一種透明氣體阻隔薄膜材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)有機(jī)復(fù)合薄膜功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種透明氣體阻隔薄膜材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]食品藥物的存儲(chǔ)以及電子顯示期間的封存需要包裝材料具有優(yōu)異的氧氣阻隔性能，因而高阻氧包裝材料在人們的日常生活中發(fā)揮重要應(yīng)用價(jià)值。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)需求量的增長(zhǎng)以及進(jìn)出口貿(mào)易的增加，人們對(duì)包裝材料的要求越來越高。正是由于阻隔薄膜對(duì)氧氣起阻隔作用的緣故使得其產(chǎn)品的貯存壽命或者說貨架壽命都得以延長(zhǎng)。塑料阻隔氧氣薄膜作為銷售包裝的主要材料已逐步替代了傳統(tǒng)的玻璃、金屬、紙類等包裝材料。但是各種塑料包裝薄膜都具有不同程度的氣體透過性，嚴(yán)重制約著塑料材料的包裝質(zhì)量。因此，如何提高當(dāng)前塑料薄膜的氧氣阻隔性以及研制新型的高阻隔氧薄膜受到了人們廣泛的重視。近年來，人們發(fā)現(xiàn)利用無機(jī)物改性后的聚合物材料表現(xiàn)出良好的氣體阻隔性能。同時(shí)，目前研宄證明聚合物與無機(jī)物(氧化鋅，氧化硅，蒙脫土等)復(fù)合能夠顯著提高阻隔材料的氧氣阻隔性。
[0003]盡管無機(jī)物添加的塑料包裝材料的氧氣阻隔性能一直被人們廣為研宄，并且無論實(shí)驗(yàn)還是理論上都證明無機(jī)層狀材料可以有效的延長(zhǎng)氧氣分子的擴(kuò)散路徑，然而當(dāng)前阻氧包裝材料生產(chǎn)工藝方法例如蒸饃工藝、等離子體處理涂復(fù)以及溶膠-凝膠法工藝技術(shù)要求較高，過程復(fù)雜精密，制約了阻隔包裝材料的應(yīng)用擴(kuò)展。此外，當(dāng)前大多數(shù)合成的無機(jī)層狀材料性狀無規(guī)則且易于團(tuán)聚，導(dǎo)致復(fù)合阻氧包裝薄膜的氧氣阻隔性能上升空間受限，這對(duì)提高材料的阻隔性能是一個(gè)瓶頸。因而，在追求高阻隔性復(fù)合薄膜材料方面依舊存在著許多的難題和挑戰(zhàn)。水滑石是一種常見的二維納米材料，本工作通過新穎的抽濾沉積技術(shù)將較大長(zhǎng)徑比的水滑石和聚合物復(fù)合成膜，利用水滑石較大的長(zhǎng)徑比和二維有序結(jié)構(gòu)有效的延長(zhǎng)氧氣分子在薄膜材料的擴(kuò)散路徑，顯著提升了水滑石/聚合物包裝材料的阻氧性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種透明氣體阻隔薄膜材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:以較大長(zhǎng)徑比水滑石納米片為前驅(qū)體，采用簡(jiǎn)易的抽濾沉積成膜技術(shù)將二維層狀結(jié)構(gòu)的水滑石納米片和各類商業(yè)包裝聚合物原料復(fù)合成膜，利用水滑石較大的長(zhǎng)徑比和二維有序結(jié)構(gòu)可以顯著的延長(zhǎng)氣體分子在復(fù)合膜中擴(kuò)散路徑，得到一種具有二維有序結(jié)構(gòu)的氣密性能極佳的透明氣體阻隔薄膜材料。
[0006]本發(fā)明所述的透明氣體阻隔薄膜材料的制備方法的具體制備步驟如下:
[0007]A.配制可溶二價(jià)金屬鹽和可溶三價(jià)金屬鹽的混合鹽溶液，其中二價(jià)金屬離子M2+濃度為0.8-1.6M，二價(jià)金屬離子M2+與三價(jià)金屬離子M3+摩爾比范圍為2-3 ;配制濃度為0.5-3M尿素溶液；將配制的混合鹽溶液與尿素溶液混合攪拌，尿素與金屬離子摩爾之和的比例為2-4，在90°C _140°C晶化24-48小時(shí)，采用除0)2的去離子熱水離心洗滌至中性，得到水滑石納米片前驅(qū)體；
