CN110903580B - 一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料及其制备方法，按重量份计，由以下组分组成：聚乙烯醇80份、淀粉20份、硅钼酸1~5份。本发明将硅钼酸添加到聚乙烯醇/淀粉共混体系中以后，不仅能够使体系的相容性得到较大提高，改善聚乙烯醇/淀粉的两相界面粘结，还能够有效地改善聚乙烯醇/淀粉复合材料的紫外线屏蔽性能以及力学性能，同时改性后的复合材料还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。
Description
技术领域
本发明属于聚乙烯醇/淀粉共混增容技术领域，具体涉及一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯醇和淀粉是环境友好的生物可将降解材料，具有广阔的应用前景。用价格低廉的淀粉替代部分价格相对昂贵的聚乙烯醇，是降低成本的有效途径之一。然而，将淀粉填充在聚乙烯醇基体中，由于聚乙烯醇和淀粉的相容性有限，在一定程度上降低材料的各项性能(如力学性能)，这极大地限制了聚乙烯醇/淀粉复合材料的应用。值得一提的是，纯聚乙烯醇/淀粉复合材料不具有紫外线屏蔽功能，当将其应用于包装、光学、电子等领域时，紫外光和可见光同时透过聚乙烯醇/淀粉复合膜，会引起复合膜材料的降解，将对复合膜材料的使用性能极其不利。因而，改善聚乙烯醇/淀粉复合膜材料的紫外线屏蔽性能，拓宽其应用领域，具有重要的意义。硅钼酸是一种杂多酸也叫硅钼杂多酸，杂多酸和经典酸相比具有更高的化学活性。硅钼酸表面含有大量能与聚乙烯醇和淀粉形成相互作用的活性基团，这有利于增大聚乙烯醇和淀粉的相容性，从而改善复合材料的力学强度，同时赋予材料优异的紫外屏蔽性能，有利于聚乙烯醇/淀粉共混材料的性能提升，拓展聚乙烯醇/淀粉共混材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料及其制备方法，将硅钼酸添加到聚乙烯醇/淀粉共混体系中以后，不仅能够使体系的相容性得到较大提高，改善聚乙烯醇/淀粉的两相界面粘结，还能够有效地改善聚乙烯醇/淀粉复合材料的紫外线屏蔽性能以及力学性能，同时改性后的复合材料还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。
本发明的技术方案：
一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇80份，淀粉20份，硅钼酸1～5份。
所述的聚乙烯醇平均分子量为84000～89000，醇解度为86％～89％。
所述的淀粉为玉米淀粉。
所述硅钼酸的制备方法包括以下步骤：
将钼酸钠和硅酸钠溶解于去离子水中，加热到80℃，搅拌30min；缓慢滴加盐酸，控制溶液pH为2，反应3h；待反应完全后，自然冷却至室温，用乙醚萃取，将下层黄色萃取液放出，85℃条件下搅拌，蒸出多余水分后，在烘箱中自然烘干，得到纯净的硅钼酸；
所述硅酸钠、钼酸钠、去离子水的质量比为0.284:2.42:100。
一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将80份聚乙烯醇加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液，备用；
(2)将20份淀粉加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(3)将1～5份硅钼酸分散在100份去离子水中，超声1h，得到硅钼酸溶液，备用；
(4)将步骤(2)所得的淀粉溶液与步骤(3)所得的硅钼酸溶液加入到步骤(1)所得的聚乙烯醇溶液中，在85℃条件下搅拌混合45min，冷却至室温、超声脱除气泡，得到成膜液，然后将其用流延法在有机玻璃上涂膜，在60℃的真空烘箱中干燥24h，即得到硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料。
本发明具有的有益效果：
本发明通过选择硅钼酸作为增容剂，能够有效地改善聚乙烯醇/淀粉共混体系的相容性，改善聚乙烯醇/淀粉的两相界面粘结，所制备得到的复合材料具有优异的紫外线屏蔽性能以及力学性能、光学透明性，且制备工艺简单环保，成本低廉，适于放大生产。
附图说明
图1为纯聚乙烯醇/淀粉复合膜和硅钼酸增容改性过的聚乙烯醇/淀粉复合膜的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
在具体实施例和对比例配方中，淀粉均采用的是由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供的玉米淀粉(CAS号:9005-25-8)；聚乙烯醇均采用的是由长春化工(江苏)有限公司提供的产品，型号为PVA-1788，平均分子量为84000～89000，醇解度为86％～89％；硅钼酸为自制。
硅钼酸的制备方法包括以下步骤：
将钼酸钠和硅酸钠溶解于去离子水中，加热到80℃，搅拌30min；缓慢滴加盐酸，控制溶液pH为2，反应3h；待反应完全后，自然冷却至室温，用乙醚萃取，将下层黄色萃取液放出，85℃条件下搅拌，蒸出多余水分后，在烘箱中自然烘干，得到纯净的硅钼酸；
所述硅酸钠、钼酸钠、去离子水的质量比为0.284:2.42:100。
对比例：
一种聚乙烯醇/淀粉复合材料，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇80份，淀粉20份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将80份聚乙烯醇加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液，备用；
(2)将20份淀粉加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(3)将步骤(2)所得的淀粉溶液加入到步骤(1)所得的聚乙烯醇溶液中，在85℃条件下搅拌混合45min，冷却至室温、超声脱除气泡，得到成膜液，然后将其用流延法在有机玻璃上涂膜，在60℃的真空烘箱中干燥24h，得到聚乙烯醇/淀粉复合材料。
