一种高阻隔耐水性聚乙烯醇/纳米晶纤维素/氧化石墨烯PVA/CNC/GO复合膜的制备方法，属于高分子材料领域。本发明专利技术首先制备CNC和GO水分散液，后将其混合，并超声使CNC和GO分散均匀，CNC表面的羟基和GO表面的极性基团发生相互作用，改善了GO在PVA中的分散效果，CNC和GO形成的稳定结构能够将PVA链上的羟基部分封闭起来，提高PVA的耐水性；另一方面，二维片状的GO能够增大水分子在PVA膜中的传输路径，提高PVA膜的水阻隔性能。这种复合膜具有优异的耐水性、水阻隔性能、力学性能，使其在可生物降解包装材料领域的应用成为可能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高阻隔耐水性聚乙烯醇/纳米晶纤维素/氧化石墨烯PVA/CNC/GO复合膜的制备方法，特别是加入CNC和GO得到高阻隔性和耐水性复合材料，属于高分子材料领域。
技术介绍
聚乙烯醇(PVA)，是由聚醋酸乙烯酯水解而得到的一种水溶性高分子，结构式为-CH2CH(OH)n。由于聚乙烯醇主链为碳碳结构，侧链上含有大量的羟基，为严格的线型结构,结构规整,因此化学性质稳定,材料的机械强度高；分子之间存在的氢键使其有足够的热稳定性；分子链上的羟基使其具有高度亲水性,与水具有相近的溶解度参数(23.4),成为水溶性聚合物；PVA的耐有机溶剂性能好,并且不受动物油、植物油和石油烃的作用；PVA成膜性好，能形成非常强韧的、耐撕裂的膜,膜的耐磨性好。由于PVA对有机溶剂的敏感性随其醇解度的下降而增大,因此一般用完全醇解的PVA制膜。然而PVA分子链上含有的大量羟基，也导致了PVA存在着水敏感性，即耐水、水阻隔性差等缺点，欲提高PVA膜的耐水和水阻隔性能，需要对其进行共混或化学改性处理。由于PVA亲水性较高,在环境湿度较大的情况下，羟基易和水分子形成氢键，水分子的进入导致PVA聚集态结构发生变化，使其阻隔性急剧下降，限制了在很多领域的应用，特别是日用包装材料方面的应用。所以，需对PVA进行耐水性和水阻隔性能改性，减小湿度对PVA阻隔性能的影响。PVA耐水性和水阻隔性能改性机理是通过化学或物理方法使PVA分子链上的羟基全部或部分封闭，增大水分子在PVA膜中的传输通道，提高耐水性和水阻隔性能。目前提高耐水性和水阻隔性能的方法主要有防水涂层法、共混法和交联法等。共混法因操作简单，易于大规模生产，在聚合物改性方面具有独特的优势。氧化石墨烯(GO)为二维片状的纳米粒子，其独特的二维片状结构，能够增大水分子在PVA基体中的传输路径，提高PVA的水阻隔性能；纳米晶纤维素(CNC)为一维棒状的纳米粒子，表面含有大量的羟基，能够和PVA和GO发生强的相互作用。CNC和GO复合后能够改善纳米粒子的分散性，提高聚合物的耐水和水阻隔性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是在PVA中加入CNC，降低PVA基复合材料的成本，提高PVA的耐水性；加入GO，提高PVA基复合膜的水阻隔性能。另外，将CNC和GO复合后作为复合纳米粒子，能够起到协同作用，改善纳米粒子在PVA中的分散性，提高PVA复合膜的耐水性和水阻隔性能。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现：一种高阻隔耐水性聚乙烯醇/纳米晶纤维素/氧化石墨烯PVA/CNC/GO复合膜的制备方法，包含下述步骤：(1)CNC水分散液的制备：将一定量的CNC分散在去离子水中，100W超声波清洗机中，超声分散30min，使CNC分散均匀，得到一定浓度的CNC水分散液；(2)GO水分散液的制备：将一定量的GO分散在去离子水中，100W超声波清洗机中，超声分散30min，使GO分散均匀，得到一定浓度的GO水分散液。(3)CNC和GO复合水分散液的制备：将上述步骤(1)、(2)中CNC和GO水分散液按一定的质量比混合，常温搅拌10min，得到CNC和GO复合液的浓度为0.005g/mL，后在100W超声波清洗机中，超声分散30min，得到CNC和GO不同质量比的复合分散液；(4)PVA/CNC/GO复合液的制备：将一定量的PVA和上述(3)中制备的CNC和GO复合液按一定的质量比混合，常温搅拌30min得到PVA/CNC/GO混合溶液；(5)PVA/CNC/GO复合膜的制备：将上述步骤(4)中PVA/CNC/GO混合溶液，在室温下静置2h消泡后，在玻璃模具中浇铸成膜，常温下放置24-36h，40℃下烘干4h，得到PVA/CNC/GO复合膜，膜厚约为50μm。步骤(1)中所述CNC浓度为0.0050g/mL。步骤(2)中所述GO浓度为0.0050g/mL。步骤(3)中所述CNC和GO质量比为1:2、1:1、2:1。步骤(4)中所述CNC:GO复合纳米粒子的质量为PVA质量的1％～5％。与现有的技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：CNC和GO表面都含有大量的极性基团，能够发生相互作用，改善GO在PVA基体中的分散性。将CNC和GO复合后，PVA分子链上大量的羟基(-OH)，可以和复合纳米粒子CNC和GO通过氢键作用，紧密连接，形成稳定的网络结构，增强高分子材料的机械性能和加工性能、耐水性和水阻隔性能。改性后的PVA复合材料这种复合膜具有优异力学性能、耐水性和水阻隔性能，使其在可生物降解包装材料领域的应用成为可能。