SiO2/PVA 納米復合膜的研究現(xiàn)狀

通過溶膠-凝膠( Sol- Gel)方法，用聚乙烯醇( PVA)和正硅酸乙酯(TEOS)制備出PVA/ SiO2共混膜。并采用了熱重分析(TGA)等熱性能測試表征方法研究了共混膜的熱性能。結(jié)果表明，PVA/SiO2共混膜比純PVA具有更高的熱穩(wěn)定性，10 wt% SiO2的Tg為115℃、20 wt% SiO2的Tg 為120℃、40 wt% SiO2的Tg 為124℃，共混膜的Tg隨著SiO2含量的增大也略有提高。測定了共混膜的耐溶劑性,發(fā)現(xiàn)PVA在水中的溶解失重率隨著SiO2含量的增大而降低，SiO2在共混膜中的含量為40%時，PVA的溶解失重只有1%左右，與PVA膜相比，共混膜的耐溶劑性更**。

將納米SiO2引入到PVA 中，制備得到SiO2/PVA復合材料，并研究了該復合材料的熱降解性能。研究發(fā)現(xiàn)該類復合材料比純的PVA材料具有更高的熱分解溫度，熱分解時需要更多的活化能。但是復合材料的熱降解同純PVA一樣會有兩個臺階，分別在300~450℃和 450~550℃。納米 SiO2的加入在內(nèi)部機理上卻帶來了降解機制的變化。通過紅外，熱失重，質(zhì)譜等測試手段分析，一階降解主要是小分子水和酸類殘留物，而**階降解主要是兩相之間的氫鍵斷裂引起的兩相分離。

采用原位溶膠-凝膠法,先用stobr法以氨水為催化劑在乙醇中用TEOS制備SiO2顆粒原液，然后用醋酸乙烯酯(VAc)與原液反應(yīng)得到PVAc/ SiO2復合物，將復合物加入帶醇解劑的甲醇中得到產(chǎn)物PVA/SiO2薄膜。研究表明:低含量的SiO2只是降低了PVA/SiO2結(jié)晶度，而復合材料的結(jié)晶度和結(jié)晶尺寸只有在含量較高時才同時降低;SiO2的加入拓寬了PVA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T)范圍，約為90℃~120℃，同時也提高了PVA 的熱穩(wěn)定性，但是在力學性能方面斷裂伸長率則先增大后減小，拉伸強度和模量卻得到增強，綜合比較SiO2/PVA薄膜的力學性能，SiO2為5wt%時，薄膜的綜合性能好。

采用熔融法將烘干的PVA和納米SiO2以一定比例在高速混合機中混合，然后在雙螺桿擠出機中造粒。將造粒得到的PVA/納米SiO2復合材料通過單螺桿擠出機進行吹膜制備了PVA/nano-SiO2薄膜。利用多種測試手段對薄膜進行了表征，結(jié)果表明:納米 SiO2存在使得薄膜的儲能和損耗模量均明顯提高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著納米SiO2含量的增加先降低后升，這是由于PVA分子和納米SiO2作用產(chǎn)生了交聯(lián)結(jié)構(gòu)，限制了分子鏈的移動的原因。而薄膜的溶解試驗表明由于兩相的反應(yīng)程度不高沒有產(chǎn)生完全的三維貫穿結(jié)構(gòu)，長時間在溶劑中仍可以溶解。PVA/nano-SiO2薄膜中存在的由羥基脫水而產(chǎn)生的化學交聯(lián)結(jié)構(gòu)對薄膜的各種性能均有影響。

用6%的偶聯(lián)劑和1.25%的濃硫酸在乙醇中對二氧化硅進行處理，然后干燥得到改性粉體，然后與聚乙烯醇在168℃～180℃熔融制備得到復合薄膜。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，隨著二氧化硅含量的增加熔融溫度降低了近10℃，高溫分解溫度則增加了近30℃，將兩者溫度差擴大了，降低了復合薄膜的熱塑加工難度。薄膜的耐水性隨著二氧化硅加入量增加也得到明顯改善，而在紫外光吸收方面，當納米二氧化硅粉粒子在薄膜中的含量在0.3%以上時，200nm~280nm范圍內(nèi)的紫外線在 PVA薄膜材料的透過率均為0。

對淀粉/PVA/nano-SiO2復合薄膜的生物降解性能進行了研究，從結(jié)果看出，該復合薄膜的抗拉強度約為15.0 MPa，斷裂伸長率為120%。nano-SiO2含量的增加,耐水性也**提高。此外，在所有的薄膜中該納米復合膜的光學透明性好。從土埋試驗中看出，添加nano-SiO2并沒有影響PVA薄膜的生物降解能力。此外，分析其中的機理可能是分子間nano-SiO2和淀粉/PVA之間氫鍵的形成使得混溶淀粉和PVA的兼容性增加,并且額外的nano-SiO2使得薄膜的物理性質(zhì)也有所改善。

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