CN103788613A - 一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜及其制备方法 - Google Patents

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黎厚斌
李渠
吴恒
孙娇
李萧
刘兴海
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本发明涉及一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜及其制备方法，属于纳米材料技术领域。其产品由95.0～98.25wt.%PPC和1.75～5wt.%疏水气相纳米SiO2组成。其制法为：在PPC的有机溶剂中，加入疏水气相纳米SiO2，搅拌均匀；然后置于平板模具中，干燥，即得可降解的PPC/SiO2纳米复合膜。本发明制备的可降解的PPC/SiO2纳米复合膜具有原料来源丰富，价格低廉，在1～2年内可以完全降解，产物无污染；相对于纯PPC，不仅力学性能得到改善，玻璃化转变温度也略有提高；还可用于制备食品保鲜膜、可降解泡沫材料、一次性餐具、一次性医用、食品包装材料等。该制备方法简单易行，并且加工方便。

Description

一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜及其制备方法
 
技术领域  
本发明涉及一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜及其制备方法，属于纳米材料技术领域。
背景技术 
聚碳酸亚丙酯PPC（Poly propylene carbonate）是一种新型可完全生物降解的热塑性脂肪族聚碳酸酯，也是目前最有前景的环保塑料之一，但是该材料的玻璃化转变温度较低，力学性能较差。PPC与无机纳米粒子、合成高分子以及天然高分子等进行溶液共混改性或插层共混改性是目前的主要方法。纳米材料由于其尺度的减小和表面状态的改变，出现了许多特殊的功能和效应，聚合物纳米复合材料在纳米级水平上的复合，将使各自的优势得到最充分的体现。但是，迄今为止，关于PPC/SiO2纳米复合膜国内外尚未有过报道。
发明内容  
本发明的目的在于提供一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜。
本发明的另一目的在于提供一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜，由95.0～98.25wt.% PPC和1.75～5wt.%疏水气相纳米SiO2组成。
所述PPC的分子量为1.3×105～1.8×106，分子量分布为1.05～1.5，PPC中单体二氧化碳含量为38～46wt.%，单体环氧丙烷含量为54～62wt.%。
所述疏水气相纳米SiO2的比表面积为230～300m2/g，粒径为7～40nm。
所述可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的厚度为0.08mm～0.21mm。
所述可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的拉伸强度为7.63～12.79MPa，玻璃转化温度为35.2～42.1℃，热分解温度为286.6～299.3℃。
一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的制备方法，包括如下步骤：先将95.0～98.25质量份PPC溶解于有机溶剂中，再加入1.75～5质量份疏水气相纳米SiO2，搅拌均匀；然后置于平板模具中，干燥，即得可降解的PPC/SiO2纳米复合膜。
所述有机溶剂为氯仿、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯的一种或几种的混合物。
所述搅拌的时间为3～6h。
所述干燥方法为室温干燥24～48h。
所述平板模具为聚四氟乙烯平板或玻璃板。
疏水气相纳米SiO2粒子附着在PPC基体中，与基体发生物理、化学的相互作用，有助于提高复合膜的拉伸强度和热稳定性，对材料的玻璃化转变温度略有提高，同时，增加了PPC作为包装材料的适用性。
本发明制备的材料的突出特点是：
1.该材料主要原料来源丰富，价格低廉。
2.该材料相比较于纯PPC材料，不仅力学性能得到改善，玻璃化转变温度也略有提高。
3.该材料可在1～2年内降解完全，产物无污染。
4.该材料制备工艺简单，并且加工方便。
5.该材料可用于制备食品保鲜膜、可降解泡沫材料、板材、一次性餐具、一次性医用、食品包装材料等。
具体实施方式  
下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步，仅在于说明本发明而决不限制本发明。
实施例1 
将1.965克PPC（二氧化碳含量达到46％，环氧丙烷含量为54％，分子量为1.8×106，分子量分布为1.5，质量占复合膜总质量的98.25%）溶解于22mL氯仿中，然后添加0.035克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的1.75%，粒径为7nm，比表面积为300m2/g），搅拌4小时后，分布均匀，然后置于玻璃板上，在室温下干燥48小时后，形成厚度为0.08mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为8.03MPa，玻璃转化温度为36.2℃，热分解温度为287.5℃。
实施例2 
将1.9克PPC（二氧化碳含量达到44％，环氧丙烷含量为56％，分子量为1.8×106，分子量分布为1.5，质量占复合膜总质量的95%）溶解于13.5mL氯仿中，然后添加0.1克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的5%，粒径为7nm，比表面积为300m2/g），搅拌6小时后，分布均匀，然后置于聚四氟乙烯板上，在室温下干燥36小时后，形成厚度为0.21mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对所制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为12.04MPa，玻璃转化温度为40.4℃，热分解温度为294.2℃。
实施例3 
将1.965克PPC（二氧化碳含量达到45％，环氧丙烷含量为55％，分子量为1.3×105，分子量分布为1.05，质量占复合膜总质量的98.25%）溶解于12mL氯仿中，然后添加0.035克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的1.75%，粒径为40nm，比表面积为230m2/g），搅拌6小时后，分布均匀，然后置于玻璃板上，在室温下干燥24小时后，形成厚度为0.11mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为10.95MPa，玻璃转化温度为39.8℃，热分解温度为291.7℃。
实施例4
将1.9克PPC（二氧化碳含量达到38％，环氧丙烷含量在62％，分子量为1.3×105，分子量分布为1.05，质量占复合膜总质量的95%）溶解于18mL丙酮中，然后添加0.1克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的5%，粒径为40nm，比表面积为230m2/g），搅拌5小时后，分布均匀，然后置于玻璃板上，在室温下干燥36小时后，形成厚度为0.13mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为12.71MPa，玻璃转化温度为42.1℃，热分解温度为299.3℃。
实施例5
将1.965克PPC（二氧化碳含量达到42％，环氧丙烷含量在58％，分子量为1.3×105，分子量分布为1.05，质量占复合膜总质量的98.25%）溶解于18mL四氢呋喃中，然后添加0.035克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的1.75%，粒径为30nm，比表面积为260m2/g），搅拌5小时后，分布均匀，然后置于玻璃板上，在室温下干燥36小时后，形成厚度为0.09mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为9.13MPa，玻璃转化温度为38.5℃，热分解温度为288.3℃。
实施例6
将1.965克PPC（二氧化碳含量达到43％，环氧丙烷含量在57％，分子量为1.2×106，分子量分布为1.2，质量占复合膜总质量的98.25%）溶解于18mL氯仿中，然后添加0.035克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的1.75%，粒径为20nm，比表面积为270m2/g），搅拌6小时后，分布均匀，然后置于聚四氟乙烯板上，在室温下干燥36小时后，形成厚度为0.19mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对所制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为10.20MPa，玻璃转化温度为39.8℃，热分解温度为289.1℃。
实施例7
将1.94克PPC（二氧化碳含量达到43%，环氧丙烷含量在57％，分子量为1.2×106，分子量分布为1.2，质量占复合膜总质量的97%）溶解于18mL乙酸乙酯中，然后添加0.06克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的3%，粒径为20nm，比表面积为270m2/g），搅拌6小时后，分布均匀，然后置于聚四氟乙烯板上，在室温下干燥36小时后，形成厚度为0.13mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对所制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为10.58MPa，玻璃转化温度为38.9℃，热分解温度为294.1℃。
实施例8
将1.94克PPC（二氧化碳含量达到43%，环氧丙烷含量在57％，分子量为1.2×106，分子量分布为1.2，质量占复合膜总质量的97%）溶解于15mL 氯仿和丙酮的共混物中，然后添加0.06克疏水气相纳米二氧化硅（纳米二氧化硅的质量为复合膜总质量的3%，粒径为20nm，比表面积为270m2/g），搅拌4小时后，分布均匀，然后置于玻璃板上，在室温下干燥36小时后，形成厚度为0.17mm的PPC/SiO2纳米复合膜。对所制备的PPC/SiO2纳米复合膜进行拉伸测试、热差分析和热重分析，测得拉伸强度为10.32MPa，玻璃转化温度为38.1℃，热分解温度为290.5℃。

