CN108589052A - 一种玻璃纸复合膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃纸复合膜的制备方法，属于包装材料技术领域。本发明采用静电纺丝法制备得到的玻璃纸复合膜具有直径小、高比表面积和相互连接的网络结构，将纳米二氧化硅和石蜡自身的疏水性质，与静电纺丝网状结构的特殊功能相结合，得到的玻璃纸复合膜耐水性好，且柔韧性有所提高；本发明利用纳米二氧化硅降低了体系的结晶程度，使得体系能更好的相溶，纳米级分散、纳米粒子之间以及与聚乙烯醇强的氢键作用形成物理性的缠结结构，使得复合膜的性能得到提高，从而降低了复合膜的成膜透湿率，硼砂作为一种毒性较低无刺激性气味的交联剂，能够结合聚乙烯醇中的—OH键使其脱水酯化，显著提高聚乙烯醇基膜材的阻湿性能。

Description

一种玻璃纸复合膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃纸复合膜的制备方法，属于包装材料技术领域。
背景技术
玻璃纸又称赛璐玢，是一种无色透明、有光泽，亲水，对油阻隔性较高，易于印刷的纤维素薄膜。生产工艺与造纸不同，与人造丝相类似。用于药品、食品、香烟、纺织品、化妆品、精密仪器等商品的包装。
玻璃纸透明、无毒无味，氧气阻隔性高，对油性、碱性和有机溶剂有强劲的阻力，不产生静电，不自吸灰尘，在食品包装方面对食品的保鲜和防止食品氧化变质十分有利。因制作原料为天然纤维，使用后在环境中能吸水分解对环境无污染。但玻璃纸有纵向强度大，横向强度小，和纤维素的亲水性，致使玻璃纸有易撕裂和易吸水软化的缺点，影响了玻璃纸的广泛使用。
为了改善玻璃纸的易吸水形变、易撕裂的缺陷，国内外许多学者对其进行了大量的改性研究。目前玻璃纸的改性主要有以下三个方面：
（1）对玻璃纸基体的改性，通过共聚、交联等方法改变其分子结构；
（2）通过共混，引入某些官能团、助剂或其他高性能材料，以提高玻璃纸的使用性能；（3）通过复合材料提高玻璃纸的性能。从改性方法来看，可分为化学改性和物理改性两大类。
对玻璃纸基体的化学改性主要是通过共聚、共混、复合等方法改变其整体结构性质。常有方法有：改变表面张力法、界面偶合法、表面接枝法，交联法等。物理改性不改变纤维的化学组成，但改变了纤维的结构和表面性能，从而改善了纤维与基体树脂间的物理粘合。物理改性的方法主要有：热处理法、碱处理法、放电技术、共混改性、增塑改性，复合材料改性等。
玻璃纸柔韧性差且吸水后其本身的优良特性会彻底改变甚至消失，因此玻璃纸在作为包装材料时应用范围会受到诸多限制，且对包装后的产品的贮藏环境要求较高，并例如保质期、色泽、品质的影响。但当玻璃纸与其他材料复合后可改善玻璃纸的性能，提高玻璃纸的应用范围，但目前市场上流通的玻璃纸复合材料的表面大多涂布聚乙稀等不可降解材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对玻璃纸柔韧性差且吸水后其本身的优良特性会彻底改变甚至消失，因此玻璃纸在作为包装材料时应用范围会受到诸多限制的问题，提供了一种玻璃纸复合膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将小麦秸秆清洗、粉碎、干燥后，得秸秆渣，将秸秆渣置于质量分数为8%的氢氧化钠溶液中碱化处理，得悬浮液，将悬浮液抽滤，得滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干得秸秆纤维；
（2）将纳米SiO2加入质量分数为3%的PVA水溶液中搅拌，超声并水浴恒温处理，得混合液，将质量分数为10%的硼砂溶液加入混合液中，在80～100℃下交联反应30～60min后，冷却至室温，得基液，将复合乳化剂加入到液体石蜡中，在80～100℃下加热搅拌20～30min，得乳液，将基液和乳液混合，在80～100℃下加热搅拌10～20min，得复合乳液；
（3）将秸秆纤维加入到复合乳液中，室温下磁力搅拌1～2h，得电纺液，将电纺液装于注射器中，进行静电纺丝处理，得玻璃纸复合膜。
步骤（1）所述的秸秆渣与质量分数为8%的氢氧化钠溶液的质量比为1∶5。
