一种透明薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及高分子材料的，尤其涉及一种透明薄膜及其制备方法和应用。背景技术：1、聚乙烯醇(pva)以其优异的水溶性和生物可降解性，引起了人们高度关注，是一种绿色的环境友好型包装材料。然而，聚乙烯醇材料存在一些固有的缺陷，限制了其更广泛的应用。由于pva侧链有很多羟基，存在吸水性大、耐水性差，导致其在潮湿环境下容易吸水膨胀，性能下降；同时，其强度也相对较低，难以满足某些高强度应用场景的需求。因此，如何克服聚乙烯醇的吸水性和强度问题，制备出既满足生物可降解要求又具有优良性能的新型薄膜材料，成为当前材料科学研究的重要课题。技术实现思路1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种透明薄膜及其制备方法和应用。本发明制得的一种高性能低吸水可降解的透明薄膜，具有可降解、高性能、在环境中不易吸水等优点，且在保证功效的同时能起到减少成本与工艺过程。同时，可在各种不同类型的薄膜领域中应用，对功效性包装和电子产品行业均具有广阔的发展前景。2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：3、第一方面，本发明提供了一种透明薄膜，包括以下质量百分比的组分：4、聚乙烯醇3-5％；氢键溶液3-5％；纤维素纳米晶溶液1-5％；5、所述氢键溶液包括氢键受体和氢键给体，所述氢键受体和氢键给体的摩尔比为(1-2)：1；所述纤维素纳米晶溶液的浓度为2-5％。6、本发明采用聚乙烯醇作为薄膜的主要基材，为薄膜提供基本的生物可降解性能；通过加入氢键受体和氢键给体，二者通过形成氢键网络，显著增强聚乙烯醇分子间的作用力，进而提高薄膜的强度和韧性；通过加入纤维素纳米晶，不仅提高了薄膜的机械性能，还通过其独特的纳米效应，进一步改善了薄膜的吸水性能。同时，纤维素纳米晶上的磺酸基团和羟基与聚乙烯醇侧链上的羟基结合，形成稳定的三维网状结构，使得薄膜分子链更加紧密，水分子难以通过薄膜之间的间隙进入，使得键之间的结合不容易断裂，从而提高薄膜的强度和韧性，还有利于降低生产成本。7、因此，本发明通过采用聚乙烯醇和纤维素纳米晶以及氢键溶液复配，并控制纤维素纳米晶溶液的浓度，不仅有利于提高薄膜的强度和韧性，还使得薄膜具有低吸水性的特点。8、优选地，所述氢键受体和氢键给体的摩尔比为2：1。9、优选地，所述纤维素纳米晶溶液的浓度为2％、3％、4％、5％中的的任意一者或两者的范围值。10、优选地，所述纤维素纳米晶溶液中纤维素纳米晶的直径为5-15nm，长度为100-200nm。11、优选地，所述纤维素纳米晶溶液中纤维素纳米晶的比表面积为180-240m2/g。12、本发明通过控制纤维素纳米晶的比表面积在上述范围内，有助于吸附和固定水分子，从而降低薄膜的吸水速率。13、优选地，所述纤维素纳米晶溶液的ph为5.5-6.5。14、优选地，所述聚乙烯醇的分子量为6.38-11.4万。15、优选地，所述氢键受体包括氯化胆碱、季铵盐中的至少一种。16、优选地，所述氢键给体包括葡萄糖、尿素、乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、三甘醇、d-山梨醇、木糖醇、对甲苯磺酸、草酸、丙二酸、乙酰丙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、木糖、果糖、蔗糖、麦芽糖中的至少一种。17、优选地，所述氢键溶液的浓度为0.1-0.3g/ml。(氢键给体和氢键受体占氢键溶液的含量)18、第二方面，本发明还提供一种透明薄膜的制备方法，包括以下步骤：19、(1)将聚乙烯醇溶于水中进行溶胀，并升温至90℃以上，搅拌至溶液透明，得到聚乙烯醇溶液；20、(2)分别将氢键受体、氢键给体配制成氢键受体溶液、氢键给体溶液，然后将氢键受体溶液和氢键给体溶液混合均匀，得到氢键溶液；21、(3)然后向聚乙烯醇溶液中加入氢键溶液，混合均匀后得到初始溶液；22、(4)最后向初始溶液中加入纤维素纳米晶溶液，混合均匀并烘干后即得到透明薄膜。23、本发明先将氢键受体和氢键给体分别配制成溶液，再加入聚乙烯醇溶液中并与纤维素纳米晶溶液混合，方法简单方便，适用于工业化生产。24、本发明通过采用上述方法制备得到的透明薄膜的厚度可达0.01-0.03mm。25、第三方面，本发明还提供一种透明薄膜在包装材料、电子产品中的应用。26、本发明将所制备得到的透明薄膜应用于包装材料中，有利于提高包装材料的强度和韧性，并且，还有利于提高包装材料的防水性能。27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：28、1.本发明选用可降解材料-聚乙烯醇作为成膜基材，引用氢键受体、氢键供体与聚乙烯醇之间的氢键结合，纤维素纳米晶的基团与pva形成三维网络协同作用，相互交织使得薄膜的晶界强化效应强，在外力的作用下不容易撕裂，能满足不同领域对薄膜高性能的要求，具有广阔的应用前景。29、2.本发明提供一种高强度低吸水性的可降解透明薄膜，其中聚乙烯醇的亲水性强，通过引入氢键给体、氢键受体和纤维素纳米晶，与聚乙烯醇中的部分羟基基团结合，形成三维网络结构，薄膜表面分子结构稳定，通过限制水分子的进入和扩散，提高薄膜在潮湿环境下的稳定性，从而改善聚乙烯醇亲水性强的问题，且具有优异的阻隔性能，比传统通过等离子处理和表面涂层的制备时间短、成本低、工艺简单，因此更便于工业化生产。技术特征：1.一种透明薄膜，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：2.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，所述氢键溶液的浓度为0.1-0.3g/ml。3.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，所述纤维素纳米晶溶液中纤维素纳米晶的直径为5-15nm，长度为100-200nm。4.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，所述纤维素纳米晶溶液中纤维素纳米晶的比表面积为180-240m2/g。5.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，所述纤维素纳米晶溶液的ph为5.5-6.5。6.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，所述聚乙烯醇的分子量为6.38-11.4万。7.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，所述氢键受体包括氯化胆碱、季铵盐中的至少一种。8.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，所述氢键给体包括葡萄糖、尿素、乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、三甘醇、d-山梨醇、木糖醇、对甲苯磺酸、草酸、丙二酸、乙酰丙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、木糖、果糖、蔗糖、麦芽糖中的至少一种。9.如权利要求1-8任一项所述的透明薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：10.如权利要求1-8任一项所述的透明薄膜在包装材料、电子产品中的应用。技术总结本发明公开了一种透明薄膜及其制备方法和应用，涉及高分子材料的技术领域。一种透明薄膜，包括以下质量百分比的组分：聚乙烯醇3‑5％；氢键溶液3‑5％；纤维素纳米晶溶液1‑5％；氢键溶液包括氢键受体和氢键给体，氢键受体和氢键给体的摩尔比为(1‑2):1；纤维素纳米晶溶液的质量浓度为2‑5％。本发明所述透明薄膜具有可降解、高性能、在环境中不易吸水等优点，且在保证功效的同时能起到减少成本与工艺过程。技术研发人员：李珩,黄仕萍,徐朝华,陈浩瀚,周睦,谭德慧受保护的技术使用者：江门职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/8/16