Claims (10)

1.一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜，其特征在于：由95.0～98.25wt.% PPC和1.75～5wt.% 疏水气相纳米/SiO2组成。
2.根据权利要求1所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜，其特征在于：所述PPC的分子量为1.3×105～1.8×106，分子量分布为1.05～1.5，PPC中单体二氧化碳含量为38～46wt.%，单体环氧丙烷含量54～62wt.%。
3.根据权利要求1所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜，其特征在于：所述疏水气相纳米SiO2的比表面积为230～300m2/g，粒径为7～40nm。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜，其特征在于：所述可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的厚度为0.08mm～0.21mm。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜，其特征在于：所述可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的拉伸强度为7.63～12.79MPa，玻璃转化温度为35.2～42.1℃，热分解温度为286.6～299.3℃。
6.一种制备权利要求1或2或3所述的可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的方法，其特征在于：先将95.0～98.25质量份PPC溶解于有机溶剂中，再加入1.75～5质量份疏水气相纳米SiO2，搅拌均匀；然后置于平板模具中，干燥，即得可降解的PPC/SiO2纳米复合膜。
7.根据权利要求6所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为氯仿、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求6所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的制备方法，其特征在于：所述搅拌的时间为3～6h。
9.根据权利要求6所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的制备方法，其特征在于：所述干燥方法为室温干燥24～48h。
10.根据权利要求6所述的一种可降解的PPC/SiO2纳米复合膜的制备方法，其特征在于：所述平板模具为聚四氟乙烯平板或玻璃板。
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