一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，在添加过硫酸盐、CNF时的水蒸气阻隔效果最佳，而过硫酸盐作为成本低廉的引发剂，可以使得PVA、纤维素的羟基数量有效减少，有利于减少水蒸气在纸内凝结转化为液态水，并达到阻隔气体分子的通过，降低水蒸气透过系数的效果；CNF作为异相成核剂，可以使纸基材料的结晶度提高，有利于网络结构的稳定，提高纸基材料的机械强度，并达到降低水蒸气分子在纸基材料中相变的发生。在纸基材料中相变的发生。在纸基材料中相变的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法


[0001]本专利技术属于纸张制造
，涉及阻隔纸基材料，特别涉及一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着“限塑令”的实施和人们环保意识的不断提高，包装行业开始大量使用纸基材料来代替合成聚合物。纸基材料是以纤维素纤维为主要原料，与各种填料、辅助助剂等一起均匀分散、交织而成的具有多孔性网络结构的片状材料。纸张和纸板材料通常具有亲水性、疏松多孔的结构、吸液性、透气性，导致其对水蒸气及氧气的阻隔性能方面远不如塑料，这大大限制了纸基材料在食品直接包装领域的使用。且大气中的水蒸气和氧气能够穿透包装材料、使食品变质，为了避免氧气和水分传递对食品质量的影响，提高食品的保质期限，良好的气体阻隔性能和抗拒液体渗透性能对于包装材料至关重要，这也是研究者们最关注的性能。
[0003]目前，提高纸基包装阻隔性能的方法主要有：(1)浸涂油、蜡、树脂、乳胶等；(2)表面沉积致密的氧化物膜；(3)将塑料与纸张复合，制备纸塑复合材料；(4)表面涂布合成物或天然聚合物。前3种方法应用广泛并且效果显著，但使用的材料大多不可降解，还会使纸产品的回收再制浆变得困难而且不环保。
[0004]聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)是一种可降解多羟基高分子聚合物，具备理想的成膜性和黏结性，其分子内和分子间存在大量强极性羟基，使PVA分子链堆积规整，结晶度高，具有优异阻隔性。然而PVA在环境相对湿度较大时，水分子在驱动力的影响下，在PVA的表面吸附溶解，破坏PVA分子原有的氢键作用，与PVA上的氢键位形成氢键，将体系中的自由水变为结合水，水分子聚集成水分子簇，分子尺寸变大，发生相变，使原本紧密排列的PVA链扩张，表现为宏观上的溶胀、甚至溶解，使得PVA膜的孔径增大，水蒸气渗透性能、氧气渗透性能大幅增大。
[0005]纳米纤维素(Cellulose Nanofibril，CNF)是一种环境友好型的天然高分子材料，通过机械剪切作用制备的，既包含结晶区又包含无定形区，而结晶区因其致密的结构有良好的耐酸碱性和阻隔性能。CNF的长径比较高，一般直径3～100nm，长度>1μm，特殊的高机械强度、可调控的表面化学性质、易形成稳定的网络结构，在交联结构中具有形成高密度、低孔隙率和高空气渗透阻力的潜质。纳米纤维素优异的水分散性使其能单独或复合作为水性涂层而使用。
[0006]过硫酸盐高级氧化技术被广泛地应用在污水处理中，可以在任何条件下均适用，有效降解污水中的有机污染物，或者使其聚合析出不溶于水的高聚物而沉淀。但过硫酸盐高级氧化技术应用在高阻隔纸基材料上需要解决均一性、致密性问题。
[0007]因此，提出一种利用纳米纤维素及改性的PVA制备高阻隔纸基材料的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，旨在以热活化过硫酸盐产生活性自由基时，一方面通过自由基引发提高PVA分子内以及分子间的羟基交联度来降低羟基的含量，另一方面通过自由基氧化PVA的羟基来降低羟基的含量，减少水蒸气分子在纸张内部的相变，使PVA在高湿度环境下减少溶胀带来的形变，保持PVA膜的稳定性，提高对水蒸气、氧气等气体分子的阻隔性能。
[0009]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤为：
[0011]1)称取PVA粉末3～20g，加水至100g，常温搅拌60min～180min，然后升温至90℃继续搅拌60min～180min得到溶液A，备用；
[0012]2)称取过硫酸盐粉末10～60g，加水至100g，搅拌5min～30min使过硫酸钾粉末溶解，得到溶液B，备用；
[0013]3)称取步骤2)所得溶液B3g～30g加入至10g～100g纳米纤维素分散液中搅拌10min～60min，得到分散液C；
