聚乙烯醇/纳米葡萄糖酸膨润土复合膜的制备及表征

论文摘要

聚乙烯醇(简称PVA)是一种多羟基高分子材料,具有良好的水溶性及生物相容性等特点,但是其耐水性差、强度低等不足限制了其应用范围。而纳米葡萄糖酸膨润土(简称NGAM)是碱性钙基膨润土与葡萄糖酸反应制备所得到的一种表面羟基修饰纳米材料,具有良好的多羟基高分子材料相容性。为了改善聚乙烯醇的力学强度、耐水性及耐热性,本文采用纳米葡萄糖酸膨润土作为改性剂对聚乙烯醇进行了物理复合改性,制备了聚乙烯醇／葡萄糖酸膨润土纳米复合材料。首先,本文采用单因素实验的方法优化了纳米葡萄糖酸膨润土的制备条件,制备过程中以PVA/NGAM复合溶液粘度变化为指标,确定了最佳制备原料、制备方法和葡萄糖酸添加量。其次,为了提高纳米葡萄糖酸膨润土在聚乙烯醇中的分散性,分别采用了机械搅拌法与机械搅拌超声协同法将纳米葡萄糖酸膨润土均匀预分散在甘油中,然后与聚乙烯醇混合制备了复合乳液,并以乳液成膜后的力学性能为指标,筛选了最佳分散方法。最后,考察了纳米葡萄糖酸膨润土添加量、PVA浓度、甘油含量的影响,通过对PVA/NGAM复合膜进行力学性能、耐水性能、耐热以及透光性能测试,确定了制备PVA/NGAM复合膜的最佳条件。并采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜对复合膜进行表征。实验结果表明当甘油用量为聚乙烯醇2%、聚乙烯醇乳液浓度为10%和葡萄糖酸蒙脱石加入量小于3%时,复合薄膜的拉伸强度最大提高45%、耐水性提高2.7倍和热分解温度提高34℃,而断裂伸长率和透光性分别下降不足13%和5%。红外光谱表明纳米葡萄糖酸膨润土与聚乙烯醇形成了分子间氢键,X射线衍射表明晶形没有改变,扫描电镜显示其纳米粒子分布均匀。因此,聚乙烯醇／纳米葡萄糖酸膨润土复合膜性能对于聚乙烯醇有显著提高,扩大了聚乙烯醇的应用领域,有着良好的工业应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究内容
• 1.2.1 PVA/NGAM复合材料的制备
• 1.2.2 PVA/NGAM复合材料表征及机理研究
• 1.3 研究的创新之处
• 第二章 文献综述
• 2.1 聚乙烯醇概述
• 2.1.1 聚乙烯醇的性质及应用领域
• 2.1.2 聚乙烯醇包装薄膜的特点
• 2.1.3 改性聚乙烯醇膜的类型
• 2.2 聚乙烯醇改性的一般方法
• 2.2.1 物理复合改性
• 2.2.2 无机-有机杂化的改性
• 2.2.3 化学交联复合改性
• 2.3 纳米复合材料的简介
• 2.4 蒙脱土纳米材料
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验材料及设备
• 3.2 纳米葡萄糖酸膨润土的制备
• 3.2.1 半干法与制浆干燥法制备碱性钙基膨润土
• 3.2.2 不同pH值中和钙基膨润土的制备
• 3.2.3 纳米葡萄糖酸膨润土的制备
• 3.3 纳米葡萄糖酸膨润土在聚乙烯醇溶液中的分散
• 3.3.1 聚乙烯醇溶液的制备
• 3.3.2 复合溶液浓度的确定
• 3.4 不同甘油含量与纳米葡萄糖酸膨润土含量对复合膜性能的影响
• 3.4.1 不同甘油含量的影响
• 3.4.2 不同纳米葡萄糖酸膨润土的影响
• 3.5 分析测试方法
• 3.5.1 半干法与制浆法碱性钙基膨润土的阴离子交换容量测定
• 3.5.2 聚乙烯醇/纳米葡萄糖酸膨润土复合溶液粘度的测定
• 3.5.3 纳米葡萄糖酸膨润土在复合溶液中分散性的测试
• 3.5.4 械搅拌法与超声机械搅拌协同法制备复合膜的性能测试
• 3.5.5 抗拉强度和断裂伸长率
• 3.5.6 不同聚乙烯醇含量复合膜水蒸汽透过系数的测定
• 3.5.7 耐水性能测试
• 3.5.8 热稳定性
• 3.5.9 透光性
• 3.6 聚乙烯醇/纳米葡萄糖酸膨润土复合膜结构表征
• 3.6.1 红外测试
• 3.6.2 X射线衍射
• 3.6.3 扫描电镜
• 第四章 实验结果及讨论
• 4.1 纳米葡萄糖酸膨润土制备各项条件的确定
• 4.1.1 半干法与制浆干燥法制备碱性钙基膨润土性能的比较
• 4.1.2 中性钙基膨润土pH值的确定
• 4.1.3 小结
• 4.2 制备复合膜纳米葡萄糖酸膨润土分散方法的确定
• 4.2.1 纳米葡萄糖酸的分散性测试
• 4.2.2 聚乙烯醇/纳米葡萄糖酸膨润土复合膜拉伸强度的变化
• 4.2.3 小结
• 4.3 制备复合材料聚乙烯醇溶液浓度的确定
• 4.3.1 聚乙烯醇溶液浓度对力学性能的影响
• 4.3.2 聚乙烯醇溶液浓度对水蒸气透过性能
• 4.3.4 聚乙烯醇水溶性薄膜的水溶性
• 4.4 制备复合材料最佳甘油含量的确定
• 4.4.1 不同甘油含量对复合膜力学性能的影响
• 4.4.2 不同甘油含量对复合膜耐水性能的影响
• 4.5 纳米葡萄糖酸膨润土含量对聚乙烯醇/纳米葡萄糖酸膨润土复合膜性能的影响
• 4.5.1 抗拉强度和断裂伸长率的影响
• 4.5.2 不同纳米葡萄糖酸膨润土含量对复合膜的热稳定性的影响
• 4.5.3 不同纳米葡萄糖酸膨润土加入量复合膜的透光性
• 4.5.4 不同纳米葡萄糖酸膨润土含量对复合膜水溶性的影响
• 4.6 聚乙烯醇/纳米葡萄糖酸膨润土复合膜结构表征
• 4.6.1 红外光谱分析
• 4.6.2 X射线衍射
• 4.6.3 扫描电子显微镜
• 4.7 小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录