聚合物-水滑石復合薄膜材料的組裝及氧氣-水分子阻隔性能研究.pdf

1、阻隔薄膜材料具有阻止氣體、水分子等物質(zhì)透過的能力,在食品/藥物包裝和電子器件封裝等領域具有廣闊的應用前景。聚合物材料中均存在一定的自由體積,導致氣體分子的透過。通過在聚合物基質(zhì)中添加無機層狀材料,可以顯著提高其氣體阻隔性能。但是,目前的阻隔薄膜材料在制備及使用過程中仍然存在一些不足,如:二維無機物只能阻止氣體分子的縱向擴散,難以抑制其橫向擴散;無機物添加量高導致復合薄膜材料的力學性能變差;薄膜材料對水分子擴散的阻隔性能較差。為了解決以上

2、問題,本論文以層狀雙金屬氫氧化物(簡稱水滑石,英文縮寫為LDHs)為構筑基元,采用旋涂法將LDHs與聚合物組裝為復合薄膜材料,研究其機械性能和熱穩(wěn)定性,并系統(tǒng)研究其對氧氣、水分子的阻隔性能。
　　本論文主要研究內(nèi)容如下:
　　1.多級結構殼聚糖/LDHs薄膜的組裝及氧氣阻隔性能研究
　　首先通過共沉淀法制備了六方片狀鎂鋁LDHs前體,經(jīng)450℃條件下焙燒,得到復合金屬氧化物(MMO);再將MMO置于氫氧化鈉溶液中復原,

3、得到多級結構水滑石(H-LDH)。進一步采用旋涂層層組裝技術,將H-LDH和聚合物殼聚糖(CTS)在PET基底上交替組裝,獲得了多層(H-LDH/CTS)n復合薄膜,研究了薄膜的氧氣阻隔性能。單純PET薄膜的氧氣透過量(OTR)為～8.431 cm3 m-2 day-1 atm-1,而(H-LDH/CTS)n薄膜的氧氣透過量顯著降低。當組裝層數(shù)為10層時,(H-LDH/CTS)10薄膜的OTR已低于商業(yè)儀器的檢測限(0.005 cm3

4、m-2 day-1 atm-1)。研究了該復合薄膜結構與其優(yōu)異氣體阻隔性能的內(nèi)在關聯(lián):多級結構H-LDH可以在縱向和橫向同時抑制氧氣分子的擴散;此外,H-LDH自身存在的氧空位可以作為氧氣分子捕獲中心,抑制氧氣透過薄膜,從而增強了薄膜的氧氣阻隔性能。
　　2.LDHs基阻氣/阻水雙功能薄膜材料的組裝及性能研究
　　首先通過成核晶化隔離法制備了鎂鋁水滑石膠體(Mg2Al-LDH),然后用非離子型表面活性劑吐溫80(Tween8

5、0)對其進行表面改性,使水滑石表面修飾上疏水的烷基基團,進一步通過旋涂法將表面改性LDHs與疏水聚合物聚二甲基硅氧烷交替組裝成薄膜。接觸角測試表明復合薄膜具有疏水性,水滴的接觸角為110°。阻隔性能測試表明,該薄膜具有優(yōu)異的氧氣/水蒸汽雙重阻隔性能,氧氣、水分子的透過率分別為48.213及10.824 cm3 m-2 day-1 atm-1。進一步研究了其對金屬的防護作用,通過電化學阻抗和極化曲線測試發(fā)現(xiàn)該薄膜材料顯著減緩金屬的腐蝕速率