本發(fā)明涉及聚乙烯醇復(fù)合膜材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硅鉬酸納米晶/聚乙烯醇復(fù)合膜的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

PVA（聚乙烯醇）是一種無(wú)毒，無(wú)味的水溶性高分子聚合物，外觀為白色片狀、絮狀或粉末狀固體，具有嚴(yán)格的分子線性結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，在一定溫度下能溶于水且溫度越高溶解度越大，但不溶于大多數(shù)的有機(jī)溶劑。PVA分子鏈中含有大量極性強(qiáng)，尺寸小的側(cè)羥基結(jié)構(gòu)，由于羥基的存在，PVA易形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，從而交聯(lián)形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此PVA材料具有良好的親水性能，被廣泛用于制備親水膜材料。此外PVA還具有卓越的力學(xué)性能、耐熱性、耐有機(jī)溶劑、抗有機(jī)物污染和良好的成膜性能，正是因?yàn)榫哂羞@些優(yōu)良的性能，人們對(duì)其的研究越來越廣泛。同時(shí)，PVA也獲得了相當(dāng)程度的工業(yè)化應(yīng)用。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于材料性能的要求越來越苛刻，普通的PVA材料已經(jīng)無(wú)法滿足人們的需求，對(duì)PVA進(jìn)行改性和功能化以改善其應(yīng)用性能成為PVA材料發(fā)展的新趨勢(shì)。納米技術(shù)的快速發(fā)展為改性PVA材料提供了更有效的途徑和方法，在PVA基質(zhì)中引入納米粒子成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，這種以PVA為基質(zhì)，通過與各種納米粒子復(fù)合而得到的同時(shí)兼?zhèn)銹VA材料和納米粒子特性的PVA基復(fù)合材料，由于其優(yōu)異的性能在力學(xué)、催化、功能材料(光、電、磁)等領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過硅鉬酸納米晶體的添加來改善聚乙烯醇復(fù)合膜的力學(xué)性能，并提供一種硅鉬酸納米晶/聚乙烯醇復(fù)合膜的制備方法。

本發(fā)明具體步驟如下：

（1）稱取10g聚乙烯醇顆粒加入100mL去離子水中，加熱到60℃，攪拌1小時(shí)得到質(zhì)量百分比含量為10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）將摩爾比為0.1~0.11的硅酸鈉和鉬酸鈉分別投入去離子水中，攪拌加熱到80℃，緩慢滴加鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH，在pH=1~2的條件下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻到室溫，再加入乙醚萃取，解壓蒸餾回收乙醚，最后60℃條件下真空干燥得到純凈的硅鉬酸納米粒子。

（3）稱取0.5~2g步驟（2）所得硅鉬酸納米粒子與步驟（1）所得的質(zhì)量百分比含量為10%的聚乙烯醇溶液通過攪拌均勻混合，在超聲頻率為80HZ的條件下超聲5分鐘得到均一分散液；將均一分散液均勻倒在玻璃板上，60℃~70℃條件下真空干燥24小時(shí)得到硅鉬酸/聚乙烯醇納米復(fù)合膜材料。

所述化學(xué)試劑純度均為化學(xué)純以上純度。

本發(fā)明制備的硅鉬酸納米晶/聚乙烯醇復(fù)合膜具有較高的力學(xué)性能, 在包裝材料、組織工程材料、過濾膜材料等領(lǐng)域具有潛在性應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例制備的聚乙烯醇薄膜與實(shí)施例1、2、3制備的硅鉬酸納米粒子質(zhì)量百分比濃度分別為0.5%、1%、2%的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜XRD譜圖對(duì)比圖。

圖2為本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例制備的聚乙烯醇薄膜與實(shí)施例1、2、3制備的硅鉬酸納米粒子質(zhì)量百分比濃度分別為0.5%、1%、2%的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜傅里葉紅外譜圖對(duì)比圖。

圖3為本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例制備的聚乙烯醇薄膜與實(shí)施例1、2、3制備的硅鉬酸納米粒子質(zhì)量百分比濃度分別為0.5%、1%、2%的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜DSC圖對(duì)比圖。

圖4為本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例制備的聚乙烯醇薄膜與實(shí)施例3制備的硅鉬酸納米粒子質(zhì)量百分比濃度2%的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下述化學(xué)試劑純度均為化學(xué)純以上純度。

對(duì)比實(shí)施例：聚乙烯醇薄膜的制備

稱取10g聚乙烯醇顆粒加入到100mL去離子水中，加熱到60℃，攪拌1小時(shí)得到質(zhì)量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液，將溶液均勻倒在玻璃板上，在60℃條件下真空干燥24小時(shí)得到聚乙烯醇薄膜材料。

實(shí)施例1：質(zhì)量百分比濃度為0.5%的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜的制備

