一种改性聚乙烯醇薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种功能性薄膜材料及其制备方法，具体涉及一种改性聚乙烯醇薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的不断提高，人们对生活环境也提出了更高的要求，使用更环保、更安全、更健康的抗菌制品如包覆膜，全面杜绝人与人、人与物、物与物之间细菌的交叉感染，已经成为了世界健康发展的主流。
[0003]聚乙烯醇(PVA)是一种非离子型水溶性的聚合物，透明度较高、质地柔软，具有优异的微生物分解性能，能被分解成二氧化碳和水，不污染环境，同时又具有一些独特的性能，如:气体阻隔性、透明性、抗静电性等，通过对其改性，增加其抗菌性能和力学强度，使之用于包覆膜材料具有其它高分子材料无法比拟的优势。但在实际研宄中发现其抗菌性能和力学性能很难兼具。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种机械强度高、抗菌性能好的改性聚乙烯醇薄膜及其制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是:
[0006]提供一种改性聚乙烯醇薄膜，它由以下方法制备得到:
[0007]I)制备改性载纳米银粒子:将钠基蒙脱土加入硝酸银水溶液中，所述钠基蒙脱土的总的离子交换容量<硝酸银水溶液中银离子的摩尔量，超声搅拌预处理，使Ag+与蒙脱土纳米片层中的Na+进行充分交换，随后加入还原剂和分散剂，常温搅拌反应，后处理得到改性载纳米银粒子；
[0008]2)制备改性聚乙烯醇薄膜:将步骤I)制备的改性载纳米银粒子加入去离子水中，超声分散均匀得到分散液，随后加热回流反应0.5-1.5h，然后降温至80-90°C
分散液中改性载纳米银粒子与PVA质量比为0.5-6%,充分搅拌使其溶解均匀，所得混合液通过流延法制备出改性聚乙烯醇薄膜。
[0009]按上述方案，步骤I)所述硝酸银水溶液浓度为0.0125-0.05mol/L。
[0010]按上述方案，步骤I)所述还原剂为浓度为0.05-0.2mol/L的抗坏血酸水溶液，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述还原剂中抗坏血酸与所述硝酸银水溶液中硝酸银的摩尔比为0.5-1.5:1 ;所述分散剂与所述硝酸银水溶液中硝酸银的摩尔比为0.001-0.01:1。
[0011]按上述方案，步骤2)所述常温搅拌反应时间为2_4h。
[0012]按上述方案，步骤2)所述分散液中改性载纳米银粒子质量浓度为0.0005-0.006g/mL。
[0013]本发明改性聚乙烯醇薄膜的制备方法步骤如下:
[0014]I)制备改性载纳米银粒子:将钠基蒙脱土加入硝酸银水溶液中，所述钠基蒙脱土的总的离子交换容量<硝酸银水溶液中银离子的摩尔量，超声搅拌预处理，使Ag+与蒙脱土纳米片层中的Na+进行充分交换，随后加入还原剂和分散剂，常温搅拌反应，后处理得到改性载纳米银粒子；
[0015]2)制备改性聚乙烯醇薄膜:将步骤I)制备的改性载纳米银粒子加入去离子水中，超声分散均匀得到分散液，随后加热回流反应0.5-1.5h，然后降温至80-90°C
分散液中改性载纳米银粒子与PVA质量比为0.5-6%,充分搅拌使其溶解均匀，所得混合液通过流延法制备出改性聚乙烯醇薄膜。
[0016]按上述方案，步骤I)所述硝酸银水溶液浓度为0.0125-0.05mol/L。
[0017]按上述方案，步骤I)所述还原剂为浓度为0.05-0.2mol/L的抗坏血酸水溶液，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述还原剂中抗坏血酸与所述硝酸银水溶液中硝酸银的摩尔比为0.5-1.5:1 ;所述分散剂与所述硝酸银水溶液中硝酸银的摩尔比为0.001-0.01:1。
