一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法技术

本发明专利技术涉及材料科学技术领域，针对目前聚乙烯醇薄膜疏水性能差的问题，公开了一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法。该方法包括前驱体的制备；将前驱体旋涂到模板上；将前驱体挤出到固化溶液中。本发明专利技术利用壳聚糖和Na2CO3溶液对聚乙烯醇进行改性，制备出了具有超疏水性的聚乙烯醇纳米草膜。这种针状纳米材料，可捕集涂层表面附近的空气使其致密化，使液体仅与空气接触，不与纳米草表面接触。液体只相对于空气流动，减少航行的阻力。由高分子材料制备的不粘液体的纳米草，非常光滑，海洋生物无法粘附于纳米草表面，具有防污功效。本发明专利技术通过模板法制备高分子聚乙烯醇纳米草，制备工艺简单，适合大规模生产。

Preparation of Polymer Polyvinyl Alcohol Nano-Grass

The present invention relates to the field of material science and technology. In view of the poor hydrophobicity of polyvinyl alcohol film at present, a preparation method of polyvinyl alcohol nanograss is disclosed. The method includes the preparation of precursors, the spin coating of precursors on templates, and the extrusion of precursors into solidified solutions. The invention modifies polyvinyl alcohol by using chitosan and Na2CO3 solution, and prepares polyvinyl alcohol nano-straw film with superhydrophobicity. This needle-like nano-material can trap the air near the coating surface to make it dense, so that the liquid only contacts with the air, not with the surface of nano-grass. Liquids flow only relative to air, reducing resistance to navigation. The non-sticky liquid nano-grass prepared from macromolecule materials is very smooth, and marine organisms can not adhere to the surface of nano-grass, so it has anti-fouling effect. The preparation process of macromolecule polyvinyl alcohol nanograss by template method is simple and suitable for large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法
本专利技术涉及材料科学
，尤其涉及一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法。
技术介绍