（1）稱取10g聚乙烯醇顆粒加入100mL去離子水中，加熱到60℃，攪拌1小時(shí)得到質(zhì)量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）將摩爾比為0.1的硅酸鈉和鉬酸鈉分別投入去離子水中，攪拌加熱到80℃，緩慢滴加鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH，在pH=1的條件下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻到室溫，再加入乙醚萃取，解壓蒸餾回收乙醚，最后60℃條件下真空干燥得到純凈的硅鉬酸納米粒子。

（3）稱取0.5g步驟（2）所得硅鉬酸納米粒子與步驟（1）所得的質(zhì)量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液通過攪拌均勻混合，在超聲頻率為80HZ的條件下超聲5分鐘得到均一分散液；將均一分散液均勻倒在玻璃板上，60℃條件下真空干燥24小時(shí)得到質(zhì)量百分比濃度為0.5%的硅鉬酸/聚乙烯醇納米復(fù)合膜材料。

實(shí)施例2: 質(zhì)量百分比濃度為1%的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜的制備

（1）稱取10g聚乙烯醇顆粒加入100mL去離子水中，加熱到60℃，攪拌1小時(shí)得到質(zhì)量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）將摩爾比為0.1的硅酸鈉和鉬酸鈉分別投入去離子水中，攪拌加熱到80℃；緩慢滴加鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH，在pH=2的條件下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻到室溫，再加入乙醚萃取，解壓蒸餾回收乙醚，最后60℃條件下真空干燥得到純凈的硅鉬酸納米粒子。

（3）稱取1g步驟（2）所得硅鉬酸納米粒子與步驟（1）所得質(zhì)量百分比含量為10%的聚乙烯醇溶液通過攪拌均勻混合，在超聲頻率為80HZ的條件下超聲5分鐘得到均一分散液。將均一分散液均勻倒在玻璃板上，60℃條件下真空干燥24小時(shí)得到質(zhì)量百分比濃度為1%的硅鉬酸/聚乙烯醇納米復(fù)合膜材料。

實(shí)施例3: 質(zhì)量百分比濃度為2%的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜的制備

（1）稱取10g聚乙烯醇顆粒加入100mL去離子水中，加熱到60℃，攪拌1小時(shí)得到質(zhì)量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）將摩爾比為0.1的硅酸鈉和鉬酸鈉分別投入去離子水中，攪拌加熱到80℃，緩慢滴加鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH，在pH=1.5的條件下反應(yīng)3小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻到室溫，再加入乙醚萃取，解壓蒸餾回收乙醚，最后60℃條件下真空干燥得到純凈的硅鉬酸納米粒子。

(3)稱取2g步驟（2）硅鉬酸納米粒子與步驟（1）所得質(zhì)量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液通過攪拌均勻混合，在超聲頻率為80HZ的條件下超聲5分鐘得到均一分散液。將均一分散液均勻倒在玻璃板上，60℃條件下真空干燥24小時(shí)得到質(zhì)量百分比濃度為2%的硅鉬酸/聚乙烯醇納米復(fù)合膜材料。

將本發(fā)明中的對(duì)比實(shí)施例和實(shí)施例1、2、3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行XRD表征，并進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出實(shí)施例1、2、3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料的X射線衍射圖與對(duì)比實(shí)施例制備得到的聚乙烯醇薄膜材料的X射線衍射圖譜相似，說明硅鉬酸納米粒子能均勻地填充在聚乙烯醇基體中，成功制備了硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料。

將本發(fā)明中的對(duì)比實(shí)施例和實(shí)施例1、2、3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料進(jìn)行傅里葉紅外表征，并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出與對(duì)比實(shí)施例制備得到的聚乙烯醇薄膜材料相比，實(shí)施例1、2、3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料的傅里葉紅外圖中的羥基振動(dòng)峰向低波移動(dòng)，這可歸因于聚乙烯醇分子上羥基與硅鉬酸上羥基之間的氫鍵作用。

將本發(fā)明中的對(duì)比實(shí)施例和實(shí)施例1、2、3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行DSC表征，并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看與對(duì)比實(shí)施例制備得到的聚乙烯醇薄膜材料相比，實(shí)施例1、2、3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料的熔點(diǎn)降低，玻璃轉(zhuǎn)化溫度提高，說明硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料在較低溫度下的可塑性更強(qiáng)。

將本發(fā)明中的對(duì)比實(shí)施例和實(shí)施例3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看與對(duì)比實(shí)施例制備得到的聚乙烯醇薄膜材料相比，實(shí)施例3制備得到的硅鉬酸/聚乙烯醇薄膜材料的拉伸強(qiáng)度更高，說明硅鉬酸納米粒子的填充提高了聚乙烯醇材料的機(jī)械強(qiáng)度。