一种低吸水率的疏水性薄膜的制备方法与流程

[0001]
本发明属于可降解塑料制品领域，具体涉及一种低吸水率的疏水性薄膜的制备方法。


背景技术：

[0002]
塑料制品具有稳定性强、质轻、生产成本低等优点，因而深受人们的亲睐。近几十年来塑料工业获得迅猛发展，大量塑料制品尤其是一次性塑料制品的使用，给人类的生活带来了极大的方便。但是，由于通用塑料本身的化学稳定性，当其被遗弃后会在环境中长期稳定存在，造成大量塑料废弃物在环境中的累积，给环境带来严重的危害，如白色污染、农业白色癌症等问题。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种低吸水率的疏水性薄膜的制备方法，依照该方法制备的涂料具有优异的疏水性能、吸水率低。
[0004]
本发明是通过以下技术方案实现的：一种低吸水率的疏水性薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：（1）干法疏水改性玉米淀粉的制备：将20-30份玉米淀粉在110-120℃下进行干燥处理1-2h后，置于100-105℃油浴中，搅拌下加入0.6-0.9份硅烷偶联剂a-151和0.6-0.9份硬脂酸，活化10-20min得疏水化玉米淀粉；采用干法技术对玉米淀粉进行疏水改性处理，通过采用硅烷偶联剂和硬脂酸对玉米淀粉进行搅拌活化作用，在淀粉颗粒表面包上一层疏水性物质，制备得到具有强疏水性的玉米淀粉，实现了玉米淀粉由亲水性表面转变为强疏水性表面；（2）复合改性大豆蛋白的制备：将20-30份大豆分离蛋白和10-15份尿素溶解在250-280份去离子水中，用氢氧化钠溶液调节ph为10，在65-70℃下搅拌预处理30-60min后，加入5-7.5份环氧油酸、5-7.5份乳化的环氧树脂，恒温反应1-2h得复合改性大豆蛋白乳液；以环氧油酸-环氧树脂为复合改性化合物，尿素和氢氧化钠溶液对大豆蛋白分子预处理，环氧基团与大豆蛋白分子中氨基发生反应，制得的复合改性大豆蛋白乳液耐水性能好，干、湿剪切强度高；（3）低吸水率的疏水性薄膜的制备：将（1）中所得疏水化玉米淀粉和（2）中所得复合改性大豆蛋白乳液混合，再加入2-3份还原氧化石墨烯溶液、1-2份改性空心玻璃微珠和1-2份表面处理的纳米氧化锡锑，充分搅拌均匀后，浇铸到聚四氟乙烯模具中，在45-50℃干燥箱中干燥20-24h成膜；以环氧油酸-环氧树脂复合改性大豆蛋白乳液和疏水化玉米淀粉为原料，并添加还原氧化石墨烯溶液、改性空心玻璃微珠和表面处理的纳米氧化锡锑，在聚四氟乙烯板上浇铸
成膜制得低吸水率的疏水性薄膜；进一步的，步骤（2）中氢氧化钠溶液浓度为0.01-0.02mol/l；向5-7.5份环氧树脂中1:6加入浓度为2%的十二烷基硫酸钠溶液，搅拌反应1-2h得乳化的环氧树脂。
[0005]
进一步的，步骤（3）中功能性石墨烯的制备：将2-3份氧化石墨烯配成浓度为0.8mg/ml的氧化石墨烯溶液，向其中加入20-30份维生素c，用氨水调节ph为9-10，在95-97℃油浴中搅拌1-2h得还原氧化石墨烯溶液。
[0006]
进一步的，步骤（3）中改性空心玻璃微珠的制备：将1-2份空心玻璃微珠和2-4份油酸充分混合，加入30-40份丙酮，用氢氧化钠调节ph为8，超声分散30-40min后，高速均质分散25-35min，升温到120-125℃烘干得改性空心玻璃微珠。
[0007]
进一步的，步骤（3）中纳米氧化锡锑的表面处理方法：将1-2份纳米氧化锡锑1:10加入质量分数为3-5%的氢氧化钠溶液中，在90-95℃下搅拌处理30-60min后，冷却、抽滤烘干，再分散到0.1-0.2份硅烷偶联剂kh550和10-20份乙醇的混合溶液中，加入0.01-0.02份催化剂，在80-85℃下回流30-60min，冷却、抽滤烘干，得到表面处理的纳米氧化锡锑。
