一種玻璃紙/聚乳酸/納米纖維素復合膜的制備方法與流程

文檔序號：11097775閱讀：1731來源：國知局

本發(fā)明屬于包裝材料領(lǐng)域，具體涉及通過化學交聯(lián)劑交聯(lián)玻璃紙與聚乳酸同時通過復合纖維素納米纖維，改善其機械強度以及表面防水性能的方法，尤其是一種玻璃紙/聚乳酸/納米纖維素復合膜的制備方法。

背景技術(shù)：

玻璃紙（PT）又稱賽璐玢，是一種再生纖維素薄膜。玻璃紙具有透明、無毒、無味、可完全降解的特性，對油性、堿性和有機溶劑具有很好的阻隔作用，與普通塑料相比具有不帶靜電、防塵、扭結(jié)性好等特點，不耐火卻耐熱，并且具有很好的降解性。但正是因為玻璃紙的原料為纖維素而使其本自身具有很強的親水性，遇水常發(fā)生粘連，易粘結(jié)成塊。而其本身縱向強度大，橫向強度小，易被撕裂。這兩方面的因素使得玻璃紙在工業(yè)領(lǐng)域的實際應用受到了極大的限制。

為了改善傳統(tǒng)玻璃紙易吸水、機械強度差的缺陷，國內(nèi)外很多學者對此作了大量的研究。目前主要通過以下三點改善玻璃紙性能：1.對玻璃紙基體改性，通過共聚、交聯(lián)等方法改變其分子結(jié)構(gòu)；2. 通過共混助劑，引入某些官能團，以提高玻璃紙的使用性能；3. 通過復合材料提高其性能。中國專利201310327564.1發(fā)明了一種復合玻璃紙，包括防油纖維層，其纖維層為石棉纖維、葉纖維和醋酯纖維復合而成。防油層上設(shè)有抗腐層，其由酚醛樹脂和過氯乙烯復合而成。雖然其有很好的防油防腐效果，但是其制作工藝繁瑣，且不易降解。中國專利201210572107.41發(fā)明了一種用于涂覆玻璃紙的PVDC乳液。其以一定量的偏二氯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸酯、衣康酸為混合單體，選取特定的種子乳化劑和混合乳化劑，采用種子乳液聚合得到玻璃紙涂覆用PVDC乳液。但該乳液制備過程操作條件要求高，能耗偏大。張淑紅等使用聚乳酸（PLA）與玻璃紙（PT）采用層合法制備了多層 PT/PLA 復合膜，PLA的復合在一定程度上提高了傳統(tǒng)玻璃紙的相對韌性和易撕裂性。但由于其PLA濃度較高且復合多層，使得樣品存在易分層的缺點，且樣品制備周期太長，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對傳統(tǒng)玻璃紙膜材料易吸水，機械強度較差，實際中難以直接應用的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種一種玻璃紙/聚乳酸/納米纖維素復合膜的制備方法，采用聚乳酸及纖維素質(zhì)納米纖維復合，并通過化學交聯(lián)劑改性界面來提高玻璃紙膜材料的機械強度以及表面防水性能的方法，具有工藝簡單，成本低，效果顯著等特點，易于實現(xiàn)工業(yè)化。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種玻璃紙/聚乳酸/納米纖維素復合膜的制備方法，包括以下步驟：

1）將干燥的玻璃紙浸泡于硅烷偶聯(lián)劑的無水乙醇水解液中進行表面改性，完成后取出后自然風干，得表面改性后的玻璃紙樣品備用；

2）將聚乳酸完全溶解于二氯甲烷中，得均一的PLA溶液備用；

3）取聚乙二醇加入纖維素納米纖維分散液中，待聚乙二醇完全溶解，將混合物冷凍干燥后得CNF-PEG復合物；取干態(tài)CNF-PEG復合物均勻分散于二氯甲烷溶液中，再將其與步驟2）中得到的PLA二氯甲烷溶液均勻混合，得到CNF-PLA混合液備用；

4）將步驟1）中得到的改性玻璃紙樣品分別浸泡于步驟2）中的PLA溶液和步驟3）中的CNF-PLA混合液中，浸泡結(jié)束后平鋪于玻璃板上自然風干，風干后獲得不同改良程度的復合玻璃紙膜材料。