[0008]B.配置質(zhì)量濃度為3-7%的聚合物溶液，將A步驟中得到的水滑石納米片前驅(qū)體0.5-5g分散在1-1OOmL聚合物溶液中；
[0009]C.將厚度為0.0l-1mm且孔徑在50-200目的聚四氟乙烯濾膜用乙醇超聲清洗30-50min，最后用去離子水清洗干凈，得到親水性的濾膜備用；
[0010]D.將1-1Ocm2的C步驟得到的親水性的濾膜置于漏斗底部，然后將20_70mL B步驟得到的分散液倒入漏斗并減壓抽濾，在室溫條件下干燥，即得到水滑石/聚合物復(fù)合薄膜；
[0011]E.將D步驟中得到的水滑石/聚合物復(fù)合薄膜從濾膜上分離并放入溫度在60°C _140°C烘箱中烘干，即得到透明的氣體阻隔薄膜材料。
[0012]所述的二價(jià)金屬離子M2+為Mg 2+、Zn2+或Ni 2+，三價(jià)金屬離子M3+為Fe 'Al3+或Co 3+。
[0013]所述的聚合物包括但不限于殼聚糖，聚乙烯醇、醋酸纖維素或羧甲基纖維素。
[0014]上述方法制備得到的透明氣體阻隔薄膜材料作為高阻氧包裝材料的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明所制得的透明氣體阻隔薄膜材料，利用了較大長(zhǎng)徑比的水滑石納米片作為聚合物的填充劑可有效的延長(zhǎng)氣體分子在薄膜中的擴(kuò)散路徑，保持材料的氧氣氣密性會(huì)K ;
[0017]2、利用水滑石層板與聚合物在抽濾的條件下形成良好的二維有序結(jié)構(gòu)，這種二維有序結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提升氣體分子在材料中的擴(kuò)散，使得該薄膜材料比傳統(tǒng)復(fù)合膜具有更優(yōu)異的氣密性性能；
[0018]3、此外，該抽濾沉積成膜工藝方法與傳統(tǒng)方法相比，簡(jiǎn)易且滿足環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求，利于制備一系列有效阻隔氧氣分子的二維有序結(jié)構(gòu)無機(jī)有機(jī)阻氧包裝材料，可解決當(dāng)前對(duì)高阻隔氧氣包裝材料需求的一系列問題；
[0019]4、將得到的薄膜材料通過SEM、AFM、XRD表征，顯示該薄膜具有良好的二維有序結(jié)構(gòu)形貌，以及進(jìn)行氧氣透過量測(cè)試，結(jié)果表明該薄膜氧氣透過量極低，表現(xiàn)出極好的氧氣阻隔性能。
【附圖說明】
[0020]圖1是實(shí)施例1步驟A所得的水滑石片的SEM斷面圖片；
[0021]圖2是實(shí)施例1步驟E所得的水滑石/殼聚糖透明氣體阻隔薄膜的SEM斷面圖片;
[0022]圖3是實(shí)施例1步驟E得到的水滑石/殼聚糖透明氣體阻隔薄膜的SEM平面圖片;
[0023]圖4是實(shí)施例1步驟E所得的水滑石/殼聚糖透明氣體阻隔薄膜的AFM立體圖片;
[0024]圖5是實(shí)施例1步驟E得到的水滑石/殼聚糖透明氣體阻隔薄膜的XRD圖；
[0025]圖6是實(shí)施例1步驟E得到的水滑石/殼聚糖透明氣體阻隔薄膜的可見光透過率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0027]實(shí)施例1:
[0028]A.稱取 5.1282g Mg (NO3) 2.6H20，3.7513g Al (NO3)3.9H20 溶于 50ml 去離子水中，稱取4.0OOOg尿素溶于50ml去離子水中，將配制的硝酸鹽混合溶液與配制的尿素溶液混合，攪拌，在110°C晶化24小時(shí)，采用除0)2的去離子熱水離心洗滌至中性，得到水滑石納米片前驅(qū)體；
[0029]B.配置質(zhì)量濃度為4%的殼聚糖溶液，將A步驟中得到Ig水滑石納米片充分分散在