[发明专利]一种耐高温、耐高湿聚乙烯醇阻隔膜、制备方法及应用

说明书

本发明属于高分子薄膜领域，具体涉及一种耐高温、耐高湿聚乙烯醇阻隔膜，由聚乙烯醇、多元醇类化合物、表面改性的无机纳米粒子的混合水分散液作为铸膜液制备成膜。其制备方法具体包括如下步骤：(1)配制铸膜液；(2)制液膜；(3)干燥；(4)精确控制低温热交联。上述方案，多元醇类化合物作为增塑剂降低PVA溶液的粘度，表面改性的纳米粒子与PVA分子间构建了多层次分子间作用力，改善PVA分子的自由体积和有序度，降低PVA阻隔膜的玻璃态转化温度，制备得到具有较高分子自由体积的PVA阻隔膜；在低于PVA分子的热分解温度下，进行长时间的低温热处理，使PVA阻隔膜自表面到内部的精确热交联，所得PVA阻隔膜能在高温、高湿环境中保持优异的阻隔性能。

技术领域

本发明属于高分子薄膜领域，具体涉及一种耐高温、耐高湿聚乙烯醇阻隔膜、制备方法和应用。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)是一种易溶于水、能够生物降解的生态友好型高分子聚合物，由PVA原料经混炼、热涂膜制备的PVA薄膜在可降解医用和军用防护服、可降解商品包装材料等领域有广阔的应用前景。未经改性的PVA薄膜有较强的亲水性，长时间暴露在湿润的环境中或接触到水性液体，膜层就会发生不可逆的溶胀，甚至溶解，从而失去了阻隔外界污染物(细菌、气体、放射性粉尘)侵害人体、食品及紧密物品的能力。因此，可生物降解的PVA薄膜若想大规模应用于阻隔、防护领域，必须解决其溶胀、溶解的问题，提高其耐高温、耐高湿的性能。

提高PVA薄膜耐水性的方法主要有：化学法、物理法、共混法、无机材料改性法等。

化学法主要是通过小分子添加剂与PVA分子链间化学反应，构建 PVA基质的交联网络结构，降低PVA分子链上的羟基数量，从而降低其吸收空气中水分的能力。然而，有机小分子物质与PVA分子链充分化学交联形成的网状结构，不仅增加了PVA薄膜后处理降解的能耗、提高了降解难度，降解过程中也增加了额外的有毒污染物质。

共混法和无机材料改进法通常是指向PVA基质中混入疏水的有机高分子聚合物或无机纳米粒子，从而提高PVA薄膜的整体疏水性，降低水分的吸附和扩散。这两种方法较为简单，可操作性较强，所制备的 PVA薄膜也具有较好的耐水性。但是与PVA有较大亲疏水性差异的有机高分子和无机纳米粒子很难均匀地分散在PVA基质中，因而为PVA 薄膜的提升耐水性的能力实在有限，同时，PVA薄膜中的无机纳米粒子还会提高后处理的费用和工艺复杂度。

物理法一般是指利用高温或常温加液氮淬冷的方法，改变PVA薄膜的晶态结构，从而构建其较致密的聚合物基质，降低水分的吸附和扩散。这种方法是仅仅通过调整PVA分子链的晶态结构、有序度来调节 PVA薄膜的耐水性，其本质对PVA分子间作用力进行“重排”，并未构建更强的PVA分子间相互作用或共价键。因此，对PVA薄膜的耐水性改性效果十分有限。

随着对PVA膜技术的发展，添加增塑剂以改善其性能的研究也大量涌现，例如：

《聚乙烯醇抗菌包装薄膜研究进展》(张莉琼等，中山火炬职业技术学院包装印刷系)研究了各种添加剂对聚乙烯醇薄膜抗菌性能的影响，然而却并未提到其耐水性问题如何解决。

《聚乙烯醇膜耐水改性的研究进展》(周闯等，中国热带农业科学院南亚热带作物研究所)总结了国内外学者对聚乙烯醇膜的研究成果，其中物理改性的方法包括小分子化合物复配增塑改性、纳米材料改性以及高分子聚合物共混改性，纳米材料包括纳米二氧化硅和纳米纤维素，然而都仅是一个大致的研究方向，并未研究出较为成熟的、可以大幅度提高PVA膜性能的改性方法。

《高熔点多元醇增塑聚乙烯醇的制备与性能》(张再兴等，怀化学院化学与材料工程学院)，以季戊四醇为增塑剂，与PVA机械熔融共混获得硬质PVA制品。该方案虽然工艺较为完善，但热处理过程过于单一，适用范围较小，应用于多种增塑剂时，该方案的参考价值就很小了。