[发明专利]溶胶-凝胶法制备纳米聚乙烯醇涂布液的方法及其涂层

说明书

技术领域

本发明涉及涂布技术领域，尤其涉及一种溶胶-凝胶法制备纳米聚乙烯醇涂布液的方法及其涂层。

背景技术

食品储存运输过程中，导致食品腐败变质的因素很多，其中主要由于食品和空气中的氧气接触导致食品变质。为了提高食品的储存时间，通常采用对氧气具有高阻隔性能的材料进行包装。目前，市场上的高阻隔包装材料主要包括聚偏二氯乙烯(PVDC)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和聚乙烯醇(PVA)。随着市场包装功能的增加以及环境意识的提高，产品成本的性价比也越显重要。然而，PVDC含有氯离子，加工和垃圾处理的过程中有氯化氢和二恶英等有害气体产生，污染空气和被包装物品，欧美等地区已开始限制并停止使用；EVOH的耐水性和耐候性至今没有解决，而且价格居高不下，令整个包装市场对高阻隔多层共挤膜望而生畏。因此，市场期待的性价比更为合理，容易加工并可替代PVDC和EVOH的PVA涂布阻隔膜成为了必然的发展趋势。

聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性树脂，其包含的极性强的羟基通过分子链间的氢键，形成“假结晶结构”，使能够透过氧的自由体积减少，从而在湿度低时，聚乙烯醇一般显示优良的气体阻隔性。但是，对于聚乙烯醇而言，一旦湿度升高，自由水进入到分子链间，氢键缓解，进入到分子能够自由运动的状态，导致氧气可以透过的自由体积增加，从而阻隔性就会急剧降低。因此，相关研究人员对聚乙烯醇形成的涂布液进行改性，一定程度上改善其阻隔性能。

目前，聚乙烯醇的主要改性方法为直接将纳米粒子添加到涂布液中，但其存在纳米粒子分布不均匀的现象，从而影响涂布液的阻隔性能。例如，申请号为200410034455.1的中国专利文献报道了一种改性聚乙烯涂布液及其制作工艺，该涂布液由聚乙烯醇、调节剂、纳米氧化硅、偶联剂、改性增粘剂和水组成；其制备工艺为：将纳米氧化硅、偶联剂和调节剂混合成为混合液A；将纳米氧化硅、偶联剂和调节剂混合成为混合液B；将混合液A和混合液B混合、升温、搅拌后保温，加入改性增粘剂，搅拌后得到改性聚乙烯涂布液。由于该方法直接将纳米氧化硅粒子加入至涂布液中进行改性，存在纳米氧化硅粒子分布不均匀的现象，从而制备的改性聚乙烯涂布液的阻隔性能较差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种溶胶-凝胶法制备纳米聚乙烯醇涂布液的方法及其涂层，该纳米聚乙烯醇涂布液具有良好的阻隔性能。

有鉴于此，本发明提供了一种纳米聚乙烯醇涂布液，包括以下组分：

聚乙烯醇树脂、水、交联剂、降解剂、耐水改性剂、酸催化剂、消泡剂、交联捕捉剂和酸碱调节剂，所述耐水改性剂为纳米二氧化硅溶胶、纳米二氧化钛溶胶、纳米氧化锡溶胶或纳米氧化锆溶胶。

优选的，所述耐水改性剂采用溶胶-凝胶法制备。

优选的，包括以下组分：

聚乙烯醇树脂6～10重量份；

水50～70重量份；

交联剂1～2重量份；

降解剂0.5～1.5重量份；

耐水改性剂0.5～5重量份；

酸催化剂1～2重量份；

消泡剂20～40重量份；

交联捕捉剂0.5～1重量份；

酸碱调节剂0.2～1重量份；

所述耐水改性剂为纳米二氧化硅溶胶、纳米二氧化钛溶胶、纳米氧化锡溶胶或纳米氧化锆溶胶。

优选的，所述聚乙烯醇树脂为聚乙烯醇和/或聚乙烯醇的共聚物，所述聚乙烯醇树脂的醇解度为50％～99.9％，所述聚乙烯醇树脂的聚合度为1700～1900。

优选的，所述交联剂为甲醛、乙二醛或丁醛。

优选的，所述降解剂为过氧化物。

优选的，所述酸催化剂为盐酸、硫酸和甲酸中的任意一种或几种。

优选的，所述消泡剂为乙醇或聚乙二醇200。

优选的，所述交联捕捉剂为尿素、脲和碳酰二胺中的任意一种或几种。

优选的，所述酸碱调节剂为碱性溶液。

相应的，本发明还提供一种溶胶-凝胶法制备纳米聚乙烯醇涂布液的方法，包括以下步骤：

将耐水改性剂、酸性催化剂和消泡剂于溶剂中混合，加热至60～70℃反应20～40分钟，得到第一混合溶液；

向所述第一混合溶液中加入聚乙烯醇树脂，加热回流状态下搅拌，加入降解剂和催化剂，继续反应20～40分钟，加入交联剂回流1～2小时后加入水，降温后加入交联捕捉剂搅拌20～40分钟，调节pH值，得到纳米聚乙烯醇涂布液。