氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法，本发明专利技术是要解决现有的可降解聚乙烯醇包装膜力学性能和阻隔性能差的问题。方法：一、制备纳米纤维素；二、制备氧化石墨烯；三、纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液制备；四、氧化石墨烯溶液配备；五、制备复合膜。本发明专利技术制备的复合薄膜力学性能，拉伸强度可达101.49MPa，比PVA薄膜提高了42.4％，氧气阻隔性比纯PVA膜提高了2.08倍，热分解温度提高了10～20℃，同时具有较高的透光性。本发明专利技术属于复合包装膜的制备领域。
【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法
本专利技术涉及一种复合包装薄膜的制备方法。
技术介绍
聚乙烯醇(PVA)具有良好的生物降解性、成膜性、可印刷性、环境友好和可溶性，是应用潜力巨大的包装材料之一，广泛应用于包装、生物医疗等行业。但是，聚乙烯醇的分子链中含有大量羟基，分子内存在大量氢键，以其为原料制备的生物可降解材料的力学性能及阻隔性能往往不能满足更高的使用要求。因此，提高聚乙烯醇的力学性能和改善其阻隔性能成为急待解决的主要问题。纳米纤维素(NCC)的尺寸达到纳米级，质轻高强，因此与一些聚合物材料复合时，可以形成高度缠绕的纳米纤维网络结构，纳米纤维素这一系列优良的性质使其作为一种性能优异的填充材料，被广泛应用于高性能复合材料中。人们利用纳米纤维素增强聚乳酸、壳聚糖、环氧树脂、聚乙烯醇等聚合物方面取得了显著的进展，纳米纤维素的添加使得聚合物的强度、力学性能、热稳定性等都得到了明显的改善，拓宽了聚合物的应用领域。氧化石墨烯具有二维纳米片层结构，这使得氧化石墨烯具有很好阻隔性，氧化石墨烯在碳原子层状骨架的表面含有大量的含氧基团(-OH、C＝O、C＝O及其他含氧基团)，-OH、C＝O分布在氧化石墨烯片的边缘，C＝O及其他含氧基团分布在氧化石墨烯片层之间，这些官能团的存在，增大了氧化石墨烯片层间距离，使得溶剂能更好的进入片层内部，改善了氧化石墨烯分散性。但是现有方法制备的NCC/PVA复合薄膜和GO/PVA复合薄膜的力学性能和阻隔性能较差。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的可降解聚乙烯醇包装膜力学性能和阻隔性能差的问题，提供了一种氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法。氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法按照以下步骤进行：一、制备纳米纤维素；二、制备氧化石墨烯；三、纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液制备：将13.56ml浓度为5.9g/L的纳米纤维素悬浮液、3.919g聚乙烯醇和86.44ml蒸馏水，在90℃水浴锅中以500r/min转速高速搅拌2h，得到纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液；四、氧化石墨烯溶液配备：配制重量百分比为0.1wt％-0.3wt％的氧化石墨烯溶液，并超声波处理30min，得到氧化石墨烯溶液；五、制备复合膜：将氧化石墨烯溶液倒入到纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液中，搅拌混合均匀后超声30min脱除气泡，得到成膜液，将成膜液在平整的玻璃板上铺膜，室温下晾干，得到氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜。步骤一中纳米纤维素的制备方法如下：称取7g微晶纤维素，加入到100mL质量分数为64％的硫酸溶液中，用磁力搅拌器搅拌使其混合均匀，然后放在40℃水浴锅中以500r/min转速搅拌2h，然后超声15min，用1000ml去离子水稀释，结束反应，静置24h，倾倒掉上层清液，搜集下层溶液置于转速8000r/min下离心洗涤，至不分层的水溶胶体状，收集胶体置于透析袋中，用去离子水为透析液，透析至悬浮液胶体的pH值为7，得到纳米纤维素。步骤二中氧化石墨烯的制备方法如下：(1)将1.0g天然鳞片状石墨、1.0gNaNO3和46mL质量分数为98％浓硫酸混合置于冰浴中在5℃的条件下，搅拌1h，混合均匀，得到混合液；(2)向混合液中加入6gKMnO4，搅拌1h，然后将溶液移至50℃水浴中，以500r/min的转速搅拌4h，溶液由黑色变成灰褐色；(3)将水浴锅内的温度升到85℃，以500r/min转速搅拌1h，得到土棕色悬浮溶液；(4)将所得土棕色悬浮溶液倒入200mLH2O2去离子水溶液中，冰浴处理，悬浮液变成棕黄色，将悬浮液在室温下静置24h；其中200mLH2O2去离子水溶液中含有6mL的质量浓度为30％的H2O2；(5)将上层酸液倒出，用去离子水反复离心洗涤，离心机转速8000r/min，直至悬浮液pH值呈中性为止，得到氧化石墨胶体；(6)将氧化石墨烯胶体放入台式鼓风恒温干燥箱中在温度为75℃的条件下干燥24h，得到氧化石墨烯。本专利技术制备的复合薄膜力学性能，拉伸强度可达101.49MPa，比PVA薄膜提高了42.4％，氧气阻隔性比纯PVA膜提高了2.08倍，热分解温度提高了10～20℃，同时具有较高的透光性。附图说明图1是实验一中PVA复合薄膜表面SEM照片；图2是实验一中PVA-N1复合薄膜表面SEM照片；图3是实验一中PVA-N6复合薄膜表面SEM照片；图4是实验一中PVA复合薄膜断面SEM照片；图5是实验一中PVA-N1复合薄膜断面SEM照片；图6是实验一中PVA-N6复合薄膜断面SEM照片；图7是实验一中复合薄膜的红外谱图；图8是实验一中复合薄膜的X射线衍射谱图；图9是实验一中复合薄膜的TG曲线；图10是实验一中复合薄膜的TG曲线；图11是实验一中复合薄膜的拉伸强度曲线；图12是实验一中复合薄膜的断裂伸长率曲线；图13是实验一中复合薄膜的氧气透过系数曲线；图14是实验一中复合薄膜的透光率曲线；图15是实验一中复合薄膜的雾度曲线；图16是实验一中复合薄膜的吸水率曲线；图17是实验二中PVA的表面SEM图；图18是实验二中复合薄膜PVA-G3的表面SEM图；图19是实验二中复合薄膜PVA-G5的表面SEM图；图20是实验二中PVA的断面SEM