步骤（1）所述的碱化处理为在温度为80～100℃下搅拌30～40min。
步骤（2）所述的纳米SiO2和质量分数为3%的PVA水溶液的质量比为1∶5。
步骤（2）所述的超声并水浴恒温处理为超声10～20min并置于恒温水浴在80～100℃下搅拌20～30min。
步骤（2）所述的质量分数为10%的硼砂溶液与混合液的质量比为1∶6。
步骤（2）所述的复合乳化剂为质量比为1∶1的Span-80和Tween-80混合物。
步骤（2）所述的复合乳化剂和液体石蜡的质量比为2∶5。
步骤（3）所述的基液和乳液的质量比为2∶1。
步骤（3）所述的静电纺丝处理条件为：加于针头的正高压为15kV，负高压为-2KV，推柱速率为1～3mL/h，采用滚筒收集极，转速为80～100r/min，在滚筒表面贴一层长为240mm，宽为150mm的铝箔，电纺箱内温度和湿度分别为20～30℃和10～15%，正负极之间的距离为20～25cm，电纺时间为4～6h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明采用静电纺丝法制备得到的玻璃纸复合膜具有直径小、高比表面积和相互连接的网络结构，将纳米二氧化硅和石蜡自身的疏水性质，与静电纺丝网状结构的特殊功能相结合，得到的玻璃纸复合膜耐水性好，且柔韧性有所提高；
（2）本发明利用亲水性的纳米二氧化硅表面存在大量不饱和的残键及不同键合状态的羟基，它们能与聚乙烯醇大分子链上的羟基形成较强的氢键作用，在一定程度上消弱了聚乙烯醇分子链上羟基与羟基之间的作用强度，降低了体系的结晶程度，使得体系能更好的相溶，纳米级分散、纳米粒子之间以及与聚乙烯醇强的氢键作用形成物理性的缠结结构，使得复合膜的性能得到提高，从而降低了复合膜的成膜透湿率，由于选用的是亲水性的纳米二氧化硅呈弱酸性，在高温搅拌反应条件下，纳米粒子表面的羟基之间以及与聚乙烯醇分子上的羟基发生脱水反应，形成化学性的交联缠结结构，形成稳定的Si—O—C共价键，破坏此共价键需要提供额外的力，因此混合体系的性能得到相应提升，水分子等更加难以通过成膜复合材料，提高了其阻湿性能，硼砂作为一种毒性较低无刺激性气味的交联剂，能够结合聚乙烯醇中的—OH键使其脱水酯化，显著提高聚乙烯醇基膜材的阻湿性能。
具体实施方式
将小麦秸秆清洗、粉碎、干燥后，得秸秆渣，按质量比1∶5将秸秆渣置于质量分数为8%的氢氧化钠溶液中，在温度为80～100℃下搅拌30～40min，得悬浮液，将悬浮液抽滤，得滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干得秸秆纤维；按质量比1∶5将纳米SiO2加入质量分数为3%的PVA水溶液中搅拌并超声10～20min，得分散液，然后将分散液置于恒温水浴在80～100℃下搅拌20～30min，得混合液，按质量比1∶6将质量分数为10%的硼砂溶液加入混合液中，在80～100℃下，交联反应30～60min后，冷却至室温，得基液，按质量比1∶1将Span-80和Tween-80混合均匀，得复合乳化剂，按质量比2∶5将复合乳化剂加入到液体石蜡中，在80～100℃下加热搅拌20～30min，得乳液，按质量比2∶1将基液和乳液混合，在80～100℃下加热搅拌10～20min，得复合乳液；按质量比1∶3将秸秆纤维加入到复合乳液中，室温下磁力搅拌1～2h，得电纺液，将电纺液装于注射器中，进行静电纺丝处理，得玻璃纸复合膜。所述的静电纺丝处理条件为：加于针头的正高压为15kV，负高压为-2KV，推柱速率为1～3mL/h，采用滚筒收集极，转速为80～100r/min，在滚筒表面贴一层长为240mm，宽为150mm的铝箔，电纺箱内温度和湿度分别为20～30℃和10～15%，正负极之间的距离为20～25cm，电纺时间为4～6h。