[0014]4)称取步骤1)所得溶液A100g、步骤3)所得分散液C20g～100g与消泡剂0.01～1g混合搅拌10min～60min，得到铸膜液D；
[0015]5)将步骤4)所得铸膜液D转移至旋涂匀胶机中纸基上，保持500rpm～5000rpm转速下匀胶一定时间后得到固形物，对该固形物进行干燥，制备得高阻隔纸基材料。
[0016]而且，所述步骤2)中过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的一种或多种。
[0017]而且，所述步骤3)中纳米纤维素分散液的浓度为0.5～2w％。
[0018]而且，所述步骤4)中消泡剂为磷酸三丁酯、硬脂酸钠、有机硅或辛醇中的一种或多种。
[0019]而且，所述所述步骤5)中匀胶时间为60～1800s，干燥温度为50～150℃，干燥时间为1～30min。
[0020]本专利技术的优点和有益效果为：
[0021]1、本专利技术反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，反应型自交联PVA是通过热活化过硫酸盐引发PVA自交联，过硫酸盐在高温干燥条件下过氧键发生断裂，分解产生具有氧化活性的硫酸根自由基和羟基自由基，自由基从PVA分子上夺氢产生PVA自由基，PVA自由基相互作用后交联，自由基反应终止。硫酸根自由基不仅具有较高的氧化还原电位，同时其寿命长、水溶性好、不易挥发的特性，也使得过硫酸盐氧化可以更有效引发PVA的自交联；硫酸盐随着温度的升高其分解速率不断增加，自由基交联PVA的速率随之加快。
[0022]2、本专利技术反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，在高阻隔纸基材料中引入过硫酸盐引发PVA自交联，克服了水蒸气分子在纸基材料内凝结转化率高、水蒸气透过系数大的问题，提高材料的有效交联密度的同时降低了羟基数量。
[0023]3、本专利技术反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，采用PVA、过硫酸盐、纳米纤维素、纸为主要原料，采用旋涂匀胶法制备，制备方法简便，阻隔性能好。
[0024]4、本专利技术反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，技术操作简单，热活化过硫酸盐对于PVA具有高效的自交联效果，阻隔性好，经济可行。
附图说明
[0025]图1为本专利技术制备的高阻隔纸基材料的结构示意图。
具体实施方式
[0026]下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。
[0027]实施例
[0028]一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，其创新之处在于：该制备方法的步骤为：
[0029]1)称取PVA粉末15g，加水至100g，常温搅拌120min，然后升温至90℃继续搅拌120min得到溶液A，备用；
[0030]2)称取过硫酸钾粉末5g，加水至100g，搅拌10min使过硫酸钾粉末溶解，得到溶液B，备用；
[0031]3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应型自交联PVA高阻隔纸基材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤为：1)称取PVA粉末并溶解入水中，常温搅拌60min～180min，然后升温至90℃继续搅拌60min～180min得到质量分数为3％～20％的溶液A，备用；2)称取过硫酸盐粉末并加水，搅拌5min～30min使过硫酸盐粉末溶解，得到质量分数为1％～6％的溶液B，备用；3)称取步骤2)所得溶液B加入至纳米纤维素分散液中搅拌10min～60min，得到分散液C，溶液B与纳米纤维素分散液的质量比为1:1～1:5；4)称取步骤1)所得溶液A、步骤3)所得分散液C与消泡剂混合搅拌10min～60min，得到铸膜液D，溶液A、分散液C及消泡剂的质量比为100:20:0.01～100:100:1；5)将步骤4)所得铸膜液D转移至旋涂匀胶机中纸基上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李群，谭雨晴，喻婧，王俊婷，梁常雲，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：