CN109096585B - 一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法，涉及新材料技术领域，包括以下步骤：(1)得到中空纳米纤维；(2)得到中空纳米纤维复合共聚物；(3)将聚乙烯树脂、中空纳米纤维复合共聚物、增塑剂、润滑剂、相容剂，经混合熔融、流延后制得的纳米复合包装膜；发明制备的中空纳米纤维增强复合包装材料具有优异的力学性能，同时具有良好的防水阻气性能。

Description

一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法
技术领域
本发明属于薄膜电容器技术领域，具体涉及一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，互联网得到了广泛的运用，同时也使得物流行业得到了飞速的发展，从而也带动了包装行业的高速发展。另一方面，也随着人们生活水平的提高，对于产品包装的要求也越来越高，不仅仅从视觉上有要求，对于其功能性上的要求也是越来越严苛，尤其是对于其最基本的保护功能，要求包装材料具有良好的力学性能来保护被包装产品，减少产品在运输及销售过程中的损坏。因此，包装材料的力学性能指标的提高对于保护产品、保持产品固有的性能具有重要的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯混合物为壳溶液,以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液, 通过静电纺丝制备得到纳米纤维，然后再在真空下煅烧20-30min，自然冷却至室温，得到中空纳米纤维；
(2)向反应釜中添加去离子水，然后再将上述制备的中空纳米纤维均匀分散到去离子水中，再加热至沸腾，保温15-18min，然后调节温度至80℃，得到中空纳米纤维分散液，向中空纳米纤维分散液中依次添加异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂，混合均匀后反应10-12小时，反应结束后过滤，得到的反应产物，依次采用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥至恒重，得到中空纳米纤维复合共聚物；
(3)按重量份计将聚乙烯树脂70-80份、中空纳米纤维复合共聚物20-25份、增塑剂1.2-1.5份、润滑剂0.8-1.2份、相容剂0.3-0.5份，混合后，添加到高混机，以3500r/min转速搅拌1小时，然后再经混合熔融、流延后制得的纳米复合包装膜。
进一步的，步骤（1）所述以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸异丙酯混合物为壳溶液为将聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯按2:3质量比例混合后，得到混合料，再将混合料按1:10质量比溶于无水乙醇中，即得壳溶液。
进一步的，步骤（1）所述以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液为将异丙醇锆与矿物油按1:30质量比例均匀混合，加热至120℃，以500r/min转速搅拌10min，再经过超声分散50s，即得核溶液。
进一步的，步骤（1）所述真空下煅烧为在0.02MPa真空度650℃下煅烧。
进一步的，步骤（2）所述中空纳米纤维与去离子水混合比例为22g：450mL。
进一步的，步骤（2）中所述中空纳米纤维分散液、异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂混合质量比为55:26:14:0.02。
进一步的，步骤（3）所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
进一步的，步骤（3）所述润滑剂为聚乙烯蜡。
进一步的，步骤（3）所述相容剂为有机硅烷偶联剂。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明制备的中空纳米纤维增强复合包装材料具有优异的力学性能，同时具有良好的防水阻气性能；本发明制备的中空纳米纤维增强复合包装材料的透湿性和透氧量分别比普通聚丙烯薄膜具有大幅度的降低，能够大幅度的提高易被水、氧等因素腐蚀的被包装物件的耐腐蚀性能，有效的保证了被包装物件的质量，本发明通过对常规的纳米二氧化钛纤维制备工艺进行改进，得到结构更加复杂的中空纳米纤维，不仅显著的提高了纤维的特性，同时还有效的提高了其相容性，然后再利用独特结构的中空纳米纤维与异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体进行复合共聚制成复合共聚物，能够大幅度的改善复合共聚物的内分子结构，通过将复合共聚物与聚丙烯树脂进行混合以及添加添加剂的协同作用，以复合共聚物为有效载体，将独特结构的中空纳米纤维应用到复合体系中，独特结构的中空纳米纤维在复合体系中，使聚丙烯材料的结晶度不断上升、球晶尺寸得到细化，结构规整的球晶间系带分子数量相应增加，赋予复合材料较高的韧性，使材料的拉伸强度和弹性模量保持上升趋势，同时具有良好的软触感，同时，由于复合共聚物的在复合体系中均匀分散，大分子之间相互交联，缠绕，形成稳定复杂的交联网络结构，同时独特结构的纳米纤维在复合体系中还能够有效的填充分子间的间隙，极大的提高复合包装材料的防水阻气性能。
具体实施方式
实施例1
一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯混合物为壳溶液,以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液, 通过静电纺丝制备得到纳米纤维，然后再在真空下煅烧20min，自然冷却至室温，得到中空纳米纤维；
(2)向反应釜中添加去离子水，然后再将上述制备的中空纳米纤维均匀分散到去离子水中，再加热至沸腾，保温15min，然后调节温度至80℃，得到中空纳米纤维分散液，向中空纳米纤维分散液中依次添加异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂，混合均匀后反应10小时，反应结束后过滤，得到的反应产物，依次采用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥至恒重，得到中空纳米纤维复合共聚物；
(3)按重量份计将聚乙烯树脂70份、中空纳米纤维复合共聚物20份、增塑剂1.2份、润滑剂0.8份、相容剂0.3份，混合后，添加到高混机，以3500r/min转速搅拌1小时，然后再经混合熔融、流延后制得的纳米复合包装膜。
进一步的，步骤（1）所述以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸异丙酯混合物为壳溶液为将聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯按2:3质量比例混合后，得到混合料，再将混合料按1:10质量比溶于无水乙醇中，即得壳溶液。
进一步的，步骤（1）所述以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液为将异丙醇锆与矿物油按1:30质量比例均匀混合，加热至120℃，以500r/min转速搅拌10min，再经过超声分散50s，即得核溶液。
进一步的，步骤（1）所述真空下煅烧为在0.02MPa真空度650℃下煅烧。
进一步的，步骤（2）所述中空纳米纤维与去离子水混合比例为22g：450mL。
进一步的，步骤（2）中所述中空纳米纤维分散液、异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂混合质量比为55:26:14:0.02。
进一步的，步骤（3）所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
进一步的，步骤（3）所述润滑剂为聚乙烯蜡。
进一步的，步骤（3）所述相容剂为有机硅烷偶联剂。
实施例2
一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯混合物为壳溶液,以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液, 通过静电纺丝制备得到纳米纤维，然后再在真空下煅烧30min，自然冷却至室温，得到中空纳米纤维；
(2)向反应釜中添加去离子水，然后再将上述制备的中空纳米纤维均匀分散到去离子水中，再加热至沸腾，保温18min，然后调节温度至80℃，得到中空纳米纤维分散液，向中空纳米纤维分散液中依次添加异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂，混合均匀后反应12小时，反应结束后过滤，得到的反应产物，依次采用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥至恒重，得到中空纳米纤维复合共聚物；
(3)按重量份计将聚乙烯树脂80份、中空纳米纤维复合共聚物25份、增塑剂1.5份、润滑剂1.2份、相容剂0.5份，混合后，添加到高混机，以3500r/min转速搅拌1小时，然后再经混合熔融、流延后制得的纳米复合包装膜。
进一步的，步骤（1）所述以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸异丙酯混合物为壳溶液为将聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯按2:3质量比例混合后，得到混合料，再将混合料按1:10质量比溶于无水乙醇中，即得壳溶液。
进一步的，步骤（1）所述以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液为将异丙醇锆与矿物油按1:30质量比例均匀混合，加热至120℃，以500r/min转速搅拌10min，再经过超声分散50s，即得核溶液。
进一步的，步骤（1）所述真空下煅烧为在0.02MPa真空度650℃下煅烧。
进一步的，步骤（2）所述中空纳米纤维与去离子水混合比例为22g：450mL。
进一步的，步骤（2）中所述中空纳米纤维分散液、异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂混合质量比为55:26:14:0.02。
进一步的，步骤（3）所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
进一步的，步骤（3）所述润滑剂为聚乙烯蜡。
进一步的，步骤（3）所述相容剂为有机硅烷偶联剂。
实施例3
一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯混合物为壳溶液,以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液, 通过静电纺丝制备得到纳米纤维，然后再在真空下煅烧25min，自然冷却至室温，得到中空纳米纤维；
(2)向反应釜中添加去离子水，然后再将上述制备的中空纳米纤维均匀分散到去离子水中，再加热至沸腾，保温16min，然后调节温度至80℃，得到中空纳米纤维分散液，向中空纳米纤维分散液中依次添加异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂，混合均匀后反应11小时，反应结束后过滤，得到的反应产物，依次采用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥至恒重，得到中空纳米纤维复合共聚物；
(3)按重量份计将聚乙烯树脂75份、中空纳米纤维复合共聚物22份、增塑剂1.3份、润滑剂1.1份、相容剂0.4份，混合后，添加到高混机，以3500r/min转速搅拌1小时，然后再经混合熔融、流延后制得的纳米复合包装膜。
进一步的，步骤（1）所述以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸异丙酯混合物为壳溶液为将聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯按2:3质量比例混合后，得到混合料，再将混合料按1:10质量比溶于无水乙醇中，即得壳溶液。
进一步的，步骤（1）所述以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液为将异丙醇锆与矿物油按1:30质量比例均匀混合，加热至120℃，以500r/min转速搅拌10min，再经过超声分散50s，即得核溶液。
进一步的，步骤（1）所述真空下煅烧为在0.02MPa真空度650℃下煅烧。
进一步的，步骤（2）所述中空纳米纤维与去离子水混合比例为22g：450mL。
进一步的，步骤（2）中所述中空纳米纤维分散液、异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂混合质量比为55:26:14:0.02。
进一步的，步骤（3）所述增塑剂为柠檬酸三丁酯。
进一步的，步骤（3）所述润滑剂为聚乙烯蜡。
进一步的，步骤（3）所述相容剂为有机硅烷偶联剂。
对比例1：与实施例1区别仅在于将中空纳米纤维替换为等量的未处理的纳米二氧化钛纤维。
对比例2：与实施例1区别仅在于步骤（3）中将中空纳米纤维复合共聚物替换为等量的中空纳米纤维。
对比例3：与实施例1区别仅在于步骤（2）中不添加甲基丙烯腈单体。
对照组：纯聚丙烯薄膜。
试验：
试验：按GB/T10003-2008《普通用途双向拉伸聚丙烯薄膜》检测拉伸强度，按照GB/T1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定》的规定进行，采用长160mm、宽20mm的长方形试样，夹具间距为100mm，试验速度为（280±25）mm/min，对实施例中复合薄膜和同规格的聚丙烯薄膜进行试验；
表1
Figure 207058DEST_PATH_IMAGE002
由表1可以看出，本发明制备的复合包装材料具有优异的力学性能。
对实施例与对比例包装材料进行防水阻气性能检测：
表2
Figure 593040DEST_PATH_IMAGE004
由表2可以看出，本发明制备的复合包装材料具有良好的防水阻气性能。

Claims (1)

1.一种中空纳米纤维增强复合包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯混合物为壳溶液,以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液, 通过静电纺丝制备得到纳米纤维，然后再在真空下煅烧20-30min，自然冷却至室温，得到中空纳米纤维；
(2)向反应釜中添加去离子水，然后再将上述制备的中空纳米纤维均匀分散到去离子水中，再加热至沸腾，保温15-18min，然后调节温度至80℃，得到中空纳米纤维分散液，向中空纳米纤维分散液中依次添加异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂，混合均匀后反应10-12小时，反应结束后过滤，得到的反应产物，依次采用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥至恒重，得到中空纳米纤维复合共聚物；
(3)按重量份计将聚乙烯树脂70-80份、中空纳米纤维复合共聚物20-25份、增塑剂1.2-1.5份、润滑剂0.8-1.2份、相容剂0.3-0.5份，混合后，添加到高混机，以3500r/min转速搅拌1小时，然后再经混合熔融、流延后制得的纳米复合包装膜；步骤（1）所述以聚乙烯吡咯烷酮与钛酸异丙酯混合物为壳溶液为将聚乙烯吡咯烷酮与钛酸四异丙酯按2:3质量比例混合后，得到混合料，再将混合料按1:10质量比溶于无水乙醇中，即得壳溶液；步骤（1）所述以异丙醇锆与矿物油混合物为核溶液为将异丙醇锆与矿物油按1:30质量比例均匀混合，加热至120℃，以500r/min转速搅拌10min，再经过超声分散50s，即得核溶液；步骤（1）所述真空下煅烧为在0.02MPa真空度650℃下煅烧；步骤（2）所述中空纳米纤维与去离子水混合比例为22g：450mL；步骤（2）中所述中空纳米纤维分散液、异戊二烯单体、甲基丙烯腈单体、引发剂混合质量比为55:26:14:0.02；步骤（3）所述增塑剂为柠檬酸三丁酯；步骤（3）所述润滑剂为聚乙烯蜡；步骤（3）所述相容剂为有机硅烷偶联剂。
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