酯化聚乙烯醇薄膜的制備

黃飛揚(yáng)，梁峻鋮，蔣 歡，舒 友

(懷化學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院 聚乙烯醇纖維材料制備技術(shù)湖南省工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 懷化 418000)

聚乙烯醇 (PVA) 是一種性能優(yōu)良的水溶性高分子聚合物, 可廣泛用于紡織、涂料、膠黏劑、紙加工助劑、建筑、化妝品、木材加工等行業(yè), 然而其耐水性差、熱塑加工性差[1-2]等使其應(yīng)用受到了一些限制。國(guó)內(nèi)外在采用丙烯酸、丙烯酰胺等小分子單體接枝聚合改善 PVA 的耐水性能 、生物相容性能等方面已開(kāi)展了大量研究工作[3-8]。雖然研究工作者在聚乙烯醇酯化改性上取得了可喜的成績(jī)，但仍存在工藝流程長(zhǎng)、效率低等不足。

本文以聚乙烯醇、馬來(lái)酸酐為原料，一步法制備酯化聚乙烯醇薄膜，研究馬來(lái)酸酐的最佳用量、最佳加工工藝參數(shù)，對(duì)酯化聚乙烯醇薄膜進(jìn)行拉伸性能、水溶性進(jìn)行測(cè)試。目前未見(jiàn)該方面的報(bào)道。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料

聚乙烯醇，1799，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市蒙西高新技術(shù)工業(yè)園；馬來(lái)酸酐，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，WDW-30,濟(jì)南華恒實(shí)驗(yàn)有限公司。

1.3 樣品制備

表1 原料配比Table 1 Formulas of the samples

將聚乙烯醇、蒸餾水按計(jì)量加入到圓底燒瓶中，97℃下溶解，待聚乙烯醇完全溶解后加入馬來(lái)酸酐，自催化反應(yīng)2 h后倒在光潔的玻璃板上流延成膜，自干后得酯化聚乙烯醇薄膜。原料配比如表1所示。

1.4 性能測(cè)試

拉伸性能按GB/T1040-2006測(cè)試，溫度25℃，濕度為50%，拉伸速率為100 mm/min。

水溶性測(cè)試：取相同質(zhì)量的干燥酯化聚乙烯醇薄膜，在97℃的蒸餾水中溶解4 h后，烘干稱重。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸性能

圖1 酯化聚乙烯醇薄膜拉伸強(qiáng)度

圖1為純聚乙烯醇(PVA)薄膜及酯化PVA薄膜的拉伸強(qiáng)度對(duì)比圖。由圖1可知，純PVA薄膜的拉伸強(qiáng)度為31.2 MPa；隨馬來(lái)酸酐含量的增加，酯化PVA薄膜的拉伸強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)馬來(lái)酸酐的含量為20%時(shí)，酯化PVA薄膜的拉伸強(qiáng)度升至49.6 MPa，比純PVA薄膜高59%。這是馬來(lái)酸酐的加入使PVA分子間發(fā)生部分交聯(lián)，進(jìn)而分子間的作用力增強(qiáng)的緣故。

圖2 酯化聚乙烯醇薄膜斷裂伸長(zhǎng)率

圖2為純聚乙烯醇(PVA)薄膜及酯化PVA薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率對(duì)比圖。由圖2可知，純PVA薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率為423%；隨馬來(lái)酸酐含量的增加，酯化PVA薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率先降低后增加，當(dāng)馬來(lái)酸酐的含量為10%時(shí)，酯化PVA薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率最低，為225%，比純PVA薄膜低近47%；馬來(lái)酸酐的含量高于15%后，酯化PVA薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率雖有回升，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于純PVA薄膜。這是因?yàn)楫?dāng)馬來(lái)酸酐的加入量不超過(guò)10%時(shí)，PVA分子間發(fā)生部分交聯(lián)使分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)能力減弱，斷裂伸長(zhǎng)率下降；當(dāng)馬來(lái)酸酐的加入量超過(guò)15%時(shí)，雖然PVA分子間仍發(fā)生部分交聯(lián)，PVA分子間的運(yùn)動(dòng)仍在變差，但由于交聯(lián)度增加，使得分子在斷裂之前能發(fā)生相對(duì)更大的形變。

2.2 耐水性

表2 水溶性

表2為純PVA薄膜及酯化PVA薄膜水溶性對(duì)比表。由表2可知，純PVA薄膜在97℃的水中4 h后，完全溶解；雖然馬來(lái)酸酐含量在不超過(guò)10%時(shí)，酯化PVA薄膜亦完全溶解，但隨馬來(lái)酸酐含量的增加所需溶解時(shí)間增加；馬來(lái)酸酐含量達(dá)15%后，酯化PVA薄膜在4h內(nèi)不能完全溶解，隨隨馬來(lái)酸酐含量的增加，酯化PVA薄膜溶解率呈下降趨勢(shì)。從此可知，隨馬來(lái)酸酐量的增加，PVA分子中被酯化的羥基增多，PVA分子中親水基團(tuán)減少，憎水基團(tuán)增加，從而耐水性增強(qiáng)。

3 結(jié)論

成功制備了酯化聚乙烯醇薄膜，酯化后的聚乙烯醇薄膜的拉伸強(qiáng)度得到大幅度增加，馬來(lái)酸酐含量為20%，拉伸強(qiáng)度升至49.6 MPa；耐水性得到大大的改善，馬來(lái)酸酐含量為20%，溶解4 h，溶解率下降了近60%。該研究為進(jìn)一步擴(kuò)大聚乙烯醇的應(yīng)用提供了一種新思路。