一种光交联PVA‑g‑GMA/CNC‑g‑MA复合膜的制备方法，属于高分子材料与感光材料领域。本发明专利技术首先通过对天然高分子CNC进行光敏改性，然后对PVA进行光敏改性，再进行UV光交联，得到交联网络结构的PVA‑g‑GMA/CNC‑g‑MA的复合膜，PVA与CNC之间由简单的氢键作用变成共价键作用，增强了高分子材料的机械性能和加工性能、耐水性。这种复合膜具有优异的耐水性、力学性能和热稳定性，使其在可生物降解包装材料领域的应用成为可能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种光交联PVA?g?GMA/CNC?g?MA复合膜的制备方法，属于高分子材料与感光材料领域。本专利技术首先通过对天然高分子CNC进行光敏改性，然后对PVA进行光敏改性，再进行UV光交联，得到交联网络结构的PVA?g?GMA/CNC?g?MA的复合膜，PVA与CNC之间由简单的氢键作用变成共价键作用，增强了高分子材料的机械性能和加工性能、耐水性。这种复合膜具有优异的耐水性、力学性能和热稳定性，使其在可生物降解包装材料领域的应用成为可能。【专利说明】一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合膜的制备方法
本专利技术涉及一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合膜的制备方法，特别是对CNC和PVA进行光敏改性，进行UV光交联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。
技术介绍
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。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。纳米晶纤维素(Cellulose NanocrystaIs，CNC)，或者叫做纤维素微晶，它具有优异的机械性能(高的强度和模量)，大的比表面积，环境友好，低成本，与水溶性聚合物基体相容性好等优点，所以关于CNC的研究越来越多。Roohani等、李本刚等曾报道直接用CNC对PVA进行纳米复合改性，得到的PVA/CNC复合薄膜的热分解温度可升高10°C?20°C，复合薄膜的拉伸强度也有一定程度的增加;但是，改性后PVA薄膜的耐水性没有得到明显得改善，力学性能对环境湿度还是很敏感。另外，这种直接把CNC添加到PVA基体中的复合改性方法中，CNC常常会因为氢键作用，在基体中呈现团聚的状态，减弱了纳米复合改性的效果。目前，PVA通常采用高能辐射交联和化学交联法，以及近几年在工业应用的紫外光交联法。其中紫外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。基于为了解决在应用过程中存在的问题，对CNC进行表面光敏改性，目的在于:一是表面的基团可抑制因氢键作用引起CNC在基体中的团聚，二是表面的光敏基团可与改性PVA上的光敏基团发生交联，使改性CNC在增强PVA的同时还可提高其耐水性。此外，又对PVA进行化学改性，用化学方法改善PVA的耐水性，对PVA进行化学改性后，赋予PVA光敏性，可以和改性的CNC产生光交联，增强PVA和CNC的相互作用，增加PVA和CNC的相容性，得到高性能的光交联PVA/CNC纳米复合薄膜。这种方法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。
技术实现思路
本专利技术的目的是在PVA中加入天然大分子CNC，降低PVA基复合材料的成本，增加PVA基复合材料的耐水性，另外，PVA和CNC进行光敏改性后，进行UV光交联，PVA与CNC之间由简单的氢键作用变成共价键作用，进一步提高PVA/MFC复合材料耐水性。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现:一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合膜的制备方法，包含下述步骤: (1)光敏性CNC的制备:取CNC分散在二甲亚砜(DMSO)中搅拌超声，加入催化剂4-二甲氨基吡啶(DMAP)，充他冒泡，加入甲基丙烯酸酐(MA)，一定温度下持续搅拌反应，反应结束后，加入去离子水，调节pH=7-8，去离子水透析，除去溶剂和未反应的小分子，之后超声分散，调节pH=7-8，冷冻干燥后配成一定浓度的CNC-g-MA溶液； (2)光敏性PVA的制备:取PVA溶于去离子水中，90°C加热至PVA完全溶解，再加甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，加入浓盐酸，调节pH= 