氧化石墨烯/聚乙烯醇提高聚乳酸薄膜阻隔性能的研究

摘要

随着白色污染的日益加剧和石油等不可再生资源的逐日消耗，制备新型的可生物降解包装材料替代传统包装材料已经成为了包装领域研究的热点。聚乳酸（PLA）是一种可生物降解并具有环境友好性的脂肪族聚酯高分子材料，但是阻隔性能较差，极大的限制了其在包装领域的应用范围。氧化石墨烯（GO）是氧化石墨经过机械搅拌、超声剥离等方法制得的单层GO片层，为二维层状结构。GO二维层状结构具有优异的气体阻隔性能，因此GO沉积到PLA薄膜表面将有助于提高PLA薄膜的阻隔性能。
　　本文采用层层组装法（Layer-by-layer assembly，LBL），通过GO和聚乙烯醇（PVA）分子之间的氢键作用，在PLA薄膜表面自组装制备了(GO/PVA)n多层结构，从而提高PLA薄膜的阻隔性能。
　　通过改进的Hummers法制备能稳定分散的GO水溶液。利用GO和PVA之间氢键吸附的作用，通过LBL的方法在PLA薄膜表面制备了(GO/PVA)n多层阻隔结构。通过FT-IR、XRD、TEM和AF M成功表征了自制的GO；采用接触角测试、AFM测试以及紫外光谱进行跟踪说明了GO和PVA在P LA薄膜表面形成了(GO/PVA)n多层结构；通过阻隔性能测试表明(GO/PVA)n多层阻隔结构对提高PLA薄膜的氧气阻隔性能具有非常明显的作用，当沉积层数增加到40层、GO浓度为1mg/ml、PVA的浓度为1wt％时，组装PLA薄膜的氧气透过系数最低，相对原膜氧气透过系数下降了99.58%；组装PLA薄膜的透光性能有所下降，相对原膜下降了54.84%；同时组装PLA薄膜具有较好的力学性能；与氧气阻隔性能不同，当沉积层数增加到40层、GO浓度为0.5 mg/ml、P VA的浓度为1wt%时，组装P LA薄膜的水汽透过系数最低，相对原膜的水汽透过系数仅降低了42.31%左右。
　　为了进一步改善PLA薄膜的水汽阻隔性能，在上述研究的基础上，采用含氟烷基硅烷为十三氟辛基三甲氧基硅烷（简称FAS）对组装PLA薄膜进行表面改性，表面改性后有效地降低了组装PLA薄膜表面对水分子的吸附，从而减少了组装PLA薄膜的水汽透过系数。通过AFM和表面接触角图像可以观察到：表面改性后组装PLA薄膜的表面粗糙度和对水的接触角都增大了，其中接触角由原来的48.1°增加到94.5°，表明增加了表面的疏水性。当沉积层数增加到40层、GO浓度为0.5mg/ml、PVA的浓度为1wt%时，改性后组装PLA薄膜的水汽透过系数最低，相对原膜降低了56.07%，比改性前的42.31%进一步提高了约13.76%。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 聚乳酸简介

1.2.1 聚乳酸的合成及性能

1.2.2 聚乳酸阻隔性的研究进展

1.3 层层自组装技术介绍

1.4 氧化石墨烯相关研究

1.4.1 氧化石墨烯概述

1.4.2 氧化石墨烯的结构和性质

1.4.3氧化石墨烯的研究应用

1.5本课题研究的意义和内容

1.5.1研究意义

1.5.2 研究内容

第二章 氧化石墨烯/聚乙烯醇层层自组装聚乳酸薄膜的制备与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1实验材料及设备清单

2.2.2 氧化石墨烯的制备

2.2.3 聚乳酸薄膜预处理

2.2.4 (GO/PVA)n PLA薄膜的制备

2.2.5 测试与表征

2.4 结果与讨论

2.4.1 氧化石墨烯表征

2.4.2 (GO/PVA)n PLA薄膜的表征测试

2.4.3(GO/PVA)n PLA薄膜的性能测试

2.5本章小结

第三章 表面改性层层自组装复合聚乳酸薄膜的制备与性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1主要实验试剂及仪器清单

3.2.2 改性(GO/PVA)n PLA薄膜的制备

3.2.3测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 (GO/PVA)n PLA薄膜改性后表征测试

3.3.2 (GO/PVA)n PLA薄膜改性后性能测试

3.4 本章小结

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