二维云母复合膜及其制备方法

本发明涉及纳米复合材料，具体涉及一种二维云母复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)因其优异的综合性能，是应用最广泛的工程塑料之一。由于pet具有高热稳定性、优良的物理机械性能、阻隔性能、耐油、耐有机溶剂、易于加工和相对低成本等优点广泛用作油品、果汁、饮料、护肤品、农药等包装容器，其薄膜制品也作为食物、商标、快递等包装膜也得到了极为广泛应用。但是pet的阻隔性一般，其强度和耐热性等方面对于一些特殊包装内容物(如啤酒)来说远远不够，限制了pet应用范围的进一步扩大。因此，进一步提高pet阻隔性及机械性能是至关重要的。

2、将二维纳米材料加入到pet中，提高其阻隔及机械性能是常用的方法之一。目前已有文献报道将石墨烯、氮化硼等加入到pet中能够提升pet的综合性能。云母是一种层状硅酸盐材料，具有优异的化学惰性、热稳定性、电绝缘性及机械强度，与石墨烯、氮化硼相比，云母价格低廉易得，另外云母片层之间弱的范德华力作用，使其更容易剥离为层状二维材料，在复合材料中具有巨大的应用潜力。然而，由于云母与其他无机填料一样具有亲水疏油的特性，使其无法与pet等树脂基体形成良好的界面，导致制备的复合材料的性能较差。因此，如何对云母复合材料的界面进行设计与调控，提高复合材料的阻隔与机械性能是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种二维云母复合膜及其制备方法。所述制备方法制备的二维云母复合膜不仅具有优异的阻隔性和机械性能，且具有高透明性以及较强的抗紫外性能。

2、一种二维云母复合膜的制备方法，包括以下步骤：

3、将云母粉体和羟基封端聚合物溶液混合并进行球磨处理，得到二维云母纳米片；

4、将所述二维云母纳米片和聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液混合，得到复合浆料；

5、对所述复合浆料进行旋涂处理，干燥，得到二维云母复合膜。

6、在其中一个实施例中，在制备所述复合浆料的过程中，将所述二维云母纳米片、酸碱缓冲液以及多巴胺混合，并发生原位聚合反应得到改性二维云母纳米片，将所述改性二维云母纳米片和聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液混合，得到所述复合浆料。

7、在其中一个实施例中，所述二维云母纳米片与所述多巴胺的质量比为1:(0.01-5)；

8、及/或，所述二维云母纳米片和所述改性二维云母纳米片的质量均为聚对苯二甲酸乙二醇酯质量的0.1％-5％。

9、在其中一个实施例中，所述羟基封端聚合物溶液包括羟基封端聚合物和溶剂，所述羟基封端聚合物选自聚丙烯酸、聚乳酸、聚乙二醇、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚乙烯呋喃酮、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚呋喃二甲酸丁二醇酯、聚己内酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、聚乙烯醇中的至少一种，所述溶剂选自水、乙醇、乙酸乙酯、甲苯、二甲基甲酰胺、异丙醇、四氢呋喃、二甲基亚砜、氯仿中的至少一种；

10、及/或，所述云母粉体选自黑云母、金云母、白云母、锂云母、绢云母、绿云母、铁锂云母中的至少一种。

11、在其中一个实施例中，所述羟基封端聚合物溶液的质量浓度为1mg/ml-5000mg/ml；

12、及/或，所述羟基封端聚合物的相对分子质量为300-10000。

13、在其中一个实施例中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液的固含量为2wt％-40wt％。

14、在其中一个实施例中，所述云母粉体的粒径为1μm-200μm。

15、在其中一个实施例中，所述二维云母纳米片的片径为1μm-30μm；

16、及/或，所述二维云母纳米片的厚度为1nm-10nm。

17、在其中一个实施例中，在球磨处理过程中，所述球磨处理的工艺参数包括:球磨速率为100rpm-800rpm，球磨时间为4h-60h；

18、及/或，在制备二维云母纳米片的过程中，球磨处理后，进行超声处理，磁力搅拌，其中，超声时间为5min-15min，超声功率为30w-50w，磁力搅拌速率为100rpm-1200rpm，磁力搅拌时间为0.5h-12h；

19、及/或，在旋涂过程中，旋涂速率为2000rpm-4000rpm，旋涂时间为20s-60s，干燥过程中，干燥温度为40℃-70℃。

20、一种二维云母复合膜，所述二维云母复合膜通过上述任一项所述的二维云母复合膜的制备方法制备得到。

21、本发明所提供的二维云母复合膜的制备方法中，通过采用羟基封端聚合物溶液辅助机械球磨法制备二维云母纳米片，使得二维云母纳米片具有大片径、长程取向的特点，从而使其能够在树脂基体中定向排列，对阻挡外界气体或液体(如水蒸气、氧气等)的有效路径增长，使得外界气体或液体难以通过二维云母复合膜，使得二维云母复合膜具有优异的阻隔性；同时，基于云母的特性，使得二维云母纳米片本身具有抗紫外、高绝缘性、不渗透性及力学性能佳等特性，特别是二维云母纳米片本身对400nm以上的可见光具有较高的透过率，对400nm以下的紫外光具有屏蔽作用的特点，从而使得二维云母复合膜具有优异的机械性能、高透明性以及抗紫外性能。

技术特征：

1.一种二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，在制备所述复合浆料的过程中，将所述二维云母纳米片、酸碱缓冲液以及多巴胺混合，并发生原位聚合反应得到改性二维云母纳米片，将所述改性二维云母纳米片和聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液混合，得到所述复合浆料。

3.根据权利要求2所述的维云母复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述二维云母纳米片与所述多巴胺的质量比为1:(0.01-5)；

4.根据权利要求1所述的二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，所述羟基封端聚合物溶液包括羟基封端聚合物和溶剂，所述羟基封端聚合物选自聚丙烯酸、聚乳酸、聚乙二醇、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚呋喃二甲酸丁二醇酯、聚乙烯呋喃酮、聚己内酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、聚乙烯醇中的至少一种，所述溶剂选自水、乙醇、乙酸乙酯、甲苯、二甲基甲酰胺、异丙醇、四氢呋喃、二甲基亚砜、氯仿中的至少一种；

5.根据权利要求1所述的二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，所述羟基封端聚合物溶液的质量浓度为1mg/ml-5000mg/ml；

6.根据权利要求1所述的二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液的固含量为2wt％-40wt％。

7.根据权利要求1所述的二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，所述云母粉体的粒径为1μm-200μm。

8.根据权利要求1所述的二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，所述二维云母纳米片的片径为1μm-30μm；

9.根据权利要求1所述的二维云母复合膜的制备方法，其特征在于，在球磨处理过程中，所述球磨处理的工艺参数包括：球磨速率为100rpm-800rpm，球磨时间为4h-60h；

10.一种二维云母复合膜，其特征在于，所述二维云母复合膜通过权利要求1-9任一项所述的二维云母复合膜的制备方法制备得到。

技术总结
本发明涉及一种二维云母复合膜及其制备方法。一种二维云母复合膜的制备方法，包括以下步骤：将云母粉体和羟基封端聚合物溶液混合并进行球磨处理，得到二维云母纳米片；将所述二维云母纳米片和聚对苯二甲酸乙二醇酯溶液混合，得到复合浆料；对所述复合浆料进行旋涂处理，干燥，得到二维云母复合膜。所述制备方法制备的二维云母复合膜不仅具有优异的阻隔性和机械性能，且具有高透明性以及较强的抗紫外性能。

技术研发人员：王静刚,丁纪恒,赵红冉,王浩,朱锦
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16