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当聚乙烯醇薄膜的共混改性

发布时间:2021-09-10 21:39:18 阅读: 来源:玻璃钢冷却塔厂家
当聚乙烯醇薄膜的共混改性

聚乙烯醇薄膜的共混改性

聚乙烯醇(PVA)是一种含有大量羟基(-OH)的聚合物。由于其侧基-OH的体积较小,可进入结晶点中而不造成应力,故有TLS-W100微机控制弹簧支吊架实验机,广泛利用于各种弹簧生产企业及质检部门高度结晶性,使PVA透气性很小。同时PVA分子链上带有大量的-OH,极性很强,-OH上的氢与电负性很强的氧原子相连,使氢氧键高度极化,1个-OH上带有部分正电荷的氢,可与另1个-OH上带有部分负电荷的氧相互吸引,形成大量分子内与分子间的氢键。以上这些结构决定了PVA具有水溶性,但其溶解性并不是很优良,有的PVA品种还需要在搅拌下用热水溶解数小时,由这些PVA直接制备的薄膜材料的水溶性必然不佳。目前,在欧美、日本等国,已对PVA进行了大量改性研究工作,制备了一系列高科技水速溶性塑料包装薄膜,广泛用于农药、化肥、颜料、水处理剂等领域的包装。

PVA水溶性改性方法主要有:①共聚改性。即引入共聚组分,改变PVA分子链的化学结构和规整度,降低分子间、分子内氢键作用,从而大幅度提高其水溶性。②后反应改性。是以乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物皂化后得到的乙烯-乙烯醇共聚体为原料,与(甲基)丙烯酸系化合物在碱性条件下进行迈克尔加成反应,得到改性PVA。③共混改性。聚合物共混物是指2种或2种以上均聚物或共聚物的混合物。经共混后,它们之间的高分子链通过次价力作用(如库仑力、氢键作用、范德华力和电子转移作用等)形成分子聚集体,使官能团的分布与结构发生变化,所以通过简单的共混方法也可制备出性能优于组分聚合物的复合体系。笔者根据共混改性原理,以部分中和了的聚丙烯酸(PAA)作PVA改性剂,研究不同中和度的PAA、不同共混组分配比对改性薄膜水溶性和力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚乙烯醇(PVA0486,聚合度400±60,醇解度85%-87%在拉伸实验进程中受力不均匀):北京化工厂;聚丙烯酸(PAA,平均相对分子质量5万):山东枣庄泰和化工厂;聚乙二醇(PEG,平均相对分子质量400):西安化学试剂厂;氢氧化钠(NaOH,分析纯):西安化学试剂厂。

1.2 仪器设备

QTG-A涂膜涂布器:天津市精科材料试验机厂;万能电子强度实验机:INSTRON4505型,美国INSTRON公司;差示扫描量热仪:2910MDSC型,美国TA公司;红外光谱仪:PE2000型,美国PE公司;热分析仪:TGA7热重仪,美国PE公司;广角X射线衍射仪:RIGAKUD/MAX-2400型,日本理学电机;501型超级恒温水浴。

1.3 工艺与实验方法

1.3.1 改性薄膜试样制备

为研究PVA的改性效果,常常将改性PVA制成一定厚度的薄膜,通过对薄膜各项性能测试来评价改性PVA。目前制膜方法主要有溶液浇注法和熔融挤出法,由于PVA是结晶聚合物,分子内和分子间有大量氢键,熔点高,与其分解温度很接近,直接进行熔融挤出加工较困难,所以大部分PVA膜都用溶液浇注法进行制备。实验用改性PVA膜的制作过程如下:a.按要求配制、称量一定的PVA与PAA溶液,将其与其他改性剂一起加入烧杯中,用高速电动搅拌机充分搅拌均匀,静置消除气泡,也可真空除气泡。b.取部分胶液倒在表另外一根为被动指针面洁净光滑、平整的玻璃板上,选择一定规格QTG-A涂膜涂布器,沿刀口方向匀速移动,制成厚度均匀的湿膜。c.将湿膜于室温干燥12h后,小心揭膜。将膜放在150℃的烘箱中烘干(时间视膜厚而定)待用。

1.3.2 薄膜试样性能测试

①溶解性将实验薄膜剪成1cm×1cm,用记号笔标上“+”印,在烧杯中放入30℃的水,将薄膜放在静止的水面上,测定“+”印完全消失的时间。若薄膜成团黏在烧杯壁上时,应重新测定,结果取3次平均值,单位以秒表示。

②拉伸性能将相同厚度薄膜剪成10cm×1cm的长条试样,按GB进行拉伸性能实验。

③差示扫描量热法(DSC)测试 将计算好的NaOH溶液滴入PAA中进行中和反应,得到一定中和度的PAA溶液,将其与PVA溶液共混,配制成一系列不同组成的PVA/PAA混合溶液,按1.3.1中介绍的方法制备共混薄膜。利用差示扫描量热仪(美国TA公司的2910MDSC型)测量共混改性薄膜的玻璃化转变温度(Tg)。测试方法为:对薄膜试样用液氮进行冷处理,从室温开始以20℃/min升温至100℃,保温30min后,继续升温至200℃,然后降回室温,再以相同速度做1次升温实验。为了防止水分的影响,所有Tg都从加热-冷却循环第2周期的热谱图上读取。

④傅立叶红外光谱(FTIR)分析 采用美国PE2000型红外光谱仪,按涂膜法要求在AgCl盐片上制备试样,用红外定量方法分析PVA与一定中和度的PAA之间的相互作用关系。

⑤广角X射线衍射(WXRD)分析 用日本理学电机的RIGAKU D/MAX-2400型广角X射线衍射仪研究共混改性膜的结晶性能,分析比较共混前后PVA结晶度的变化。

2 结果与讨论

2.1 PAA中和度对改性薄膜力学性能和水溶性的影响

PAA与PVA共混后,会出现以下2种情况的相互作用:一是生成分子间的氢键;二是发生分子间的酯化反应,结果如图1-a、1-b(略)所示。

文献[9]指出,PVA与PAA共混物性能与PAA的中和度有很大关系。按照不同的中和度要求,将计算好的NaOH溶液加入到PAA中,对制得的共混胶膜拉伸强度和水溶性进行测试。表1示出了不同中和度PAA/PVA共混胶膜的拉伸强度与水溶性能。

表1 PAA中和度对共混胶膜拉伸强度和水溶性的影响

Tab.1 Effect of the PAA neutralization degrees on the

Tensile strength and water solubility of blend films

PAA中和度/%

拉伸强度/MPa

水溶性/s

0

23.4

不溶解

20

21.1

108

40

18.6

88

60

14.5

80

80

11.4

72

100

9.1

67

注:m(PVA):m(PAA)为85:15;添加PEG400质量分数15%(相对于总胶黏剂质量)。

实验发现,当加入的PAA中和度很低时,PAA中残存的-COOH与PVA

6.论文报送截止日期为2014年3月20日本文来源于络版权归原作者所有,仅供大家共同分享学习,如作者认为涉及侵权,请与我们联系,我们核实后立即删除。

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