一种抗UV高阻隔复合薄膜及其制备方法与流程

本技术涉及高分子膜，尤其涉及一种抗uv高阻隔复合薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着生活水平的提高，食品种类的日益丰富，人们对食品的包装材料要求越来越高，其主要目的是为了延长食品保持期，进而要求包装材料具备高阻隔性。高阻隔包装材料的应用不仅减少了食品的浪费，而且保障了健康与安全。

2、聚乙烯醇(pva)是一种水溶性高分子，具有生物降解性能，成膜性好，具有良好的明度、力学性能、气体阻隔性等优点。其阻氧性甚至优于乙烯/乙烯醇共聚物，但单纯的pva薄膜，其阻隔性和抗uv依然无法满足要求较高的包装制品，在一定程度上限制了其的应用。

技术实现思路

1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种抗uv高阻隔复合薄膜及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种抗uv高阻隔复合薄膜，如下技术方案：

3、一种抗uv高阻隔复合薄膜，包括高分子膜和涂布于高分子膜上的抗uv高阻隔涂布液，所述高分子膜的厚度为50-80μm；所述抗uv高阻隔涂布液，包括以下质量份数的原料：聚乙烯醇50-55份，乙醇10-15份，反应前驱体1-3份、去离子水90-100份，金红石型二氧化钛添加剂3-5份，可分散石墨烯1-3份，尿素0.5-0.8份，偶联剂0.5-1份。

4、通过采用上述技术方案，在本技术中，各组分起到了不同的作用，并且相互之间发生了协同作用，以提高抗uv高阻隔复合薄膜的性能。聚乙烯醇(pva)：作为高分子膜的主要组分之一，它具有较好的阻水性能和机械强度，形成了薄膜的基本骨架。乙醇：作为溶剂，用于溶解pva和其他原料，使其形成涂布液。反应前驱体：反应前驱体通过其水解产物的活硅羟基与pva的羟基在干燥过程中缩合交联，提高了涂层的阻隔性能和抗uv性能去离子水：作为溶剂，提供反应前驱体所需的环境。金红石型二氧化钛添加剂：通过表面化学设计，与可分散石墨烯有效结合形成致密的结构，提高了氧气阻隔性能和抗uv性能。可分散石墨烯：与金红石型二氧化钛添加剂反应吸附及组装，形成致密的结构，提高了氧气阻隔性能和抗uv性能。尿素和偶联剂：在涂布液中起到调节粘度和增强附着性的作用。通过以上组分的作用及协同作用，抗uv高阻隔复合薄膜在阻隔氧气、阻水和抗紫外线方面表现出了优异的性能。

5、优选的，所述高分子膜为聚酯膜、聚氨酯膜和pet膜中的一种。

6、优选的，所述反应前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的一种。

7、通过采用上述技术方案，正硅酸乙酯或正硅酸甲酯水解生产纳米二氧化硅，利用反应前驱体水解产物的活硅羟基与pva的羟基在干燥过程中缩合交联，提高了涂层的阻隔性能和抗uv性能。

8、优选的，所述金红石型二氧化钛添加剂的制备方法包括：将去离子水、甘露醇和改性金红石型二氧化钛加入到反应器中，超声分散25min，将反应器转移带有机械搅拌的铁架台上搅拌，向反应器中加入乙二胺四乙酸钠和乙二胺，反应器温度升高至150-160℃，反应3-5h，然后温度降低至室温，将反应体系转移到透析袋中，透析24h，将透析袋中的液体转移到旋转蒸发器中，设置水浴温度为75℃，减压蒸馏至无液体流出，得到金红石型二氧化钛添加剂。

9、优选的，所述去离子水、甘露醇和改性金红石型二氧化钛、乙二胺四乙酸钠和乙二胺的用量比为60ml:90ml:25g:15g:10ml。

10、优选的，所述改性金红石型二氧化钛的制备方法包括：将25g纳米金红石型二氧化钛、120ml乙醇和25ml水加入到反应器中，超声分散50min，将反应器转移到带有机械搅拌的铁架台上搅拌，反应器温度升高至55℃，向三口烧瓶中滴加2g3-氨丙基三乙氧基硅烷，滴加完毕反应2-3h，然后抽滤，滤饼用乙醇和纯化水洗涤后，将滤饼转移到温度为70℃的干燥箱中真空干燥至恒重后处理，得到改性金红石型二氧化钛。

11、通过采用上述技术方案，通过纳米金红石型二氧化钛与3-氨丙基三乙氧基硅烷反应，在纳米金红石型二氧化钛的表面接枝修饰3-氨丙基三乙氧基硅烷，得到改性二氧化硅，改性二氧化硅与乙二胺四乙酸钠、乙二胺反应，在改性金红石型二氧化钛的表面形成对金红石型二氧化钛上的钛量子点修饰的亚氨、羟基、羰基等官能团，提高钛量子点的uv吸收特性，进而提高抗uv高阻隔复合薄膜的抗uv性能，并且金红石型二氧化钛粒子通过改性处理，提高了其在聚乙烯醇中的分散性和相容性，进而提升抗uv高阻隔复合薄膜阻隔性能和抗uv性能。