[0008]
本发明相比现有技术具有以下优点：（1）采用干法技术对玉米淀粉进行疏水改性处理，通过采用硅烷偶联剂和硬脂酸对玉米淀粉进行搅拌活化作用，在淀粉颗粒表面包上一层疏水性物质，制备得到具有强疏水性的玉米淀粉，实现了玉米淀粉由亲水性表面转变为强疏水性表面。
[0009]
（2）以环氧油酸-环氧树脂为复合改性化合物，尿素和氢氧化钠溶液对大豆蛋白分子预处理，环氧基团与大豆蛋白分子中氨基发生反应，制得的复合改性大豆蛋白乳液耐水性能好，干、湿剪切强度高。
[0010]
（3）以环氧油酸-环氧树脂复合改性大豆蛋白乳液和疏水化玉米淀粉为原料，并添加还原氧化石墨烯溶液、改性空心玻璃微珠和表面处理的纳米氧化锡锑，在聚四氟乙烯板上浇铸成膜制得低吸水率的疏水性薄膜；薄膜的吸水率降低，这可能是因为环氧油酸、环氧树脂与大豆蛋白反应后一方面消耗了分子中的亲水基团，另一方面长碳链的引入也能起到阻水作用；用环氧油酸、环氧树脂改性大豆蛋白后，提升了膜材料中疏水基团的比例，改性薄膜的接触角提升，这可能是因为过量的环氧油酸发生开环反应后，以小分子的形式存在于膜中，疏水性基团容易聚集在膜表面，故疏水性快速提升。
[0011]
（4）以氧化石墨烯为加强相，以维生素c为绿色还原剂，制备了还原氧化石墨烯溶液，将其掺杂到复合薄膜中，石墨烯的引入不仅可明显改善复合薄膜的拉伸强度和阻水阻氧性能，而且还可赋予其导电性能；以纳米氧化锡锑和空心玻璃微珠为复合填料，隔热性能好。
具体实施方式
[0012]
实施例1一种低吸水率的疏水性薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：（1）干法疏水改性玉米淀粉的制备：将20份玉米淀粉在110℃下进行干燥处理2h后，置于100℃油浴中，搅拌下加入0.6份硅烷偶联剂a-151和0.6份硬脂酸，活化10min得疏水化玉米淀粉；
（2）复合改性大豆蛋白的制备：将20份大豆分离蛋白和10份尿素溶解在250份去离子水中，用氢氧化钠溶液调节ph为10，在65℃下搅拌预处理60min后，加入5份环氧油酸、5份乳化的环氧树脂，恒温反应1h得复合改性大豆蛋白乳液；其中，氢氧化钠溶液浓度为0.01mol/l；向5份环氧树脂中1:6加入浓度为2%的十二烷基硫酸钠溶液，搅拌反应1h得乳化的环氧树脂；（3）低吸水率的疏水性薄膜的制备：将（1）中所得疏水化玉米淀粉和（2）中所得复合改性大豆蛋白乳液混合，再加入2份还原氧化石墨烯溶液、1份改性空心玻璃微珠和1份表面处理的纳米氧化锡锑，充分搅拌均匀后，浇铸到聚四氟乙烯模具中，在45℃干燥箱中干燥24h成膜。
[0013]
其中，功能性石墨烯的制备：将2份氧化石墨烯配成浓度为0.8mg/ml的氧化石墨烯溶液，向其中加入20份维生素c，用氨水调节ph为9，在95℃油浴中搅拌2h得还原氧化石墨烯溶液；改性空心玻璃微珠的制备：将1份空心玻璃微珠和2份油酸充分混合，加入30份丙酮，用氢氧化钠调节ph为8，超声分散30min后，高速均质分散25min，升温到120℃烘干得改性空心玻璃微珠；纳米氧化锡锑的表面处理方法：将1份纳米氧化锡锑1:10加入质量分数为3%的氢氧化钠溶液中，在90℃下搅拌处理60min后，冷却、抽滤烘干，再分散到0.1份硅烷偶联剂kh550和10份乙醇的混合溶液中，加入0.01份催化剂，在80℃下回流60min，冷却、抽滤烘干，得到表面处理的纳米氧化锡锑。
[0014]
