一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料及其制备方法 (Polyvinyl alcohol composite material with ultraviolet blocking and antibacterial functions and preparation method thereof ) 是由 唐群 武经纬 冯少雄 张焱 吴同发 李秋霖 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明属于高分子复合材料技术领域,涉及一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料及其制备方法,它是由如下原料制备而成的：聚乙烯醇、钴配合物晶体[Co-(4)(H-(8)P-(3)NC-(3)O-(9))-(2)]·H-(2)O,式中(H-(8)P-(3)NC-(3)O-(9))为氨基三亚甲基磷酸失去4个质子的阴离子。本发明还提供了上述聚乙烯醇复合材料的制备方法。本发明所制备得到的聚乙烯醇复合材料具有优异的紫外线阻隔性能、抑菌性能、氨气响应性能、力学性能、水汽透过性、热稳定性,同时还能保持高的光学透明性,且制备工艺简单、适于放大生产,在包装、抗菌材料、氨气检测等领域具有潜在应用价值。(The invention belongs to the technical field of polymer composite materials, and relates to a polyvinyl alcohol composite material with ultraviolet blocking and antibacterial functions and a preparation method thereof, wherein the polyvinyl alcohol composite material is prepared from the following raw materials: polyvinyl alcohol, cobalt complex crystal [ Co 4 (H 8 P 3 NC 3 O 9 ) 2 ]·H 2 O, in the formula (H) 8 P 3 NC 3 O 9 ) The anion of 4 protons is lost for aminotrimethylene phosphate. The invention also provides a preparation method of the polyvinyl alcohol composite material. The polyvinyl alcohol composite material prepared by the invention has excellent ultraviolet barrier property, antibacterial property, ammonia response property, mechanical property, water vapor permeability and thermal stability, and can keep high optical transparency, andthe preparation process is simple, is suitable for large-scale production, and has potential application value in the fields of packaging, antibacterial materials, ammonia gas detection and the like.)
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料及其制备方法。
背景技术
配位化学有着丰富的研究内容，其结构和性质的研究在当今的地位举足轻重，各个领域几乎都有涉及到配位化学，其中，金属有机化学是配位化学中的一个重要研究方向。近年来，许多具有紫外阻隔与抗菌功能的金属有机配合物被开发出来，其紫外阻隔与抗菌效果显著。金属有机配合物材料因其功能的可修饰性以及自身结构的可控性，能与聚合物更好地相容，可以方便的实现有机/无机复合材料的制备。
随着人们对生活质量的不断提高，人们对生活环境的越来越重视，传统的白色塑料垃圾对人类生活环境造成了重大的污染，因此研究出新型的环境友好型材料迫在眉睫。聚乙烯醇作为一种生物可降解材料，是一种无毒、无腐蚀性、环境友好型有机高分子聚合物，具有广泛的应用前景。然而，纯聚乙烯醇材料缺少紫外阻隔、抗菌、氨气响应等功能，让其在实际运用中受到一定的限制。本发明以聚乙烯醇为基质、功能性钴配合物为填料制备复合材料，以此来增强聚乙烯醇的紫外阻隔、抗菌、氨气响应、力学、热稳定性等性能，拓宽其应用领域。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料及其制备方法。该复合材料具有优异的紫外线阻隔性能、抑菌性能、氨气响应性能、力学性能、水汽透过性、热稳定性，以及较高的吸湿性，同时还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单、环保、成本低廉，且适于放大生产。
本发明技术方案：
一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇100份，钴配合物晶体3-12份；
所述钴配合物晶体的化学式为·H2O，式中(H8P3NC3O9)为氨基三亚甲基磷酸失去4个质子的阴离子。
所述钴配合物晶体的制备方法包括以下步骤：
将硝酸钴溶解在去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10min混合均匀后，再缓慢加入氨基三亚甲基磷酸，搅拌混合1h，然后将其置于反应釜中，140℃条件下反应48h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到钴配合物晶体；
所述硝酸钴、氨基三亚甲基磷酸、去离子水、DMF的质量比为15：11：200：950。
一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3-12份钴配合物晶体分散于3000份蒸馏水中，在室温下超声1h，搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份聚乙烯醇加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，先在室温下搅拌1h，然后加热到85℃，搅拌2h，超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果：
