的存在是包装产品质量的决定因素之一。易腐烂的食品如水果和蔬菜对氧气敏感，因此在氧气存在下容易变质。这种变质可能导致维生素C的损耗、油脂的氧化酸败、微生物的生长以及变色等。因此，食品包装的主要目的之一是保护包装的食品不与氧气直接接触，从而保持食品的营养价值并延长包装的食品的保质期。人们尽力提供对氧分子的渗透具有良好的阻隔性能的包装。气调和真空包装是在密封过程之前降低包装中的氧气含量的众所周知方法。然而，应当注意，残留的氧气，即溶解在食物中和/或存在于顶部空间中的氧气不能通过上述方法完全除去。另外，较高的成本和复杂的操作是与气调和真空包装相关的一些问题。因此非常需要开发一种有效的氧气清除剂。据报道，氧气清除剂占全世界塑料包装市场的约57％，提示氧气是引起食物变质的主要因素之一。氧气清除剂通常基于氧化过程起作用。通常已知的氧气清除剂包括铁粉、抗坏血酸、酶、不饱和烃和光敏聚合物。然而，上述氧气清除剂已经显示出一定的限制性。例如，有机清除剂和不饱和烃清除剂相对不稳定，并且在氧化过程之后趋于散发出讨厌的(不愉快的)气味。在上述氧气清除剂中，铁基氧气清除剂以其高清除效率、低成本和无毒性而成为最熟知的且市场上可买到的氧气清除剂。与较大颗粒的铁颗粒相比，具有较小尺寸的铁颗粒由于反应性表面原子的量较大，倾向于表现出较高的清除能力。因此，期望纳米尺寸的铁颗粒(或铁纳米颗粒)在氧气清除中具有潜在的应用。然而，这种相对较小的铁颗粒倾向于是活性的和爆炸性的，从而在处理这种材料时，特别是在工业规模的生产期间造成困难。因此，本专利技术提供了一种用作氧气清除剂的复合材料，其克服了或至少改善了上述一个或多个缺点。
技术实现思路
在一个方面，提供了包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒的混合物的复合材料，其中所述金属颗粒设置在多孔二氧化硅颗粒的孔内。有利地，所述二氧化硅颗粒可用作多种金属颗粒的载体。在多孔二氧化硅颗粒中形成的纳米尺寸通道是有益的，因为它们可用作金属颗粒生长的载体和保护剂，从而增强金属颗粒的负载而不聚集。更有利地，这些形成的通道可防止纳米尺寸金属颗粒爆炸。因此，所得纳米结构复合材料易于在工业生产中被采用。在多孔二氧化硅颗粒内形成的通道可有利地促进氧气扩散到二氧化硅颗粒中，从而改善金属纳米颗粒与氧分子之间的接触。上述通道还可以控制金属颗粒的氧化速率。仍然有利地，纳米结构复合材料中心可以具有相对大的空腔，这种相对大的空腔可以进一步改善氧分子与金属纳米颗粒的接触，从而产生高的氧气清除能力。中心具有大的空腔的纳米结构复合材料能够有效地清除氧气。纳米结构复合材料中的中空部可进一步促进颗粒中氧气的扩散并增强金属纳米颗粒与氧气的接触，从而产生高的氧气清除性能。在另一方面，提供了制备包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒材料的混合物的用于清除氧气的复合材料的方法，该方法包括以下步骤：(i)将多孔二氧化硅颗粒在搅拌下加入到金属离子溶液中，使金属离子浸渍到二氧化硅颗粒的孔中；和(ii)将金属离子在还原剂存在下还原以形成金属颗粒，其中金属颗粒设置在多孔二氧化硅颗粒的孔内。有利地，该复合材料可通过一步乳液制备法在温和条件下以简便的方法获得。因此，这种方法可以需要简单的生产装置，从而可以认为是低成本方法。仍然有利地，多孔二氧化硅颗粒的尺寸和结构可通过改变前体的比率而容易地调节。复合材料中的通道的尺寸沿着介孔二氧化硅颗粒的单个通道可以基本上是均匀的。在另一方面，提供了包括如本文定义的复合材料和聚合物基体的组合物，其中所述金属颗粒设置在多孔二氧化硅颗粒的孔内。在另一方面，提供了制备包括如上定义的复合材料和聚合物基体的组合物的方法。在另一方面，提供了包含上述组合物的制品，该组合物包括如上定义的复合材料和聚合物基体。在另一方面，提供了上述制品作为食品包装的包装膜以改善氧气阻隔性能的用途。定义本文所用的以下词语和术语应具有所指示的含义：除非另有说明，否则根据IUPAC命名法，本公开中使用的术语“介孔的(mesoporous)”将被广义地解释为是指包含直径在约2nm至约50nm的孔的材料。如本文所用的术语“微孔的(microporous)”是指根据IUPAC命名法具有直径小于2nm的孔的材料。词语“基本上(substantially)”不排除“完全(completely)”，例如“基本上不含(substantiallyfree)”Y的组合物可以完全不含Y。必要时，词语“基本上”可以从本专利技术的定义中省略。除非另外指明，否则术语“包括(comprising、comprise)”及其语法变体旨在表示“开放式”或“包括性”语言，使得它们包括所列举的要素，但也允许包括另外的未列举的要素。如本文所用，在制剂组分浓度的上下文中，术语“约(about)”通常为所述值的+/-5％、更通常为所述值的+/-4％、更通常为所述值的+/-3％、更通常为所述值的+/-2％、甚至更通常为所述值的+/-1％、以及甚至更通常为所述值的+/-0.5％。在整个本公开中，某些实施方案可以范围格式公开。应当理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对所公开范围的范畴的僵化限制。因此，应当认为范围的描述已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，对诸如1至6的范围的描述应当被认为已经具体公开了诸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等的子范围，以及在该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5、6。无论范围的宽度如何，这都适用。某些实施方案也可以在本文中广泛地和一般性地描述。落入一般公开内容内的每个较窄种类和亚类分组也形成本公开内容的一部分。这包括具有从该类中去除任何主题名称的附带条件或否定限制的实施方案的一般性描述，而不管所删除的材料是否在本文中具体叙述。具体实施方式现在将公开包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒的混合物的复合材料的示例性非限制性实施方案。本公开提供了包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒的混合物的所述复合材料，其中所述多种金属颗粒设置在所述多孔二氧化硅颗粒的孔内。本公开的复合材料可被认为是纳米结构复合材料。所述纳米结构复合材料可包含空腔。纳米结构复合材料可在二氧化硅颗粒中包含空腔。所述空腔可位于二氧化硅颗粒的中心或核心。空腔可以与二氧化硅颗粒的孔接触，从而可以存在从空腔通过孔到外部环境的流体交换，反之亦然。二氧化硅颗粒中的空腔的尺寸范围可以为约40nm至约80nm，诸如约40至约50nm、约40nm至约60nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒的混合物的复合材料，其中所述多种金属颗粒设置在所述多孔二氧化硅颗粒的孔内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180305 SG 10201801795R1.一种包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒的混合物的复合材料，其中所述多种金属颗粒设置在所述多孔二氧化硅颗粒的孔内。


