[发明专利]一种高阻隔高击穿耐水高分子复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子材料膜领域，涉及一种高阻隔高击穿耐水天然高分子复合膜及其制备方法。本发明提供一种高阻隔高击穿耐水高分子复合膜的制备方法，包括以下步骤：1)制备羟基化氮化硼‑碱尿素混合液；2)以纤维素为高分子膜基体，将纤维素加入步骤1)所得混合液中快速搅拌使纤维素溶解得纤维素/羟基氮化硼溶液，然后离心脱泡处理；3)制备纤维素/羟基化氮化硼凝胶；4)对纤维素/羟基化氮化硼凝胶进行拉伸处理；5)定型干燥得高阻隔高击穿耐水高分子复合膜。本发明所得纤维素复合膜具有优异阻隔性能和高击穿强度，击穿强度可达448kV mm^‑1，并且具有非常优异的力学性能，拉伸强度高达226MPa，可用于食品包装膜材料。

技术领域

本发明属于高分子材料膜领域，具体涉及一种高阻隔高击穿耐水天然高分子复合膜及其制备方法。

背景技术

天然高分子纤维素薄膜有很强的亲水性，但是由于其易吸水会导致强度降低，阻隔性减弱。无机物有很好的阻隔性能，并且其中氮化硼纳米片(BNNSs)是具有高理论击穿值(800kV/mm)的绝缘材料，能够很好地用于制备高击穿复合材料和制备储能电容器。但是，当氮化硼片大量使用时容易聚集，导致其击穿强度和阻隔性显著降低，限制其应用。

因此，研究者们多采用以下三种策略来提高其击穿强度和改善纤维素复合薄膜的阻隔性。首先，使用聚合物载体来装载和分散氮化硼片，制备出良好击穿强度和阻隔性能的聚合物/氮化硼复合材料。聚合物具有易加工、低密度、高柔韧性等优点，聚合物的引入可增强复合材料的力学性能。其次，对氮化硼进行化学改性以促进其在介质中的分散性和改善其与聚合物的兼容性；常见的氮化硼改性包括氨基化和羟基化改性；其中，氮化硼的边缘羟基化改性即能促进其更好分散于介质中，同时完好的保留了其面内结晶结构，对导热性没造成任何负面影响，是一种更优的改性方法。再次，通过调控氮化硼片的取向结构也能有效改善其击穿强度和阻隔性能。拉伸取向等氮化硼片沿某特定方向取向排列，导致更高的击穿强度，平面上氮化硼的取向排列，很好地提升了复合薄膜的阻隔性能。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种高阻隔高击穿耐水天然高分子复合膜的制备方法，利用该方法制得的纤维素膜具有较高的阻隔性能，同时兼具较高的击穿强度和拉伸强度。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高阻隔高击穿耐水天然高分子复合膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)制备羟基化氮化硼-碱尿素混合液：将羟基化氮化硼均匀分散在碱-尿素水溶液中得混合液；

2)以纤维素为高分子膜基体，将纤维素加入步骤1)所得混合液中快速搅拌使纤维素溶解得纤维素/羟基氮化硼溶液，然后离心脱泡处理；其中，纤维素与羟基氮化硼的质量比为：80～95：5～20快速搅拌指搅拌速率为500rpm/min～1200rpm/min；

3)控制温度低于纤维素凝胶化温度，向步骤2)中的纤维素/羟基氮化硼溶液中加入化学交联剂环氧氯丙烷于100～500rpm条件下搅拌0.5～2h，然后离心脱泡，再于0～10℃静置1h～24h得纤维素/羟基化氮化硼凝胶；其中，环氧氯丙烷活性官能团与纤维素葡萄糖单元的的摩尔比为：1:2.2～2.5；

4)对步骤3)所得纤维素/羟基化氮化硼凝胶施加外力进行拉伸处理，拉伸比例是所得纤维素/羟基化氮化硼凝胶自身拉伸长度的100％～300％；

5)将步骤4)所得拉伸处理后的纤维素/羟基化氮化硼凝胶置于凝固浴中定型，然后干燥得高阻隔高击穿耐水高分子复合膜。

进一步，步骤1)中，所述羟基化氮化硼与碱-尿素水溶液的质量比为：1～5％：99～100％。

进一步，步骤1)中，采用细胞均质机均质的方法使得羟基化氮化硼均匀分散在碱尿素水溶液之中。

进一步，步骤1)中，所得混合液预冻在-13℃备用。