[0018]按上述方案，步骤2)所述常温搅拌反应时间为2_4h。
[0019]按上述方案，步骤2)所述分散液中改性载纳米银粒子质量浓度为0.0005-0.006g/mL。
[0020]本发明的原理在于:蒙脱土是2比I型结构的天然层状硅酸盐矿物，片层之间作用力较弱，在水中易吸水膨胀，层间距增大，甚至解离为单个片层。另一方面，PVA是多羟基水溶性聚合物，与亲水性的蒙脱土具有很强的亲和作用。因此，向充分水化的蒙脱土悬浮液中加入PVA并加热使之溶解，在强力搅拌和超声作用下，能使蒙脱土片层完全剥离分散于PVA基体中，形成剥离型的纳米复合材料，或者使PVA分子进入蒙脱土层间，形成插层型的纳米复合材料，改善所得膜材料的机械性能。
[0021]另外，由于蒙脱土矿物结构中的异价类质同象置换现象，蒙脱土片层之间存在吸附性可交换阳离子，这些阳离子处于水化状态，AgNO3中的Ag+被交换或附着在蒙脱土表面，进而被还原成银单质，进而赋予所得膜材料杀菌性能。
[0022]本发明的有益效果在于:1、本发明方法以较简单的工艺制备出改性聚乙烯醇薄膜，制备过程中不产生污染物，对环境无害；2、本发明制备的改性聚乙烯醇薄膜机械强度和抗菌性能良好，还具有高透光率、抗拉、柔软等特性，可应用于食品包装、生物传感、纳米器件等多个领域，具有广泛的市场前景。
【附图说明】
[0023]图1为对比例I所制备的聚乙烯醇薄膜及实施例2-4所制备的改性聚乙烯醇薄膜的XRD图ο
【具体实施方式】
[0024]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0025]本发明实施例所用钠基蒙脱土为吉林四平刘房子出产，最大离子交换容量(CEC)为120mmol/100g蒙脱土，粒径为0.5-1.0 μ m ;所用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为化学纯，分子量 30000。
[0026]对比例I
[0027]在烧瓶中将50mL去离子水加热回流，机械搅拌的同时加入5g聚乙烯醇(PVA)，待其完全溶解后加快搅拌速度，继续反应3h，制得纯聚乙烯醇溶液，通过流延法制备出聚乙烯醇薄膜，厚度约0.070mm。
[0028]经测试，本对比例所制备的聚乙烯醇薄膜拉伸强度为38.26MPa，基本无杀菌性能。其XRD图如图1所示，聚乙烯醇有较好的结晶性。
[0029]实施例1
[0030]将25mL浓度为0.05mol/L的AgNO3溶液加入三口瓶中，室温搅拌下加入Ig钠基蒙脱土，超声分散0.5h，再搅拌0.5h后加入0.05g的PVP，搅拌0.5h，然后缓慢滴加7.5mL浓度为0.lmol/L的抗坏血酸水溶液，常温搅拌2h，离心、干燥得到改性载纳米银粒子。
[0031]先称取0.025g的上述制备的改性载纳米银粒子，加入50mL去离子水中，超声分散30min后倒入三口烧瓶中，随后加热至沸腾，并在强力机械挽拌下回流反应0.5h，随后降温至90°C，机械搅拌的同时加入5gPVA(分子量为1750±50)，待其完全溶解后继续反应3h，所得混合液通过流延法制备出改性聚乙稀醇薄膜，厚度约0.070mm。
[0032]经测试，本实施例所制备的改性聚乙烯醇薄膜拉伸强度为39.06MPa。
[0033]实施例2
[0034]将50mL浓度为0.025mol/L的AgNO3溶液加入三口瓶中，室温搅拌下加入Ig钠基蒙脱土，超声分散0.5h，再搅拌0.5h后加入0.1g的PVP，搅拌0.5h，然后缓慢滴加7.5mL浓度为0.lmol/L的抗坏血酸水溶液，常温搅拌3h，离心、干燥得到改性载纳米银粒子。
[0035]先称取0.05g的上述制备的改性载纳米银粒子，加入50mL去离子水中，超声分散30min后倒入三口烧瓶中，随后加热至沸腾，并在强力机械挽拌下回流反应lh，随后降温至90 0C，机械搅拌的同时加