步驟1）中，所述硅烷偶聯(lián)劑選自KH550、KH560、KH151、KH171和KH570。

步驟1）中，溶解于無水乙醇的硅烷偶聯(lián)劑溶液質(zhì)量百分濃度為0.05% - 0.5%。

步驟1）中，玻璃紙在硅烷偶聯(lián)劑的乙醇溶液中的浸泡時間為15 - 45min。

步驟2）中，PLA二氯甲烷溶液質(zhì)量百分濃度為0.1% - 1%。

步驟3）中，PEG可為PEG-4000或PEG-6000。

步驟3）中，PEG的添加量為CNF絕干質(zhì)量的30% - 100%。

步驟3）中，所述CNF-PEG二氯甲烷分散液質(zhì)量百分濃度為0.05% - 0.5%。

步驟3）中，所述CNF-PLA混合液中CNF與PLA的質(zhì)量比不大于 0.5。

步驟4）中，改性玻璃紙在PLA溶液和CNF-PLA混合液的浸泡時間均為3 - 60min。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：

1）本發(fā)明所提供的改良玻璃紙膜材料的方法通過采用硅烷偶聯(lián)劑化學交聯(lián)改性傳統(tǒng)玻璃紙表面，改善其與復合層的界面相容性，使得復合玻璃紙膜材料各層間不易分層，結(jié)構(gòu)緊湊。

2）本發(fā)明同時也提供一種纖維素納米纖維均勻分散于二氯甲烷溶液的方法，進而采用這種方法與PLA的二氯甲烷溶液復合，涂覆于改性玻璃紙表面，大幅度改善了傳統(tǒng)玻璃紙的機械強度和表面防水性能。

3）本發(fā)明所提供的通過纖維素納米纖維和聚乳酸雙重復合傳統(tǒng)玻璃紙，制備高強防水的玻璃紙/聚乳酸/納米纖維素復合膜材料的方法，其操作簡單可控，易于實現(xiàn)工業(yè)化；同時采用硅烷偶聯(lián)劑改善界面，突破了層合法易分層的問題；所制備得到的玻璃紙復合膜材料其防水性能以及機械強度達到了市場需求。

附圖說明

圖1是復合前后的玻璃紙膜防水性能的照片圖；a. 復合前（PT）；b.復合后（PT/PLA）；c.復合后（PT/PLA/CNF））和復合前后的玻璃紙的水接觸角（d. 復合前（PT）；e.復合后（PT/PLA）；f.復合后（PT/PLA/CNF））；

圖2是復合前后玻璃紙膜的楊氏模量結(jié)果圖；

圖3是復合前后玻璃紙膜的最大應力值結(jié)果圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，技術(shù)工藝步驟，具體實施條件和材料，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。以下，以玻璃紙為基材，以不同濃度KH550交聯(lián)改性，不同濃度的PLA溶液復合改性，以及不同比例PLA-CNF分散液復合改性，對本發(fā)明進行說明。

實施例1

將干燥的玻璃紙裁成8cm*8cm大小的樣品浸泡在0.1%的硅烷偶聯(lián)劑乙醇溶液里，待浸泡30min后，取出樣品自然風干后，得改性后的玻璃紙備用。

取0.3g和0.6g聚乳酸（PLA）分別溶于100g二氯甲烷配制得到濃度為0.3%和0.6%PLA二氯甲烷溶液備用；取0.2g的PEG-4000溶解于100g的濃度為0.4%的纖維素納米纖維（CNF）分散液，經(jīng)冷凍干燥后得到PEG包覆量為50%的CNF-PEG復合物，取0.12g CNF-PEG復合物分散于100g的二氯甲烷溶液中，進而與濃度為0.6%PLA溶液等體積混合，得PLA/CNF混合分散液備用。

將改性的玻璃紙樣品分別浸入濃度為0.3%的PLA溶液中和CNF與PLA比例為0.2的PLA/CNF分散液中，浸泡時間均為30min。取出后自然風干，得改良后的玻璃紙膜材料，之后采用拉力機測定其機械強度以及測定接觸角觀察其防水性能。

實施例2