实施例1：
一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇80份，淀粉20份，硅钼酸1份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将80份聚乙烯醇加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液，备用；
(2)将20份淀粉加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(3)将1份硅钼酸分散在100份去离子水中，超声1h，得到硅钼酸溶液，备用；
(4)将步骤(2)所得的淀粉溶液与步骤(3)所得的硅钼酸溶液加入到步骤(1)所得的聚乙烯醇溶液中，在85℃条件下搅拌混合45min，冷却至室温、超声脱除气泡，得到成膜液，然后将其用流延法在有机玻璃上涂膜，在60℃的真空烘箱中干燥24h，即得到硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料。
实施例2：
一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料,由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇80份，淀粉20份，硅钼酸2份。
(1)将80份聚乙烯醇加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液，备用；
(2)将20份淀粉加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(3)将2份硅钼酸分散在100份去离子水中，超声1h，得到硅钼酸溶液，备用；
(4)将步骤(2)所得的淀粉溶液与步骤(3)所得的硅钼酸溶液加入到步骤(1)所得的聚乙烯醇溶液中，在85℃条件下搅拌混合45min，冷却至室温、超声脱除气泡，得到成膜液，然后将其用流延法在有机玻璃上涂膜，在60℃的真空烘箱中干燥24h，即得到硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料。
实施例3：
一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料,由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇80份，淀粉20份，硅钼酸5份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将80份聚乙烯醇加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液，备用；
(2)将20份淀粉加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
(3)将5份硅钼酸分散在100份去离子水中，超声1h，得到硅钼酸溶液，备用；
(4)将步骤(2)所得的淀粉溶液与步骤(3)所得的硅钼酸溶液加入到步骤(1)所得的聚乙烯醇溶液中，在85℃条件下搅拌混合45min，冷却至室温、超声脱除气泡，得到成膜液，然后将其用流延法在有机玻璃上涂膜，在60℃的真空烘箱中干燥24h，即得到硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料。
性能测试：
利用扫描电镜观察分析对比例制备的复合材料脆断面以及实施例1～3制备的复合材料脆断面，结果见图1。由图1可以看出，对于对比例制备的聚乙烯醇/淀粉复合材料，可观察到其脆断面呈现出明显裂纹的形貌，同时可以看到一些尺寸较大的分散相颗粒，这表明聚乙烯醇/淀粉的两相界面粘结较弱。对于实施例1～3制备的聚乙烯醇/淀粉复合材料，可观察到其脆断面表现出较为均匀、光滑、致密的形貌，聚乙烯醇/淀粉的两相界面粘结得到显著改善，分散相颗粒尺寸显著减小且分散均一，体系的相形态结构得到明显改善。即硅钼酸添加到聚乙烯醇/淀粉共混体系中以后，能够有效地改善聚乙烯醇/淀粉共混体系的相容性，改善聚乙烯醇/淀粉的两相界面粘结。
测定对比例和实施例1～3制备的复合材料的紫外线透过率、可见光透过率、拉伸强度以及弹性模量，结果如表1所示。
表1复合材料的性能测试数据
由表1可以看出，用硅钼酸增容改性过的聚乙烯醇/淀粉复合材料的拉伸强度及弹性模量都较未改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料有明显的提高，同时硅钼酸还能赋予复合材料更优异的紫外屏蔽性能，且改性后复合膜还能保持高的光学透明性，拓展了聚乙烯醇/淀粉复合材料的应用领域。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤（1）：将80份聚乙烯醇加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液，备用；
步骤（2）：将20份淀粉加入到600份去离子水中，在85℃下搅拌溶解，得到淀粉溶液，备用；
步骤（3）：将1～5份硅钼酸分散在100份去离子水中，超声1 h，得到硅钼酸溶液，备用；
步骤（4）：将步骤（2）所得的淀粉溶液与步骤（3）所得的硅钼酸溶液加入到步骤（1）所得的聚乙烯醇溶液中，在85℃条件下搅拌混合45 min，冷却至室温、超声脱除气泡，得到成膜液，然后将其用流延法在有机玻璃上涂膜，在60℃的真空烘箱中干燥24 h，即得到硅钼酸增容改性的聚乙烯醇/淀粉复合材料；
所述的聚乙烯醇平均分子量为84000～89000，醇解度为86%～89%；
所述的淀粉为玉米淀粉；
所述的硅钼酸，其制备方法包括以下步骤：将钼酸钠和硅酸钠溶解于去离子水中，加热到80℃，搅拌30min；缓慢滴加盐酸，控制溶液pH为2，反应3h；待反应完全后，自然冷却至室温，用乙醚萃取，将下层黄色萃取液放出，85℃条件下搅拌，蒸出多余水分后，在烘箱中自然烘干，得到纯净的硅钼酸；在上述硅钼酸的制备步骤中，所述硅酸钠、钼酸钠、去离子水的质量比为0.284:2.42:100。
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