[发明专利]一种高阻隔抗紫外多功能复合薄膜的制备方法

说明书

本发明公开一种高阻隔抗紫外多功能复合薄膜的制备方法。包括纳米二氧化钛的改性和高阻隔抗紫外多功能复合薄膜的制备。是以未改性或偶联剂改性的二氧化钛为紫外屏蔽剂，以高纵横比的氧化石墨烯为核心阻隔层，通过超声的方法将两者混合均匀，然后再与聚乙烯醇水溶液超声混合一定时间，加入交联剂戊二醛和交联剂促进剂稀盐酸；最后，将混合溶液进行脱泡处理后浇注至干净的玻璃板上，室温干燥即得纳米复合薄膜。本发明具有优异的抗紫外老化性能，同时纳米复合薄膜安全无毒，可生物降解，满足于多种食品、药品及其他产品的包装要求，具有重要的使用生产价值。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及高阻隔抗紫外多功能复合薄膜的制备方法。

背景技术

随着经济的发展、科技的进步，聚合物薄膜材料以其优异的综合性能在食品、药品等包装行业中得到越来越广泛的应用。聚乙烯醇(PVA)具有良好的生物降解性，成膜性和可溶性，是一种应用潜力巨大的包装材料。然而，聚乙烯醇分子链中含有大量羟基，分子内存在很多氢键，以此为原料制备的可生物降解聚合物薄膜的力学性能、氧气阻隔性能往往不能满足更高的包装使用要求，影响食品、药品的长期保存。因此，提高聚乙烯醇聚合物薄膜的力学性能和氧气阻隔性能成为包装行业亟待解决的问题。

氧化石墨烯(GO)，作为石墨烯最重要的衍生物之一，是由共价键接的碳原子组成的二维片层堆叠而成，在碳原子层骨架的表面和边缘处含有大量的亲水性氧化官能团，如羟基、羧基、环氧基等，这些官能团的存在，增大了氧化石墨烯片层间距，便于溶剂更好的进入片层内部，提高其分散性。另外，氧化石墨烯具有高的比表面积，大的纵横比以及优异的机械强度，已成为科学界提高聚合物薄膜的阻隔性能和力学性能的研究热点。专利CN106700110A提供了一种氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合薄膜的制备方法，复合薄膜的氧气阻隔性比纯PVA薄膜提高了2.08倍，拉伸强度提高了42.4％，可用于对阻隔性能要求较高的物品包装中。

近年来臭氧层遭到日趋严重的破坏，大气层对紫外线的屏蔽作用大大降低，因此紫外线辐射的危害引起了人们的关注。而对于一些包装产品来说，纯粹高阻隔薄膜包装后，储存效果并不理想。这主要是因为紫外线能够引起聚合物分子链的断裂，加快聚合物薄膜的裂纹产生，从而产生更多的氧气透过通道引发并加速包装物品的降解，造成食物或药品的变质或腐败。大量研究表明，紫外线对包装产品的破坏作用极大，而可见光光波的影响作用相对较小，因而采用添加紫外线屏蔽剂来改善包装物的紫外屏蔽性能的研究工作相继进行。当前常用的无机纳米紫外屏蔽剂如TiO₂、ZnO、SiO₂等无机纳米粒子对紫外线吸收作用强，广泛应用到防晒霜、抗紫外线纤维、抗老化涂料、抗紫外老化薄膜中。同时，这些无机粒子对聚合物基体起到增强增韧、提高热稳定性、阻隔气体等多种作用，使聚合物材料能应用的更加广泛，使用寿命更长。专利CN108129783A公开了一种高性能包装用复合薄膜，此薄膜以聚乙烯醇为基料，掺杂纳米二氧化钛和硅灰，使得复合薄膜的抗拉强度、热稳定性以及耐紫外老化性能得到提高。

包装材料的广泛使用离不开聚合物薄膜的使用，然而单一材料的聚合物薄膜往往具有很多缺点，并且在以上的研究进展中，很少研究者进行集抗紫外线，高阻隔，良好力学性能为一体的综合研究。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种高阻隔抗紫外多功能复合薄膜的制备方法，通过表面化学设计将改性二氧化钛/氧化石墨烯有效结合，通过反应吸附及组装形成致密的“砖-墙”结构，制备的复合薄膜具有优异的氧气阻隔性能，抗紫外线性能和力学性能，并且操作过程简单，安全性能高。

本发明所采用的技术方案是一种高阻隔抗紫外多功能复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)纳米二氧化钛的改性：将1g纳米二氧化钛溶于乙醇水溶液中，加入直径为0.2mm的锆球，并调节溶液的pH值为8～10，逐滴滴加浓度为10～15mg/ml的硅烷偶联剂，球磨一定时间，然后离心取沉淀，用乙醇洗涤三遍，干燥后得到改性的纳米二氧化钛。