将小麦秸秆清洗、粉碎、干燥后，得秸秆渣，按质量比1∶5将秸秆渣置于质量分数为8%的氢氧化钠溶液中，在温度为80℃下搅拌30min，得悬浮液，将悬浮液抽滤，得滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干得秸秆纤维；按质量比1∶5将纳米SiO2加入质量分数为3%的PVA水溶液中搅拌并超声10min，得分散液，然后将分散液置于恒温水浴在80℃下搅拌20min，得混合液，按质量比1∶6将质量分数为10%的硼砂溶液加入混合液中，在80℃下，交联反应30min后，冷却至室温，得基液，按质量比1∶1将Span-80和Tween-80混合均匀，得复合乳化剂，按质量比2∶5将复合乳化剂加入到液体石蜡中，在80℃下加热搅拌20min，得乳液，按质量比2∶1将基液和乳液混合，在80℃下加热搅拌10min，得复合乳液；按质量比1∶3将秸秆纤维加入到复合乳液中，室温下磁力搅拌1h，得电纺液，将电纺液装于注射器中，进行静电纺丝处理，得玻璃纸复合膜。所述的静电纺丝处理条件为：加于针头的正高压为15kV，负高压为-2KV，推柱速率为1mL/h，采用滚筒收集极，转速为80r/min，在滚筒表面贴一层长为240mm，宽为150mm的铝箔，电纺箱内温度和湿度分别为20℃和10%，正负极之间的距离为20cm，电纺时间为4h。
将小麦秸秆清洗、粉碎、干燥后，得秸秆渣，按质量比1∶5将秸秆渣置于质量分数为8%的氢氧化钠溶液中，在温度为90℃下搅拌35min，得悬浮液，将悬浮液抽滤，得滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干得秸秆纤维；按质量比1∶5将纳米SiO2加入质量分数为3%的PVA水溶液中搅拌并超声15min，得分散液，然后将分散液置于恒温水浴在90℃下搅拌25min，得混合液，按质量比1∶6将质量分数为10%的硼砂溶液加入混合液中，在90℃下，交联反应45min后，冷却至室温，得基液，按质量比1∶1将Span-80和Tween-80混合均匀，得复合乳化剂，按质量比2∶5将复合乳化剂加入到液体石蜡中，在90℃下加热搅拌25min，得乳液，按质量比2∶1将基液和乳液混合，在90℃下加热搅拌15min，得复合乳液；按质量比1∶3将秸秆纤维加入到复合乳液中，室温下磁力搅拌1h，得电纺液，将电纺液装于注射器中，进行静电纺丝处理，得玻璃纸复合膜。所述的静电纺丝处理条件为：加于针头的正高压为15kV，负高压为-2KV，推柱速率为2mL/h，采用滚筒收集极，转速为90r/min，在滚筒表面贴一层长为240mm，宽为150mm的铝箔，电纺箱内温度和湿度分别为25℃和12%，正负极之间的距离为22cm，电纺时间为5h。
将小麦秸秆清洗、粉碎、干燥后，得秸秆渣，按质量比1∶5将秸秆渣置于质量分数为8%的氢氧化钠溶液中，在温度为100℃下搅拌40min，得悬浮液，将悬浮液抽滤，得滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干得秸秆纤维；按质量比1∶5将纳米SiO2加入质量分数为3%的PVA水溶液中搅拌并超声20min，得分散液，然后将分散液置于恒温水浴在100℃下搅拌30min，得混合液，按质量比1∶6将质量分数为10%的硼砂溶液加入混合液中，在100℃下，交联反应60min后，冷却至室温，得基液，按质量比1∶1将Span-80和Tween-80混合均匀，得复合乳化剂，按质量比2∶5将复合乳化剂加入到液体石蜡中，在100℃下加热搅拌30min，得乳液，按质量比2∶1将基液和乳液混合，在100℃下加热搅拌20min，得复合乳液；按质量比1∶3将秸秆纤维加入到复合乳液中，室温下磁力搅拌2h，得电纺液，将电纺液装于注射器中，进行静电纺丝处理，得玻璃纸复合膜。所述的静电纺丝处理条件为：加于针头的正高压为15kV，负高压为-2KV，推柱速率为3mL/h，采用滚筒收集极，转速为100r/min，在滚筒表面贴一层长为240mm，宽为150mm的铝箔，电纺箱内温度和湿度分别为30℃和15%，正负极之间的距离为25cm，电纺时间为6h。
对照例：东莞某公司生产的玻璃纸复合膜。
将实例及对照例的玻璃纸复合膜进行检测，具体检测如下：
厚度：从每种制作好的复合膜中随机选取5个样品，用千分尺在复合膜上任意选取10个点进行测量，求出平均值即复合膜的厚度。
拉伸性能：测试方法参照GB13022-91。
透湿性能：用美国膜康公司Permatran-w3/61型透湿仪参考GB/T26253-2010方法进行测定。