附图说明：图1为实施例1中CNC和GO质量比为1:2、1:1、2:1复合纳米粒子，添加量为3％复合膜和PVA膜的SEM图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，下面结合具体实施例对本专利技术进一步详细解释，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)CNC水分散液的制备：取1gCNC分散于200mL去离子水中，配制成浓度为0.005g/ml的CNC溶液，在100W超声波清洗机中，超声分散30min；(2)GO水分散液的制备：取1gGO分散于200mL去离子水中，配制成浓度为0.005g/mL的GO溶液，100W超声波清洗机中，超声分散30min；(3)CNC和GO复合水分散液的制备：将上述步骤(1)、(2)中CNC和GO水分散液按质量比为1:2、1:1、2:1混合，常温搅拌10min，得到CNC和GO复合液的浓度为0.005g/mL，后在100W超声波清洗机中，超声分散30min，得到CNC和GO不同质量比的复合分散液；(4)PVA/CNC/GO复合液的制备：将1gPVA溶于10mL的去离子水中，在集热式磁力加热搅拌器中90℃加热搅拌60min，冷却至室温，然后加入2～10ml的CNC:GO悬浮液，室温下搅拌30min，得到CNC和GO复合纳米粒子为PVA质量比1％～5％的PVA/CNC/GO混合溶液；(5)PVA/CNC复合膜的制备：将PVA/CNC/GO混合溶液，静置2h消泡，在玻璃模具中浇铸成膜，常温放置24h，40℃干燥4h得到PVA/CNC/GO复合膜，膜厚约为50μm。实施例2扫描电镜(SEM)表征是在S-4800场发射扫描电子显微镜下进行，把要观察的PVA和PVA/CNC/GO复合膜样品在液氮中脆断得到样品的断面。在样品上喷金后，选择2.0kV电压，电流为10μA，在不同放大倍数下，用扫描电子显微镜进行断面观察，得到样品的SEM图1.图1为PVA和PVA复合膜的断面SEM图，从图中可以看出纯PVA膜的断面比较光滑，没有明显的褶皱。从二元PVA/3％(CNC:GO-1:0)复合膜断裂面SEM图中，发现没有粒子的团聚现象，表明CNC在PVA基体中分散良好。对比PVA/3％(CNC:GO-0:1)复合膜断面的SEM图，发现有明显的空隙，这表明GO在PVA基体中发生了部分团聚现象，对比CNC和GO复合后作为复合纳米粒子所制备三元PVA/3％(CNC:GO)复合膜发现，三元PVA复合膜的断面SEM图，表面比较粗糙，并且界面比较模糊，没有明显的空隙和纳米粒子的团聚现象，这是表明CNC和GO复合后，CNC改善了GO在PVA基体中的分本文档来自技高网...
【技术保护点】
高阻隔耐水聚乙烯醇/纳米晶纤维素/氧化石墨烯PVA/CNC/GO复合膜制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)CNC水分散液的制备：取1g CNC分散于200mL去离子水中，配制成浓度为0.005g/ml的CNC溶液，在100W超声波清洗机中，超声分散30min；(2)GO水分散液的制备：取1g GO分散于200mL去离子水中，配制成浓度为0.005g/mL的GO溶液，在100W超声波清洗机中，超声分散30min；(3)CNC和GO复合水分散液的制备：将上述步骤(1)、(2)中CNC和GO水分散液按质量比为1:2、1:1、2:1混合，常温搅拌10min，得到CNC和GO复合液的浓度为0.005g/mL，后在100W超声波清洗机中，超声分散30min，得到CNC和GO不同质量比的复合分散液；(4)PVA/CNC/GO复合液的制备：将1g PVA溶于10mL的去离子水中，在集热式磁力加热搅拌器中90℃加热搅拌60min，冷却至室温，然后加入2～10ml的CNC:GO悬浮液，室温下搅拌30min，得到CNC和GO复合纳米粒子为PVA质量比1％～5％的PVA/CNC/GO混合溶液；(5)PVA/CNC复合膜的制备：PVA/CNC/GO复合膜的制备：将上述步骤(4)中PVA/CNC/GO混合溶液，在室温下静置2h消泡后，在玻璃模具中浇铸成膜，常温下放置24‑36h，40℃下烘干4h，膜厚约为50μm，得到PVA/CNC/GO复合膜，膜厚约为50μm。...
【技术特征摘要】
1.高阻隔耐水聚乙烯醇/纳米晶纤维素/氧化石墨烯PVA/CNC/GO复合膜制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)CNC水分散液的制备：取1gCNC分散于200mL去离子水中，配制成浓度为0.005g/ml的CNC溶液，在100W超声波清洗机中，超声分散30min；(2)GO水分散液的制备：取1gGO分散于200mL去离子水中，配制成浓度为0.005g/mL的GO溶液，在100W超声波清洗机中，超声分散30min；(3)CNC和GO复合水分散液的制备：将上述步骤(1)、(2)中CNC和GO水分散液按质量比为1:2、1:1、2:1混合，常温搅拌10min，得到CNC和GO复合液的浓度为0.005g/mL，后在100W超声波清...
【专利技术属性】
技术研发人员：白绘宇，梁真真，夏禹，王玮，张胜文，刘晓亚，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。