图；图21是实验二中复合薄膜PVA-G3的断面SEM图；图22是实验二中复合薄膜PVA-G5的断面SEM图；图23是实验二中复合薄膜的红外谱图；图24是实验二中复合薄膜的XRD图；图25是实验二中复合薄膜的TG曲线图；图26是实验二中复合薄膜的DTG曲线图；图27是实验二中复合薄膜的拉伸强度曲线图；图28是实验二中复合薄膜的断裂伸长率曲线图；图29是实验二中复合薄膜的氧气透过系数曲线；图30是实验二中复合薄膜的透光率曲线；图31是实验二中复合薄膜的雾度曲线；图32是实验二中复合薄膜的吸水率曲线；图33是实验三中PVA薄膜表面SEM图；图34是实验三中复合薄膜PN-G1的SEM图；图35是实验三中复合薄膜PN-G3的SEM图；图36是实验三中PVA薄膜的断面形貌图；图37是实验三中复合薄膜PN-G1的的断面形貌图；图38是实验三中复合薄膜PN-G3的的断面形貌图；图39是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的红外光谱图；图40是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的X-射线衍射对比图图41是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的TG曲线；图42是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的DTG曲线；图43是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的拉伸强度曲线；图44是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的断裂伸长率曲线；图45是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的氧气透过系数曲线；图46是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的透光率曲线；图47是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的雾度曲线；图48是实验三中NCC/GO/PVA复合薄膜的吸水率曲线。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式中氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法按照以下步骤进行：一、制备纳米纤维素；二、制备氧化石墨烯；三、纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液制备：将13.56ml浓度为5.9g/L本文档来自技高网...
【技术保护点】
氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法，其特征在于氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法按照以下步骤进行：一、制备纳米纤维素；二、制备氧化石墨烯；三、纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液制备：将13.56ml浓度为5.9g/L的纳米纤维素悬浮液、3.919g聚乙烯醇和86.44ml蒸馏水，在90℃水浴锅中以500r/min转速高速搅拌2h，得到纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液；四、氧化石墨烯溶液配备：配制重量百分比为0.1wt％‑0.3wt％的氧化石墨烯溶液，并超声波处理30min，得到氧化石墨烯溶液；五、制备复合膜：将氧化石墨烯溶液倒入到纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液中，搅拌混合均匀后超声30min脱除气泡，得到成膜液，将成膜液在平整的玻璃板上铺膜，室温下晾干，得到氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜。
【技术特征摘要】
1.氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法，其特征在于氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法按照以下步骤进行：一、制备纳米纤维素；二、制备氧化石墨烯；三、纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液制备：将13.56ml浓度为5.9g/L的纳米纤维素悬浮液、3.919g聚乙烯醇和86.44ml蒸馏水，在90℃水浴锅中以500r/min转速高速搅拌2h，得到纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液；四、氧化石墨烯溶液配备：配制重量百分比为0.1wt％-0.3wt％的氧化石墨烯溶液，并超声波处理30min，得到氧化石墨烯溶液；五、制备复合膜：将氧化石墨烯溶液倒入到纳米纤维素/聚乙烯醇混合溶液中，搅拌混合均匀后超声30min脱除气泡，得到成膜液，将成膜液在平整的玻璃板上铺膜，室温下晾干，得到氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜。2.根据权利要求1所述氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法，其特征在于步骤一中纳米纤维素的制备方法如下：称取7g微晶纤维素，加入到100mL质量分数为64％的硫酸溶液中，用磁力搅拌器搅拌使其混合均匀，然后放在40℃水浴锅中以500r/min转速搅拌2h，然后超声15min，用1000ml去离子水稀释，结束反应，静置24h，倾倒掉上层清液，搜集下层溶液置于转速8000r/min下离心洗涤，至不...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐淑艳，谢元仲，张维丽，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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