2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料为纳米结构复合材料。


3.根据权利要求2所述的复合材料，其中所述纳米结构复合材料具有空腔。


4.根据权利要求3所述的复合材料，其中所述空腔的尺寸范围为40nm至80nm。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合材料，其中所述金属颗粒为金属纳米颗粒。


6.根据权利要求5所述的复合材料，其中所述金属纳米颗粒的金属选自周期表的第8族。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合材料，其中所述金属颗粒的粒度范围为1nm至50nm。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合材料，其中所述多孔二氧化硅颗粒为多孔二氧化硅纳米颗粒。


9.根据权利要求8所述的复合材料，其中所述多孔二氧化硅纳米颗粒的粒度范围为20nm至1000nm。


10.根据权利要求8或9所述的复合材料，其中所述多孔二氧化硅纳米颗粒选自由原硅酸四乙酯(TEOS)、原硅酸四甲酯、原硅酸四丙酯、原硅酸四丁酯和原硅酸四异丙酯组成的组。


11.根据权利要求3所述的复合材料，其中中心具有大的空腔的所述纳米结构复合材料的氧气清除性能范围为190cm3/g至210cm3/g。


12.一种制备包含多种金属颗粒和多孔二氧化硅颗粒材料的混合物的用于清除氧气的复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)将所述多孔二氧化硅颗粒在搅拌下加入到金属离子溶液中，使所述金属离...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，何嘉挺，叶振宗，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG