CN110294853B - 一种hec/pva互穿网络薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜及其制备方法，首先将聚多异氰酸酯溶液与羟乙基纤维素溶液混合，搅拌，超声脱气，得到混合溶液；然后将混合溶液采用流延法在模具上成膜，干燥，得到HEC/多异氰酸酯薄膜；最后采用聚乙烯醇/戊二醛溶液对HEC/多异氰酸酯薄膜进行润张，干燥，制备得到HEC/PVA互穿网络薄膜；本发明通过将可生物降解的羟乙基纤维素作为基体，利用水溶性多异氰酸酯对其进行交联制备成第一个网络，使用PVA对HEC/多异氰酸酯薄膜进行润涨处理，再通过内部的戊二醛对PVA进行交联形成第二个网络结构，成功制备出HEC/PVA互穿网络薄膜；HEC/PVA互穿网络薄膜，其互穿的网络结构能明显提高其力学性能，具有较高光学性能；能够应用到电子器件的基底和包装材料领域。

Description

一种HEC/PVA互穿网络薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，特别涉及一种HEC/PVA互穿网络薄膜及其制备方法。
背景技术
羟乙基纤维素(HEC)作为一种纤维素的衍生物，因其良好的增稠、分散、粘合、成膜和保水等特性，而且其来源丰富、产量丰富，可生物降解性，被广泛应用于造纸、涂料、纺织和石油开采等领域。聚乙烯醇(PVA)具有高度的亲水性、优良的化学与热稳定性，也成功用作渗透蒸发和反渗透等膜材料；而羟乙基纤维素和聚乙烯醇各自力学性能均较差，限制了二者在电子器件包装领域的推广应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜及其制备方法，以解决了羟乙基纤维素与聚乙烯醇各自力学性能较差的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
本发明提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将聚多异氰酸酯溶液与羟乙基纤维素溶液混合，搅拌，超声脱气，得到混合溶液；
步骤2、将步骤1中的混合溶液采用流延法在模具上成膜，干燥，得到HEC/聚多异氰酸酯薄膜；
步骤3、采用聚乙烯醇/戊二醛溶液对HEC/聚多异氰酸酯薄膜进行润胀后，干燥，制备得到HEC/PVA互穿网络薄膜。
进一步的，步骤1聚多异氰酸酯溶液与羟乙基纤维素溶液按质量比为1：(10-30)的比例混合；聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为1％-3％，羟乙基纤维素溶液的质量百分数为1％-3％。
进一步的，步骤1中的羟乙基纤维素溶液采用将羟乙基纤维素与水混合，静止润胀1-12h，搅拌至均匀透明的粘稠状。
进一步的，步骤1中的聚多异氰酸酯溶液采用将聚多异氰酸酯与水混合，搅拌得到。
进一步的，步骤2中采用在聚四氟乙烯模具中成膜。
进一步的，步骤2中的干燥温度为40-60℃，干燥时间为8-12h。
进一步的，步骤3中的聚乙烯醇/戊二醛溶液采用将聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为(10-30)：(0.5-1.0)：(1-3)的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气0.5-1h得到；聚乙烯醇溶液的质量百分数为1％-3％，盐酸的质量百分数为5％-10％。
进一步的，步骤3中的干燥温度为40-60℃，干燥时间为4-8h。
进一步的，步骤3聚乙烯醇/戊二醛溶液与HEC/聚多异氰酸酯薄膜的混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:(1-2)，润胀时间为1-4h。
本发明还提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜，所述HEC/PVA互穿网络薄膜的断裂强度为10.7-60.5Mpa、断裂伸长率为30.7％-80.4％，透光率为70.5％～89.7％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，首先将可生物降解的羟乙基纤维素作为基体，利用封闭型水溶性聚多异氰酸酯对羟乙基纤维素进行交联；封闭型水溶性聚多异氰酸酯作为交联剂，在无水条件下解封；聚多异氰酸酯中异氰酸酯基团-NCO与HEC中的羟基-OH反应生成氨酯基--NHCO-O-，制备成第一个网络；使用PVA对HEC/多异氰酸酯薄膜进行润胀处理，再通过内部的戊二醛对PVA进行交联，在酸条件下戊二醛中的醛基-COH与PVA中的羟基-OH反应生成醚键R-O-R`，形成第二个网络结构，成功制备出HEC/PVA互穿网络薄膜，其互穿的网络结构能明显提高复合膜的力学性能。
本发明还提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜，采用HEC/PVA材料制备的互穿网络薄膜具有较高的力学和光学性能，断裂强度为10.7-60.5Mpa，断裂伸长率为30.7％-80.4％，透光率为70.5％～89.7％；能够应用到电子器件的基底和包装材料领域。
附图说明
图1为实施例1中制备的HEC/PVA互穿网络薄膜的在400～800nm光学透过率曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释说明。
本发明提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将聚多异氰酸酯溶液与羟乙基纤维素溶液按照按质量比为1：(10-30)的比例混合，搅拌，超声脱气0.5-1.0h，得到均匀粘稠状的乳白色混合溶液；超声脱气时间为0.5-1.0h；
其中，聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为1％-3％，聚多异氰酸酯溶液采用将聚多异氰酸酯与水混合，搅拌至均匀的乳白色液体；羟乙基纤维素溶液的质量百分数为1％-3％，羟乙基纤维素溶液采用将羟乙基纤维素与水混合，静止润胀1-12h，搅拌至均匀透明的粘稠状。
步骤2、将步骤1中的混合溶液采用流延法在圆形聚四氟乙烯模具中成膜，在40-60℃的条件下干燥8-12h，得到HEC/聚多异氰酸酯薄膜。
步骤3、采用聚乙烯醇/戊二醛溶液对HEC/多异氰酸酯薄膜进行润胀；聚乙烯醇/戊二醛溶液与HEC/聚多异氰酸酯薄膜的混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:(1-2)，润胀时间为1-4h；最后，在40-60℃的条件下干燥4-8h，制备得到HEC/PVA互穿网络薄膜。
其中，聚乙烯醇/戊二醛溶液采用将质量百分数为聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为(10-30)：(0.5-1.0)：(1-3)的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气0.5-1h得到；聚乙烯醇溶液的质量百分数为1％-3％，盐酸的质量百分数为5％-10％；聚乙烯醇溶液采用聚乙烯醇与水混合，静置润胀1-12h，搅拌至均匀透明的粘稠状溶液。
实施例1
本发明所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将羟乙基纤维素与去离子水混合，静置润胀1h，搅拌至均匀透明的粘稠状，制备得到羟乙基纤维素溶液；羟乙基纤维素溶液的质量百分数为1％；
步骤2、将聚多异氰酸酯与去离子水混合，搅拌至均匀乳白色液体，配制得到聚多异氰酸酯溶液；其中，聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为1％；
步骤3、将步骤2中的聚多异氰酸酯溶液与步骤1中的羟乙基纤维素溶液按质量比为1：10的比例混合，搅拌，超声脱气0.5h，得到均匀粘稠状的乳白色混合溶液；
步骤4、将步骤3中的混合溶液采用流延法于圆形聚四氟乙烯模具中成膜，在40℃条件下干燥12h，制备成HEC/聚多异氰酸酯薄膜；
步骤5、将聚乙烯醇和去离子水混合，静置润涨1h，搅拌至均匀透明的粘稠状，配制得到质量百分数为1％的聚乙烯醇溶液，
步骤6、将聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为10：0.5：1.0的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气0.5h，制备得到聚乙烯醇/戊二醛溶液；盐酸的质量百分数为5％；
步骤7、采用步骤6中的聚乙烯醇/戊二醛溶液对步骤4中HEC/聚多异氰酸酯薄膜混合，润胀，干燥，制备成HEC/PVA互穿网络薄膜；其中，混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:1；润胀时间为4h，干燥温度为40℃，干燥时间为8h。
参考附图1所示，附图1给出了实施例1中得到的HEC/PVA互穿网络薄膜在400～800nm光学透过率曲线，从附图1中可以看出HEC/PVA互穿网络薄膜的透光率为83.1％，光学透过率较好。
根据塑料薄膜拉伸性能试验方法的检测结果表明，实施例1中制备得到的HEC/PVA互穿网络薄膜的断裂强度为10.7Mpa、断裂伸长率为80.4％。
实施例2
本发明所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将羟乙基纤维素与去离子水混合，静置润胀3h，搅拌至均匀透明的粘稠状，制备得到羟乙基纤维素溶液，羟乙基纤维素溶液中的质量百分数为1.5％；
步骤2、将聚多异氰酸酯与去离子水混合，搅拌至均匀乳白色液体，配制得到聚多异氰酸酯溶液，其中，聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为1.5％；
步骤3、将步骤2中的聚多异氰酸酯溶液与步骤1中的羟乙基纤维素溶液按质量比为1:15的比例混合，搅拌，超声脱气0.65h，得到均匀粘稠状的乳白色混合溶液；
步骤4、将步骤3中的混合溶液采用流延法于圆形聚四氟乙烯模具中成膜，在45℃条件下干燥9h，制备成HEC/多异氰酸酯薄膜；
步骤5、将聚乙烯醇和去离子水混合，静置润涨3h，搅拌至均匀透明的粘稠状，配制得到质量百分数为1.5％的聚乙烯醇溶液；
步骤6、将聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为15：0.75：1.2的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气0.7h，制备得到聚乙烯醇/戊二醛溶液；
步骤7、采用步骤6中的聚乙烯醇/戊二醛溶液对步骤4中HEC/多异氰酸酯薄膜进行润胀，其中，混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:1，润胀时间为4h；然后在45℃条件下干燥7h，制备成HEC/PVA互穿网络薄膜；
根据UV-VIS法试验测试表明，实施例2中得到的HEC/PVA互穿网络薄膜透光率为70.5％。
根据塑料薄膜拉伸性能试验方法的检测结果表明，实施例2中制备得到的HEC/PVA互穿网络薄膜的断裂强度为25.7Mpa、断裂伸长率为55.4％。
实施例3
本发明所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将羟乙基纤维素与去离子水混合，静置润胀5h，搅拌至均匀透明的粘稠状，制备得到羟乙基纤维素溶液，羟乙基纤维素溶液中的质量百分数为2％；
步骤2、将聚多异氰酸酯与去离子水混合，搅拌至均匀乳白色液体，配制得到聚多异氰酸酯溶液；其中，聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为2％；
步骤3、将步骤2中的聚多异氰酸酯溶液与步骤1中的羟乙基纤维素溶液按质量比为1:17的比例混合，搅拌，超声脱气0.7h，得到均匀粘稠状的乳白色混合溶液；
步骤4、将步骤3中的混合溶液采用流延法于圆形聚四氟乙烯模具中成膜，在50℃条件下干燥9.5h，制备成HEC/多异氰酸酯薄膜；
步骤5、将聚乙烯醇和去离子水混合，静置润涨6h，搅拌至均匀透明的粘稠状，配制得到质量百分数为1.7％的聚乙烯醇溶液；
步骤6、聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为20：0.8：1.5的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气0.8h，制备得到聚乙烯醇/戊二醛溶液；
步骤7、采用步骤6中的聚乙烯醇/戊二醛溶液对步骤4中HEC/多异氰酸酯薄膜进行润胀，其中，混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:1.5；润胀时间为2h；然后在45℃条件下干燥6.5h，制备成HEC/PVA互穿网络薄膜；
根据UV-VIS法试验测试表明，实施例3中得到的HEC/PVA互穿网络薄膜透光率为89.7％。
根据塑料薄膜拉伸性能试验方法的检测结果表明，实施例3中制备得到的HEC/PVA互穿网络薄膜的断裂强度为60.5Mpa、断裂伸长率为30.7％。
实施例4
本发明所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将羟乙基纤维素与去离子水混合，静置润胀9h，搅拌至均匀透明的粘稠状，制备得到羟乙基纤维素溶液，羟乙基纤维素溶液中的质量百分数为2.5％；
步骤2、将聚多异氰酸酯与去离子水混合，搅拌至均匀乳白色液体，配制得到聚多异氰酸酯溶液；其中，聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为2.5％；
步骤3、将步骤2中的聚多异氰酸酯溶液与步骤1中的羟乙基纤维素溶液按质量比为1：26的比例混合，搅拌，超声脱气0.8h，得到均匀粘稠状的乳白色混合溶液；
步骤4、将步骤3中的混合溶液采用流延法于圆形聚四氟乙烯模具中成膜，在55℃条件下干燥8.5h，制备成HEC/多异氰酸酯薄膜；
步骤5、将聚乙烯醇和去离子水混合，静置润涨9h，搅拌至均匀透明的粘稠状，配制成浓度为2.4％的聚乙烯醇溶液；
步骤6、聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为25:0.85:2的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气0.9h，制备得到聚乙烯醇/戊二醛溶液；
步骤7、采用步骤6中的聚乙烯醇/戊二醛溶液对步骤4中HEC/多异氰酸酯薄膜进行润胀，其中，混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:2，润胀时间为1h；然后在55℃条件下干燥5h，制备成HEC/PVA互穿网络薄膜；
根据UV-VIS法试验测试表明，实施例4中得到的HEC/PVA互穿网络薄膜透光率为80.4％。
根据塑料薄膜拉伸性能试验方法的检测结果表明，实施例4中制备得到的HEC/PVA互穿网络薄膜的断裂强度为34.2Mpa、断裂伸长率为43.9％。
实施例5
本发明所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将羟乙基纤维素与去离子水混合，静置润胀12h，搅拌至均匀透明的粘稠状，制备得到羟乙基纤维素溶液，羟乙基纤维素溶液中的质量百分数为3％；
步骤2、将聚多异氰酸酯与去离子水混合，搅拌至均匀乳白色液体，配制得到聚多异氰酸酯溶液；其中，聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为3％；
步骤3、将步骤2中的聚多异氰酸酯溶液与步骤1中的羟乙基纤维素溶液按质量比为1:30的比例混合，搅拌，超声脱气1.0h，得到均匀粘稠状的乳白色混合溶液；
步骤4、将步骤3中的混合溶液采用流延法于圆形聚四氟乙烯模具中成膜，在60℃条件下干燥8h，制备成HEC/多异氰酸酯薄膜；
步骤5、将聚乙烯醇和去离子水混合，静置润涨12h，搅拌至均匀透明的粘稠状，配制得到质量百分数为3％的聚乙烯醇溶液；
步骤6、聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为30:1.0:3的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气1.0h，制备得到聚乙烯醇/戊二醛溶液；
步骤7、采用步骤6中的聚乙烯醇/戊二醛溶液对步骤4中HEC/多异氰酸酯薄膜进行润胀，其中，混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:2，润胀时间为1h；然后在60℃条件下干燥4h，制备成HEC/PVA互穿网络薄膜；
根据UV-VIS法试验测试表明，实施例5中得到的HEC/PVA互穿网络薄膜透光率为74.3％。
根据塑料薄膜拉伸性能试验方法的检测结果表明，实施例5中制备得到的HEC/PVA互穿网络薄膜的断裂强度为51.1Mpa、断裂伸长率为65.7％。
本发明提供了一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，首先将可生物降解的羟乙基纤维素作为基体，利用封闭型水溶性聚多异氰酸酯对其进行交联；聚多异氰酸酯交联剂中在无水条件下解封，聚多异氰酸酯中异氰酸酯基团-NCO与HEC中的羟基-OH反应生成氨酯基--NHCO-O-，制备成第一个网络；使用PVA对HEC/多异氰酸酯薄膜进行润胀处理，再通过内部的戊二醛对PVA进行交联，在酸条件下戊二醛中的醛基-COH与PVA中的羟基-OH反应生成醚键R-O-R`，形成第二个网络结构，成功制备出HEC/PVA互穿网络薄膜，其互穿的网络结构能明显提高复合膜的力学性能。本发明所述的HEC/PVA互穿网络薄膜，具有较高的力学性能和光学性能，断裂强度为10.7-60.5Mpa，断裂伸长率为30.7％-80.4％，透光率为70.5％～89.7％，经本发明制得的HEC/PVA互穿网络薄膜不使用有机溶剂，成型简单，符合环保要求；能够应用到电子器件的基底和包装材料领域。
本发明通过共混、交联制备互传网络结构的方法，采用较简单的物理共混更能提高复合材料的机械性能；同时，由于羟乙基纤维素、聚乙烯醇具有良好的水溶性，对二者进行化学交联处理，以提高其在水中的稳定性。

Claims (7)

1.一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将聚多异氰酸酯溶液与羟乙基纤维素溶液混合，搅拌，超声脱气，得到混合溶液；其中，所述聚多异氰酸酯为封闭型水溶性聚多异氰酸酯；
步骤2、将步骤1中的混合溶液采用流延法在模具上成膜，干燥，得到HEC/聚多异氰酸酯薄膜；
步骤3、采用聚乙烯醇/戊二醛溶液对HEC/聚多异氰酸酯薄膜进行润胀后，干燥，制备得到HEC/PVA互穿网络薄膜；
步骤1聚多异氰酸酯溶液与羟乙基纤维素溶液按质量比为1：（10-30）的比例混合；聚多异氰酸酯溶液的质量百分数为1%-3%，羟乙基纤维素溶液的质量百分数为1%-3%；
步骤1中的羟乙基纤维素溶液采用将羟乙基纤维素与水混合，静止润胀1-12h，搅拌至均匀透明的粘稠状；
所述HEC/PVA互穿网络薄膜的断裂强度为10.7-60.5Mpa、断裂伸长率为30.7%-80.4%，透光率为70.5%~89.7%。
2.根据权利要求1所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中的聚多异氰酸酯溶液采用将聚多异氰酸酯与水混合，搅拌得到。
3.根据权利要求1所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中采用在聚四氟乙烯模具中成膜。
4.根据权利要求1所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2中的干燥温度为40-60℃，干燥时间为8-12h。
5.根据权利要求1所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3中的聚乙烯醇/戊二醛溶液采用将聚乙烯醇溶液、盐酸和戊二醇按质量比为（10-30）：（0.5-1.0）：（1-3）的比例混合，搅拌至均匀透明的粘稠状，超声脱气0.5-1h得到；聚乙烯醇溶液的质量百分数为1%-3%，盐酸的质量百分数为5%-10%。
6.根据权利要求1所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3中的干燥温度为40-60℃，干燥时间为4-8h。
7.根据权利要求1所述的一种HEC/PVA互穿网络薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3聚乙烯醇/戊二醛溶液与HEC/聚多异氰酸酯薄膜的混合体系中聚乙烯醇与HEC的质量比为1:（1-2），润胀时间为1-4h。
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