[发明专利]一种纳米复合分散液、高气体阻隔性纳米复合膜及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料技术领域，公开一种纳米复合分散液、高气体阻隔性纳米复合膜及其制备方法。纳米复合分散液包含0.3‑40vol％水性聚酯纳米粒和0.2‑10vol％的剥离态层状纳米粒子，余量为水，由含磺酸盐基团的水性聚酯、层状纳米填料在搅拌超声作用下分散在水中而制得。纳米复合分散液直接成膜或在经等离子处理的基膜表面涂覆成膜，制得纳米复合膜。尽管层状纳米粒子总的用量不高，但由于层状纳米粒子在水性聚酯基材中均匀分散、高度剥离、高度取向及高含量，因而所得纳米复合膜具有优异的气体阻隔性，可达基材或基膜的2个数量级及以上。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种纳米复合分散液、高气体阻隔性纳米复合膜及其制备方法。

背景技术

在聚合物/层状纳米复合材料中，层状纳米粒子通常被认为是对气体完全不可渗透的，是优异的“纳米屏障壁”，它的存在使扩散的气体分子需要经过更长、更曲折的渗透路径，导致纳米复合材料的气体渗透系数降低，气体阻隔性得以提高。因此，与层状纳米填料进行纳米复合制备聚合物/层状纳米复合材料是提高聚合物材料的气体阻隔性的重要方法。它往往还能有效提高聚合物材料的结晶性、力学性能、耐热性等其它性能，因而广泛用于不可生物降解和可生物降解的各种聚合物的改性中。

根据制备方法和条件的不同，层状纳米填料在聚合物基体中呈现三种结构形态：剥离型、插层型和絮凝型。如要真正获得显著的气体阻隔改性效果，尤其是达到数量级的提高，需要满足以下几个条件：(1)聚合物基体与纳米填料之间具有足够的相容性和界面相互作用，(2)纳米填料在聚合物基体中均匀分散并充分剥离，(3)剥离后的层状纳米填料具有大的径厚比，(4)层状纳米填料在聚合物基体中沿垂直于气体渗透的方向充分取向，(5)聚合物基体中的层状纳米填料含量足够高。

目前常用的聚合物/层状纳米复合材料的制备方法包括溶液插层、熔融插层、原位聚合法、层层自组装法。这些方法都在聚合物气体阻隔改性领域取得了不同程度的效果，也存在各自的缺陷。

溶液插层法是指将聚合物溶解在合适的有机溶剂中，同时将层状纳米填料有机改性后分散在有机溶剂中，将二者混合均匀，聚合物分子链扩散进入填料层间，使层状纳米填料发生插层乃至剥离，经过沉淀和/或挥发脱除有机溶剂后制得纳米复合材料。文献1(Thermal,mechanical,and gas barrier properties of ethylene-vinyl alcoholcopolymer-based nanocomposites for food packaging films:effects of nanoclayloading.Journal of Applied Polymer Science,2014,11:131)公开了以二甲基乙酰胺为溶剂采用溶液插层法制备乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)/有机蒙脱土纳米复合膜的制备与性能，结果表明添加了3wt％有机蒙脱土的纳米复合膜的氧气和水汽渗透系数分别下降了59.4％和90.1％。文献2(Bio-nanocomposite films reinforced with organo-modifiedlayered double hydroxides:Preparation,morphology and properties.Appl ClaySci,2016,126:72-80)公开了采用溶液插层法制备含0.5vol％纳米填料的PBAT纳米复合物，其氧气渗透系数下降13％。中国发明专利(公开号CN107033557A)公开了采用二氯甲烷、三氯甲烷等有机溶剂通过溶液插层法和延流成膜法制备PBAT纳米复合膜，其水汽阻隔性下降26.3％。溶液插层法有利于层状纳米填料的插层乃至剥离，有利于提高纳米填料含量，但是存在聚合物溶解时间长、溶剂易残留、回收成本高、不环保等问题，很少用于纳米复合材料的实际生产中。