实施例2一种低吸水率的疏水性薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：（1）干法疏水改性玉米淀粉的制备：将30份玉米淀粉在120℃下进行干燥处理2h后，置于105℃油浴中，搅拌下加入0.9份硅烷偶联剂a-151和0.9份硬脂酸，活化20min得疏水化玉米淀粉；（2）复合改性大豆蛋白的制备：将30份大豆分离蛋白和15份尿素溶解在280份去离子水中，用氢氧化钠溶液调节ph为10，在70℃下搅拌预处理30min后，加入7.5份环氧油酸、7.5份乳化的环氧树脂，恒温反应2h得复合改性大豆蛋白乳液；其中，氢氧化钠溶液浓度为0.02mol/l；向7.5份环氧树脂中1:6加入浓度为2%的十二烷基硫酸钠溶液，搅拌反应2h得乳化的环氧树脂；（3）低吸水率的疏水性薄膜的制备：将（1）中所得疏水化玉米淀粉和（2）中所得复合改性大豆蛋白乳液混合，再加入3份还原氧化石墨烯溶液、2份改性空心玻璃微珠和2份表面处理的纳米氧化锡锑，充分搅拌均匀后，浇铸到聚四氟乙烯模具中，在50℃干燥箱中干燥20h成膜。
[0015]
其中，功能性石墨烯的制备：将3份氧化石墨烯配成浓度为0.8mg/ml的氧化石墨烯溶液，向其中加入30份维生素c，用氨水调节ph为10，在97℃油浴中搅拌1h得还原氧化石墨烯溶液；
改性空心玻璃微珠的制备：将2份空心玻璃微珠和4份油酸充分混合，加入40份丙酮，用氢氧化钠调节ph为8，超声分散40min后，高速均质分散35min，升温到125℃烘干得改性空心玻璃微珠；纳米氧化锡锑的表面处理方法：将2份纳米氧化锡锑1:10加入质量分数为5%的氢氧化钠溶液中，在95℃下搅拌处理60min后，冷却、抽滤烘干，再分散到0.2份硅烷偶联剂kh550和20份乙醇的混合溶液中，加入0.02份催化剂，在85℃下回流30min，冷却、抽滤烘干，得到表面处理的纳米氧化锡锑。
[0016]
对比实施例1本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（1）中未添加硅烷偶联剂和硬脂酸，除此外的方法步骤均相同。
[0017]
对比实施例2本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（2）中未添加环氧油酸和乳化的环氧树脂对大豆分离蛋白进行复合改性，除此外的方法步骤均相同。
[0018]
对照组 纯大豆蛋白膜为了对比本发明制备的薄膜的性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的薄膜，以及对照组对应的纯大豆蛋白膜，按照行业标准对涂料膜进行性能检测：并用隔热箱对改性膜材料进行隔热性能测试，具体对比数据如下表1所示：表1项目接触角（疏水性）吸水率实施例191
°
10%实施例292
°
9%对比实施例185
°
10%对比实施例293
°
17%对照组41
°
28%按照本实施例方法制备的改性薄膜具有优异的疏水性能、吸水率低，复合薄膜的氧气透过系数为0.9
×
10-15
cm3·
cm/( cm2·
s
·
pa) ；拉伸强度为81mpa、此时复合薄膜断面层状结构清晰，断面结构均匀；改性薄膜的隔热温差为13℃，隔热效率达96%。
[0019]
在对比实施例1中未添加硅烷偶联剂和硬脂酸，导致薄膜的接触角降低，但是仍然优于对照组的疏水性能；在对比实施例2中未添加环氧油酸和乳化的环氧树脂对大豆分离蛋白进行复合改性，导致薄膜的吸水率变大，但是仍然低于对照组的吸水率。

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