酯化聚乙烯醇薄膜的制備

黃飛揚，梁峻鋮，蔣 歡，舒 友

(懷化學院 化學與材料工程學院 聚乙烯醇纖維材料制備技術湖南省工程實驗室，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]等使其應用受到了一些限制。國內(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，但仍存在工藝流程長、效率低等不足。

本文以聚乙烯醇、馬來酸酐為原料，一步法制備酯化聚乙烯醇薄膜，研究馬來酸酐的最佳用量、最佳加工工藝參數(shù)，對酯化聚乙烯醇薄膜進行拉伸性能、水溶性進行測試。目前未見該方面的報道。

1 實驗

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工業(yè)園；馬來酸酐，分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 主要設備及儀器

萬能試驗機，WDW-30,濟南華恒實驗有限公司。

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酸酐，自催化反應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 性能測試

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

水溶性測試：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 結果與討論

2.1 拉伸性能

圖1 酯化聚乙烯醇薄膜拉伸強度

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

圖2 酯化聚乙烯醇薄膜斷裂伸長率

圖2為純聚乙烯醇(PVA)薄膜及酯化PVA薄膜的斷裂伸長率對比圖。由圖2可知，純PVA薄膜的斷裂伸長率為423%；隨馬來酸酐含量的增加，酯化PVA薄膜的斷裂伸長率先降低后增加，當馬來酸酐的含量為10%時，酯化PVA薄膜的斷裂伸長率最低，為225%，比純PVA薄膜低近47%；馬來酸酐的含量高于15%后，酯化PVA薄膜的斷裂伸長率雖有回升，但仍遠遠低于純PVA薄膜。這是因為當馬來酸酐的加入量不超過10%時，PVA分子間發(fā)生部分交聯(lián)使分子間的相對運動能力減弱，斷裂伸長率下降；當馬來酸酐的加入量超過15%時，雖然PVA分子間仍發(fā)生部分交聯(lián)，PVA分子間的運動仍在變差，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；雖然馬來酸酐含量在不超過10%時，酯化PVA薄膜亦完全溶解，但隨馬來酸酐含量的增加所需溶解時間增加；馬來酸酐含量達15%后，酯化PVA薄膜在4h內(nèi)不能完全溶解，隨隨馬來酸酐含量的增加，酯化PVA薄膜溶解率呈下降趨勢。從此可知，隨馬來酸酐量的增加，PVA分子中被酯化的羥基增多，PVA分子中親水基團減少，憎水基團增加，從而耐水性增強。

3 結論

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度得到大幅度增加，馬來酸酐含量為20%，拉伸強度升至49.6 MPa；耐水性得到大大的改善，馬來酸酐含量為20%，溶解4 h，溶解率下降了近60%。該研究為進一步擴大聚乙烯醇的應用提供了一種新思路。