12、优选的，所述可分散石墨烯的制备方法包括：将10g氧化石墨烯溶于100g体积比为1:1的乙醇水溶液中，加入直径为0.1mm的锆球，并调节溶液的ph值为9，逐滴滴加30ml浓度为10g/l的3-脲丙基三甲氧基硅烷，球磨120min，然后离心取沉淀，用乙醇洗涤三遍，干燥后得到可分散石墨烯。

13、通过采用上述技术方案，通过表面化学设计将改性金红石型二氧化钛添加剂与可分散石墨烯有效结合，通过反应吸附及组装形成致密的“砖-墙”结构，使得小分子透过路径极为曲折，制备的抗uv高阻隔复合薄膜具有优异的氧气阻隔性能，阻水性和抗紫外线性能。

14、优选的，所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3-脲丙基三甲氧基硅烷按照质量比为5:1-3:3-5的组合物。

15、通过采用上述技术方案，在本技术中，偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3-脲丙基三甲氧基硅烷以5:1-3:3-5的质量比组合物的作用和协同作用如下：乙烯基三甲氧基硅烷：它是一种偶联剂，能够提高改性二氧化硅与高分子膜和其他成分之间的相容性和粘附性，从而增强复合薄膜的整体性能。γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：它具有良好的亲水性和改善纳米金红石型二氧化钛和可分散石墨烯分散性的能力，可以增强改性二氧化硅和可分散石墨烯与水溶性成分之间的相容性，提高涂布液的稳定性。3-脲丙基三甲氧基硅烷：它在反应中可以与纳米金红石型二氧化钛和可分散石墨烯相互作用，形成稳定的界面结构，提高改性二氧化硅、纳米金红石型二氧化钛和可分散石墨烯的相容性和分散性。通过以上偶联剂的作用及协同作用，可以增强纳米二氧化硅与高分子膜、改性金红石型二氧化钛、可分散石墨烯、聚乙烯醇等成分之间的相容性和粘附性，提高抗uv高阻隔复合薄膜的整体性能和抗uv性能。

16、优选的，所述抗uv高阻隔涂布液的制备方法,采用上述一种抗uv高阻隔复合薄膜的原料，包括：按照质量份数，依次将聚乙烯醇、乙醇、反应前驱体、去离子水、金红石型二氧化钛添加剂、可分散石墨烯、尿素和偶联剂加入反应器中，搅拌，搅拌速度为600rpm，然后加热至95℃后，保温回流2小时，然后自然降温至50℃，继续保温回流5小时，自然冷却至室温，得到抗uv高阻隔涂布液。

17、第二方面，本技术提供一种抗uv高阻隔复合薄膜的制备方法，如下技术方案：

18、一种抗uv高阻隔复合薄膜的制备方法，采用上述一种抗uv高阻隔复合薄膜的原料，其制备方法包括以下步骤：

19、s1：将待涂布的高分子膜进行等离子处理，所述等离子体处理的工艺条件为：氧气压50pa，等离子体电源功率为3000w，时间为0.3-0.5min；

20、s2：将抗uv高阻隔涂布液涂布于等离子处理过的高分子膜上后，经过先梯度升温再梯度降温的方式进行固化，得到抗uv高阻隔复合薄膜，所述涂布速度为150-180m/min；所述抗uv高阻隔涂布液层固化后的厚度为10-20μm；所述度升温再梯度降温固化时，温度设置依次为：70±2℃、85±2℃、105±2℃、120±2℃、90±2℃、80±2℃。

21、综上所述，本技术的有益技术效果：

22、1.优异的阻氧性：通过将改性二氧化钛和可分散石墨烯添加到高分子膜中，形成致密的“砖-墙”结构，有效阻止氧气的渗透，提高了薄膜的氧气阻隔性能。

23、2.优异的阻水性：通过反应前驱体的缩合交联反应和改性二氧化钛的添加，提高了涂层的阻水性能，有效防止水分的渗透。

24、3.抗uv性能的提升：通过在纳米二氧化钛的表面修饰钛量子点，增强了钛量子点的uv吸收特性，从而提高了抗uv高阻隔复合薄膜的抗uv性能。

25、4.良好的分散性和相容性：通过改性处理二氧化钛粒子，提高了其在聚乙烯醇中的分散性和相容性，从而进一步提升了抗uv高阻隔复合薄膜的阻隔性能和抗uv性能。

26、5.优异的抗紫外线性能：通过改性二氧化钛添加剂和可分散石墨烯的组合，制备薄膜的小分子透过路径变得极为曲折，有效阻挡紫外线的穿透，提高了抗uv高阻隔复合薄膜的抗紫外线性能。