纳米草(nano-turf)是一种可以覆盖表面并排斥液体的针状的纳米结构材料。由于其超级疏水性，在被保护材料表层会形成极薄的一层空气膜，从而避免基体材料与海水直接接触。中国专利申请公开号为CN107385673A的专利，公开了一种抗菌抗氧化纳米膜及其制备方法。该专利将环状糊精水溶液和柑橘精油混合，析出晶体后得到柑橘精油/环状糊精包合物；将所述柑橘精油/环状糊精包合物、纺丝原液和葡萄糖化酶混合后得到纺丝液，并经静电纺丝工艺得到所述抗菌抗氧化纳米膜。该方法制得的抗菌抗氧化纳米膜具有优良的抗菌抗氧化效果，然而，制得的纳米膜的疏水性较差。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法。该方法以商用的发孔径约为68.7nm的阳极氧化铝膜作为模板制备聚乙烯醇纳米草，制备工艺简单，适合大规模生产。本专利技术制备的聚乙烯醇纳米草覆盖表面，可捕集涂层表面附近的空气使其致密化，使液体仅与空气接触，不与纳米草表面接触，能减少航行阻力。本专利技术的具体技术方案为：一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法，包括以下步骤：(1)制备前驱体：将聚乙烯醇用去离子水和脱气水制成浓度为13～17wt％的聚乙烯醇溶液；(2)将步骤(1)制备的前驱体以200～1600rpm的转速旋涂到模板上；(3)在水泵压力下将前驱体从模板中挤出到固化溶液中，形成聚乙烯醇纳米草；(4)用水洗涤固化的聚乙烯醇纳米草表面，然后干燥；(5)收集使用过的模板，依次用水和丙酮洗涤干净后循环使用。本专利技术的高分子聚乙烯醇纳米草采用模板法进行制备，制备过程简单。本专利技术在制备高分子聚乙烯醇纳米草的过程中加入壳聚糖对聚乙烯醇进行改性，壳聚糖具有丰富的羟基和氨基，能与聚乙烯醇表面的羟基交联，增加聚乙烯醇纳米草的强度。然而，单纯的纳米级的聚乙烯醇纳米草并不能具有优异的疏水性，在微米结构与纳米结构同时存在时，材料才能具有优异的超疏水性。因此，本专利技术在制备聚乙烯醇纳米草的过程中，在聚乙烯醇溶液中加入Na2CO3溶液以使制备的聚乙烯醇纳米草之间适当粘连，使得制备的聚乙烯醇纳米草具有优异的疏水性，同时增加聚乙烯醇纳米草的强度。聚乙烯醇是唯一可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在细菌和酶的作用下，46天可降解75％，将聚乙烯醇纳米草应用于海洋防污时，聚乙烯醇纳米草的耐用性差。因此本专利技术在制备聚乙烯醇纳米草的过程中，在聚乙烯醇溶液中加入纳米银粉，增加聚乙烯醇纳米草的抗菌性，延长聚乙烯醇纳米草的使用寿命。作为优选，步骤(1)中，所述聚乙烯醇为无规聚乙烯醇，其分子量范围是1745～1765。聚乙烯醇的分子量越高，制备的聚乙烯醇纳米草之间的粘连越严重，粘连过重将导致制备的聚乙烯醇纳米草的疏水性越差。聚乙烯醇的分子量过低，聚乙烯醇的成膜性越差。作为优选，步骤(1)中，所述去离子水和脱气水的体积比为1:2～5；聚乙烯醇溶液的制备温度为85～95℃。作为优选，在进行步骤(2)前，向所述聚乙烯醇溶液中加入壳聚糖、Na2CO3溶液和银粉，并搅拌9～12h。本专利技术在聚乙烯醇溶液中加入壳聚糖、Na2CO3溶液和银粉。本专利技术在聚乙烯醇溶液中加入壳聚糖，以增加聚乙烯醇纳米草的强度和韧性。壳聚糖的加入能够与聚乙烯醇和水之间形成氢键，增加聚乙烯醇溶液的粘度，能够增加聚乙烯醇纳米草的强度和韧性。本专利技术在制备聚乙烯醇纳米草的过程中在聚乙烯醇溶液中加入Na2CO3溶液，Na2CO3溶液能够破坏聚乙烯醇形成分子内氢键，使聚乙烯醇的分子链更加舒展，使聚乙烯醇分子与更多的壳聚糖和水形成分子间氢键，适当增加聚乙烯醇纳米草的粘连，使制备的聚乙烯醇纳米草中同时具有微米结构和纳米结构，提高聚乙烯醇纳米草的疏水性。作为优选，所述壳聚糖在聚乙烯醇溶液中的浓度为0.7～1wt％。壳聚糖在聚乙烯醇溶液中的浓度为0.7～1wt％时，与加入的Na2CO3溶液配合，制备的聚乙烯醇纳米草的强度最高、疏水性最好。壳聚糖的量过少时，制备的聚乙烯醇纳米草的强度和疏水性较差。壳聚糖的量过多时，制备的聚乙烯醇纳米草的粘连严重，形成的聚乙烯醇纳米草中纳米结构少，微米结构多，使得制备的聚乙烯醇纳米草的疏水性差。作为优选，所述Na2CO3溶液以0.05～0.15mL/s的速度滴加到聚乙烯醇溶液中。当Na2CO3溶液以0.05～0.15mL/s的速度滴加到聚乙烯醇溶液中时，制备的聚乙烯醇纳米草的疏水性最好。若Na2CO3溶液的滴加速度过快，则制备的聚乙烯醇纳米草的粘连严重，形成的聚乙烯醇纳米草中纳米结构少，微米结构多，使得制备的聚乙烯醇纳米草的疏水性差。若Na2CO3溶液的滴加速度过慢，则聚乙烯醇容易形成分子内氢键，制得的聚乙烯醇纳米草中微米结构过少，使得制备的聚乙烯醇纳米草的疏水性差。作为优选，所述Na2CO3溶液与聚乙烯醇溶液的体积比为1:9～11；Na2CO3溶液的浓度为0.5～0.7wt％。本专利技术中Na2CO3溶液的浓度和用量需要严格控制，Na2CO3溶液的量过多，制备的聚乙烯醇纳米草的粘连严重，使得制备的聚乙烯醇纳米草的疏水性差。