[发明专利]一种聚乙烯醇‑聚丙烯酸‑纳米纤维素复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜的制备方法，属于包装膜制备技术领域。

背景技术

随着科技的进步和人们生活观念的转变，人们对各种塑料包装材料提出了更高的要求，其中不仅希望功能完善，而且要求无害于人体健康和不破坏生态环境。在我国现有的包装膜中，绝大多数是由聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酯等塑料加工而成，这些制品质优量轻、加工方便、成本低。但随之带来的废弃塑料却由于不能被自然环境降解而造成环境污染、农作物减产、牲畜死亡等现象。

聚乙烯醇(PVA)是一种安全无毒、可降解的水溶性有机高分子聚合物，同时因其极佳的透明度和光泽度、较好的机械性能和气体阻隔性、耐有机溶剂等性能，在包装领域占有重要地位。但是，PVA分子中含有大量的羟基，导致其耐水稳定性比较差，在湿度较高的条件下拉伸强度会大幅下降，从而限制了PVA的应用，因此必须要对其进行改性。

纳米纤维素(CNC)可由纤维素水解得到，其来源广泛，是一种绿色天然可降解的高分子材料。CNC结晶度高、热性能和机械性能优异，常作为填料增强天然或合成聚合物；其表面含有大量羟基，比表面积大，亲水性高，与PVA具有较好的相容性。聚丙烯酸(PAA)表面有很多羧基，可以作为交联剂与PVA和CNC之间形成稳定的化学键结合，而丙烯酸(AA)在PVA和CNC体系中原位聚合成聚丙烯酸，可以分散更均匀，更大程度上与PVA和CNC接触，使三者充分交联，从而提高PVA的耐水稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜的制备方法。按照本发明提供的技术方案，所述聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜的制备方法，特征是，配方比例按重量份数计，包括以下步骤：

(1)取1份脱脂棉与20份质量分数为64％的浓硫酸混合，在水浴温度45℃、机械搅拌400r/min～600r/min条件下反应1h～2h，产物加去离子水并离心、透析得到中和的纳米纤维素悬浮液；

(2)将0.1～2份步骤(1)中制备的纳米纤维素悬浮液与1份聚乙烯醇混合，在90℃～95℃下溶于10～20份去离子水中，降温至60℃以下，加入0.004～0.025份引发剂搅拌升温至60℃～70℃，加入0.01～0.7份丙烯酸单体反应1～3h，然后升温至70℃～80℃继续反应2～4h。反应结束后将混合液置于流动的去离子水中透析3～4天，采用流延法制备成膜。

所述步骤(2)中的引发剂包括：过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。

本发明的优点在于：原料廉价易得，聚乙烯醇和纳米纤维素可生物降解；相对于纯的聚乙烯醇膜，聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜的耐水性、韧性与热稳定性明显提升。

附图说明

图1聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜(PVA-PAA-CNC)、聚乙烯醇膜(PVA)、丙烯酸单体(AA)及纳米纤维素(CNC)的红外光谱

图2聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜(PVA-PAA-CNC)断面的扫描电子显微镜照片，其中丙烯酸(AA)的含量分别为a：0％；b：10％；c：20％；d：30％；e：40％；f：70％

图3不同丙烯酸(AA)含量的聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜(PVA-PAA-CNC)的热重曲线

具体实施方法

本发明分两步：

(1)纳米纤维素悬浮液的制备；

(2)聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜的制备。

本发明所述聚乙烯醇-聚丙烯酸-纳米纤维素复合膜的各项性能可采用以下指标进行检测：

(1)结构分析测定：FT-IR分析使用NICOLET NEXUS 470傅里叶变换红外光谱仪，光谱仪分辨率为4cm^-1，扫描次数为30。

(2)热稳定性：采用SDTA851e热重分析仪测试改性前后CNC的热稳定性，测试温度范围为室温～550℃，升温速度为10℃/min；

(3)溶胀率：称量薄膜(m₁)在25℃的去离子水中浸没24h后取出，擦干表面水分后迅速称量记为m₂，溶胀率为(m₂-m₁)/m₁；

(4)保留率：称量薄膜(m₁)在25℃的去离子水中浸没24h后于60℃烘箱中烘干，称重记为m₃，保留率为m₃/m₁；