一种高效的GO/PLA层层自组装阻隔膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种GO/PLA层层自组装阻隔膜的制备方法，该制备方法是在电场作用下，将聚乳酸薄膜交替地分别浸渍到聚乙烯亚胺溶液和氧化石墨烯溶液中进行沉积，重复一次或以上次数的交替浸渍操作后制得阻隔膜。本发明专利技术还涉及所述制备方法得到的阻隔膜。本发明专利技术的制备方法具备制备效率高的优点。具备制备效率高的优点。具备制备效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高效的GO/PLA层层自组装阻隔膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，特别是涉及一种高效的GO/PLA层层自组装阻隔膜的制备方法。

技术介绍

[0003]聚乳酸(PLA)，也称聚丙交酯，是一种生物基脂肪族聚合物，具有良好的降解性、安全卫生性、可加工性等优点，逐渐应用于各个领域。然而，PLA对气体的阻隔性能较差，使得PLA在包装材料领域受到很大的限制，因为包装材料需要将氧气、水蒸气等阻挡在被包装物之外,从而延长被包装物的保质期、保证被包装物不会因为外界环境而变质。这就决定了提高聚乳酸的气体阻隔性能对于其在包装材料领域的应用具有至关重要的作用。
[0004]人们试图通过将聚乳酸与各种纳米材料复合来提高聚乳酸的气体阻隔性能。其中，石墨烯是一种具有超薄完美结构的二维材料，其片状结构的阻隔性能也引起了人们的关注，研究表明，即使最小的氦原子(He)也无法通过单层石墨烯。但石墨烯的制备条件苛刻，制备工艺复杂，限制了石墨烯的大规模生产和应用。氧化石墨烯(GO)，作为石墨烯的衍生物，具有和石墨烯相似的二维片状结构。虽然其表面含有大量的因含氧官能团造成的缺陷，但对小分子仍具有很好的阻隔性能。另外，GO可由石墨的化学氧化过程大规模生产，这使其在改善聚乳酸的阻隔性能方面具有良好的应用前景。
[0005]目前，GO在改善PLA包装材料的阻隔性能的方法主要有混合法、喷涂法和层层自组装法，其中，层层自组装法是将GO与其他聚合物通过静电力、氢键结合力、范德华力等作用力相结合，层层沉积在PLA基底上，形成致密的气体阻隔层，从而延长气体的通过路径，提高薄膜的气体阻隔性能。这种方法不会改变PLA基底的力学性质，且可以有效解决GO纳米片在PLA基质中容易发生团聚的问题，在改善PLA阻隔性能方面占据重要的地位。
[0006]利用层层自组装法制备GO/PLA自组装薄膜方法简单、不会改变PLA基底的力学性质，且可以有效解决GO纳米片在PLA基质中容易发生团聚的问题，在改善PLA阻隔性能方面占据重要的地位，但是仍存在一个致命的问题：制备高阻隔性的GO/PLA自组装薄膜需要很长的时间来反复沉积聚合物和GO，一般需要沉积几十层才能达到良好的阻隔性能，这大大限制了该方法的实际应用。