1.5，室温下磁力搅拌，反应结束后，将反应液加入到丙酮溶液，得到白色粉末沉淀，过滤，将沉淀用丙酮重复洗涤数次，再用去离子水重复洗涤数次，除去未反应的GMA，然后40 0C烘干，得到产物PVA-g-GMA; (3 )PVA-g-GMA/CNC-g-MA复合膜的制备:将上述步骤(2)得到的PVA-g-GMA溶于去离子水，加入上述步骤(I)中的CNC-g-MA和光引发剂遮光搅拌1.5h，在室温下静置消泡后放入400C烘箱5h烘干，得到PVA-g-GMA/CNC-g-MA复合膜； (4)光交联PVA-g-GMA/CNC-g-MA复合膜的制备:将上述步骤(3)PVA-g-GMA/CNC-g-MA复合薄膜暴露在紫外灯下，最后得到光交联PVA-g-GMA/CNC-g-MA的复合膜； (5)光交联PVA-g-GMA/CNC-g-MA混合溶液的制备:将上述步骤(2)得到的PVA-g-GMA溶于去离子水，加入上述步骤(I)中的CNC-g-MA和光引发剂遮光搅拌1.5h，再进行紫外灯照射一段时间，得到光交联PVA-g-GMA/CNC-g-MA混合溶液； (6)光交联PVA-g-GMA/CNC-g-MA复合膜的制备:将上述步骤(5)光交联PVA-g-GMA/CNC-g-MA 混合溶液 ，在室温下静置消泡后，在玻璃板上遮光流延成膜，40 0C下烘干5h，膜厚约为10ym，得到光交联PVA-g-GMA/CNC-g-MA的复合膜。步骤(I)中所述CNC和DMSO质量比为0.5: 100?10:100，MA和DMAP质量比为0.5: 100?5:100，CNC和MA的质量比为5: 100?20: 100，反应温度为40?60°C。 步骤(2)中所述PVA和GMA质量比为1:100?50:100，反应时间为12h?168h。 步骤(3)和步骤(5)中所述CNC-g-MA和PVA-g-GMA质量比为1:100?50:100;光引发剂为水溶性的光引发剂，用量为PVA-g-GMA和CNC-g-MA质量之和的I %?3%。与现有的技术相比，本专利技术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作用，紧密连接。PVA和CNC进行光敏改性后，进行UV光交联，得到交联网络结构的PVA-g-GMA/CNC-g-MA的复合膜，PVA与CNC之间由简单的氢键作用变成共价键作用，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复合膜材料具有优异的力学性能、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本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合膜的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)光敏性CNC的制备：取CNC分散在二甲亚砜(DMSO)中搅拌超声，加入催化剂4‑二甲氨基吡啶(DMAP)，充N2冒泡，加入甲基丙烯酸酐(MA)，一定温度下持续搅拌反应，反应结束后，加入去离子水，调节pH＝7‑8。去离子水透析，除去溶剂和未反应的小分子，之后超声分散，调节pH＝7‑8，冷冻干燥后配成一定浓度的CNC‑g‑MA溶液；(2)光敏性PVA的制备：取PVA溶于去离子水中，90℃加热至PVA完全溶解，再加甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，加入浓HCl，调节pH＝1.5，室温下磁力搅拌，反应结束后，将反应液加入到丙酮溶液，得到白色粉末沉淀，过滤，将沉淀用丙酮重复洗涤数次，再用去离子水重复洗涤数次，除去未反应的GMA，然后40℃烘干，得到产物PVA‑g‑GMA；(3)PVA‑g‑GMA/CNC‑g‑MA复合膜的制备：将上述步骤(2)得到的PVA‑g‑GMA溶于去离子水，加入上述步骤(1)中的CNC‑g‑MA和光引发剂遮光搅拌1.5h，在室温下静置消泡后放入40℃烘箱5h烘干，得到PVA‑g‑GMA/CNC‑g‑MA复合膜；(4)光交联PVA‑g‑GMA/CNC‑g‑MA复合膜的制备：将上述步骤(3)PVA‑g‑GMA/CNC‑g‑MA复合薄膜暴露在紫外灯下，最后得到光交联PVA‑g‑GMA/CNC‑g‑MA的复合膜。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：白绘宇，李育飞，王玮，张胜文，刘晓亚，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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