本发明所制备得到的聚乙烯醇复合材料具有优异的紫外线阻隔性能、抑菌性能、氨气响应性能、力学性能、水汽透过性、热稳定性，以及较高的吸湿性，同时还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单、适于放大生产，在包装、抗菌材料、氨气检测等领域具有潜在应用价值。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面结合具体实施例对本发明进一步详细解释，但本发明的实施方式不限于此。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述聚乙烯醇均采用的是由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供的产品，其醇解度为98-99mol％，黏度54.0-66mPa.s；硝酸钴是西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂；DMF(N,N-二甲基甲酰胺)是由西陇化工股份有限公司提供的分析纯级试剂；氨基三亚甲基磷酸使用的是上海麦克林生化科技有限公司提供的产品。
在下述具体实施例和对比例配方、制备方法中，所述钴配合物晶体的化学式为·H2O，式中(H8P3NC3O9)为氨基三亚甲基磷酸失去4个质子的阴离子，制备方法包括以下步骤：
将硝酸钴溶解在去离子水和DMF的混合溶剂中，搅拌10min混合均匀后，再缓慢加入氨基三亚甲基磷酸，搅拌混合1h，然后将其置于反应釜中，140℃条件下反应48h，然后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，即得到钴配合物晶体；
所述硝酸钴、氨基三亚甲基磷酸、去离子水、DMF的质量比为15：11：200：950。
实施例1
一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇100份，钴配合物晶体3份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将3份钴配合物晶体分散于3000份蒸馏水中，在室温下超声1h，搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份聚乙烯醇加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，先在室温下搅拌1h，然后加热到85℃，搅拌2h，超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料。
实施例2
一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇100份，钴配合物晶体6份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将6份钴配合物晶体分散于3000份蒸馏水中，在室温下超声1h，搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份聚乙烯醇加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，先在室温下搅拌1h，然后加热到85℃，搅拌2h，超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料。
实施例3
一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇100份，钴配合物晶体9份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将9份钴配合物晶体分散于3000份蒸馏水中，在室温下超声1h，搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份聚乙烯醇加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，先在室温下搅拌1h，然后加热到85℃，搅拌2h，超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料。
实施例4
一种兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚乙烯醇100份，钴配合物晶体12份。
制备方法，包括如下步骤：
(1)将12份钴配合物晶体分散于3000份蒸馏水中，在室温下超声1h，搅拌2h，得到钴配合物均匀分散液，备用；
(2)将100份聚乙烯醇加入到步骤(1)所得到的钴配合物均匀分散液中，先在室温下搅拌1h，然后加热到85℃，搅拌2h，超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(3)将步骤(2)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到兼具紫外阻隔与抗菌功能的聚乙烯醇复合材料。
对比例
纯聚乙烯醇材料的制备，包括如下步骤：
(1)将100份聚乙烯醇加入到3000份真蒸馏水中，先在室温下搅拌1h，然后加热到85℃，搅拌2h，超声脱除气泡，得到均匀的成膜液，备用；
(2)将步骤(1)所得的成膜液浇注到平底玻璃皿中，在55℃的真空烘箱中干燥24h，即得到纯聚乙烯醇材料。
性能测试：
对上述对比例制备得到的纯聚乙烯醇材料和实施例制备得到的聚乙烯醇复合材料进行性能测试，其中紫外可见性能采用紫外可见光谱仪(Lamdba365，铂金埃尔默仪器公司)测试，并参照GB/T18830-2009计算紫外线(UVA、UVB与UVC)平均透过率；拉伸性能按照GB/T1040-2006测试；水汽透过系数按照ASTME96测试，热稳定性采用热失重分析仪(SDT-Q600，美国TA公司)；按照QBT2591-2003进行材料的抗菌性测试；
吸湿性实验方法如下：
将尺寸为20mm×20mm×0.1mm的膜样品置于40℃的真空干燥箱中，干燥72h后，称量膜样品的质量(记为M0)；然后，将上述干燥膜样品置于相对湿度为57％、温度为25℃的密闭容器中，放置48h后，称量膜样品的质量(记为M1)；膜样品的吸湿率(％)＝100*(M1-M0)/M0。
氨气响应测试方法如下：
将膜材料裁成大小一致的形状，而后将裁好的膜材料暴露于氨气环境中，用高品质电脑色差仪记录其颜色变化信息。
上述性能测试数据如表1所示。
表1样品性能测试数据
实验结果证明，对比例制备得到的纯聚乙烯材料是无色透明的，暴露于氨气环境中后，其颜色没有显著的变化，还是呈现出无色透明的光学性质，实施例制备得到的聚乙烯纳米复合材料是淡紫色的，暴露于氨气环境中后，其颜色迅速(5min内)变为红棕色；由表1看出，本发明所制备得到的聚乙烯醇纳米复合材料具有优异的紫外线阻隔性能、抑菌性能、氨气响应性能、力学性能、水汽透过性、热稳定性，以及高的吸湿性，同时还能保持高的光学透明性，且制备工艺简单、化学组分易于控制、重复性好、产量较高，在包装材料、装修材料等领域具有潜在应用价值，且适于放大生产，拓展了聚乙烯醇复合材料的应用领域。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
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