一种光交联聚乙烯醇/微纤化纤维素pva/mfc复合膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光交联聚乙烯醇/微纤化纤维素PVA/MFC复合膜的制备方法，特别是加入光交联剂得到耐水性光固化复合材料，属于高分子材料与感光材料领域。
【背景技术】
[0002]水溶性的聚乙烯醇(PVA)，是由聚醋酸乙烯水解而得，结构式为-CH2CH(OH)n-是一种带羟基的高分子聚合物。PVA分子主链为碳链，每一个重复单元上含有一个羟基，由于羟基尺寸小，极性强，容易形成氢键，其化学性质稳定具有足够的热稳定性、高度的亲水性和水溶性；同时它还具有良好的成膜性和粘接力，有卓越的耐油脂和耐溶剂性能以及良好的物理化学稳定性，广泛应用于脱水的渗透汽化膜过程中。PVA分子链上含有大量羟基，使得分子内和分子间存在很强的氢键，故有高度结晶性，使PVA的透气性很小，是性能优良的高阻隔包装材料。然而羟基的大量存在，也导致了 PVA存在着耐水、耐热性差及蠕变等缺点，欲使PVA膜耐水、耐高温且对混合物中被分离组分渗透通量大、选择性高，需要对其进行共混或化学改性处理。
[0003]由于PVA亲水性较高，在环境湿度较大的情况下，羟基易和水分子形成氢键，导致PVA聚集态结构发生变化，使其阻隔性急剧下降，限制了在很多领域的应用，特别是日用包装材料方面的应用。所以，需对PVA进行耐水性改性，减小湿度对PVA阻隔性能的影响。PVA耐水性改性机理是通过化学或物理方法使PVA分子链上的羟基全部或部分封闭，可以降低其亲水性，达到提高耐水性的目的。目前提高耐水性的方法主要有防水涂层法、共混法和交联法等。目前常用的改性剂有醛类、硼酸、尿素、有机硅基团等，但这些改性剂或具有毒性或反应难于控制。
[0004]目前，PVA交联方法主要有目前工业上通常采用的高能辐射交联和化学交联法，以及近几年才在工业应用的紫外光交联法。其中光交联法以低能的紫外光作为辐射源，设备易得，投资费用低，操作简单，防护容易。甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)分子中含有碳碳双键和羟基，能与富含羟基的有机物发生反应，同时在紫外光辐照下能发生聚合反应，作为交联剂方面用途广泛，在改性聚氨酯涂料，水溶性电镀涂料粘合剂，纤维整理剂，纸品涂料，感光涂料及聚氯乙烯树脂用途广泛。可以用于合成医用高分子材料、热固性涂料和各类复合膜及粘合剂等。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在PVA中加入天然大分子MFC，降低PVA基复合材料的成本，增强PVA基复合材料的耐水性，另外，在PVA/MFC复合材料中加入HEMA，HEMA分子中含有碳碳双键和羟基，能与PVA的羟基发生氢键反应，同时在紫外光辐照下能发生聚合反应，进一步提高PVA/MFC复合材料耐水性。
[0006]本发明的目的是通过下述技术方案实现:一种光交联聚乙烯醇/微纤化纤维素PVA/MFC复合膜的制备方法，包含下述步骤:
(1)PVA/MFC混合溶液的制备:取MFC悬浮液溶于去离子水中配制成一定质量分数的悬浮液，用超声波细胞粉碎机分散；再按一定的PVA和MFC质量比，将PVA加入到MFC的悬浮液中，在油浴磁力加热搅拌器中，恒温90°C搅拌2h，得到PVA/MFC混合溶液。
(2)PVA/MFC复合膜的制备:将上述步骤(I) PVA/MFC混合溶液冷却至室温后，放在磁力搅拌器上，加入光交联剂和光引发剂，遮光搅拌2h，在室温下静置消泡后，在玻璃板上遮光流涎成膜，38°C下烘干14h，膜厚约为100 μ m，得到PVA/MFC复合膜。
(3)光交联PVA/MFC复合膜的制备:将上述步骤(2)PVA/MFC复合膜暴露在一个紫外灯下，最后得到光交联PVA/MFC的复合膜。
(4)光交联PVA/MFC混合溶液的制备:将上述步骤(1)PVA/MFC混合溶液冷却至室温后，放在磁力搅拌器上，加入光交联剂和光引发剂，遮光搅拌2h，再遮光搅拌下进行紫外灯照射一段时间，得到光交联PVA/MFC混合溶液。
(5)光交联PVA/MFC复合膜的制备:将上述步骤(4)光交联PVA/MFC混合溶液，在室温下静置消泡后，在玻璃板上遮光流涎成膜，38°C下烘干12h，膜厚约为100 μ m，得到光交联PVA/MFC的复合膜。
步骤⑴中所述PVA和MFC质量比为1:0.1?1:1。
步骤(2)和步骤(4)中所述光交联剂选自甲基丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸，丙烯酸，丙烯酰胺，丙烯酸羟乙酯，衣康酸，其用量为PVA和MFC质量之和的5%?15%。
步骤⑵和步骤⑷中所述光引发剂为水溶性的光引发剂，用量为PVA和MFC质量之和的1%?3%。
[0007]与现有的技术相比，本发明具有如下优点和有益效果:PVA分子链含有大量羟基(-OH)和氢键，使其具有良好的水溶性，可以和天然高分子通过氢键交联，紧密连接，再加入无色透明液体、低毒性的HEMA作为光交联剂得到三维网状结构的耐水性光交联聚乙烯醇/微纤化纤维素(PVA/MFC)复合膜，增强高分子材料的机械性能和加工性能、耐水性。改性后的PVA复合材料具有优异力学性能、耐水性和热稳定性，使其在可生物降解包装材料领域的应用成为可能。
【附图说明】
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[0008]图1为实施例1中光交联前后的傅立叶红外光谱(FTIR)图。
[0009]图2和图3为PVA未光交联改性的复合膜和PVA光交联改性的复合膜等的热失重曲线图和DTG图。
【具体实施方式】
[0010]为了更好地解释本发明，下面结合具体实施例对本发明进一步详细解释，但本发明的实施方式不限于此。
[0011]实施例1
(DPVA/MFC混合溶液的制备:取ImLl.78% MFC悬浮液溶于40mL去离子水中，配制成质量分数为0.31 %的悬浮液，用超声波细胞粉碎机在功率为25w下分散2次，每次60下，每下5秒钟，每下间隔5秒钟得到分散良好的MFC悬浮液；再按将0.5g PVA加入到MFC的悬浮液中，在油浴磁力加热搅拌器中，恒温90°C搅拌2h，得到PVA/MFC混合溶液。
(2)PVA/MFC复合膜的制备:将PVA/MFC混合溶液冷却至室温后，放在温控磁力搅拌器上，分别加入的0.03125g光交联剂HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)和0.01881g光引发剂2959 (2-羟基-4’-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯)遮光搅拌2h ;在室温下静置消泡后，在玻璃板上遮光流涎成膜，38°C下烘干，膜厚约为100 μ m，得到PVA/MFC复合膜。
(3)