技术实现思路

[0007]针对传统的GO/PLA自组装薄膜制膜周期长的问题，本专利技术提供一种高效的GO/PLA层层自组装阻隔膜的制备方法，其具备制备效率高的优点。
[0008]本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种GO/PLA层层自组装阻隔膜的制备方法，该制备方法是在电场作用下，将聚乳酸(PLA)薄膜交替地分别浸渍到聚乙烯亚胺(PET)溶液和氧化石墨烯(GO)溶液中进行沉积，重复一次或以上次数的交替浸渍操作后制得阻隔膜。
[0010]本专利技术的制备方法将GO和PEI通过静电力层层沉积在PLA基底上以提升PLA的阻隔
性能，并且在电场的诱导作用下辅助制备，一方面有效加快了每一层的GO和PEI的沉积速度，提高了制膜效率，另一方面增加了每一层的GO和PEI的吸附量，从而可减少所需的沉积层数，同样提高了制膜效率。由此，本专利技术的制备方法可快速制备出高阻隔性能的GO/PLA自组装薄膜。
[0011]作为进一步优化，所述电场为匀强电场。
[0012]作为进一步优化，形成所述电场的方式为：将两个电极板分别放置在装有所述聚乳酸薄膜的浸渍容器的上方和下方，并分别连接一个直流电源的两个电极，以形成所述电场。
[0013]作为进一步优化，所述制备方法包括如下步骤：
[0014](1)氧化石墨烯溶液和聚乙烯亚胺溶液的配制：以水为溶剂，与氧化石墨烯和聚乙烯亚胺分别配制成均匀的氧化石墨烯溶液和聚乙烯亚胺溶液；
[0015](2)聚乳酸薄膜的预处理：对聚乳酸薄膜进行乙醇清洗、水洗和烘干；
[0016](3)电场辅助的层层自组装：将步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液和聚乙烯亚胺溶液分别加入两个浸渍容器中，在每个浸渍容器的上方和下方各设置一个不接触到所述浸渍容器内溶液的电极板，将两个电极板分别连接一个直流电源的两个电极，将步骤(2)预处理后的聚乳酸薄膜交替地放入分别装有聚乙烯亚胺溶液和氧化石墨烯溶液的浸渍容器中浸泡，重复一次或以上次数的交替浸渍操作后制得阻隔膜。
[0017]作为进一步优化，将位于装有氧化石墨烯溶液的浸渍容器上方的电极板连接直流电源的负极，将位于装有氧化石墨烯溶液的浸渍容器下方的电极板连接直流电源的正极；将位于装有聚乙烯亚胺溶液的浸渍容器上方的电极板连接直流电源的正极，将位于装有聚乙烯亚胺溶液的浸渍容器下方的电极板连接直流电源的负极。
[0018]作为进一步优化，步骤(3)中，所述直流电源的电压设定为大于0V且小于25V，每个浸渍容器上方和下方的两个电极板之间的距离为1.5
‑
5cm。
[0019]作为进一步优化，步骤(3)中，聚乳酸薄膜每次浸泡的时间为5分钟，每次浸泡后取出用水冲洗再烘干。
[0020]作为进一步优化，步骤(1)中配制得到的氧化石墨烯溶液的浓度不超过1mg/mL。
[0021]作为进一步优化，步骤(1)中，配制聚乙烯亚胺溶液和氧化石墨烯溶液时，加入盐酸或氢氧化钠调节pH值至中性。
[0022]本专利技术还提供所述的制备方法得到的阻隔膜。
[0023]本专利技术的原理及有益效果如下：
[0024]1)本专利技术所述方法中，在PLA基底和GO溶液和PEI溶液两侧加电极板并连接直流电源，使表面带负电电荷的GO和表面带正电荷的PEI在沉积过程中除了受到重力的作用，还受到电场力的作用，提高GO和PEI的沉积速度，且增加每一层的GO和PEI的吸附量，从而大幅提高制膜效率，不用沉积几十层即可使自组装薄膜达到所需的阻隔性能。
[0025]2)本专利技术所述方法中，GO纳米片之所以表面带负电荷，源于其表面的含氧官能团，带负电的含氧官能团在电场作用下使GO纳米片在沉积过程中发生定向排列，且更加伸展，减少褶皱。大面积铺展开且定向排列的GO纳米片形成的薄膜更能有效延缓气体分子的扩散，增强薄膜的阻隔性能，从而减少沉积层数，提高制膜效率。
[0026]3)本专利技术所述方法中，PEI呈无序线团状，只依靠重力的作用沉积时，分子链容易
发生团聚，在薄膜表面形成的表面结构凹凸不平，致密性差，加上电场之后，无序线团发生延伸排列，使其排列更加有序，形成的组装薄膜更加致密均匀，从而可以减少沉积层数，提高制膜效率。
[0027]为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
附图说明
[0028]图1为本专利技术利用电场辅助的GO/PLA层层自组装阻隔膜制备方法的示意图；
[0029]图2为实施例1、实施例2和对比例中不同电压下不同自组装层数的GO/PLA自组装薄膜的透氧系数及相对于空白PLA薄膜透氧系数减少百分率。
[0030]图3为实施例1、实施例2和对比例中不同电压下不同自组装层数的GO/PLA的水蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GO/PLA层层自组装阻隔膜的制备方法，其特征在于，在电场作用下，将聚乳酸薄膜交替地分别浸渍到聚乙烯亚胺溶液和氧化石墨烯溶液中进行沉积，重复一次或以上次数的交替浸渍操作后制得阻隔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电场为匀强电场。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，形成所述电场的方式为：将两个电极板分别放置在装有所述聚乳酸薄膜的浸渍容器的上方和下方，并分别连接一个直流电源的两个电极，以形成所述电场。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯溶液和聚乙烯亚胺溶液的配制：以水为溶剂，与氧化石墨烯和聚乙烯亚胺分别配制成均匀的氧化石墨烯溶液和聚乙烯亚胺溶液；(2)聚乳酸薄膜的预处理：对聚乳酸薄膜进行乙醇清洗、水洗和烘干；(3)电场辅助的层层自组装：将步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液和聚乙烯亚胺溶液分别加入两个浸渍容器中，在每个浸渍容器的上方和下方各设置一个不接触到所述浸渍容器内溶液的电极板，将两个电极板分别连接一个直流电源的两个电极，将步骤(2)预处理后的聚乳酸薄膜交替地放入分别装有聚乙烯亚胺溶液和氧化石墨烯溶液的浸渍容器中浸泡，重复一次或以上次数的交替浸渍操作后制得阻隔膜。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岩岩，尹宗杰，刘斌，熊磊，张永红，何立粮，张双红，文芳，李爽，郭华超，王良旺，朱建康，
申请(专利权)人：广州特种承压设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：