[发明专利]一种PVA/CNC复合涂料及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种PVA/CNC复合涂料及其制备方法与应用，包括纤维素纳米晶和聚乙烯醇，所述CNC悬浮液浓度为5wt%，聚乙烯醇占纤维素纳米晶的质量百分比为0、20%、40%、60%、80%、100%；将所得复合涂料分别在不同基材上进行涂覆。所述纤维素纳米晶的颗粒尺寸长度为118.9‑148.1nm，直径为48‑52nm。所述PVA/CNC复合涂料的制备方法，利用天然纤维素作为原料，利用无毒无污染的PVA作为涂料颜色调节剂与增塑剂，制备得到的彩色涂料环保可降解，结构颜色鲜艳可调控，并且机械性能得到极大程度的改善；通过简单的共混复合，刮涂于基材表面即可得到，制备过程简单、易于控制、成本低。

技术领域

本发明属于涂层材料技术领域，特别涉及PVA/CNC复合涂料及其制备方法与应用。

背景技术

常用的制备有颜色薄膜的方法大多是通过化学反应制得，比如通过无机盐和硬脂酸钠反应，或者是嫁接含氟氮染料，这些方法会产生许多污染问题，并且制备成本较高；而目前典型的商业聚氨酯类涂料，它所用的有机溶剂含量高，会造成严重的VOC污染；现有技术中的涂料制成颜色薄膜的颜色单一不可调节。

纤维素纳米晶是一种新型胆甾相液晶材料，晶体在高浓度下会发生各向异性到各向同性，直到形成液晶相的转变。纤维素纳米晶质轻、力学性能优异、透光于生佳、良好的自组装性能，使其在液晶材料、精密光学器件、医学材料等高端技术领域具有巨大的应用潜力。目前国内外对纤维素纳米晶在薄膜上的应用鲜有报道，这种液晶薄膜具有高结晶度及规整的结构排列，具有鲜艳明丽的结构颜色，且不能被普通颜料所复制，若此薄膜的内部结构排列不被更改，则此结构颜色可长久维持，无普通颜料褪色等问题，这更加符合现代社会节能环保的理念，使其在建材表面装饰、防伪标识等方面有更广泛的应用。

发明内容

解决的技术问题：本申请主要是提出一种PVA/CNC复合涂料及其制备方法与应用，解决现有技术中存在的薄膜的颜色单一不可调节、具有环境污染等技术问题，提供一种环保可降解、色彩可调控的复合涂料。

技术方案：

一种PVA/CNC复合涂料，所述用于制备PVA/CNC复合涂料的CNC悬浮液浓度为5wt%，所述纤维素纳米晶的颗粒尺寸长度为118.9-148.1nm，直径为48-52nm，聚乙烯醇占纤维素纳米晶的质量百分比为0、20%、40%、60%、80%、100%。

一种PVA/CNC复合涂料的制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，纤维素纳米晶CNC悬浮液的制备：将10g纸浆与160ml浓度为64 wt%的硫酸混合，在50℃水浴条件下，连续搅拌，水解1.5 h，然后加入800ml蒸馏水停止水解反应得到稀释后的悬浮液，将稀释后的悬浮液倒入透析袋中，在蒸馏水中透析1周；最终CNCs水性悬浮液的pH值在6.0-7.0，固含量为0.5 wt%，利用旋转蒸发器将固含量为0.5wt%的CNC浓缩至5wt%；

第二步，聚乙烯醇PVA溶液制备：将5g PVA分散在50ml蒸馏水中，90℃水浴条件下，300r/min转速下匀速搅拌5-15min使其充分溶解后，静置除去体系中的气泡，得到PVA溶液浓度为10％；

第三步，PVA/CNC复合涂料的制备：分别将5.00、10.00、15.00、20.00、25.00mL浓度为10％PVA溶液加入到50ml 5wt%纤维素纳米晶悬浮液中，将混合液在机械作用下，100r/min匀速搅拌24 h，得到均一的混合溶液，再利用旋转蒸发器浓缩至复合溶液体积为50ml、静置12h脱泡，即得到混合比为20、40、60、80、100％的PVA/CNC复合涂层原液；

第四步：用酒精擦拭基材表面，去除表面污渍，在环境温度≥5℃时利用刮膜机进行涂覆，每次用量为15-20ml/m²，在上一次涂层干燥后再进行下一次涂覆，重复2-3次，制得所述PVA/CNC复合涂层。