氧气透过率：使用8001型透氧仪，根据GB/T19789-2005方法进行测定。
透光性：用紫外可见分光光度计UV-2450测量不同厚度复合膜的透明度，根据公式转换成透光率。
具体检测结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
厚度/um 38.5 38.8 38.3 27.3
断裂伸长率/% 4.6 5.4 5.2 3.2
拉伸强度/MPa 41.9 58.1 45.6 146.9
水蒸气透过率/g·m/m2·d·Pa 655.5 734.5 814.0 1059.5
氧气透过率/cm3/（m2·24h） 0.031 0.047 0.042 0.11
透光率/% 95.6 93.2 91.0 65.5
由表1可知，本发明制备的玻璃纸复合膜具有良好的拉伸性能、阻隔性能和柔韧性，拓宽了玻璃纸的应用范围。

Claims (10)

1.一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将小麦秸秆清洗、粉碎、干燥后，得秸秆渣，将秸秆渣置于质量分数为8%的氢氧化钠溶液中碱化处理，得悬浮液，将悬浮液抽滤，得滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干得秸秆纤维；
（2）将纳米SiO2加入质量分数为3%的PVA水溶液中搅拌，超声并水浴恒温处理，得混合液，将质量分数为10%的硼砂溶液加入混合液中，在80～100℃下交联反应30～60min后，冷却至室温，得基液，将复合乳化剂加入到液体石蜡中，在80～100℃下加热搅拌20～30min，得乳液，将基液和乳液混合，在80～100℃下加热搅拌10～20min，得复合乳液；
（3）将秸秆纤维加入到复合乳液中，室温下磁力搅拌1～2h，得电纺液，将电纺液装于注射器中，进行静电纺丝处理，得玻璃纸复合膜。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的秸秆渣与质量分数为8%的氢氧化钠溶液的质量比为1∶5。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的碱化处理为在温度为80～100℃下搅拌30～40min。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的纳米SiO2和质量分数为3%的PVA水溶液的质量比为1∶5。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的超声并水浴恒温处理为超声10～20min并置于恒温水浴在80～100℃下搅拌20～30min。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的质量分数为10%的硼砂溶液与混合液的质量比为1∶6。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的复合乳化剂为质量比为1∶1的Span-80和Tween-80混合物。
8.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的复合乳化剂和液体石蜡的质量比为2∶5。
9.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的基液和乳液的质量比为2∶1。
10.根据权利要求1所述的一种玻璃纸复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的静电纺丝处理条件为：加于针头的正高压为15kV，负高压为-2KV，推柱速率为1～3mL/h，采用滚筒收集极，转速为80～100r/min，在滚筒表面贴一层长为240mm，宽为150mm的铝箔，电纺箱内温度和湿度分别为20～30℃和10～15%，正负极之间的距离为20～25cm，电纺时间为4～6h。
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