[发明专利]一种纳米SiO2复合淀粉/聚乙烯醇膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米SiO₂复合淀粉/聚乙烯醇膜的制备方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

淀粉作为一种重要的工业生产原料不仅广泛应用于造纸、纺织、医药、橡胶、塑料等方面领域，而且在如树脂、塑料薄膜和表面活性剂新兴工业中也备受人们的关注。其中淀粉以来源广泛，成本低廉，对天然纤维的粘附性好，绿色可再生等优点被普遍应用于经纱上浆。目前市场上浆料主要以淀粉、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸类为主。然而由于淀粉自身结构的原因，导致其制得的产品力学强度低、耐水性和湿强度差等，限制了其广泛应用。

纳米粒子的粒径通常介于1-100nm之间，具有表面效应、体积效应和量子尺寸效应等特点，被誉为未来世纪极具发展潜力的材料。纳米SiO₂是目前应用最广泛的纳米材料之一，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。纳米SiO₂的分子状态呈三维链状结构，可与聚合物产生强烈的界面粘结作用，因此添加少量的SiO₂粒子(1-10wt％)便可获得较原聚合物更为优异的力学、光学、热学和磁性能等。将纳米材料如纳米二氧化硅、二氧化钛和氧化铝等添加到浆料中而生产出“纳米浆料”能更好地改善浆料的质量，且改性成本低，而产品性能大幅度提高，最具市场价值。当将纳米SiO₂填加到淀粉、聚乙烯醇浆料中，由于纳米SiO₂尺寸小、比表面积大、表面能高、表面存在大量不饱和残键和不同键合状态的羟基，其易与淀粉和聚乙烯醇中的氧起键合作用，从而提高分子间的键力，同时又易分布到高分子链的空隙中，与淀粉和聚乙烯醇的大分子互相结合成为立体网状，改善淀粉的上浆性能，提高使用效果，减少PVA用量，降低浆纱成本，降低退浆废液对环境的污染。

真空冷冻干燥技术简称冻干，目前主要应用于制药、食品加工、新材料研究等领域。真空冷冻干燥过程分为预冻、升华两个阶段。将湿物料中的水分冻结后，在一定真空度下，使物料中的水分从冰态升华达到干燥目的。以淀粉为原料通过冷冻干燥法制备新型变性多孔淀粉，该方法的优点常以水为溶剂，不必使用有机溶剂，产物中无有机物残留，制备过程简单；且在低温下可保证材料的活性和稳定性。本专利实验过程中采用真空冷冻干燥法制备淀粉膜，淀粉/聚乙烯醇膜，以及纳米SiO₂掺杂淀粉/聚乙烯醇膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米SiO₂复合淀粉/聚乙烯醇膜的制备方法。

本发明采用的技术方案是提供一种纳米SiO₂复合淀粉/聚乙烯醇膜的制备方法，该方法步骤如下：

1)淀粉原溶液的配制：将玉米淀粉与去离子水以不同比例混合，分别配成不同质量分数的溶液；

2)淀粉/聚乙烯醇溶液的配制：将不同比例玉米淀粉和PVA与去离子水混合；

3)SiO₂/淀粉或SiO₂/淀粉/聚乙烯醇溶液的配制：将纳米SiO₂置于水相中，超声波分散60min，以打破团聚体，形成较为稳定的纳米SiO₂水分散体系，然后将淀粉/聚乙烯醇(或淀粉)按一定比例加入SiO₂溶液中，配成一定浓度的溶液，并且在常温下高速搅拌分散15min，防止SiO₂再次团聚。

4)多孔膜的制备：将上述配置的溶液分别置于数显磁力搅拌器升温并以一定速度搅拌。当溶液温度达到95℃时，控制溶液温度恒定(注意不要让溶液沸腾)，直至溶液变澄清，保温1h，制膜，待冷却至室温后，倒入液氮，冷冻24h，真空冷冻干燥48h。便可得到所需要的制品。

采用真空冷冻干燥技术制备淀粉多孔膜，所用材料为为玉米淀粉，聚乙烯醇，去离子水，纳米SiO₂。

所述的方法为液氮冷冻。

所述的方法为真空冷冻干燥。

所述的分散纳米SiO₂为超声波分散。

所述的制备淀粉多孔膜孔径可控范围为5nm-250nm。

所述的制备的淀粉/聚乙烯醇膜，通过添加聚乙烯醇，有效改变淀粉膜微结构由树枝状到海绵状，增强淀粉膜强度。

所述的制备的SiO₂/淀粉或SiO₂/淀粉/聚乙烯醇膜，少量纳米SiO₂的添加不仅改变膜表面的粗糙度，改善淀粉膜的外观形态，而且可大大提高了淀粉膜的力学性能。

本发明的有益效果是：