Na2CO3溶液的量过少，则聚乙烯醇容易形成分子内氢键，使得制备的聚乙烯醇纳米草的疏水性较差。作为优选，所述银粉的粒径为300～500nm；银粉与聚乙烯醇溶液的质量体积比为1g:40～50mL。本专利技术中在聚乙烯醇溶液中加入银粉以增加制得的聚乙烯醇纳米草具有良好的抗菌性，增加聚乙烯醇纳米草的使用寿命。银粉的量过少时，制得的聚乙烯醇纳米草的抗菌性较差。银粉的量过多时，容易影响聚乙烯的成膜性。作为优选，步骤(2)中，所述模板为孔径为67～70nm的通孔阳极氧化铝膜，所述旋涂时的转速为800～1200rpm。本专利技术利用孔径为67～70nm的通孔阳极氧化铝膜作为模板，制得的聚乙烯醇纳米草粒径均匀，且制备方法简单。转速为800～1200rpm时，制得的聚乙烯醇纳米草薄膜厚度均匀。作为优选，步骤(3)中，所述固化溶液为浓度为380～420g/L的硫酸钠水溶液；所述水泵压力为0.05～0.15MPa。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用商用的发孔径为68.7nm的阳极氧化铝膜作为模板制备聚乙烯醇纳米草，这种针状纳米材料覆盖表面，可捕集涂层表面附近的空气使其致密化，使液体仅与空气接触，不与纳米草表面接触。液体只相对于空气流动，而不是相对固体表面流动，能减少航行的阻力，同时具有防污功效。且本专利技术制备聚乙烯醇纳米草的工艺简单，适合大规模生产。附图说明图1为本专利技术的一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法的实施例1制得的聚乙烯醇纳米草横截面的SEM图像。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。在本专利技术中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。实施例1一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法，包括以下步骤：(1)制备前驱体：将分子量为1750的无规聚乙烯醇用体积比为1:4的去离子水和脱气水在90℃条件下制成浓度为15wt％的聚乙烯醇溶液；聚乙烯醇溶液中加入壳聚糖、浓度为0.6wt％Na2CO3溶液和粒径为400nm的银粉，并搅拌10h。壳聚糖在聚乙烯醇溶液中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）制备前驱体：将聚乙烯醇用去离子水和脱气水制成浓度为13~17wt%的聚乙烯醇溶液；（2）将步骤（1）制备的前驱体以200~1600rpm的转速旋涂到模板上；（3）在水泵压力下将前驱体从模板中挤出到固化溶液中，形成聚乙烯醇纳米草；（4）用水洗涤固化的聚乙烯醇纳米草表面，然后干燥；（5）收集使用过的模板，依次用水和丙酮洗涤干净后循环使用。

【技术特征摘要】
1.一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）制备前驱体：将聚乙烯醇用去离子水和脱气水制成浓度为13~17wt%的聚乙烯醇溶液；（2）将步骤（1）制备的前驱体以200~1600rpm的转速旋涂到模板上；（3）在水泵压力下将前驱体从模板中挤出到固化溶液中，形成聚乙烯醇纳米草；（4）用水洗涤固化的聚乙烯醇纳米草表面，然后干燥；（5）收集使用过的模板，依次用水和丙酮洗涤干净后循环使用。2.如权利要求1所述的一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述聚乙烯醇为无规聚乙烯醇，其分子量为1745~1765。3.如权利要求1所述的一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述去离子水和脱气水的体积比为1:2~5；聚乙烯醇溶液的制备温度为85~95℃。4.如权利要求1所述的一种高分子聚乙烯醇纳米草的制备方法，其特征在于：在进行步骤（2）前，向所述聚乙烯醇溶液中加入壳聚糖、Na2CO3溶液和银粉，并搅拌9~12h。5.如权利要求4所述的一种高分子聚乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海龙，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33